一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置的制作方法

本实用新型涉及外骨骼助力机器人领域，具体是一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置。

背景技术：

现有的下肢助力外骨骼机器人结构大多都是采用拟人化的设计，导致下肢助力外骨骼机器人结构像人体一样复杂，又由于便携能源动力的不足，下肢助力外骨骼机器人往往采用欠驱动的方式，这种方式会导致下肢助力外骨骼机器人的控制较为困难且难以精确。由于下肢助力外骨骼机器人结构需要穿戴于人体，因此就需要外骨骼的自重较低，结构尽量简便。另外下肢助力外骨骼机器人的首要目的是助力，它的结构没有必要完全采用拟人化的设计，而且较为复杂的控制方案势必具有更大的能源及硬件需求，复杂的控制方案也会对下肢助力外骨骼机器人响应的实时性产生较大影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置，包括左肢和右肢，所述左肢和右肢之间设置有腰部装置，所述腰部装置左端连接左肢，所述腰部装置右端连接右肢，所述左肢下端连接左足，所述右肢下端连接右足。

作为优选方案，左肢和右肢之间设置有腰部装置，所述腰部装置用于连接左肢和右肢，方便活动，所述腰部装置左端连接左肢，左肢下端连接左足，所述腰部装置右端连接右肢，右肢下端连接右足，所述左足和右足形状根据人体的足部设计，与地面接触面积大，起到更稳固的作用。

作为优选方案，腰箍之间连接有腰部连接块，所述腰部连接块用于连接左肢和右肢，所述腰箍左端连接有左髋调节杆，所述腰箍右端连接有右髋调节杆，所述腰箍用于紧箍固定左髋调节杆和右髋调节杆，所述左髋调节杆连接有左髋，所述右髋调节杆连接有右髋，所述左髋调节杆和右髋调节杆能够根据人体腰部的宽度进行调节左髋和右髋之间的距离，然后通过腰箍紧箍固定，所述左髋一端的下方设置有左髋电动推杆，所述左髋另一端连接有左髋屈伸耳朵，所述左髋屈伸耳朵与左髋电动推杆连接，所述右髋一端的下方设置有右髋电动推杆，所述右髋另一端连接有右髋屈伸耳朵，所述右髋屈伸耳朵与右髋电动推杆连接，所述左髋电动推杆和右髋电动推杆是由电机和滚珠丝杠集成，通过左髋电动推杆给左髋和左髋屈伸耳朵连接处组成的旋转关节提供动力，通过右髋电动推杆给右髋和右髋屈伸耳朵连接处组成的旋转关节提供动力。

作为优选方案，左腿长度调节杆一端连接左髋屈伸耳朵，另一端连接左腿电动推杆，所述左腿电动推杆连接左小腿连接杆，所述左腿长度调节杆根据人体腿部的长度进行调节，所述左腿电动推杆是由电机和滚珠丝杆集成，左腿电动推杆的平动副形成膝关节，所述左小腿连接杆通过左踝杆端轴承关节连接左足，在人行走过程中，所述左腿电动推杆根据人体行走的步态关节的角度以及腿的长度进行实时调节，所述右腿长度调节杆一端连接右髋屈伸耳朵，另一端连接右腿电动推杆，所述右腿电动推杆连接右小腿连接杆，所述右腿长度调节杆根据人体腿部的长度进行调节，所述右腿电动推杆是由电机和滚珠丝杆集成，右腿电动推杆的平动副形成膝关节，所述右小腿连接杆通过右踝杆端轴承关节连接右足在人行走过程中，所述右腿电动推杆根据人体行走的步态关节的角度以及腿的长度进行实时调节。

作为优选方案，腰部连接块和左髋调节杆之间通过腰箍和螺钉进行紧箍，腰部连接块和右髋调节杆之间通过腰箍和螺钉进行紧箍，所述左髋调节杆和左髋之间通过轴及轴承连接，形成小幅度的左髋收展自由度关节，所述右髋调节杆和右髋之间通过轴及轴承连接，形成小幅度的左髋收展自由度关节，所述左髋电动推杆通过轴连接左髋和左髋屈伸耳朵，所述右髋电动推杆通过轴连接右髋和右髋屈伸耳朵。

作为优选方案，左髋屈伸耳朵侧边设置有用于腿部长度的紧箍固定的螺纹孔，左髋屈伸耳朵内插入能够调节腿部长度左腿长度调节杆，所述左腿长度调节杆通过螺钉与左腿电动推杆连接，所述左腿电动推杆通过螺纹与左小腿连接杆连接，所述右髋屈伸耳朵侧边设置有用于腿部长度的紧箍固定的螺纹孔，所述右髋屈伸耳朵内插入能够调节腿部长度右腿长度调节杆，所述右腿长度调节杆通过螺钉与右腿电动推杆连接，所述右腿电动推杆通过螺纹与右小腿连接杆连接。所述左踝杆端轴承关节通过螺纹与左小腿连接杆连接，所述左踝杆端轴承关节通过轴与左足连接，形成三自由度的左踝关节结构，所述右踝杆端轴承关节通过螺纹与右小腿连接杆连接，所述右踝杆端轴承关节通过轴与右足连接，形成三自由度的右踝关节结构。

与现有技术相比，本实用新型主要是解决现有的下肢助力外骨骼装置结构复杂的问题，同时又能降低下肢助力外骨骼装置由于结构复杂而难于控制的问题。本实用新型中膝关节采用电动推杆从而设计成平动副，该装置结构不再是多旋转关节耦合串联的复杂结构，并能够降低该实用新型进行控制时的关节运动的解耦难度，在人行走的过程中，会根据人体行走的姿势和步态、关节的角度以及腿的长度进行实时调节，跟人匹配，从而达到助力效果。

附图说明

图1为本实用新型一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置的立体图；

图2为本实用新型一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置的后视图；

图3为本实用新型一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置的腰部装置结构图；

图4为本实用新型一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置的腿部结构图。

图中：101-左肢、201-右肢、301-腰部装置、102-左足、202-右足、302-腰部连接块、303-左髋、304-右髋、305-左髋调节杆、306-右髋调节杆、307-左髋屈伸耳朵、308-右髋屈伸耳朵、309左髋电动推杆、310-右髋电动推杆、311-腰箍、103-左腿长度调节杆、104-左腿电动推杆、105-左小腿连接杆、203-右腿长度调节杆、204-右腿电动推杆、205-右小腿连接杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-图4，本实用新型实施例中，一种膝关节为平动副的下肢外骨骼助力装置，包括左肢101和右肢201，所述左肢101和右肢201之间设置有腰部装置301，所述腰部装置301左端连接左肢101，所述腰部装置301右端连接右肢201，所述左肢101下端连接左足102，所述右肢201下端连接右足202。所述左足102和右足202形状根据人体的足部设计，与地面接触面积大，起到更稳固的作用。

所述腰部装置301包括腰部连接块302、腰箍311、左髋303、右髋304、左髋调节杆305、右髋调节杆306、左髋屈伸耳朵307、右髋屈伸耳朵308、左髋电动推杆309和右髋电动推杆310，所述腰箍311之间连接有腰部连接块302，腰箍311之间连接有腰部连接块302，所述腰箍311左端连接有左髋调节杆305，所述左髋调节杆305连接有左髋303，所述腰箍311用于紧箍固定左髋调节杆305和右髋调节杆306，所述左髋303一端的下方设置有左髋电动推杆309，所述左髋303另一端连接有左髋屈伸耳朵307，所述左髋屈伸耳朵307与左髋电动推杆309连接，所述腰箍311右端连接有右髋调节杆306杆，所述右髋调节杆306杆连接有右髋304，所述右髋304一端的下方设置有右髋电动推杆310，所述右髋304另一端连接有右髋屈伸耳朵308，所述右髋屈伸耳朵308与右髋电动推杆310连接，所述左髋调节杆305和右髋调节杆306能够根据人体腰部的宽度进行调节左髋和有款之间的距离，然后通过腰箍311紧箍固定，所述左髋调节杆305和右髋调节杆306是由电机和滚珠丝杠集成，通过左髋调节杆305给左髋303和左髋屈伸耳朵307连接处组成的旋转关节提供动力，通过右髋电动推杆306给右髋304和右髋屈伸耳朵308连接处组成的旋转关节提供动力。

所述左肢101包括左腿长度调节杆103、左腿电动推杆104和左小腿连接杆105，所述右肢201包括右腿长度调节杆203、右腿电动推杆204、右小腿连接杆205，左腿长度调节杆103一端连接左髋屈伸耳朵307，另一端连接左腿电动推杆104，所述左腿电动推杆104连接左小腿连接杆105，所述左腿长度调节杆103根据人体腿部的长度进行调节，所述左腿电动推杆104是由电机和滚珠丝杆集成，左腿电动推杆104的平动副形成膝关节，所述左小腿连接杆105通过左踝杆端轴承关节连接左足102，在人行走过程中，所述左腿电动推杆104根据人体行走的步态、关节的角度以及腿的长度进行实时调节，所述右腿长度调节杆203一端连接右髋屈伸耳朵308，另一端连接右腿电动推杆204，所述右腿电动推杆204连接右小腿连接杆205，所述右腿长度调节杆203根据人体腿部的长度进行调节，所述右腿电动推杆204是由电机和滚珠丝杆集成，右腿电动推杆204的平动副形成膝关节，所述右小腿连接杆205通过右踝杆端轴承关节连接右足202，在人行走过程中，所述右腿电动推杆204根据人体行走的步态、关节的角度以及腿的长度进行实时调节。

腰部连接块302和左髋调节杆305之间通过腰箍311和螺钉进行紧箍，腰部连接块302和右髋调节杆306杆之间通过腰箍311和螺钉进行紧箍，所述左髋调节杆305和左髋303之间通过轴及轴承连接，形成小幅度的左髋303收展自由度关节，所述右髋调节杆306杆和右髋304之间通过轴和轴承连接，形成小幅度的左髋303收展自由度关节，所述左髋电动推杆309通过轴连接左髋303和左髋屈伸耳朵307，通过左髋电动推杆309给自由度关节提供动力，所述右髋电动推杆310通过轴连接右髋304和右髋屈伸耳朵308，通过右髋电动推杆309给自由度关节提供动力。

左髋屈伸耳朵307侧边设置有用于腿部长度的紧箍固定的螺纹孔，左髋屈伸耳朵307内插入能够调节腿部长度左腿长度调节杆103，所述左腿长度调节杆103通过螺钉与左腿电动推杆104连接，所述左腿电动推杆104通过螺纹与左小腿连接杆105连接，所述右髋屈伸耳朵308侧边设置有用于腿部长度的紧箍固定的螺纹孔，所述右髋屈伸耳朵308内插入能够调节腿部长度右腿长度调节杆203，所述右腿长度调节杆203通过螺钉与右腿电动推杆204连接，所述右腿电动推杆204通过螺纹与右小腿连接杆205连接。所述左踝杆端轴承关节通过螺纹与左小腿连接杆105连接，所述左踝杆端轴承关节通过轴与左足102连接，形成三自由度的左踝关节结构，所述右踝杆端轴承关节通过螺纹与右小腿连接杆205连接，所述右踝杆端轴承关节通过轴与右足202连接，形成三自由度的右踝关节结构。

本实用新型的工作过程：在人们佩戴该装置之前，先通过调节腰箍311对左髋调节杆305和右髋调节杆306的长度根据人体腰部的宽度进行调节，通过腰箍上的螺纹孔对左髋调节杆305和右髋调节杆306进行紧箍固定，所述左髋调节杆305和右髋调节杆306可以左右调节，然后通过根据使用者腿部的长度调节左腿长度调节杆103和右腿长度调节杆203的长度，调节好之后使用者佩戴该装置，通过腰部连接块302上的孔通过背带或固定装置将人体和装置固定在一起，在人体行走的过程中，左腿电动推杆104和右腿电动推杆204通过传感器会根据人体行走的姿势和步态、关节的角度以及腿的长度进行实时调节，跟人匹配，从而达到助力效果。本实用新型中膝关节采用电动推杆从而设计成平动副，该装置结构不再是多旋转关节耦合串联的复杂结构，并能够降低该实用新型进行控制时的关节运动的解耦难度。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。