一种简易人体外骨骼的制作方法

本发明涉及机械设备技术领域，更具体地说，涉及一种简易人体外骨骼。

背景技术：

外骨骼是一种可以穿在人体外侧的骨架式结构，可以通过电动系统或液压动力系统进行关节助力，增加人体关节的力量，提升人体的运动能力；可以辅助老年人或残疾人更好的生活，可以减轻体力工作者的工作强度；在医疗康复领域，外骨骼还可以辅助病人锻炼，使其能够更快的恢复健康。

虽然可穿戴外骨骼的研究己经起步，也取得了一定的阶段性研究成果，但仍存在结构复杂，控制复杂，不能适应人体复杂动作的缺陷；而且现有的外骨骼动力装置在断电后无法运动，使机械处于卡死状态，出现这样情况时必须马上脱下外骨骼，非常不适用。因此，针对以上方面，需要对现有技术进行合理的改进。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供一种结构简单、控制简单能够适应人体复杂动作的简易人体外骨骼，并且本发明的动力装置在断电后依然可以动作，避免出现设备断电后需要马上脱下外骨骼的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种简易人体外骨骼，包括身体组件、手臂组件、腿部组件、脚部组件、连接关节组件、主动关节组件、轴关节组件和精密电动推杆；

其中身体组件包括腰部连接板、右胯支板、左胯支板、背板、上身固定服、电源控制器、电池组、右肩支板和左肩支板，所述身体组件的最下方设置有腰部连接板，腰部连接板左右两侧分别安装有左胯支板和右胯支板；腰部连接板的上方安装有背板，背板的后面设置有电池组，背板的上方安装有上身固定服；上身固定服的前面设置有电源控制器，背板的顶端左右两侧还分别安装有左肩支板和右肩支板；其中左、右肩支板通过连接关节组件连接手臂组件，左、右胯支板通过连接关节组件连接腿部组件；

其中手臂组件中的大臂支板上方连接连接关节组件，下方通过轴关节组件连接小臂支板；小臂支板的下方安装有手臂固定护板，手臂固定护板上安装有手臂固定带；其中护肘固定在人体肘部，护肘上设置有主动关节组件；其中精密电动推杆上方连接连接关节组件，下方通过推杆连接件连接小臂支板；

其中腿部组件中的大腿支板上方连接连接关节组件，下方通过轴关节组件连接小腿支板；小腿支板的下方安装有小腿固定带，小腿固定带上安装有小腿固定护板；其中护膝固定在人体膝部，护膝上设置有主动关节组件；其中精密电动推杆上方连接连接关节组件，下方通过推杆连接件连接小腿支板；

其中脚部组件包括连接栓、上部连接件、垫片、万向节、脚底板连接件、脚底板、橡胶鞋底、踝关节固定带和脚面固定带，所述上部连接件上方连接腿部组件中小腿支板，下方通过连接栓连接万向节，上部连接件和万向节中间还安装有垫片；万向节的下方连接有脚底板连接件，脚底板连接件下方设置有脚底板，脚底板下方设置有橡胶鞋底；脚底板上还安装有踝关节固定带和脚面固定带；

其中精密电动推杆包括推杆结构、减速齿轮机构、电机、电机控制器、逻辑控制器、内部位置控制器、调试开关组、电源开关、外部位置控制器接头和电源线，所述推杆结构右侧设置有内部位置控制器，推杆结构下方设置有减速齿轮机构；减速齿轮机构的左侧上方设置有电机，电机上方设置有电机控制器，电机控制器上方设置有逻辑控制器，逻辑控制器上方分别设置有调试开关组、电源开关、外部位置控制器接头和电源线；

其中推杆结构包括锁定螺母、锁定卡件、复位弹簧、锁定滚珠、外推杆顶部零件、内推杆顶部零件、外推杆、外推杆底部滑块、内推杆、内推杆底部滑块、外管顶部零件、外管、内部丝杆和内部丝杆螺母，推杆结构的最外侧设置有外管，外管顶端设置有外管顶部零件；外管内侧设置有外推杆，外推杆底部设置有外推杆底部滑块，外推杆顶端设置有外推杆顶部零件，外推杆顶部零件上安装有锁定滚珠，锁定滚珠上面盖合有锁定卡件，锁定卡件和外推杆顶部零件之间安装有复位弹簧，锁定卡件的上方还安装有锁定螺母；外推杆的内侧设置有内推杆，内推杆下方设置有内推杆底部滑块，内推杆顶端设置有内推杆顶部零件，内推杆顶部零件通过锁定滚珠与外推杆顶部零件相连；内推杆的内侧设置有内部丝杆，内部丝杆上安装有内部丝杆螺母，内部丝杆螺母通过螺纹连接内推杆底部滑块；

其中内部位置控制器包括电阻板固定件、内部电阻板和金属滑片，所述电阻板固定件下部设置有内部电阻板，内部电阻板上滑动有金属滑片，金属滑片安装在内推杆底部滑块上。

进一步的，所述连接关节组件包括万向节、固定栓、连接件、垫片和连接栓，万向节两侧通过连接栓连接有连接件，连接件和万向节之间设置有垫片，固定栓固定在连接栓上。

进一步的，所述主动关节组件包括护盖、电阻板、金属滑片、金属滑片固定件、内轴件、外轴件、限位螺栓、固定板一和固定板二，所述固定板二连接外轴件，固定板一连接内轴件，外轴件内部设置有内轴件，内轴件内部设置有金属滑片固定件，金属滑片固定件上设置有金属滑片，金属滑片上方安装有电阻板，电阻板上方盖合有护盖，其中电阻板固定在护盖内侧并与金属滑片相接触，所述外轴件的下方还设置有限位螺栓。

进一步的，所述轴关节组件包括外连接轴件、限位栓、内连接轴件、金属滑片、金属滑片固定件、电阻板和护盖，外连接轴件内侧设置有内连接轴件，内连接轴件内侧设置有金属滑片固定件，金属滑片固定件上安装有金属滑片，金属滑片上方设置有电阻板，电阻板上方设置有护盖，其中电阻板固定在护盖内侧并与金属滑片相接触，所述外连接轴件和内连接轴件之间还设置有限位栓。

本发明的有益效果是：结构简单，主要关节部位均采用较为灵活的关节组件连接，使外骨骼四肢动作范围更大，减小外骨骼对人体的束缚感，可实现更多的人体动作；而且当外骨骼处于电量不足的情况时外推杆不受内推杆的影响可自由伸缩运动，避免了外骨骼因无法运动而必须脱下的问题。

附图说明

图1是本发明所述简易人体外骨骼的结构示意图；

图2是本发明所述身体组件的结构示意图一；

图3是本发明所述身体组件的结构示意图二；

图4是本发明所述手臂组件的结构示意图一；

图5是本发明所述手臂组件的结构示意图二；

图6是本发明所述腿部组件的结构示意图一；

图7是本发明所述腿部组件的结构示意图二；

图8是本发明所述脚部组件的结构示意图一；

图9是本发明所述脚部组件的结构示意图二；

图10是本发明所述连接关节组件的结构示意图；

图11是本发明所述主动关节组件的结构示意图一；

图12是本发明所述主动关节组件的结构示意图二；

图13是本发明所述轴关节组件的结构示意图；

图14是本发明所述精密电动推杆的结构示意图一；

图15是本发明所述精密电动推杆的结构示意图二；

图16是本发明所述精密电动推杆的局部结构示意图一；

图17是本发明所述精密电动推杆的局部结构示意图二；

图18是本发明所述外推杆的结构示意图；

图19是本发明所述内推杆的结构示意图；

图20是本发明所述外管的结构示意图；

图21是本发明所述内部丝杆和螺母的结构示意图；

图22是本发明所述内部位置控制器的结构示意图；

图中，1、身体组件；2、手臂组件；3、腿部组件；4、脚部组件；5、连接关节组件；6、主动关节组件；7、轴关节组件；8、精密电动推杆；80、推杆结构；81、减速齿轮机构；82、电机；83、电机控制器；84、逻辑控制器；85、内部位置控制器；86、调试开关组；87、电源开关；88、外部位置控制器接头；89、电源线；101、腰部连接板；102、右胯支板；103、左胯支板；104、背板；105、上身固定服；106、电源控制器；107、电池组；108、右肩支板；109、左肩支板；201、大臂支板；202、小臂支板；203、推杆连接件；204、护肘；205、手臂固定带；206、手臂固定护板；301、大腿支板；302、小腿支板；303、推杆连接件；304、护膝；305、小腿固定带；306、小腿固定护板；401、连接栓；402、上部连接件；403、垫片；404、万向节；405、脚底板连接件；406、脚底板；407、橡胶鞋底；408、踝关节固定带；409、脚面固定带；501、万向节；502、固定栓；503、连接件；504、垫片；505、连接栓；601、护盖；602、电阻板；603、金属滑片；604、金属滑片固定件；605、内轴件；606、外轴件；607、限位螺栓；608、固定板一；609、固定板二；701、外连接轴件；702、限位栓；703、内连接轴件；704、金属滑片；705、金属滑片固定件；706、电阻板；707、护盖；8001、锁定螺母；8002、锁定卡件；8003、复位弹簧；8004、锁定滚珠；8005、外推杆顶部零件；8006、内推杆顶部零件；8007、外推杆；8008、外推杆底部滑块；8009、内推杆；8010、内推杆底部滑块；8011、外管顶部零件；8012、外管；8014、内部丝杆；8015、内部丝杆螺母；8501、电阻板固定件；8502、内部电阻板；8503、金属滑片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述：

在图1所示简易人体外骨骼中，身体组件1通过螺栓连接手臂组件2和腿部组件3，腿部组件3通过螺栓连接脚部组件4。

在图2和图3所示身体组件1中，腰部连接板101左右两侧分别用螺栓连接有左胯支板103和右胯支板102；腰部连接板101的上方用螺栓连接有背板104，背板104的后面用螺栓连接有电池组107，背板104的上方安装有上身固定服105；上身固定服105的前面设置有电源控制器106，背板104的顶端左右两侧还分别用螺栓连接有左肩支板109和右肩支板108；其中左、右肩支板通过连接关节组件5连接手臂组件2，左、右胯支板通过连接关节组件5连接腿部组件3。

在图4和图5所示手臂组件2中，其中手臂组件2中的大臂支板201上方用螺栓连接有连接关节组件5，下方通过轴关节组件7连接小臂支板202；小臂支板202的下方用螺栓固定有手臂固定护板206，手臂固定护板206上安装有手臂固定带205；其中护肘204固定在人体肘部，护肘上设置有主动关节组件6；其中精密电动推杆8上方用螺栓连接有连接关节组件5，下方通过推杆连接件203连接小臂支板202。

在图6和图7所示腿部组件3中，其中腿部组件3中的大腿支板301上方用螺栓连接有连接关节组件5，下方通过轴关节组件7连接小腿支板302；小腿支板302的下方用螺栓固定有小腿固定带305，小腿固定带305上安装有小腿固定护板306；其中护膝304固定在人体膝部，护膝304上设置有主动关节组件6；其中精密电动推杆8上方用螺栓连接有连接关节组件5，下方通过推杆连接件303连接小腿支板302。

在图8和图9所示脚部组件4中，上部连接件402上方用螺栓连接腿部组件3中小腿支板302，下方通过连接栓401连接万向节404，上部连接件402和万向节404中间还安装有垫片403；万向节404的下方连接有脚底板连接件405，脚底板连接件405下方通过螺栓连接有脚底板406，脚底板406下方设置有橡胶鞋底407；脚底板406上还安装有踝关节固定带408和脚面固定带409。

在图10所示连接关节组件5中，万向节501两侧通过连接栓505连接有连接件503，连接件503和万向节501之间设置有垫片504，固定栓502固定在连接栓505上；中心采用万向节501作为主要活动组件，使得关节可以在上下和前后都有180度的动作空间；万向节501两端采用连接栓505与两端连接件503相连，连接栓505与连接件503之间为可活动连接，连接件503可以在连接栓505上360度旋转，增加了连接关节组件5的灵活性。

在图11和图12所示主动关节组件6中，固定板二609通过螺栓连接外轴件606，固定板一608通过螺栓连接内轴件605，在外轴件606内部设置内轴件605，在内轴件605内部设置金属滑片固定件604，在金属滑片固定件604上设置金属滑片603，在金属滑片603上方安装电阻板602，在电阻板602上方盖合护盖601，其中电阻板602固定在护盖601内侧并与金属滑片603相接触，在外轴件606的下方还设置有限位螺栓607；限位螺栓607可以限制内轴件605的旋转角度，内轴件605的旋转角度为0-140度。

在图13所示轴关节组件7中，在外连接轴件701内侧设置内连接轴件703，在内连接轴件703内侧设置金属滑片固定件705，在金属滑片固定件705上安装金属滑片704，在金属滑片704上方设置电阻板706，在电阻板706上方设置护盖707，其中电阻板706固定在护盖707内侧并与金属滑片704相接触，在外连接轴件701和内连接轴件703之间还设置有限位栓702；限位栓702可以限制内连接轴件703的旋转角度，内连接轴件703的旋转角度为0-140度。

在图14所示精密电动推杆8中，推杆结构80右侧设置有内部位置控制器85，在推杆结构80下方设置减速齿轮机构81；在减速齿轮机构81的左侧上方设置电机82，在电机82上方设置电机控制器83，在电机控制器83上方设置逻辑控制器84，逻辑控制器84上方分别设置有调试开关组86、电源开关87、外部位置控制器接头88和电源线89。

在图22所示内部位置控制器85中，在电阻板固定件8501下部设置有内部电阻板8502，内部电阻板8502上滑动有金属滑片8503，金属滑片8503安装在内推杆底部滑块8010上；当内推杆底部滑块8010移动时，带动金属滑片8503在电阻板8502上滑动，从而改变内部电阻板8502的输出阻值数据；达到精确定位内推杆底部滑块8010当前位置的目的，从而精确定位精密电动推杆的内推杆8009当前位置。

在图15、图16、图17、图18、图19、图20和图21所示精密电动推杆8中，在推杆结构80的最外侧设置有外管8012，外管8012顶端设置有外管顶部零件8011；外管8012内侧设置有外推杆8007，外推杆8007底部设置有外推杆底部滑块8008，外推杆8001顶端设置有外推杆顶部零件8005，外推杆顶部零件8005上安装有锁定滚珠8004，锁定滚珠8004上面盖合有锁定卡件8002，锁定卡件8002和外推杆顶部零件8005之间安装有复位弹簧8003，锁定卡件8002的上方还安装有锁定螺母8001；外推杆8007的内侧设置有内推杆8009，内推杆8009下方设置有内推杆底部滑块8010，内推杆8009顶端设置有内推杆顶部零件8006，内推杆顶部零件8006通过锁定滚珠8004与外推杆顶部零件8005相连；内推杆8009的内侧设置有内部丝杆8014，内部丝杆8014上安装有内部丝杆螺母8015，内部丝杆螺母8015通过螺纹连接内推杆底部滑块8010。

其中锁定螺母8001、锁定卡件8002、复位弹簧8003、锁定滚珠8004、内推杆顶部零件8006和外推杆顶部零件8005组成锁定装置，内推杆顶部零件8006上部有一个直径12mm高度10mm的突起部分，在该突起部分外侧中间设计有一圈半径为4mm深度为1mm的卡槽；外推杆顶部零件8005下方设计有一个直径12mm深度11.5mm的凹槽，内推杆顶部零件8006突起部分可以进入外推杆顶部零件8005的凹槽中；外推杆顶部零件8005的下方螺纹外侧平均分布这6个4mm宽的u型槽，u型槽底部与外推杆顶部零件8005底部凹槽由直径为4mm的通道相连通，锁定滚珠8004直径为4mm可在通道内部自由运动；u型槽底部与下方凹槽的连接通道内出口直径略小于4mm，防止锁定滚珠8004掉出。锁定卡件8002顶部有一个圆形孔，可以套入外推杆顶部零件8005的顶部；锁定卡件8002底部平均分布6个4mm宽的u型突起部，与外推杆顶部零件8005的u型槽相对应。锁定卡件8002用于防止锁定滚珠8004的退回。锁定卡件8002u型突起内侧有45度斜边，可以更好的将锁定滚珠8004推到内推杆顶部零件8006突起部分的卡槽内。复位弹簧8003在锁定卡件8002与外推杆顶部零件8005之间，用于将锁定卡件8002推出，使锁定卡件8002不再限制锁定滚珠8004的退回；锁定螺母8001在外推杆顶部零件8005上部螺纹上，可以控制锁定卡件8002的位置，以此来控制锁定装置的锁定和非锁定状态之间的切换。内推杆顶部零件8006上部突起进入外推杆顶部零件8005下方的凹槽中适当的位置；拧紧锁定螺母8001，使锁定卡件8002向下运动，推动锁定滚珠8004进入内推杆顶部零件8006上部突起部分的卡槽中，并使锁定滚珠8004无法退回；此时锁定装置处于锁定状态，外推杆8007会跟随内推杆8009一起运动。当拧松锁定螺母8001，使锁定卡件8002在复位弹簧8003的作用下向上运动，当内推杆顶部零件8006收缩运动时，迫使锁定滚珠8004退回，此时锁定装置处于非锁定状态，外推杆8007不会跟随内推杆8009一起运动。当外推杆8007与内推杆8009在非锁定状态，外推杆8007不受内推杆8009的影响，可自由伸缩运动。当外骨骼处于电量不足的情况下，不会使外骨骼因无法运动而必须脱下。

在本实施方案中，主动关节组件6固定在护肘204和护膝304上，通过护肘204固定在人体肘关节内侧，通过护膝304固定在人体膝关节内侧，运用在两个肘关节和两个膝关节处。内轴件605嵌套在外轴件606中，在限位螺栓607的限制下，可以在0-140度之间自由旋转。金属滑片固定件604固定在内轴件605上，金属滑片603固定在金属滑片固定件604上，当内轴件605旋转时可间接性带动金属滑片603旋转。电阻板602固定在护盖601内侧，并与金属滑片603相接触。护盖601固定在外轴件606上。金属滑片603、金属滑片固定件604和电阻板602组成电位器。当金属滑片603在电阻板602上滑动时，可以改变电阻板的输出阻值。当人体肘关节做弯曲运动时，内轴件605带动金属滑片固定件604和金属滑片603旋转；金属滑片603在电阻板602上旋转滑动，改变电阻板602输出阻值，并将其阻值数据通过导线传输到精密电动推杆8的逻辑控制器84中。逻辑控制器84通过计算该阻值数据得出人体肘关节的当前弯曲角度位置数据。逻辑控制器84通过精密电动推杆8本身的内部位置控制器85的当前阻值数据，计算出外骨骼肘关节当前弯曲位置数据。并将2个数据相互比较来得出需要外骨骼的肘关节位置相对与人体肘关节位置需要的运动量。根据得出的数据，精密电动推杆8的逻辑控制器84控制电机82做正反运动，使精密电动推杆8伸缩带动外骨骼小臂支板202运动到与人体肘关节相同的位置。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。