一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置

    专利2025-05-23  28


    本发明涉及一种外骨骼装置,具体是一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置。


    背景技术:

    1、机械外骨骼或称动力外骨骼,是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置,这个装备可以提供额外能量来供四肢运动。别称:强化服、动力服、动力装甲等。凭借这套“服装”,人类就可以成为所谓的“铁人”。

    2、中国专利公开了一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,(公告号cn114406987b),该外骨骼装置包括腰部穿戴组件、髋关节储能组件、踝关节助力组件和离合器组件,其中,腰部穿戴组件穿戴在腰部,髋关节储能组件穿戴在大腿处,踝关节助力组件穿戴在踝关节处,离合器组件用于使得外骨骼装置在储能模式和助力模式之间进行切换;当外骨骼处于储能模式时,拉簧被拉伸,拉簧的弹性势能被储存;当外骨骼处于助力模式时,被助力对象脚部蹬地大腿向后摆动,触发绳绷直并带动触发块向上运动,拉簧回缩带动滑块向上运动,该滑块向上运动的拉力传递给踝关节助力组件,进而实现对被助力对象的助力。通过本发明,解决外骨骼中需要电子元件和电路控制的问题,但是在现有技术中使用外骨骼装置时,动力外骨骼的输出功率为固定功率,当需要改变外骨骼的输出功率时,需要手动调节改变动力外骨骼的输出功率,使使用外骨骼装置在搬运或负重前行的过程中需要手动调节外骨骼的输出功率,外骨骼的操作不够便捷,同时外骨骼的输出功率不够时还会给使用者带来负担。因此,本发明提供了一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,以解决上述提出的问题。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,以解决上述背景技术中提出外骨骼的操作不够便捷的问题。

    2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

    3、一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,包括安装箱,所述安装箱的侧端固定安装有安装架,所述安装箱的内部设置有控制外骨骼输出电流的控制机构,且所述控制机构中设置有可上下移动的电刷块,所述电刷块的下端固定安装有推动杆,所述安装箱的侧端转动安装有跨骨骼,所述跨骨骼的上端转动设置有腰骨骼,所述腰骨骼的上端两侧设置有机械臂,所述机械臂的肘关节处设置有电动伸缩杆,所述跨骨骼的下端转动连接有腿骨骼,所述腿骨骼的下端固定安装脚骨骼,所述脚骨骼的下端固定安装有脚底板,所述脚底板与推动杆之间设置有推动电刷块上下移动的传递机构,所述安装架的上端固定安装有能量转换的能量转移机构,所述腿骨骼与脚骨骼的连接关节处设置有带动能量转移机构工作的拉动绳。

    4、作为本发明进一步的方案,所述控制机构包括蓄电池,所述蓄电池的正负电极之间固定安装有通电板,所述通电板分为正极板与负极板,所述正极板的下端固定安装有正极线,所述正极线的另一端固定安装有电流控制器,且所述电流控制器固定安装在安装箱的内壁侧端,所述负极板的上端固定安装有负极线,所述负极线的上端固定安装有处理器。

    5、作为本发明再进一步的方案,所述处理器的下端固定安装有电阻棒,且所述电刷块套设于电阻棒的外壁上,所述电刷块的侧端固定安装有通电线,且所述通电线的另一端固定安装在电流控制器的输出端,且所述通电线长度为两倍负极线的长度。

    6、作为本发明再进一步的方案,所述推动杆的下端固定安装有活塞板,所述活塞板的外壁套设有注入筒,且所述注入筒固定安装在电流控制器的侧端,所述注入筒的两端设置有注入机构,所述注入机构包括穿管,所述穿管靠近注入筒的输出端固定安装有控制阀,且所述控制阀固定安装在注入筒的输入端,所述控制阀的控制端设置有可上下摆动控制阀开关的控制杆,所述控制杆远离控制阀的一端设置有可伸缩的刮板圈。

    7、作为本发明再进一步的方案,所述传递机构包括放置板,且所述放置板滑动安装在脚底的内壁上端,所述脚底板与放置板之间固定安装有多个支撑弹簧,且所述放置板与脚底板之间固定安装有按压袋,所述按压袋的侧端固定安装有传输软管,且所述传输软管远离按压袋的一端均固定连接在控制阀的输入端,且传输软管固定在外骨骼外壁上。

    8、作为本发明再进一步的方案,所述能量转移机构包括转杆与固定箱,且所述固定箱固定安装在安装架的上端,所述转杆的外壁上套设有发电圈,所述发电圈的外部套设有电磁圈,且所述电磁圈固定安装在固定箱的内壁上。

    9、作为本发明再进一步的方案,所述转杆的两端均设置有拉动机构,所述拉动机构包括单向转动的拉动圈,所述拉动圈外壁上卷绕安装有拉动绳,且所述拉动绳穿过穿管的内壁。

    10、作为本发明再进一步的方案,所述转杆的两端均固定安装有从动齿轮,所述从动齿轮的侧端均啮合连接有传动齿轮,所述传动齿轮的侧端均固定安装有传动杆,且所述传动杆转动安装在固定箱的内部,且所述拉动圈转动安装在传动杆远离传动齿轮的一端。

    11、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

    12、1、本发明使用时,当使用外骨骼装置搬运货物时,抬起货物后,人体外骨骼的总重量开始增加,使放置板的承受力度开始增加,放置板向下移动,放置板与脚底板挤压按压袋,使按压袋中的水通过传输软管传递至注入筒中,注入筒中的水位开始上升推动活塞板向上移动,推动推动杆向上移动,使电刷块在电阻棒上向上移动,从而使电刷块与处理器之间的距离减小,使电阻减小,输出电流增加,使电动伸缩杆的推动力增加,从而使搬运不同重量的货物时,能够根据不同的重量来控制机械臂的力度大小。

    13、2、本发明使用时,当使用外骨骼装置时,启动外骨骼装置,使腿骨骼开始转动,使脚骨骼上安装的固定筒拉动拉动绳,使拉动绳收缩带动拉动圈开始转动,使拉动绳开始向下移动,刮板圈在摩擦力的作用下向下移动从而带动控制杆开始向下转动,控制控制阀打开,传动杆带动传动齿轮转动,使从动齿轮带动转杆转动,转杆转动时,发电圈在电磁圈中开始转动,从而使电磁圈开始发电,发电圈通过回收线传递至处理器的充电口处,使产生的电流开始进入蓄电池中下次使用时在释放,当放下腿时,腿骨骼在重力作用开始转动向下移动,拉动绳向上移动,刮板圈在摩擦力的作用开始向上移动,控制杆向上转动,控制阀关闭,避免在抬起腿时,与地面接触的脚底板与放置板挤压按压袋中的水通过注入筒进入抬起的按压袋中,导致外骨骼的输出功率变小,复位弹簧带拉动圈回到原位,且转杆依旧保持转动,从而使抬腿的能量转换成外骨骼的使用电量。



    技术特征:

    1.一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,包括安装箱(1),其特征在于,所述安装箱(1)的侧端固定安装有安装架(206),所述安装箱(1)的内部设置有控制外骨骼输出电流的控制机构(60),且所述控制机构(60)中设置有可上下移动的电刷块(68),所述电刷块(68)的下端固定安装有推动杆(613),所述安装箱(1)的侧端转动安装有跨骨骼(201),所述跨骨骼(201)的上端转动设置有腰骨骼(204),所述腰骨骼(204)的上端两侧设置有机械臂(205),所述机械臂(205)的肘关节处设置有电动伸缩杆(209),所述跨骨骼(201)的下端转动连接有腿骨骼(202),所述腿骨骼(202)的下端固定安装脚骨骼(203),所述脚骨骼(203)的下端固定安装有脚底板(207),所述脚底板(207)与推动杆(613)之间设置有推动电刷块(68)上下移动的传递机构(40),所述安装架(206)的上端固定安装有能量转换的能量转移机构(50),所述腿骨骼(202)与脚骨骼(203)的连接关节处设置有带动能量转移机构(50)工作的拉动绳(563)。

    2.根据权利要求1所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述控制机构(60)包括蓄电池(61),所述蓄电池(61)的正负电极之间固定安装有通电板(62),所述通电板(62)分为正极板(621)与负极板(622),所述正极板(621)的下端固定安装有正极线(63),所述正极线(63)的另一端固定安装有电流控制器(65),且所述电流控制器(65)固定安装在安装箱(1)的内壁侧端,所述负极板(622)的上端固定安装有负极线(64),所述负极线(64)的上端固定安装有处理器(66)。

    3.根据权利要求2所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述处理器(66)的下端固定安装有电阻棒(67),且所述电刷块(68)套设于电阻棒(67)的外壁上,所述电刷块(68)的侧端固定安装有通电线(610),且所述通电线(610)的另一端固定安装在电流控制器(65)的输出端,且所述通电线(610)长度为两倍负极线(64)的长度。

    4.根据权利要求3所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述推动杆(613)的下端固定安装有活塞板(612),所述活塞板(612)的外壁套设有注入筒(611),且所述注入筒(611)固定安装在电流控制器(65)的侧端,所述注入筒(611)的两端设置有注入机构(69),所述注入机构(69)包括穿管(691),所述穿管(691)靠近注入筒(611)的输出端固定安装有控制阀(692),且所述控制阀(692)固定安装在注入筒(611)的输入端,所述控制阀(692)的控制端设置有可上下摆动控制阀(692)开关的控制杆(693),所述控制杆(693)远离控制阀(692)的一端设置有可伸缩的刮板圈(695)。

    5.根据权利要求1所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述传递机构(40)包括放置板(41),且所述放置板(41)滑动安装在脚底的内壁上端,所述脚底板(207)与放置板(41)之间固定安装有多个支撑弹簧(42),且所述放置板(41)与脚底板(207)之间固定安装有按压袋(43),所述按压袋(43)的侧端固定安装有传输软管(44),且所述传输软管(44)远离按压袋(43)的一端均固定连接在控制阀(692)的输入端,且传输软管(44)固定在外骨骼外壁上。

    6.根据权利要求1所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述能量转移机构(50)包括转杆(52)与固定箱(51),且所述固定箱(51)固定安装在安装架(206)的上端,所述转杆(52)的外壁上套设有发电圈(53),所述发电圈(53)的外部套设有电磁圈(55),且所述电磁圈(55)固定安装在固定箱(51)的内壁上。

    7.根据权利要求6所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述转杆(52)的两端均设置有拉动机构(56),所述拉动机构(56)包括单向转动的拉动圈(561),所述拉动圈(561)外壁上卷绕安装有拉动绳(563),且所述拉动绳(563)穿过穿管(691)的内壁。

    8.根据权利要求7所述的一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,其特征在于,所述转杆(52)的两端均固定安装有从动齿轮(564),所述从动齿轮(564)的侧端均啮合连接有传动齿轮(565),所述传动齿轮(565)的侧端均固定安装有传动杆(566),且所述传动杆(566)转动安装在固定箱(51)的内部,且所述拉动圈(561)转动安装在传动杆(566)远离传动齿轮(565)的一端。


    技术总结
    本发明公开了一种基于能量跨关节转移的被动外骨骼装置,包括安装箱,安装箱的侧端固定安装有安装安装架,安装箱的内部设置有控制外骨骼输出电流的控制机构,且控制机构中设置有可上下移动的电刷块,电刷块的下端固定安装有推动杆,安装箱的侧端转动安装有跨骨骼,跨骨骼的上端转动设置有腰骨骼,腰骨骼的上端两侧设置有机械臂,机械臂的肘关节处设置有电动伸缩杆,当使用外骨骼装置搬运货物时,放置板的承受力度开始增加,使电刷块与处理器之间的距离减小,使电阻减小,输出电流增加,使电动伸缩杆的推动力增加,从而使搬运不同重量的货物时,能够根据不同的重量来控制机械臂的力度大小。

    技术研发人员:陈思辰
    受保护的技术使用者:江西服装学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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