[发明专利]一种轻型辅助行走外骨骼器具

说明书

一种轻型辅助行走外骨骼器具，解决现有可穿戴助力下肢外骨骼由于本体结构复杂沉重导致的人机辅助效果差，及人机耦合性差，辅助功能单一，工作环境适应性差等问题。本发明的轻型辅助行走外骨骼器具包括足部仿生结构、小腿仿生结构、大腿仿生结构、人机链接组件和动力模块，大腿仿生结构屈伸运动由动力模块中动力髋关节驱动，小腿仿生机构取胜运动由动力膝关节提高动力做屈伸运动。整机通过人机足部、小腿、大腿和腰部连接件缠绕在穿戴者身上，有腰部控制系统发出信号调控动力关节运动。轻量化和模块化结构形式的优点，集成动力关节设计，可拆卸模块结构等扩大了辅助行走应用场景。

技术领域

本发明涉及一种辅助行走器械，具体涉及一种辅助穿戴者下肢行走助力的外骨骼器械。

背景技术

随着机械外骨骼技术研究和发展，特别是在进入新世纪之后，外骨骼助力机器人作为一种人体的辅助设备，在军用领域、物流和康复等领域成为热门的技术研究点。辅助外骨骼机器人就是机器人领域中一个非常重要的模块，机械外骨骼机器人可以有效的完成人体不能完成的运动，助力的功能扩大机器人的应用领域。但是传统研究的外骨骼机器人功能过于单一,整机结构复杂，关节自由度和外形设计不能有效吻合人体生理运动范围，整机自由度主要来自分散的自由度组成，或者由一个两个自由度组成，活动范围较小，总体重量难以实现更轻，更柔顺，行走辅助效果差，人机协同性差，不适合在物流或者康复领域穿戴者短距离行走操作。

目前外骨骼助力机器人技术研究很多，但将机械外骨骼机器人真正应用的产品很少，机械外骨骼助力机器人比传统人力辅助具有更好的助力效果，其智能性将在军用、航天、工业、建筑、消防以及康复等领域都有广泛的应用，而且在结构设计、驱动方式、步态感知、控制策略及能源配置和辅助效果等领域研究不成熟，轻型辅助机械外骨骼机器人结构设计是一直是外骨骼普及运用研究的热点和难点。外骨骼能够跟随人体运动和辅助助力行走，轻型的结构形式直接影响外骨骼机器人的应用场景。目前国内外外骨骼结构设计种类繁多，由于结构形式的设计缺陷，外骨骼助力机器人本体结构复杂沉重，辅助功能单一，人机耦合性差，人机舒适性差，即使拥复杂设计的主被动驱动系统，也使穿戴者望而止步。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种轻型辅助行走外骨骼器具，解决现有可穿戴助力下肢外骨骼由于本体结构复杂沉重导致的人机辅助效果差，及人机耦合性差，辅助功能单一，工作环境适应性差等问题，进而提供一种轻型辅助行走外骨骼器具。

本发明所采用的技术方案是：一种轻型辅辅助行走外骨骼器具，包括外骨骼机械结构模块和动力模块；外骨骼机械结构模块包括人体下肢仿生外骨骼结构和人机连接组件，人体下肢仿生外骨骼结构符合人体生理机构，通过人机连接件连接人体；

动力模块包括动力源和下肢动力关节；下肢动力关节包括被动踝关节、主动髋关节和主动膝关节；

人体下肢仿生外骨骼结构包括腿仿生支撑结构和腰部安装板；腿仿生支撑结构位于腰部安装板左右对称安装；腿仿生支撑结构包括足部仿生结构、小腿仿生结构和大腿仿生结构，小腿仿生结构和大腿仿生结构的长度能够调节；大腿仿生结构和腰部安装板通过主动髋关节连接；足部仿生结构和小腿仿生结构通过被动踝关节连接；小腿仿生结构和大腿仿生结构通过主动膝关节连接；动力源包括伺服控制盒和电源盒模块，安装在腰部安装板结构壳体内上，电源盒模块为伺服控制盒提供电源，伺服控制盒驱动主动髋关节和主动膝关节运动。

所述人机连接件包括足部连接件、大腿连接件、小腿连接件和腰部连接件，主动髋关节安装在腰部安装板两侧对称安装，通过螺钉固定连接；足部仿生结构的仿生鞋通过足部连接件的弹性带缠绕固定在穿戴者足部；小腿仿生结构通过小腿连接件缠绕固定在穿戴者小腿处；大腿仿生结构通过大腿连接件缠绕固定在穿戴者大腿处；腰部连接件安装在腰部连接板上，腰部安装板前侧的海绵通过腰部连接件缠绕在穿戴者腰部。

所述小腿仿生结构包括小腿支撑结构上端和小腿可伸缩下端，小腿支撑结构上端和小腿可伸缩下端由槽结构配合连接，通过可调节螺钉锁紧。