可变形为轮椅的多功能外骨骼机器人的制作方法

本发明涉及一种外骨骼，具体涉及一种可变形为轮椅的多功能外骨骼机器人。

背景技术：

目前，对人体穿戴式外骨骼结构较为单一，并且在康复医疗领域，无法做到灵活拆卸和变形控制，在康复外骨骼中还没有可变形轮椅式的外骨骼机器人，给一些行动不便的人穿戴和行走造成一定的困难。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑，穿戴方便的可变形为轮椅的多功能外骨骼机器人。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

可变形为轮椅的多功能外骨骼机器人，它包括左腿、右腿、足部和支撑架；左腿和右腿分别包括大腿和小腿，大腿的上部安装有髋关节驱动电机，髋关节驱动电机的输出轴连接支撑架；小腿的上部安装有膝关节电机，膝关节电机的输出轴连接大腿的下部，小腿的底部安装有足部，大腿上还设置有可拆卸的手杆，手杆设置在大腿上后相对大腿旋转，手杆的端部固装有带有驱动电机的后轮，带有驱动电机的后轮位于小腿的后方，小腿底部后侧安装有能上下翻转助力轮具，助力轮具上安装有万向轮。

进一步地，所述助力轮具包括小腿连接件、轮子连接件和锁紧件；小腿连接件安装在小腿底部后侧，轮子连接件固装在连接轴上，连接轴转动安装在小腿连接件上，连接轴两端中部为盲孔，两个锁紧件分别插接在连接轴两端盲孔内并固定在小腿连接件上，万向轮安装在轮子连接件上。

进一步地，所述小腿连接件为带有凹槽的连接件，连接轴布置在凹槽内，连接轴两端分别置于凹槽两壁上的轴孔内，连接轴能在轴孔内转动，锁紧件包括堵板、锁紧柱和两个定位柱；堵板的一板面固接有锁紧柱，位于锁紧柱两侧固接有定位柱，凹槽两壁分别设置有一个锁紧件，锁紧柱插装于连接轴的盲孔内，锁紧柱上带有的键插在盲孔内壁上的键槽上，定位柱插入凹槽壁上的通孔内。

本发明相比现有技术的有益效果是

1、本发明可变形外骨骼方便了病人穿戴和帮助其站立，病人在穿戴过程中，轮椅模式时，病人可通过手杆、左腿和右腿共同作用，使劲的过程符合人体生物力学模型，使其可以借力独立完成穿戴和直立状态，减少了医护人员的工作量，也锻炼了病人的协调操作能力，达到康复训练的目的。

2、在大腿上增设固定支架，固定支架连接手杆，手杆连接后轮，足部后方小腿底部设置有万向轮，在变形过程中，万向轮与后轮始终保持在同一平面内，使外骨骼在变形为轮椅模式后可以灵活运动，并且具有很好的稳定性。在直立状态时，手杆可以拆卸下来，作为助力拐杖使用，丰富了康复外骨骼机器人的功能。

3、在足部后方小腿底部设置有助力轮具，在变形轮椅时，通过人体重心的变化，手动将万向轮弹出，使万向轮与后轮处于同一平面，完成变形过程，结构简单，便捷。驱动电机分别布置于髋关节、膝关节及后轮，组成了一种曲柄连杆机构使整体结构更加紧凑，在较小的空间实现大出力，从而实现轻型化重负载的助力效果。

附图说明

图1为本发明外骨骼直立模式下的整体结构示意图；

图2为本发明轮椅模式下的整体结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为手杆与后轮连接关系示意图；

图5为定位柱的结构示意图；

图6为小腿连接件的结构示意图；

图7为轮子连接件和连接轴相互连接关系示意图；

图8为本发明工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1-图4说明，本实施方式的可变形为轮椅的多功能外骨骼机器人，它包括左腿、右腿、足部3和支撑架4；

左腿和右腿分别包括大腿1和小腿2，大腿1的上部安装有髋关节驱动电机，髋关节驱动电机的输出轴连接支撑架4；小腿2的上部安装有膝关节电机，膝关节电机的输出轴连接大腿1的下部，小腿2的底部安装有足部3，大腿1上还设置有可拆卸的手杆5，手杆5设置在大腿1上后相对大腿1旋转，手杆5的端部固装有带有驱动电机的后轮6，带有驱动电机的后轮6位于小腿2的后方，小腿2底部后侧安装有能上下翻转助力轮具7，助力轮具7上安装有万向轮8。大腿1与支撑架4、小腿2均通过转动副连接，保证其传动的稳定性。大腿1及足部3均有绑金固定和穿戴者捆绑在一起，从而由人体发出运动信号，外骨骼提供助力效果，辅助病人做康复训练。

本实施方式有两种变形模式：

在轮椅变形的过程中，由于人体重心后移，手动旋转足部3后方小腿上的助力工具7，控制万向轮8支撑地面，此时髋关节驱动电机和膝关节驱动电机带动支撑架4和大腿1，使其旋转向下运动，手杆5设置在大腿1上后相对大腿1旋转，同时，后轮6上的驱动电机使后轮6向远离人体的方向水平移动，期间保证后轮6与足部3上的万向轮8一直处于同一平面内，使其在变形过程中稳定可靠，最终变成轮椅模式。

在外骨骼变形的过程中，此时人体重心前移，手动旋转足部3后方小腿上的助力工具7，控制万向轮8向上翻转固定，病人通过左腿、右腿和手杆5共同作用，髋关节电机和膝关节电机带动支撑架4和大腿1旋转向上运动，后轮6上的驱动电机使后轮6向靠近人体的方向水平移动，病人借力进行穿戴和站立，在此过程中，后轮6始终接触地面与足部3在同一水平面上，最终变成外骨骼模式。

较佳地，如图2、图5-图7所示，所述助力轮具7包括小腿连接件71、轮子连接件72和锁紧件73；小腿连接件71安装在小腿2底部后侧，轮子连接件72固装在连接轴74上，连接轴74转动安装在小腿连接件71上，连接轴74两端中部为盲孔741，两个锁紧件73分别插接在连接轴74两端盲孔741内并固定在小腿连接件71上，万向轮8安装在轮子连接件72上。

较佳地，如图5、图6和图7所示，所述小腿连接件71为带有凹槽710的连接件，连接轴74布置在凹槽710内，连接轴74两端分别置于凹槽710两壁上的轴孔711内，连接轴74能在轴孔711内转动；

锁紧件73包括堵板731、锁紧柱732和两个定位柱733；堵板731的一板面固接有锁紧柱732，位于锁紧柱732两侧固接有定位柱733，凹槽两壁分别设置有一个锁紧件73，锁紧柱732插装于连接轴74的盲孔741内，锁紧柱732上带有的键插在盲孔741内壁上的键槽上，定位柱733插入凹槽壁上的通孔712内。

较佳地，如图7所示，轮子连接件72两侧的连接轴74上分别固接有一根限位杆75，轮椅模式下万向轮8支撑地面时，限位杆75呈水平布置。

较佳地，大腿1上加工有安装孔，手杆5上连接有支杆51，支杆51插装在安装孔内，手杆5相对大腿1转动。如此设置，在轮椅模式和外骨骼模式转换过程中，轮椅模式下手杆5及其连接的后轮6与万向轮8一起支撑地面，实现轮椅下的运动。在变形为外骨骼模式时，手杆5及其连接的后轮6可拆卸，单独作为助力拐杖使用。

工作原理

如图8所示，图中圆圈代表转动副，变形为轮椅形态时，将手杆5和后轮6装配于大腿1上，膝关节、髋关节和后轮分别受各自驱动电机驱动，大腿与小腿之间的膝关节、大腿与支撑架之间的髋关节逆时针做旋转运动，同时后轮6向后做水平直线运动，此时手杆5通过支杆51绕着大腿1上的安装孔逆时针旋转，为了保证在变形轮椅过程中，整个外骨骼不会因为重心后移而侧翻等问题，应使手杆5下端后轮6与足部3在同一平面内，即需满足：l固定+l小腿＝l手杆(l固定为支杆到膝关节的距离，l小腿为小腿与足部、万向轮半径长度之和，l手杆为手杆长度与后轮半径之和)。

在变形为外骨骼形态时，膝关节、髋关节和后轮分别受各自驱动电机驱动，大腿1与小腿2之间的膝关节、大腿1与支撑架4之间的髋关节顺时针做旋转运动，后轮6向前做水平直线运动，此时手杆5绕着大腿1顺时针旋转，直到运动竖直状态，此过程同样满足l固定+l小腿＝l手杆，最终变形完毕。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。