一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼的制作方法

本发明涉及搬运助力辅助装置领域，具体为一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼。

背景技术：

1、在一些特殊的工作场所需要人去举起、持有、搬运或移动目标物体。它们经常引起肌肉骨骼损伤，如肌肉疲劳、关节损伤等。流行病学研究表明，当频繁的从地上举起体积大、质量重的物体容易引起关节疾病的频率和严重程度显著增加。

2、外骨骼机器人的研究就是为了在减轻人们在搬运重物负担的同时能满足灵活性高的特点。根据人和机器人在控制回路中的作用，分为：人占主导地位、人机协同主导或外骨骼占主导地位；人占主导地位指通过人来控制外骨骼机器人，机器人识别人体发出的肌电信号等了解下一步的动作，起到提供助力的作用，帮助穿戴者搬起较重的物体，但其结构复杂且对人体信号检测存在困难；人机协同主导在人体运动能力较弱的情况下，利用人工智能或机器学习等方法，通过训练、调整和测试特定算法，创建机器学习模型，辅助人体完成想要的动作，但需要复杂的数学模型设计成本较高.

3、外骨骼占主导地位主要适用于穿戴者具有主观的运动意图，但却失去运动能力的情况，这时人体的运动完全需要依赖外骨骼的运动，可以通过人体示教的方法让外骨骼模拟正常人体的活动带动人体，如帮助残疾人的行走，而对于搬运重物的方案适用度不高。

技术实现思路

1、针对现有技术中外骨骼穿戴者因频繁的蹲起和行走而影响工作效率的问题，本发明提供一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，包括骨骼杆件、驱动关节和人机连接部分，人机连接部分包括腰带、腿部绑带和足部连接；骨骼杆件设置有两个，且两个骨骼杆件对称设置于腰带的两侧；

4、骨骼杆件包括大腿杆和小腿杆，驱动关节包括髋关节和膝关节，大腿杆的上端通过髋关节与腰带连接，小腿杆的上端通过膝关节与大腿杆的下端连接；小腿杆的下端连接有足部支撑结构；髋关节和膝关节中设置对应的驱动电机，驱动电机由控制板进行控制，控制板安装于腰带的外侧；

5、大腿杆和小腿杆上均安装腿部绑带，足部连接设置于足部支撑结构上。

6、优选的，大腿杆和小腿杆均为伸缩杆件。

7、优选的，腰部结构、腿部绑带和足部连接均采用具有柔性和弹性的材料制成。

8、优选的，腰部结构的外侧设置有控制盒，控制板安装于控制盒内；控制盒内还设置电池，电池与控制板连接。

9、优选的，髋关节包括第一驱动电机、旋转杆、安装件和安装盘，安装件的一端与腰带固定连接，另一端与旋转杆的顶部转动连接；安装盘的顶部与旋转杆的底部固定连接，第一驱动电机的壳体与安装盘固定，第一驱动电机的输出轴贯穿安装盘与大腿杆的顶部连接，第一驱动电机的输出轴与安装盘之间为转动关系；第一驱动电机的转动由控制板进行控制。

10、优选的，旋转杆的顶部设置旋转端盖，旋转端盖与旋转杆之间设置有旋转限位结构。

11、优选的，旋转限位结构包括限位凸台和限位滑槽，限位凸台设置于旋转端盖内侧；限位滑槽呈弧形，且设置于旋转杆顶部；限位凸台位于限位滑槽(33)中，且与限位滑槽滑动连接。

12、优选的，膝关节包括传动轴、扭簧、外侧端盖和内侧端盖，小腿杆的顶端与传动轴固定连接，大腿杆的底端与传动轴转动连接，传动轴的一端贯穿大腿杆和小腿杆与内侧端盖连接，另一端套设扭簧，扭簧外侧套设外侧端盖；外侧端盖的内侧开设有滑槽，扭簧靠近小腿杆的一端设置钩状结构，钩状结构通过销钉与传动轴连接；扭簧的另一端为直扭臂，直扭臂与滑槽配合，且与滑槽滑动连接；下蹲时，直扭臂与滑槽端部接触。

13、优选的，滑槽呈弧形，其弧度大于行走时膝关节的最大转角。

14、优选的，足部支撑结构包括前脚掌和后脚掌，前脚掌和后脚掌之间采用铰接方式进行连接。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼采用无源的方式，在减轻整体装备质量的同时具有适合人体运动的自由度分配。采用人体工程学对外骨骼进行结构设计使其满足人体运动的灵活性，能够实现对人体搬运重物时的助力降低人体患病下背部疾病的机率，具有重要的意义。

17、本发明设计双驱动助力下肢外骨骼，用于辅助人体对重物(质量小于等于30kg)的搬运，能够有效降低人体患关节损伤疾病的概率，并且提高工作效率。髋关节具有矢状面屈曲和水平面旋转两个自由度，膝关节具有矢状面屈曲一个自由度，可以实现蹲起和行走功能。

18、进一步的，伸缩杆结构的大腿杆和小腿杆可以实现循环蹲起和行走运动，在一定范围内可进行尺寸的调节以满足不同体型的人穿戴。

19、进一步的，旋转杆进行旋转时，带动安装盘进行旋转，安装盘带动第一驱动电机和大腿杆进行旋转，打开驱动电机，即可实现大腿杆的转动，以此使得髋关节具有矢状面屈曲和水平面旋转两个个自由度。

20、进一步的，限位滑槽可以对大腿杆的内外翻转角度进行限位。

21、进一步的，膝关节为被动驱动，通过弹性元件扭簧储存/释放能量为穿戴者蹲起时提供助力，当下蹲到一定高度，扭簧的直扭臂与外侧端盖的滑槽端部接触，继续下蹲则扭簧开始蓄力。到达合适位置对目标物体进行搬运，然后起立，此时扭簧释放能量，对穿戴者进行助力。

22、进一步的，铰接的前脚掌和后脚掌可以提升人体在行走时的舒适度。

技术特征：

1.一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，包括骨骼杆件、驱动关节和人机连接部分，人机连接部分包括腰带、腿部绑带和足部连接；骨骼杆件设置有两个，且两个骨骼杆件对称设置于腰带的两侧；

2.根据权利要求1所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，大腿杆和小腿杆均为伸缩杆件。

3.根据权利要求1所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，腰部结构、腿部绑带和足部连接均采用具有柔性和弹性的材料制成。

4.根据权利要求1所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，腰部结构的外侧设置有控制盒(1)，控制板安装于控制盒(1)内；控制盒(1)内还设置电池，电池与控制板连接。

5.根据权利要求1所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，髋关节(4)包括第一驱动电机(16)、旋转杆(14)、安装件和安装盘(17)，安装件的一端与腰带固定连接，另一端与旋转杆(14)的顶部转动连接；安装盘(17)的顶部与旋转杆(14)的底部固定连接，第一驱动电机(16)的壳体与安装盘(17)固定，第一驱动电机(16)的输出轴贯穿安装盘(17)与大腿杆的顶部连接，第一驱动电机(16)的输出轴与安装盘(17)之间为转动关系；第一驱动电机(16)的转动由控制板进行控制。

6.根据权利要求5所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，旋转杆(14)的顶部设置旋转端盖(13)，旋转端盖(13)与旋转杆(14)之间设置有旋转限位结构。

7.根据权利要求6所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，旋转限位结构包括限位凸台和限位滑槽(33)，限位凸台设置于旋转端盖(13)内侧；限位滑槽(33)呈弧形，且设置于旋转杆(14)顶部；限位凸台位于限位滑槽(33)中，且与限位滑槽(33)滑动连接。

8.根据权利要求1所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，膝关节(7)包括传动轴(22)、扭簧(19)、外侧端盖(18)和内侧端盖(27)，小腿杆的顶端与传动轴(22)固定连接，大腿杆的底端与传动轴(22)转动连接，传动轴(22)的一端贯穿大腿杆和小腿杆与内侧端盖(27)连接，另一端套设扭簧(19)，扭簧(19)外侧套设外侧端盖(18)；外侧端盖(18)的内侧开设有滑槽(32)，扭簧(19)靠近小腿杆的一端设置钩状结构，钩状结构通过销钉(20)与传动轴(22)连接；扭簧(19)的另一端为直扭臂，直扭臂与滑槽(32)配合，且与滑槽(32)滑动连接；扭簧(19)靠近滑槽(32)的一端为直扭臂，且与滑槽(32)滑动连接；下蹲时，直扭臂与滑槽(32)端部接触。

9.根据权利要求8所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，滑槽(32)呈弧形，其弧度大于行走时膝关节(7)的最大转角。

10.根据权利要求1所述的用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，其特征在于，足部支撑结构(11)包括前脚掌(31)和后脚掌(30)，前脚掌(31)和后脚掌(30)之间采用铰接方式进行连接。

技术总结本发明涉及搬运助力辅助装置领域，具体为一种用于助力搬运的双驱动下肢外骨骼，包括骨骼杆件、驱动关节和人机连接部分，人机连接部分包括腰带、腿部绑带和足部连接；骨骼杆件设置有两个，且两个骨骼杆件对称设置于腰带的两侧；骨骼杆件包括大腿杆和小腿杆，驱动关节包括髋关节和膝关节，大腿杆的上端通过髋关节与腰带连接，小腿杆的上端通过膝关节与大腿杆的下端连接；小腿杆的下端连接有足部支撑结构；髋关节和膝关节中设置对应的驱动电机，驱动电机由控制板进行控制，控制板安装于腰带的外侧。本发明设计双驱动助力下肢外骨骼，用于辅助人体对重物的搬运，能够有效降低人体患关节损伤疾病的概率，并且提高工作效率。技术研发人员：常宏,叶祥,来跃深,尚雅层受保护的技术使用者：深圳市北辰亿科科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17