[发明专利]多功能机械外骨骼

说明书

本发明公开了一种多功能机械外骨骼，包括依次连接的固定组件、髋关节组件、大腿组件、膝关节组件、小腿组件、踝关节组件、脚踏组件和行走轮组件，行走轮组件包括行走轮直线驱动器、行走轮支架、第一旋转驱动器和行走轮，行走轮直线驱动器安装在小腿组件上，行走轮支架连接行走轮直线驱动器的伸缩杆，行走轮和第一旋转驱动器均安装在行走轮支架上，第一旋转驱动器驱动行走轮旋转，行走轮直线驱动器驱动行走轮支架上下运动使得行走轮高于或低于脚踏组件。本发明的机械外骨骼在小腿组件上设置了行走轮组件，利用能够上下移动的行走轮使得机械外骨骼具备步行和自行两种功能，方便使用者在不同的环境下移动，提高了机械外骨骼的行动效率。

技术领域

本发明涉及外骨骼领域，尤其涉及一种具有步行功能、自行功能和站坐两种形态的机械外骨骼。

背景技术

机械外骨骼是一种能够穿戴的机械装置，它能够提供额外的能量辅助人体四肢的运动，具有增强人体能力的功能，可以为士兵提供防护和支援，也可以为患者提供康复训练，具有十分广泛的应用前景。现有技术的机械外骨骼种类很多，一般包括多个关节、腿和胳膊，通过相应的固定装置将机械外骨骼的腿和胳膊与使用者的腿和胳膊对应固定，外骨骼受使用的控制，使得使用者的四肢动作得到增强。现有技术机械外骨骼的缺陷是：1.功能单一，只能配合使用者的四肢行动，即使在平整的路面上也只能配合使用者步行；2.姿态不能调整，当使用者需要休息时只能脱下机械外骨骼，操作麻烦。

另外，现有技术中，HOCOMA公司生产的具有跑步台的下肢外骨骼机器人，外骨骼在使用时，必须同步使用跑步台，不仅占地面积大，而且耗费高，系统较为复杂。

公布号为CN110960403A的中国专利《一种行走安全支架及外骨骼机器人》提供辅助支架形式的外骨骼机器人，患者在使用外骨骼机器人时，可以辅助使用吊架，极大程度地减轻了辅助者的负担，为使用者更便捷地使用外骨骼提供了条件。但该种使用方式，要求具有充分的训练场地，供安全支架运行。对室内较狭小的空间则不适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术的机械外骨骼只能配合使用者的四肢行动，功能单一且无法调整姿态。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种多功能机械外骨骼，包括固定组件、髋关节组件、大腿组件、膝关节组件、小腿组件、踝关节组件、脚踏组件和行走轮组件，其中固定组件、髋关节组件、大腿组件、膝关节组件、小腿组件、踝关节组件和脚踏组件依次连接，固定组件能够与使用者的上半身（例如背部）固定，大腿组件能够绕髋关节组件旋转，小腿组件能够绕膝关节旋转，脚踏组件能够绕踝关节旋转；

所述行走轮组件包括行走轮直线驱动器、行走轮支架、第一旋转驱动器和行走轮，行走轮直线驱动器安装在小腿组件上，行走轮支架连接行走轮直线驱动器的伸缩杆，行走轮和第一旋转驱动器均安装在行走轮支架上，第一旋转驱动器驱动行走轮旋转，行走轮直线驱动器驱动行走轮支架上下运动使得行走轮高于或低于脚踏组件。

本发明的机械外骨骼是一种仿生结构，大腿组件和小腿组件与使用者的大腿和小腿对应，在使用时，使用者应站立在脚踏组件上，使用者的脚与脚踏组件固定，使用者的大腿与大腿组件固定，使用者的小腿与小腿组件固定，使用者的背部与固定组件固定；髋关节组件、膝关节组件和踝关节组件能够分别驱动大腿组件、小腿组件和脚踏组件运动，使得整个外骨骼配合使用者行动，降低使用者的负重以及行走所消耗的能量；当使用者处于平整的路面时，使用者可以控制行走轮直线驱动器的伸缩杆伸出，使得行走轮支架下行，直至行走轮低于脚踏组件（即行走轮触地，脚踏组件悬空），然后使用者启动第一旋转驱动器驱动行走轮旋转即可在地面快速前行；本发明中所用的行走轮既可以采用普通的轮子，也可以采用麦克纳姆轮这类全向轮以提高灵活性；采用普通的轮子时，各个轮子可以通过差速进行转向。