一种腰部助力外骨骼机器人

本实用新型涉及外骨骼技术领域，尤其涉及一种腰部助力外骨骼机器人。

背景技术：

外骨骼机器人是一种可快速匹配使用者肢体，可主动或被动配合人体运动，为使用者运动过程提供助力的智能化装备。外骨骼机器人作为一种可应用于医疗、物流、工程机械等诸多领域的助力设备，与传统工作方式相比，能够更加灵活的为使用者提供持久助力，减轻使用者作业负担。

随着各类外骨骼机器人逐渐步入应用领域，其穿戴过程繁琐、操作过程复杂、使用不舒适等问题日益显现，给使用者造成额外负担，降低助力效率与使用舒适性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种腰部助力外骨骼机器人，结构简单，通过简化穿戴过程、优化交互界面等方式在提供助力的同时提高使用者穿戴出实行。

本实用新型解决上述技术问题所采用的方案是：

一种腰部助力外骨骼机器人，包括控制系统、动力系统、支撑机构和绑缚机构。所述控制系统包括意图识别系统、计算系统和执行系统；所述动力系统能够为助力外骨骼机器人助力过程提供动力，其中的动力组件为可替换结构，固定在背部护板上。所述支撑机构包括背部护板、腰部支撑板、腿部支撑板和腿部护板，其作用是实现使用者与腰部外骨骼机器人之间的物理交互，其中腰部支撑板末端设置髋关节驱动单元，髋关节驱动单元可带动腿部支撑板和腿部护板运动，为使用者提供助力。所述绑缚结构包括胸部绑缚结构、臀部绑缚结构和腿部绑缚结构，可固定腰部助力外骨骼机器人与使用者的相对位置。其中胸部绑缚结构固定在背部护板上，穿过腰部支撑板末端的固定环在使用者胸部固定；臀部绑缚结构固定在腰部支撑板末端；腿部绑缚结构固定在腿部护板上。上述腰部助力外骨骼机器人可为使用者搬运过程尤其是蹲起搬运过程提供助力，减轻使用者负担，提升工作效率。

作为优选方式，所述控制系统包括意图识别系统、计算系统和执行系统，在助力过程中，意图识别系统将运动传感器测量数据传递给计算系统，经计算系统四元数法和卡尔曼滤波算法计算后由执行系统控制髋关节驱动单元转动角速度。

作为优选方式，所述动力系统为动力组件，可为腰部助力外骨骼机器人提供持续动力，动力组件固定在背部护板上侧，可通过按下电池锁定按键进行拆卸和替换，简化电池更换过程。

作为优选方式，所述支撑机构尺寸均按照使用者生理尺寸进行设计，其中背部护板高度340mm，宽度100mm；腰部支撑板宽度430mm，高度55mm；腿部支撑板190mm-200mm。所述腰部支撑板两侧末端分别设置控制开关及电池电量指示灯，控制开关可控制腰部助力外骨骼机器人的开关及动力档位的调节；电池电量指示灯可显示电池残余电量。所述腿部支撑板首端连接髋关节驱动单元的输出端，末端与腿部护板连接，可通过腿部护板上的锁定按键调节腿部支撑板长度。

作为优选方式，腰部支撑板中连接组件内置两根双层套管，腰部支撑板两侧均设置调节按钮，通过按下调节按钮可调整腰部支撑板宽度。

作为优选方式，所述绑缚结构包括胸部绑缚结构、臀部绑缚结构和腿部绑缚结构，可固定腰部助力外骨骼机器人与使用者的相对位置。其中胸部绑缚结构包括固定板、伸缩背带、收卷器、固定环、固定卡扣遥控锁，固定板固定在背部护板上，起到固定伸缩背带和收卷器的作用；两侧伸缩背带首端固定在固定板上，穿过腰部支撑板末端的固定环在使用者前胸部通过固定卡扣固定，伸缩背带末端由收卷器收纳；收卷器固定在固定板上，用于收纳伸缩背带，使用时将伸缩背带从收卷器中拉出即可调节出合适使用者的长度；固定卡扣将两侧伸缩背带在使用者胸前固定，固定卡扣中的遥控开关可控制遥控锁中固定栓的弹出，在使用过程中遥控锁中固定栓保持弹出状态，卡住收卷器的旋转齿轮。遥控锁受固定卡扣中的遥控开关控制，通过弹出固定栓固定收卷器旋转齿轮，保证使用过程中伸缩背带长度。

作为优选方式臀部绑缚结构两端固定在腰部支撑板末端设置的髋关节驱动单元上，可提升对使用者蹲起搬运过程助力效果；腿部绑缚结构固定在腿部护板上，可固定腿部结构与使用者相对位置。

本实用新型的有益效果：

1.动力组件为可替换结构，可通过按下电池锁定按键便捷拆卸，有效简化电池更换流程。

2.绑缚结构中的胸部绑缚结构末端通过收卷器收纳，穿戴过程中可根据需要随时调节胸部绑缚结构长度，通过固定卡扣固定后收卷器被遥控开关固定，保证使用过程中伸缩背带长度不变。

3.支撑结构中的腰部支撑板可通过按下调节按钮可调整腰部支撑板宽度；腿部支撑板可通过腿部护板上的锁定按键调节腿部支撑板长度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，为了让本实用新型的使用目的、特征和优点能够更明显易懂，配合附图详细说明如下。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，为了让本实用新型的使用目的、特征和优点能够更明显易懂，配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的动力组件示意图；

图3是本实用新型的腰部支撑板示意图；

图4是本实用新型腿部机构结构示意图；

图5是本实用新型的绑缚结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所示，本实用新型为一种腰部助力外骨骼机器人，包括控制系统、动力系统、支撑机构和绑缚机构。所述控制系统包括意图识别系统、计算系统和执行系统；所述动力系统能够为助力外骨骼机器人助力过程提供动力，且动力组件1为可替换结构，固定在背部护板2上。所述支撑机构包括背部护板2、腰部支撑板3、腿部支撑板4和腿部护板5，其作用是实现使用者与腰部外骨骼机器人之间的物理交互，其中腰部支撑板末端设置髋关节驱动单元301，髋关节驱动单元301可带动腿部支撑板4和腿部护板5运动，为使用者提供助力。所述绑缚结构包括胸部绑缚结构6、臀部绑缚结构7和腿部绑缚结构8，可固定腰部助力外骨骼机器人与使用者的相对位置。其中胸部绑缚结构6固定在背部护板上，穿过腰部支撑板末端的固定环在使用者胸部固定；臀部绑缚结构7固定在腰部支撑板末端；腿部绑缚结构8固定在腿部护板上。上述腰部助力外骨骼机器人可为使用者搬运过程尤其是蹲起搬运过程提供助力，减轻使用者负担，提升工作效率。

参照图2所示，动力组件1包括组合电池板101、限位凹槽102和锁定开关103。所述组合电池板101为12节18650锂离子电池组成的动力单元，可重复充电；所述限位凹槽102与背部护板对应位置上的限位卡子201契合，可提升动力组件1与背部护板2固定的稳定性；所述锁定开关103可通过卡住背部护板上的固定卡子202固定动力组件1与背部护板2的相对位置，可通过按压锁定开关103完成组合电池板101的更换。

参照图3所示，腰部支撑板3包括腰部连接组件301、双层套管302、调节按钮303、髋关节驱动单元304、控制开关305和电量指示灯306。所述腰部连接组件301首端通过双层套管302与背部护板2连接，末端连接髋关节驱动单元304；所述双层套管302可用于调节腰部支撑板宽度；所述调节按钮303可控制通过内置l型管控制卡子伸缩，调节卡子在双层套管302上的位置从而调节双层套管长度；所述髋关节驱动单元304固定在连接组件末端，输出端与腿部连接板相连，包括电机、谐波减速器、联轴器、轴承等，可根据控制系统指令带动腿部连接板转动；所述控制开关305位于连接组件右侧前端，可用于控制腰部助力外骨骼机器人开关及助力力度调整；所述电量指示灯306位于连接组件左侧前端，可用于显示动力组件电量情况。

参照图4所示，腿部支撑板包括腿部连接板401、腿部连接组件402、腿部护板403及锁定按键404。所述腿部连接板401首端与髋关节驱动单元相连，末端与腿部连接组件402相连，可带动腿部连接组件402运动；所述腿部连接组件402首端为可旋转关节机构，可调节腿部连接组件与腿部连接板角度，方便使用者穿戴，末端设置多个固定孔可用于调节腿部连接组件长度；所述腿部护板403通过腿部绑缚结构与使用者大腿部固定，可在助力过程中增大接触面积，提升使用过程舒适性；所述锁定按键404固定在腿部护板403上，可通过按压锁定按键调整其中固定卡子与腿部连接结构402的位置，调节腿部连接结构长度。

参照图5所示，绑缚结构包括胸部绑缚结构、臀部绑缚结构和腿部绑缚结构，可固定腰部助力外骨骼机器人与使用者的相对位置。其中胸部绑缚结构包括固定板601、伸缩背带602、收卷器603、固定环604、固定卡扣605遥控锁606，固定板601固定在背部护板上，起到固定伸缩背带602和收卷器603的作用；两侧伸缩背带602首端固定在固定板601上，穿过腰部支撑板末端的固定环604在使用者前胸部通过固定卡扣605固定，伸缩背带末端由收卷器603收纳；收卷器603固定在固定板601上，用于收纳伸缩背带602，使用时将伸缩背带从收卷器中拉出即可调节出合适使用者的长度；固定卡扣605将两侧伸缩背带602在使用者胸前固定，固定卡扣605中的遥控开关可控制遥控锁606中固定栓的弹出，在使用过程中遥控锁606中固定栓保持弹出状态，卡住收卷器的旋转齿轮。遥控锁606受固定卡扣中的遥控开关控制，通过弹出固定栓固定收卷器603旋转齿轮，保证使用过程中伸缩背带长度。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术范围内，依据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。