[发明专利]基于永磁无轴承电机的下肢外骨骼支架自平衡系统

说明书

本申请涉及一种基于永磁无轴承电机的下肢外骨骼支架自平衡系统，包括：永磁无轴承电机，下肢外骨骼支架，角运动检测装置，控制器和电源。其中，永磁无轴承电机和下肢外骨骼支架通过连杆连接，控制器分别电连接角运动检测装置和电源，电源还电连接永磁无轴承电机的定子侧。角运动检测装置用于检测穿戴下肢外骨骼支架的使用者发生倾倒需要依靠时所需要产生的角动量，并把角动量发送到控制器，控制器在接收到角动量时控制电源向永磁无轴承电机提供电流，永磁无轴承电机在接入电流时转子通过改变速度向下肢外骨骼支架提供轴向方向所需要的角动量，进而与使用者发生倾倒需要依靠时提供支撑，维持整个系统的重心平衡，提高使用者的自主行动能力。

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于永磁无轴承电机的下肢外骨骼支架自平衡系统。

背景技术

可穿戴式下肢外骨骼支架(俗称机械腿)作为一种辅助医疗器械，可以有效帮助下肢肌肉关节损伤或偏瘫的患者实现站立和行走。近年来出现的下肢外骨骼机器人在外骨骼支架的基础上增加了动力系统、控制检测系统和传动系统，甚至可以通过感应人体的运动状态，自动控制机械腿的运动，保持人体重心平衡，同时提升人体负重能力，除了可用于人体下肢的康复训练和提升人体负载能力外，在军事、应急救援等领域也有广泛的应用前景。但目前国内外下肢外骨骼机器人都尚处于研发阶段，制造和使用成本较高，且舒适性较差。而无动力下肢外骨骼支架简单实用，体积小重量轻，更便于下肢运动能力下降的患者尤其是老年患者的使用。但是现有的下肢外骨骼支架不能实现自平衡，使用者需要自己或借助他人帮助以保持身体重心平衡，这就降低了下肢外骨骼支架的实用性能和使用效果。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中下肢外骨骼支架不能实现自平衡的问题，本申请提供一种基于永磁无轴承电机的下肢外骨骼支架自平衡系统。

本申请的方案如下：

一种基于永磁无轴承电机的下肢外骨骼支架自平衡系统，包括：

永磁无轴承电机，下肢外骨骼支架，角运动检测装置，控制器和电源；

所述永磁无轴承电机和所述下肢外骨骼支架通过连杆连接；

所述控制器分别电连接所述角运动检测装置和所述电源；

所述电源还电连接所述永磁无轴承电机；

所述角运动检测装置用于检测使用者发生倾倒需要依靠时所需要的角动量，并把角动量信号发送到所述控制器；

所述控制器用于在接收到所述角动量信号时控制所述电源向所述永磁无轴承电机提供电流；

所述永磁无轴承电机用于在接入电流时向所述下肢外骨骼支架提供轴向方向的角动量。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述永磁无轴承电机包括：

空心外环和内环；

所述空心外环表面缠绕有多个线圈，内壁呈环形金属轨道；其中，所述线圈电连接所述电源；

所述内环上设置有多组永磁体，且所述内环设置在所述空心外环内壁形成的的所述环形金属轨道上；

所述空心外环表面缠绕的线圈在通电时产生磁场，所述内环在所述线圈产生磁场的牵引作用下进行水平方向的圆周运动。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述空心外环包括：外环导体和外环铁芯；

所述空心外环为分段结构，所述外环导体和所述外环铁芯交错连接成环；

所述线圈缠绕在所述外环铁芯上。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述内环包括：环型永磁体载体和转矩永磁体组；

所述环型永磁体载体设置在所述空心外环内壁的环形金属轨道上；