一种分离式外骨骼系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种医疗、军事、救援、抢险装置，尤其是一种分离式外骨骼系统。
【背景技术】
[0002]在许多情况下，普通人在行走或负重时通常都会消耗大量能量，随着科学技术的发展，现在士兵在执行作战任务中所携带的除武器弹药外，所需携带的其它装备也越来越多，而人的体能是一定的，在行军等过程中势必会大量消耗其体能，最后会严重影响到其它关键时刻的战斗力的发挥，因此需要借助外骨骼帮助人们节省体能，然而传统人体外骨骼设备存在诸多缺陷:传统外骨骼设备通常采用的是智能人机交互系统，需要高精度传感器以及极大的数据量处理的硬件软件支持，造成了外骨骼机构臃肿、造价高昂、实用性低下等缺陷；传统外骨骼将人和外骨骼视为一个整体，因此外骨骼必须精确测定并跟进人体每个运动。然而实际的外骨骼人机携行运动中，紧凑的人机整体性会导致共振，这些共振会影响传感器的精确测定和处理分析；复杂的电子元件导致外骨骼使用寿命短，经不起颠簸，实用性低，电子元件一旦损坏维修成本高。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型主要解决的技术问题是提供一种可以提高外骨骼性能，降低成本，降低外骨骼机构复杂度，提高机体稳定性的分离式外骨骼控制系统。
[0004]本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种分离式外骨骼系统，包括外骨骼，能够将外骨骼固定在人体上的腹带，控制外骨骼活动的动力执行装置，为动力执行装置提供电能的电源，对动力执行装置实现自动控制的电控板，用于监测人体下肢动作的监测装置和用于将监测装置穿戴在人体上的紧身衣；所述外骨骼与腹带铰接。
[0005]所述外骨骼包括顺序铰接的髋部支撑件、大腿支撑件、小腿支撑件和脚部支撑件，所述髋部支撑件的顶部设有用于和腹带连接的安装盒。
[0006]所述动力执行装置包括电机和齿轮传动部件，大腿支撑件的上、下端以及小腿支撑件的下端分别固连有电机，电机的输出轴上设有主动锥齿轮，所述髋部支撑件上设有能够与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮；所述小腿支撑件和脚部支撑件上设有从动直齿轮，从动直齿轮由传动锥齿轮与主动锥齿轮啮合。
[0007]所述从动锥齿轮和从动直齿轮由轴承安装在转轴上，转轴与外骨骼固连。
[0008]所述监测装置设置在人体髋关节部位和膝关节部位，并嵌装在紧身衣中，分别用于监测大腿和小腿的运动状态；所述监测装置包括分置于关节上下侧的滑槽导轨，所述滑槽导轨分别与紧身衣固连，滑槽导轨内分别滑动配合连接有滑杆，两段滑杆铰接，铰接处设有旋转电位器。
[0009]所述电控板安装在外骨骼上，电控板与旋转电位器以及电机由数据线连接。
[0010]所述电源分别由导线连接电控板、电机和旋转电位器。
[0011]所述电源设有电源包，电源包的上部设有两个能够卡在人体肩部的倒U形肩部背负装置。
[0012]所述电机由L形支架安装在外骨骼上。
[0013]所述电源包内能够盛装救生物品。
[0014]本实用新型的有益效果是:一种分离式外骨骼系统，可以保证使用者可以小幅度自由活动腿部，而设置在紧身衣中的旋转电位器通过检测人体腿部的动作来控制PID环闭反馈模块，环闭反馈模块驱动电机，使外骨骼保持与人体同步。这种人机交互系统由于控制器是在紧身服内，分离的人机运动干涉非常小，在步行姿态的延迟，可以完全由使用者的学习克服，机体在运动中几乎不会影响到传感器工作。
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0016]图1为一种分离式外骨骼系统的正视结构示意图。
[0017]图2为一种分离式外骨骼系统的侧视图。
[0018]图3为监测装置的结构示意图。
[0019]图4为监测装置监测状态结构示意图。
[0020]图中，1.外骨骼，1-1.髋部支撑件，1-2.大腿支撑件，1-3.小腿支撑件，1_4.脚部支撑件，2.腹带，3.动力执行装置，3-1.电机，3-2.主动锥齿轮，3-3.从动锥齿轮，3-4.传动锥齿轮，3-5.从动直齿轮，4.电源，5.紧身衣，6.电控板，7.监测装置，7-1.滑槽导轨，7-2.滑杆，7-3.旋转电位器，8.电源包，9.肩部背负装置。
【具体实施方式】
[0021]在附图中，一种分离式外骨骼系统，包括外骨骼1，能够将外骨骼I固定在人体上的腹带2，控制外骨骼I活动的动力执行装置3，为动力执行装置3提供电能的电源4，对动力执行装置3实现自动控制的电控板6，用于监测人体下肢动作的监测装置7和用于将监测装置穿戴在人体上的紧身衣5 ;所述外骨骼I与腹带2铰接。
[0022]所述外骨骼I包括顺序铰接的髋部支撑件1-1、大腿支撑件1-2、小腿支撑件1-3和脚部支撑件1-4，所述髋部支撑件1-1的顶部设有用于和腹带2连接的安装盒。
[0023]所述动力执行装置3包括电机3-1和齿轮传动部件，大腿支撑件1-2的上、下端以及小腿支撑件1-3的下端分别固连有电机3-1，电机3-1的输出轴上设有主动锥齿轮3-2，所述髋部支撑件1-1上设有能够与主动锥齿轮3-2啮合的从动锥齿轮3-3 ;所述小腿支撑件1-3和脚部支撑件1-4上设有从动直齿轮3-5，从动直齿轮3-5由传动锥齿轮3_4与主动锥齿轮3-2啮合。
[0024]所述从动锥齿轮3-3和从动直齿轮3-5由轴承安装在转轴上，转轴与外骨骼I固连。
[0025]所述监测装置7设置在人体髋关节部位和膝关节部位，并嵌装在紧身衣5中，分别用于监测大腿和小腿的运动状态；所述监测装置7包括分置于关节上下侧的滑槽导轨7-1，所述滑槽导轨7-1分别与紧身衣5固连，滑槽导轨7-1内分别滑动配合连接有滑杆7-2，两段滑杆7-2铰接，铰接处设有旋转电位器7-3。
[0026]所述电控板6安装在外骨骼I上，电控板6与旋转电位器7-3以及电机7_1由数据线连接。
[0027]所述电源4分别由导线连接电控板6、电机7-1和旋转电位器7-3。
[0028]所述电源4设有电源包8，电源包8的上部设有两个能够卡在人体肩部的倒U形肩部背负装置9。
[0029]所述电机3-1由L形支架安装在外骨骼I上。
[0030]所述电源包8内能够盛装救生物品。
[0031]使用时，监测装置7随紧身衣5紧贴人体，监测人体运动状态，当人体运动时，人体关节转动角度通过旋转电位器7-3精确发出电平信号，控制PID环闭反馈模块，环闭反馈模块驱动电机3-1，使外骨骼I保持与人体同步，免去了复杂的高精度传感器和模糊解释电平信号的软硬件。并且外骨骼仅通过髋部支撑件与人体下肢连接，减少固定人体和外骨骼的约束点，使得人体在外骨骼I中的膝关节依然可以提供小幅度活动空间。
【主权项】
1.一种分离式外骨骼系统，其特征是，包括外骨骼，能够将外骨骼固定在人体上的腹带，控制外骨骼活动的动力执行装置，为动力执行装置提供电能的电源，对动力执行装置实现自动控制的电控板，用于监测人体下肢动作的监测装置和用于将监测装置穿戴在人体上的紧身衣；所述外骨骼与腹带铰接；所述外骨骼包括顺序铰接的髋部支撑件、大腿支撑件、小腿支撑件和脚部支撑件；所述动力执行装置包括电机和齿轮传动部件，大腿支撑件的上、下端以及小腿支撑件的下端分别固连有电机，电机的输出轴上设有主动锥齿轮，所述髋部支撑件上设有能够与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮；所述小腿支撑件和脚部支撑件上设有从动直齿轮，从动直齿轮由传动锥齿轮与主动锥齿轮啮合；所述监测装置设置在人体髋关节部位和膝关节部位，并嵌装在紧身衣中；所述监测装置包括分置于关节上下侧的滑槽导轨，所述滑槽导轨分别与紧身衣固连，滑槽导轨内分别滑动配合连接有滑杆，两段滑杆铰接，铰接处设有旋转电位器；所述电控板安装在外骨骼上，电控板与旋转电位器以及电机由数据线连接；所述电源分别由导线连接电控板、电机和旋转电位器；所述电源设有电源包，电源包的上部设有两个能够卡在人体肩部的倒U形肩部背负装置。2.根据权利要求1所述的一种分离式外骨骼系统，其特征是，所述从动锥齿轮和从动直齿轮由轴承安装在转轴上，转轴与外骨骼固连。3.根据权利要求1所述的一种分离式外骨骼系统，其特征是，所述电机由L形支架安装在外骨骼上。
【专利摘要】本实用新型涉及一种分离式外骨骼系统，包括外骨骼，能够将外骨骼固定在人体上的腹带，控制外骨骼活动的动力执行装置，为动力执行装置提供电能的电源，对动力执行装置实现自动控制的电控板，用于监测人体下肢动作的监测装置和用于将监测装置穿戴在人体上的紧身衣；所述外骨骼与腹带铰接，该外骨骼系统可以保证使用者可以小幅度自由活动腿部，而设置在紧身衣中的旋转电位器通过检测人体腿部的动作来控制PID环闭反馈模块，环闭反馈模块驱动电机，使外骨骼保持与人体同步。这种人机交互系统由于控制器是在紧身服内，分离的人机运动干涉非常小，在步行姿态的延迟，可以完全由使用者的学习克服，机体在运动中几乎不会影响到传感器工作。
【IPC分类】A61F4/00
【公开号】CN204709093
【申请号】CN201520326759
【发明人】杜宇航
【申请人】杜宇航
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月20日