[发明专利]外骨骼穿戴式健身与康复机

摘要

本发明公开一种外骨骼穿戴式健身与康复机，该发明依据人体骨骼结构进行设计，实现对人体各个部位的锻炼和人体康复牵引。包括两个手部模块、两个脚部模块和躯干模块，其中两个手部模块沿躯干模块的竖直中心线左右对称，两个脚部模块沿躯干模块竖直中心线左右对称。为适应不同身高的人群，在本发明中增加了手部伸长部件和脚部伸长部件，同时在背部采用丝杆摇臂转盘实现肢体的伸长。本发明整体有22个自由度，分别为肩部四个、上臂旋转两个、肘两个、胯四个、大腿旋转两个、膝两个、脚腕两个，腰向前后两个以及腰向左右两个。通过这22个自由度可以实现四肢及躯干部位的多种运动，同时通过两种不同的工作模式分别实现健身和康复功能。

主权项

一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，包括肢体模块和躯干模块，肢体模块包括两个手部模块和两个脚部模块，其中两个手部模块沿躯干模块的竖直中心线左右对称，两个脚部模块沿躯干模块竖直中心线左右对称；手部模块包括第一动力模块(1)、第二动力模块(2)、第三动力模块(3)、大臂管(5)和手部伸长部件(4)，其中大臂管(5)为直角结构；第一动力模块(1)包括基座A、舵机A(9)、舵机B(10)、圆柱齿轮A(11)、圆柱齿轮B(12)、轴B(13)、轴承座B(14)、锥齿轮A(15)、锥齿轮B(16)、轴承座A(17)和轴A(18)；其连接关系为：基座A为双层台阶式结构，舵机A(9)通过固定在基座A的上层表面；锥齿轮A(15)与舵机A(9)的输出轴固接，其中锥齿轮A(15)的轴线处于竖直方向；锥齿轮A(15)和轴线与其垂直的锥齿轮B(16)啮合；锥齿轮B(16)与轴A(18)固接，轴A(18)位于舵机A(9)的正下方，即轴A(18)动力输出的方向为水平向后；轴A(18)通过轴承与轴承座A(17)配合，轴承座A(17)与基座A连接；舵机B(10)固定在基座A的下层表面上，圆柱齿轮A(11)与舵机B(10)的输出轴连接，圆柱齿轮A(11)与圆柱齿轮B(12)啮合，其中圆柱齿轮A(11)和圆柱齿轮B(12)的轴线均处于竖直方向；圆柱齿轮A(11)与轴B(13)连接，轴B(13)动力输出的方向为竖直向下；轴B(13)通过轴承与轴承座B(14)配合，轴承座B(14)固定在基座A上；第二动力模块(2)包括基座B、舵机C(22)、圆柱齿轮C(23)、圆柱齿轮D(24)、轴C(25)和轴承座C(26)；其各部分的连接关系为：舵机C(22)固定在基座B上，圆柱齿轮C(23)固定在舵机C(22)的输出轴上，圆柱齿轮D(24)与圆柱齿轮C(23)啮合，其中圆柱齿轮C(23)和圆柱齿轮D(24)的轴线均处于竖直方向；圆柱齿轮D(24)与轴C(25)固接，轴C(25)的竖直向下输出动力；轴C(25)通过轴承与轴承座C(26)配合，轴承座C(26)固定在基座B上；第三动力模块(3)包括基座C、舵机D(28)、锥齿轮C(29)、锥齿轮D(30)、轴D(31)和轴承座D(32)，其各部分的连接关系为：舵机D(28)固定在基座C的上表面，锥齿轮C(29)与舵机D(28)的输出轴固接，其中锥齿轮C(29)的轴线处于竖直方向；锥齿轮C(29)和轴线与其垂直的锥齿轮D(30)啮合，锥齿轮D(30)与轴D(31)固接，轴D(31)位于舵机D(28)的正下方，即轴D(31)水平向后输出动力；轴D(31)同时通过轴承与轴承座D(32)配合，轴承通过轴承座盖与轴承座D(32)压紧，轴承座D(32)固定在基座C下表面；手部伸长部件(4)包括小臂大套管(33)、锁紧调位机构A(34)、小臂直管(35)、小臂折弯管(36)、手柄T管(37)、手柄旋转轴(38)、手柄分叉(39)和手柄套管(40)；其 各部分的连接关系为：小臂大套管(33)为直角结构，其竖直部分的端部通过锁紧调位机构A(34)与小臂直管(35)连接，小臂直管(35)的另一端通过直角弯管与小臂折弯管(36)连接；小臂折弯管(36)的另一端和轴线与其垂直的手柄T管(37)连接；手柄T管(37)的上端连接手柄分叉(39)，手柄分叉(39)为U形结构，手柄分叉(39)的左右两端之间安装手柄芯管，手柄芯管外套装橡胶制的手柄套管(40)；手柄芯管的两个端面分别安装有手柄端盖；手柄旋转轴(38)套装在手柄T管(37)内；在手柄分叉(39)与手柄T管(37)的连接处，手柄分叉(39)与手柄旋转轴(38)连接；锁紧调位机构A(34)的具体结构为：小臂大套管(33)和小臂直管(35)通过松紧环锁紧扣(41)连接在一起，在小臂大套管(33)内部与小臂直管(35)的连接端有两个相对安装的花型松紧环(42)，在小臂直管(35)上和小臂大套管(33)的连接端安装有沉头螺钉(43)，沉头螺钉(43)的螺钉头未完全沉入管壁，即沉头螺钉(43)在管壁上有凸起；同时在小臂大套管(33)的内壁加工有与沉头螺钉(43)上的凸起相对应的直槽(45)；手部模块的整体连接关系为：手部伸长部件(4)中小臂大套管(33)水平部分的端部与第一动力模块(1)中轴B(13)的动力输出端连接，第一动力模块(1)中轴A(18)的动力输出端与大臂管(5)的一端连接，大臂管(5)的另一端与第二动力模块(2)中轴C(25)的动力输出端连接；第三动力模块(3)中轴D(30)的动力输出端与第二动力模块(2)的基座连接，第三动力模块(3)驱动第二动力模块(2)整体转动；脚部模块包括第四动力模块(46)、第五动力模块(47)、第六动力模块(48)、第七动力模块(49)、大腿管(51)、脚部伸长部件(50)和足部部件(52)；其中大腿管(51)为直角结构；第四动力模块(46)与第一动力模块(1)结构相同，第六动力模块(48)与第三动力模块(3)结构相同；第五动力模块(47)与第七动力模块(49)均和第二动力模块(2)结构相同；脚部伸长部件(50)包括小腿大套管(53)、小腿直管(54)、锁紧调位机构B(55)和小腿底端连接件(56)；其中锁紧调位机构B(55)与锁紧调位机构A(34)的结构相同；小腿大套管(53)竖直部分的端部通过锁紧调位机构B(55)与小腿直管(54)连接，小腿直管(54)的另一端与小腿底端连接件(56)相连；足部部件包括足部座(57)、塑料板(58)和橡胶垫(59)；其中足部座(57)竖直放置，塑料板(58)和橡胶垫(59)均水平放置，足部座(57)与塑料板(50)连接，塑料板(50)与橡胶垫(51)连接；脚部模块的整体连接关系为：足部部件中足部座(57)的顶部与第五动力模块(47)的动力输出轴连接，第五动力模块(47)的基座与脚部伸长部件(50)中的小腿底端连接件(56)相连；小腿大套管(53)水平部分的端部与第四动力模块(46)的竖直动力输出轴连接，第 四动力模块(46)的水平动力输出轴与大腿管(51)的一端连接，大臂管(51)的另一端与第七动力模块(49)的动力输出轴连接；第六动力模块(48)的动力输出轴与第七动力模块(49)的基座连接，第六动力模块(48)驱动第七动力模块(49)整体转动；躯干模块包括臀部基板(60)、肩部基板(68)和运动机构；臀部基板(60)和肩部基板(68)位于同一竖直面内，肩部基板(68)位于臀部基板(60)上方；肩部基板(68)的对称轴与臀部基板(60)的对称轴重合；所述运动机构在该对称轴的左右两边对称布置；右侧运动机构包括舵机E(62)、连杆A(63)、连杆B(64)、连杆C(65)、连杆D(81)、大套盘(73)、承重套杆(74)、舵机F(75)、承重杆(76)、传动轴(79)、芯轴、丝杆(69)、滑块、电机(72)和大套盘转动撑杆(82)；其中连杆C(65)为半圆形结构，该半圆形结构的对称线沿水平方向，连杆C(65)有三个铰接端，分别位于半圆形结构的顶部、底部及外圆周，其中外圆周上的铰接端位于其水平对称线的位置；连杆D(81)为直角结构，该直角结构水平部分的端部有竖直向下的连接轴；其连接关系为：舵机E(62)通过臀部基板(60)下端的舵机固定架(2)固定在臀部基板(60)上，舵机E(62)的输出轴垂直穿过臀部基板(60)后与连杆A(63)连接，该连接点记为A点；连杆A(63)的另一端与连杆B(64)动连接，该连接点记为B点；连杆B(64)的另一端与连杆C(65)外圆周上的铰接端动连接，该连接点记为C点；连杆C(65)底部的铰接端通过轴承与臀部基板(60)连接，该连接点记为D点，其中轴承的转动方向垂直与臀部基板(60)；保证依次连接A点、B点、C点、D点后形成平行四边形结构；连杆C(65)顶部的铰接端为柱形结构，连杆C(65)顶部的铰接端与连杆D(81)水平部分端部的连接轴沿该连接轴的轴线方向铰接；连杆D(81)竖直部分上端的外侧固定舵机F(75)，舵机F(75)的输出轴垂直于连杆D(81)的竖直部分；舵机F(75)的输出轴通过传动轴(79)与承重杆A(76)连接，承重杆A(76)与承重套杆(74)表面的滑槽配合，相互只能沿滑槽方向运动；承重套杆(74)通过芯轴安装在肩部基板(68)上，芯轴的安装方式为：在肩部基板(68)左侧加工有大套盘(73)的安装孔，大套盘(73)的圆心所在水平线高于舵机F(75)的输出轴水平状态时的轴线位置；大套盘(73)在其安装孔内与肩部基板(68)动连接，大套盘(73)只能沿其轴向转动；在大套盘(73)上加工有芯轴的安装孔，，设该安装孔所在点为E点；芯轴在其安装孔内与大套盘(73)动连接，且芯轴只能沿其轴向转动，承重套杆(74)左侧端部与芯轴固接；丝杆(69)安装在位于肩部基板(68)对称轴上的丝杆安装槽内，滑块安装在丝杆(69)上，滑块与丝杆(69)配合，可沿丝杆(69)上下移动，丝杆(69)顶部与电机(72)的输出轴相连；大套盘转动撑杆(82)的一端与大套盘(73)连接，设该连接点为F点，另一端与滑块连接；所述F点和E点的连线经过大套盘(73)的圆心；左侧运 动机构中的承重套杆通过肩部跨越件(83)与位于肩部基板(68)右侧的芯轴连接。本发明整体连接关系为：两个手部模块分别通过各自第三动力模块的基座固接在躯干模块中肩部基体(68)的左右两侧，两个脚部模块分别通过各自第六动力模块的基座固接在躯干模块中臀部基板(60)的左右两侧，两个手部模块、两个脚部模块及躯干模块间的运动相互独立。