一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置的製作方法
2023-06-17 09:42:11 1
本發明涉及外骨骼技術領域，尤其涉及了一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置。
背景技術：
隨著人口老齡化的加劇，勞動力老齡化越來越嚴重，外出務工也造成老人獨居情況越來越多，同時社會上也有大量的腰椎疾病患者。老人及患有腰椎疾病的人群在日常工作和生活中會因為腰椎無法負重而無法獨立工作和生活，為了使老人及患有腰椎疾病的人群可以更好的參與工作、更方便的生活，現在急需一款設備可以增強腰椎負重能力。
技術實現要素：
本發明針對現有的問題，提供了一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置。
為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決：
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，包括腰髖架、髖關節部件和大腿支架，腰髖架包括背部支架、腰部支架和與腰部支架相連的第一支架，第一支架上設有髖關節部件，大腿支架包括第二支架和墊板，第二支架和墊板之間設有角度調整件；背部支架設有長度調節裝置。
本發明主要功能是增強人體腰部及大腿的運動能力。本發明通過綁帶與人體腰部及大腿固定在一起，依靠設備帶來的外助力帶動人體腰部及大腿運動，佩戴者使用較小的力即可完成所要完成的動作，減輕了人體相應部位的負擔。
髖關節部件包括旋轉軸，旋轉軸垂直於第一支架，本發明模擬模擬兩個髖關節的自由度，電機軸的自由度可以允許和輔助大腿屈伸，完成走路、彎腰、抬腰等動作，旋轉片和第二支架31之間的鉸鏈機構可以允許大腿外展和內斂。
實際使用過程中，由於穿戴的精度、人體的柔軟特性等影響，不可避免的在負載時設備第二支架無法始終與大腿保持平行運動，如第二支架與墊板之間無法活動，則墊板與人體大腿之間的接觸將變成線接觸，受力面積極小，將對人造成疼痛感，甚至傷害人體。本發明通過第二支架和墊板之間設有角度調整件，形成旋轉自由度，該旋轉自由度使設備前半腿與人體大腿間的接觸為柔性連接，可以保證人體大腿與設備的受力面為整個墊板平面而不是墊板的一條邊，從而大大減小人體大腿受力面的壓強，減小壓迫感。
本發明腰髖架寬度可以調節，以適應不同的體型的人群。當需要調節設備腰髖架尺寸時，只要調節長度調節裝置即可。
作為優選，背部支架還包括左右兩側分別設有的背側支架，兩個背側支架通過長度調節裝置連接。
作為優選，長度調節裝置包括壓板、連接板和凸輪手柄，壓板設有凹槽，凹槽內由內到外依次設有背側支架、連接板，背側支架設有調節槽，連接板設有通孔，凸輪手柄穿過通孔和調節槽與壓板連接。本發明腰髖架寬度可以調節，以適應不同的體型的人群。腰髖架分左右兩部分(即兩個背側支架)，中間有連接板連接，並分別通過一對壓板和凸輪手柄組成的壓緊機構固定。背側支架和連接板同時置於壓板和凸輪手柄之間，壓板設有凹槽，凹槽中間凹陷、兩邊凸起，凹陷處正好與背側支架和連接板同寬，背側支架和連接板與壓板凹陷處契合，背側支架緊挨連接板，背側支架上有調節槽，連接板上有小孔，凸輪手柄的螺柱穿過連接板的小孔及背側支架的調節槽與壓板螺紋連結，連接好後按下凸輪手柄，利用凸輪手柄的特性使腰髖架和連接板之間產生較大壓力和摩擦力，使二者牢牢固定在一起，無法相對滑動，同時由於腰髖架和連接板契合於壓板凹槽內，壓板兩邊凸起可防止背側支架和連接板發生相對轉動。當需要調節設備腰髖架尺寸時，只要鬆開凸輪手柄，將腰髖架背側支架和連接板調整到合適的位置，再固定凸輪手柄即可。
作為優選，長度調節裝置包括壓板、連接板和凸輪手柄，壓板設有凹槽，凹槽內由內到外依次設有連接板背側支架，背側支架設有調節槽，連接板設有通孔，凸輪手柄穿過調節槽和通孔與壓板連接。作為優選，角度調整件為鉸鏈。本發明墊板與人體大腿貼合，墊板和第二支架間採用鉸鏈機構鉸接，墊板可通過鉸鏈相對第二支架轉動，在設備運行過程中，墊板可不受第二支架與大腿不平行運動的影響，始終與大腿貼合，保持較大的接觸面積，使用者穿戴時將不會有疼痛感。
作為優選，髖關節部件包括轉軸和旋轉片，第一支架與旋轉片通過轉軸連接，旋轉片和第二支架通過鉸鏈連接。本發明通過旋轉片和第二支架通過鉸鏈連接、第二支架和墊板之間設有角度調整件，形成旋轉自由度，該旋轉自由度使設備前半腿與人體大腿間的接觸為柔性連接，可以保證人體大腿與設備的受力面為整個墊板平面而不是墊板的一條邊，從而大大減小人體大腿受力面的壓強，減小壓迫感。
作為優選，大腿支架包括左腿架和右腿架。
作為優選，還包括動力系統，動力系統包括電機驅動器，與髖關節部件連接的減速箱，與減速箱同軸連接的電機。腰髖架兩側分別設有兩臺減速箱，兩臺減速箱分別與第一支架連接，模擬人體髖關節旋轉自由度，該自由度可以允許抬腿、放腿以及彎腰、起身等動作。
作為優選，還包括傳感系統，傳感系統包括壓力傳感器、位置傳感器和加速度計，腰髖架、墊板與人體接觸位置均設有壓力傳感器，壓力傳感器用於感知人體與設備間的壓力變化；電機上設有位置傳感器，位置傳感器與電機驅動器相連，位置傳感器用來檢測電機轉動的角度和速度；加速度計分別設於腰髖架、墊板與人體接觸處，位置加速度計用來檢測人體運動的加速度。
作為優選，還設有綁帶，腰髖架通過綁帶固定在人體的腰部，墊板分別通過綁帶固定在人體兩側大腿上；綁帶與人體接觸位置設有壓力傳感器。
作為優選，還包括中央處理系統，中央處理系統與壓力傳感器相連，中央處理系統接收壓力傳感器時傳回的信號數據；中央處理系統與加速度計和電機驅動器相連，中央處理器給電機驅動器輸出指令，控制電機工作。中央處理系統包括中央處理器、晶片、電容、電阻、電感和開關。
本發明通過綁帶與人體腰部及大腿固定在一起，骨骼系統與人體接觸部位均有壓力傳感器以及加速度計，當人的大腿或腰部有移動意願時，只要人體輕微移動(或肌肉收縮)即可造成壓力傳感器壓力值發生變化，人體發生的輕微移動也會使加速度計產生新的數值，這些變化和數值轉化成信號迅速傳輸給中央處理系統，中央處理系統通過特殊算法控制動力系統帶動骨骼系統運動，從而帶動人體腰部及大腿運動。依靠設備帶來的額外助力，人體可以使用較小的力即可完成所要完成的動作，減輕了人體相應部位的負擔。
作為優選，動力系統還包括電池包，電池包與中央控制系統和電機驅動器連接。電池包與中央控制系統和電機驅動器連接，為整套設備提供電源。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：本發明主要功能是增強人體腰部及大腿的運動能力。本發明通過綁帶與人體腰部及大腿固定在一起，依靠設備帶來的外助力帶動人體腰部及大腿運動，佩戴者使用較小的力即可完成所要完成的動作，減輕了人體相應部位的負擔。
本發明通過第二支架和墊板之間設有角度調整件，形成旋轉自由度，該旋轉自由度使設備前半腿與人體大腿間的接觸為柔性連接，可以保證人體大腿與設備的受力面為整個墊板平面而不是墊板的一條邊，從而大大減小人體大腿受力面的壓強，減小壓迫感。
本發明腰髖架寬度可以調節，以適應不同的體型的人群。當需要調節設備腰髖架尺寸時，只要調節長度調節裝置即可。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是圖1的側視圖。
圖3是動力系統的位置示意圖。
圖4是圖3的側視圖。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例1
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-2所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
實施例2
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-2所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33。背部支架11還包括左右兩側分別設有的背側支架111，兩個背側支架111通過長度調節裝置14連接。
實施例3
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-2所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33。
背部支架11還包括左右兩側分別設有的背側支架111，兩個背側支架111通過長度調節裝置14連接。長度調節裝置14包括壓板141、連接板142和凸輪手柄143，壓板141設有凹槽，凹槽內由內到外依次設有背側支架111、連接板142，背側支架111設有調節槽1111，連接板142設有通孔，凸輪手柄143穿過通孔和調節槽1111與壓板141連接。
實施例4
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33。背部支架11還包括左右兩側分別設有的背側支架111，兩個背側支架111通過長度調節裝置14連接。
長度調節裝置14包括壓板141、連接板142和凸輪手柄143，壓板141設有凹槽，凹槽內由內到外依次設有連接板142、背側支架111，背側支架111設有調節槽1111，連接板142設有通孔，凸輪手柄143穿過調節槽1111和通孔與壓板141連接。
實施例5
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-2所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33，角度調整件33為鉸鏈。背部支架11設有長度調節裝置14。
實施例6
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-2所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
髖關節部件2包括轉軸21和旋轉片22，第一支架13與旋轉片22通過轉軸21連接，旋轉片22和第二支架31通過鉸鏈連接。
實施例7
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-4所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
還包括動力系統，動力系統包括電機驅動器6，與髖關節部件連接的減速箱4，與減速箱4同軸連接的電機5。
實施例8
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-4所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
還包括動力系統，動力系統包括電機驅動器6，與髖關節部件連接的減速箱4，與減速箱4同軸連接的電機5。還包括傳感系統，傳感系統包括壓力傳感器、位置傳感器和加速度計，腰髖架1、墊板32與人體接觸位置均設有壓力傳感器，壓力傳感器用於感知人體與設備間的壓力變化；電機5上設有位置傳感器，位置傳感器與電機驅動器相連，位置傳感器用來檢測電機5轉動的角度和速度；加速度計分別設於腰髖架1、墊板2與人體接觸處，位置加速度計用來檢測人體運動的加速度。
實施例9
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-4所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
還包括動力系統，動力系統包括電機驅動器6，與髖關節部件連接的減速箱4，與減速箱4同軸連接的電機5。
還包括傳感系統，傳感系統包括壓力傳感器、位置傳感器和加速度計，腰髖架1、墊板32與人體接觸位置均設有壓力傳感器，壓力傳感器用於感知人體與設備間的壓力變化；電機5上設有位置傳感器，位置傳感器與電機驅動器相連，位置傳感器用來檢測電機5轉動的角度和速度；加速度計分別設於腰髖架1、墊板2與人體接觸處，位置加速度計用來檢測人體運動的加速度。
還設有綁帶，腰髖架1通過綁帶固定在人體的腰部，墊板2分別通過綁帶固定在人體兩側大腿上；綁帶與人體接觸位置設有壓力傳感器。
實施例10
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-4所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
還包括動力系統，動力系統包括電機驅動器6，與髖關節部件連接的減速箱4，與減速箱4同軸連接的電機5。
還包括傳感系統，傳感系統包括壓力傳感器、位置傳感器和加速度計，腰髖架1、墊板32與人體接觸位置均設有壓力傳感器，壓力傳感器用於感知人體與設備間的壓力變化；電機5上設有位置傳感器，位置傳感器與電機驅動器相連，位置傳感器用來檢測電機5轉動的角度和速度；加速度計分別設於腰髖架1、墊板2與人體接觸處，位置加速度計用來檢測人體運動的加速度。
還包括中央處理系統，中央處理系統與壓力傳感器相連，中央處理系統接收壓力傳感器實時傳回的信號數據；中央處理系統與加速度計和電機驅動器相連，中央處理器給電機驅動器輸出指令，控制電機5工作。
實施例11
一種具有人體髖部助力功能的外骨骼裝置，如圖1-4所示，包括腰髖架1、髖關節部件2和大腿支架3，腰髖架1包括背部支架11、腰部支架12和與腰部支架12相連的第一支架13，第一支架13上設有髖關節部件2，大腿支架3包括第二支架31和墊板32，第二支架31和墊板32之間設有角度調整件33；背部支架11設有長度調節裝置14。
還包括動力系統，動力系統包括電機驅動器6，與髖關節部件連接的減速箱4，與減速箱4同軸連接的電機5。動力系統還包括電池包7，電池包7與中央控制系統連接。
還包括傳感系統，傳感系統包括壓力傳感器、位置傳感器和加速度計，腰髖架1、墊板32與人體接觸位置均設有壓力傳感器，壓力傳感器用於感知人體與設備間的壓力變化；電機5上設有位置傳感器，位置傳感器與電機驅動器相連，位置傳感器用來檢測電機5轉動的角度和速度；加速度計分別設於腰髖架1、墊板2與人體接觸處，位置加速度計用來檢測人體運動的加速度。
還包括中央處理系統，中央處理系統與壓力傳感器相連，中央處理系統接收壓力傳感器實時傳回的信號數據；中央處理系統與加速度計和電機驅動器相連，中央處理器給電機驅動器輸出指令，控制電機5工作。
總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。