CN211439969U - 下肢外骨骼助力负重机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种下肢外骨骼助力负重机构，属于外骨骼机器人领域，以解决现有机构负重低及耗能高的问题。包括载重件、相互对称的负重支链和控制装置，载重件两端分别与两条负重支链上的调节件的上部铰接，控制装置安装于载重件中；每条负重支链上的调节件的底部两端分别与大腿支撑件的上端和载重支撑件的上端铰接，髋关节伺服电机的输出轴与大腿支撑件的上端连，膝关节伺服电机的输出轴与小腿支撑件的上端连，大腿支撑件下端与小腿支撑件上端铰接，载重支撑件下端与小腿支撑件上端铰接，小腿支撑件下端与踝关节脚部件铰接，大腿穿戴环与大腿支撑件中部固定连，小腿穿戴环与小腿支撑件上部连接，髋关节伺服电机和膝关节伺服电机均与控制装置连。
Description
技术领域
本实用新型涉及外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种下肢外骨骼助力负重机构。
背景技术
下肢外骨骼助力机构能够在保证人体各种动作与机械之间协调性的前提下，使人类的力量成倍数放大，它既能实现负重长途行军和搬运，完成侦察、作战和运输等任务，也可以协助躯体力量不足的使用者进行运动和康复。因此，下肢外骨骼助力机构在各领域发挥的巨大作用，使其发展前景十分广阔。然而，现有的下肢外骨骼助力机构的重心不能自动调节，不仅导致机构的负重低，而且导致机构整体耗能高。
发明内容
为解决现有的下肢外骨骼助力机构负重低及耗能高的技术问题，本实用新型提供一种下肢外骨骼助力负重机构。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种下肢外骨骼助力负重机构，其包括载重件、相互对称的两条负重支链和控制装置，每条负重支链包括调节件、髋关节伺服电机、大腿支撑件、载重支撑件、膝关节伺服电机、小腿支撑件、踝关节脚部件、大腿穿戴环和小腿穿戴环，其中：所述载重件的两端分别与两条负重支链上的调节件的上部铰接，控制装置安装于载重件中；每条负重支链上，调节件的底部两端分别与大腿支撑件的上端和载重支撑件的上端铰接，髋关节伺服电机的输出轴与大腿支撑件的上端连接，膝关节伺服电机的输出轴与小腿支撑件的上端连接，大腿支撑件的下端与小腿支撑件的上端铰接，载重支撑件的下端与小腿支撑件的上端铰接，小腿支撑件的下端与踝关节脚部件铰接，大腿穿戴环与大腿支撑件的中部固定连接，小腿穿戴环与小腿支撑件的上部固定连接，髋关节伺服电机和膝关节伺服电机均与控制装置连接。
可选地，所述铰接包括通过转动副连接或通过虎克铰连接。
可选地，所述控制装置包括电源模块、控制模块和驱动模块，驱动模块和电源模块均与控制模块连接，电源模块和驱动模块与髋关节伺服电机和膝关节伺服电机均连接。
可选地，所述大腿穿戴环和小腿穿戴环相对的一侧均开口，且大腿穿戴环和小腿穿戴环均具有弹性。
本实用新型的有益效果是：
通过设置载重件和相互对称的两条负重支链，并设置每条负重支链包括调节件、髋关节伺服电机、大腿支撑件、载重支撑件、膝关节伺服电机、小腿支撑件、踝关节脚部件、大腿穿戴环和小腿穿戴环，提供了一种可以在行进过程中根据行进状态自动调节负重重心的装置，使得行进过程中的负重重心偏向作为支撑的负重支链，因而可以减少行进中的负重支链的负重，从而不仅可以减少能量损耗，而且使得本实用新型的负重比较大。因此，本实用新型具有：1、结构简单紧凑，适合穿戴。2、通过调节件可根据行进状态自动调节载重件重心，使大部分负重始终在支撑腿上，因而可以减轻行进中的负重。3、结构简单，使得本实用新型自重轻，可减轻机构本身自重，可以节省能量消耗。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型中控制装置的组成结构示意图。
图3中的a图和b图分别为两条负重支链在不同状态下的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例中的下肢外骨骼助力负重机构，其包括载重件1、相互对称的两条负重支链和控制装置，每条负重支链包括调节件2、髋关节伺服电机3、大腿支撑件4、载重支撑件5、膝关节伺服电机6、小腿支撑件7、踝关节脚部件8、大腿穿戴环9和小腿穿戴环10，其中：所述载重件1的两端分别与两条负重支链上的调节件2的上部铰接，控制装置安装于载重件1中；每条负重支链上，调节件2的底部两端分别与大腿支撑件4的上端和载重支撑件5的上端铰接，髋关节伺服电机3的输出轴与大腿支撑件4的上端连接，膝关节伺服电机6的输出轴与小腿支撑件7的上端连接，大腿支撑件4的下端与小腿支撑件7的上端铰接，载重支撑件5的下端与小腿支撑件7的上端铰接，小腿支撑件7的下端与踝关节脚部件8铰接，大腿穿戴环9与大腿支撑件4的中部固定连接，小腿穿戴环10与小腿支撑件7的上部固定连接，髋关节伺服电机3和膝关节伺服电机6均与控制装置连接。
可选地，所述铰接包括通过转动副连接或通过虎克铰连接。
可选地，如图2所示，所述控制装置包括电源模块、控制模块和驱动模块，驱动模块和电源模块均与控制模块连接，电源模块和驱动模块与髋关节伺服电机3和膝关节伺服电机6均连接。电源模块用于在控制模块的作用下向髋关节伺服电机3和膝关节伺服电机6供电。驱动模块用于在控制模块的控制下驱动髋关节伺服电机3和膝关节伺服电机6运动。
可选地，所述大腿穿戴环9和小腿穿戴环10相对的一侧均开口，以便于在穿戴时大腿和小腿的穿入；大腿穿戴环9和小腿穿戴环10均具有弹性，使得大腿穿戴环9和小腿穿戴环10可以在一定范围内伸展，确保本实用新型可以适用于不同腿粗的人，扩大了本实用新型的使用范围。
本实用新型在使用时，将人体的大腿和小腿分别穿在大腿穿戴环9和小腿穿戴环10。在行进过程中，当控制装置控制第一条负重支链(例如图1中左侧的负重支链)处于抬步状态时，即该条负重支链上的髋关节伺服电机3和膝关节伺服电机6分别驱动大腿支撑件4和小腿支撑件7向上运动，与小腿支撑件7连接在一起的载重支撑件5一起随之向上运动，这样与大腿支撑件4、载重支撑件5铰接的调节件2也随之发生转动，进而带动与其连接的载重件1向上运动，使得载重件1上的负重重心向第二支负重支链(图1中右侧的负重支链)偏移。这样在机构行进状态中，负重重心偏向第二条负重支链，使多数负重作用在第二条负重支链上，从而可以减少行进支链的负重，并能减少能量损耗。当第一条负重支链的踝关节脚部件8落地后，该条负重支链上的调节件2也随之转动回原位，负重重心向两条负重支链的中间偏移。当第二条负重支链(图1中右侧的负重支链)进行抬步运动时，即呈图3中的b图所示的状态时，同理其中的调节件2转动，负重重心偏向第一条负重支链(此时第一条负重支链呈图3中的a图所示的状态)。综上，本实用新型在行进中，负重重心可根据行进状态自动进行调节，使得负重重心偏向作为支撑的负重支链，因而可以减少行进中的负重支链的负重，从而可以减少能量损耗。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种下肢外骨骼助力负重机构，其特征在于，包括载重件(1)、相互对称的两条负重支链和控制装置，每条负重支链包括调节件(2)、髋关节伺服电机(3)、大腿支撑件(4)、载重支撑件(5)、膝关节伺服电机(6)、小腿支撑件(7)、踝关节脚部件(8)、大腿穿戴环(9)和小腿穿戴环(10)，其中：
所述载重件(1)的两端分别与两条负重支链上的调节件(2)的上部铰接，控制装置安装于载重件(1)中；每条负重支链上，调节件(2)的底部两端分别与大腿支撑件(4)的上端和载重支撑件(5)的上端铰接，髋关节伺服电机(3)的输出轴与大腿支撑件(4)的上端连接，膝关节伺服电机(6)的输出轴与小腿支撑件(7)的上端连接，大腿支撑件(4)的下端与小腿支撑件(7)的上端铰接，载重支撑件(5)的下端与小腿支撑件(7)的上端铰接，小腿支撑件(7)的下端与踝关节脚部件(8)铰接，大腿穿戴环(9)与大腿支撑件(4)的中部固定连接，小腿穿戴环(10)与小腿支撑件(7)的上部固定连接，髋关节伺服电机(3)和膝关节伺服电机(6)均与控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼助力负重机构，其特征在于，所述铰接包括通过转动副连接或通过虎克铰连接。
3.根据权利要求1或2所述的下肢外骨骼助力负重机构，其特征在于，所述控制装置包括电源模块、控制模块和驱动模块，驱动模块和电源模块均与控制模块连接，电源模块和驱动模块与髋关节伺服电机(3)和膝关节伺服电机(6)均连接。
4.根据权利要求1或2所述的下肢外骨骼助力负重机构，其特征在于，所述大腿穿戴环(9)和小腿穿戴环(10)相对的一侧均开口，且大腿穿戴环(9)和小腿穿戴环(10)均具有弹性。
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| CN201922405581.8U CN211439969U (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 下肢外骨骼助力负重机构 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110900583A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-24 | 中北大学 | 下肢外骨骼助力负重机构 |
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2019
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