[發明專利]多功能機械外骨骼

有效

• 申請號: 202110379992.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113001522B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王天
• 申請（專利權）人: 杭州程天科技發展有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;A61H1/02
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李婷

本發明公開了一種多功能機械外骨骼，包括依次連接的固定組件、髖關節組件、大腿組件、膝關節組件、小腿組件、踝關節組件、腳踏組件和行走輪組件，行走輪組件包括行走輪直線驅動器、行走輪支架、第一旋轉驅動器和行走輪，行走輪直線驅動器安裝在小腿組件上，行走輪支架連接行走輪直線驅動器的伸縮桿，行走輪和第一旋轉驅動器均安裝在行走輪支架上，第一旋轉驅動器驅動行走輪旋轉，行走輪直線驅動器驅動行走輪支架上下運動使得行走輪高于或低于腳踏組件。本發明的機械外骨骼在小腿組件上設置了行走輪組件，利用能夠上下移動的行走輪使得機械外骨骼具備步行和自行兩種功能，方便使用者在不同的環境下移動，提高了機械外骨骼的行動效率。

技術領域

本發明涉及外骨骼領域，尤其涉及一種具有步行功能、自行功能和站坐兩種形態的機械外骨骼。

背景技術

機械外骨骼是一種能夠穿戴的機械裝置，它能夠提供額外的能量輔助人體四肢的運動，具有增強人體能力的功能，可以為士兵提供防護和支援，也可以為患者提供康復訓練，具有十分廣泛的應用前景。現有技術的機械外骨骼種類很多，一般包括多個關節、腿和胳膊，通過相應的固定裝置將機械外骨骼的腿和胳膊與使用者的腿和胳膊對應固定，外骨骼受使用的控制，使得使用者的四肢動作得到增強。現有技術機械外骨骼的缺陷是：1.功能單一，只能配合使用者的四肢行動，即使在平整的路面上也只能配合使用者步行；2.姿態不能調整，當使用者需要休息時只能脫下機械外骨骼，操作麻煩。

另外，現有技術中，HOCOMA公司生產的具有跑步臺的下肢外骨骼機器人，外骨骼在使用時，必須同步使用跑步臺，不僅占地面積大，而且耗費高，系統較為復雜。

公布號為CN110960403A的中國專利《一種行走安全支架及外骨骼機器人》提供輔助支架形式的外骨骼機器人，患者在使用外骨骼機器人時，可以輔助使用吊架，極大程度地減輕了輔助者的負擔，為使用者更便捷地使用外骨骼提供了條件。但該種使用方式，要求具有充分的訓練場地，供安全支架運行。對室內較狹小的空間則不適用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有技術的機械外骨骼只能配合使用者的四肢行動，功能單一且無法調整姿態。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種多功能機械外骨骼，包括固定組件、髖關節組件、大腿組件、膝關節組件、小腿組件、踝關節組件、腳踏組件和行走輪組件，其中固定組件、髖關節組件、大腿組件、膝關節組件、小腿組件、踝關節組件和腳踏組件依次連接，固定組件能夠與使用者的上半身（例如背部）固定，大腿組件能夠繞髖關節組件旋轉，小腿組件能夠繞膝關節旋轉，腳踏組件能夠繞踝關節旋轉；

所述行走輪組件包括行走輪直線驅動器、行走輪支架、第一旋轉驅動器和行走輪，行走輪直線驅動器安裝在小腿組件上，行走輪支架連接行走輪直線驅動器的伸縮桿，行走輪和第一旋轉驅動器均安裝在行走輪支架上，第一旋轉驅動器驅動行走輪旋轉，行走輪直線驅動器驅動行走輪支架上下運動使得行走輪高于或低于腳踏組件。

本發明的機械外骨骼是一種仿生結構，大腿組件和小腿組件與使用者的大腿和小腿對應，在使用時，使用者應站立在腳踏組件上，使用者的腳與腳踏組件固定，使用者的大腿與大腿組件固定，使用者的小腿與小腿組件固定，使用者的背部與固定組件固定；髖關節組件、膝關節組件和踝關節組件能夠分別驅動大腿組件、小腿組件和腳踏組件運動，使得整個外骨骼配合使用者行動，降低使用者的負重以及行走所消耗的能量；當使用者處于平整的路面時，使用者可以控制行走輪直線驅動器的伸縮桿伸出，使得行走輪支架下行，直至行走輪低于腳踏組件（即行走輪觸地，腳踏組件懸空），然后使用者啟動第一旋轉驅動器驅動行走輪旋轉即可在地面快速前行；本發明中所用的行走輪既可以采用普通的輪子，也可以采用麥克納姆輪這類全向輪以提高靈活性；采用普通的輪子時，各個輪子可以通過差速進行轉向。