動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動支撐機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輔助老年人行動的裝置，尤其涉及一種動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動支撐機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著逐漸步入的老齡化的社會，年輕人贍養(yǎng)中老人的重?fù)?dān)也越來越大。有很多看似平常的家務(wù)勞動，對于體力不支的中老年人來說都是難以完成的；當(dāng)獨(dú)生子女成家后將會面臨兩人贍養(yǎng)四名或者更多老人的問題，在生活中也會越來越多的遇到個(gè)人體力嚴(yán)重不足的問題。因此，市場上亟需一種機(jī)器用以輔助體弱者及中老年人運(yùn)動，來幫助這部分人提高他們的自理能力和改善他們的生活質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、輕便、易于操控、自動化程度高的動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動支撐機(jī)構(gòu)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括左伸縮支撐結(jié)構(gòu)、右伸縮支撐結(jié)構(gòu)和連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)左右兩端分別與左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)的上端連接；左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)造相同且左右對稱；
連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括一塊寬度調(diào)節(jié)板和兩塊連接板，寬度調(diào)節(jié)板兩端分別與兩塊連接板中部連接，每塊連接板的下端均鉸接有可沿垂直平面轉(zhuǎn)動的X向鉸鏈座，X向鉸鏈座外側(cè)鉸接有可沿水平面轉(zhuǎn)動的Z向第一鉸鏈板，Z向第一鉸鏈板外側(cè)鉸接有可沿水平面轉(zhuǎn)動的Z向第二鉸鏈板，Z向第二鉸鏈板外側(cè)鉸接有可沿水平面轉(zhuǎn)動的Y向鉸鏈座，左側(cè)的Y向鉸鏈座外側(cè)與左伸縮支撐結(jié)構(gòu)上端鉸接，右側(cè)的Y向鉸鏈座外側(cè)與右伸縮支撐結(jié)構(gòu)上端鉸接；兩塊連接板之間設(shè)有腰帶；
連接板上設(shè)有用于驅(qū)動X向鉸鏈座轉(zhuǎn)動的X向減速電機(jī)，左側(cè)的Y向鉸鏈座上設(shè)有用于驅(qū)動左伸縮支撐結(jié)構(gòu)前后擺動的左Y向減速電機(jī)，右側(cè)的Y向鉸鏈座上設(shè)有用于驅(qū)動右伸縮支撐結(jié)構(gòu)前后擺動的右Y向減速電機(jī)；γ向鉸鏈座內(nèi)設(shè)有驅(qū)動Y向鉸鏈座沿Z向轉(zhuǎn)動的Z向驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0005]所述Z向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)在Y向鉸鏈座內(nèi)的套管，套管內(nèi)設(shè)有伺服電機(jī)、太陽齒輪、行星架、行星齒輪、內(nèi)齒圈、輸出軸、軸承、軸承座和聯(lián)軸器，伺服電機(jī)同軸向固定在Z向第二鉸鏈板上，行星齒輪轉(zhuǎn)動連接在行星架上，行星架設(shè)在內(nèi)齒圈內(nèi)，太陽齒輪設(shè)在伺服電機(jī)的動力輸出軸上，太陽齒輪穿過行星架位于行星齒輪中間，行星齒輪分別與太陽齒輪和內(nèi)齒圈嚙合，內(nèi)齒圈與軸承座同軸向固定連接，軸承設(shè)在軸承座內(nèi)，輸出軸一端與行星架中心同軸向固定連接，輸出軸另一端穿過軸承內(nèi)圈與聯(lián)軸器一端連接，聯(lián)軸器另一端與Y向鉸鏈座固定連接。
[0006]所述左伸縮支撐結(jié)構(gòu)包括氣動肌腱、弧形板、大腿支撐管、小腿支撐管、大腿伸縮桿、小腿伸縮桿和腳踏板，小腿支撐管上端設(shè)有安裝座，大腿支撐管下端通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈鉸接在安裝座上，大腿伸縮桿自上而下插設(shè)在大腿支撐管內(nèi)，大腿支撐管上部設(shè)有用于定位大腿伸縮桿的上鎖緊環(huán)，小腿伸縮桿自下而上插設(shè)在小腿支撐管內(nèi)，小腿支撐管下部設(shè)有用于定位小腿伸縮桿的下鎖緊環(huán)；小腿伸縮桿下端與腳踏板上表面外側(cè)固定連接，大腿支撐管連接有可卡在大腿上的弧形定位板，弧形定位板上設(shè)有大腿繃帶，腳踏板上設(shè)有腳繃帶；
小腿支撐管下端設(shè)有下支座，大腿支撐管中下部設(shè)有上支座，氣動肌腱的下端鉸接在下支座上，弧形板上端鉸接在上支座上，弧形板下端與氣動肌腱上端鉸接，弧形板后側(cè)沿上下方向設(shè)有耐磨滑道，安裝座前側(cè)設(shè)有與耐磨滑道滾動連接的滾輪。
[0007]所述氣動肌腱包括氣囊和易于水平及豎向伸縮的菱形編織網(wǎng)，菱形編織網(wǎng)設(shè)在氣囊內(nèi)壁上，氣囊上設(shè)有氣嘴，氣囊外表面設(shè)有柔彈性的外保護(hù)層。
[0008]采用上述技術(shù)方案，動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置還包括背負(fù)結(jié)構(gòu)和動力控制裝置，背負(fù)結(jié)構(gòu)下端與連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中部連接；動力控制裝置設(shè)在背負(fù)機(jī)構(gòu)后側(cè)下部；背負(fù)結(jié)構(gòu)下端與兩塊連接板上端之間通過固定座連接。
[0009]背負(fù)結(jié)構(gòu)包括垂直設(shè)置的框架，框架下端與固定座通過螺栓固定連接，框架上設(shè)有高度可調(diào)節(jié)的負(fù)重連接架，框架左右兩側(cè)分別設(shè)有一條肩帶。動力控制裝置包括設(shè)在框架上的箱體，箱體內(nèi)設(shè)有蓄電池、伺服控制器、伺服氣動比例閥組、減壓閥、液氮瓶、大腿肌肉群肌電信號傳感器和髖關(guān)節(jié)肌肉群肌電信號傳感器，蓄電池分別與伺服控制器、X向減速電機(jī)、左Y向減速電機(jī)、右Y向減速電機(jī)和伺服電機(jī)通過電纜連接，伺服控制器通過數(shù)據(jù)信號線分別與伺服氣動比例閥組、X向減速電機(jī)、左Y向減速電機(jī)、右Y向減速電機(jī)、伺服電機(jī)、大腿肌肉群肌電信號傳感器和髖關(guān)節(jié)肌肉群肌電信號傳感器連接，液氮瓶的出口通過減壓閥與伺服氣動比例閥組的進(jìn)口連接，伺服氣動比例閥組的出口與氣動肌腱的進(jìn)口連接。
[0010]動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置在使用時(shí)，使用者的雙腳分別踏在腳踏板上并用腳繃帶固定，大腿部位使用弧形定位板套住并采用大腿繃帶繃緊，腰部使用腰帶將連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)緊固，肩部套上肩帶將背負(fù)結(jié)構(gòu)緊固。同時(shí)將大腿肌肉群肌電信號傳感器和髖關(guān)節(jié)肌肉群肌電信號傳感器分別粘貼到大腿肌肉群和髖關(guān)節(jié)肌肉群處。重物綁在負(fù)重連接架上，重物的重力通過背負(fù)結(jié)構(gòu)、連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)后通過左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，這樣就大大減輕了人們脊柱和下肢的壓力。
[0011]假定大腿前后擺動是繞著X軸運(yùn)動，大腿左右擺動是繞著Y軸運(yùn)動，大腿內(nèi)旋和外旋是繞著Z軸運(yùn)動。繞X軸和繞Y軸的轉(zhuǎn)動副可以在人體以外，但繞Z軸運(yùn)動的轉(zhuǎn)動副卻只能在人體內(nèi)。當(dāng)向前邁動左腿或右腿時(shí)，髖關(guān)節(jié)肌肉和大腿肌肉會發(fā)生變化，大腿肌肉群肌電信號傳感器和髖關(guān)節(jié)肌肉群肌電信號傳感器將變化信號傳輸給伺服控制器，伺服控制器向左Y向減速電機(jī)或右Y向減速電機(jī)發(fā)出命令信號，左Y向減速電機(jī)和右Y向減速電機(jī)分別驅(qū)動左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)。若大腿左右擺動，伺服控制器向X向減速電機(jī)發(fā)出命令信號，左右兩個(gè)X向減速電機(jī)分別驅(qū)動連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)外端帶動左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)左右擺動。大腿內(nèi)旋和外旋時(shí)，伺服控制器向X向減速電機(jī)發(fā)出命令信號，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過太陽齒輪驅(qū)動行星齒輪，行星齒輪通過輸出軸驅(qū)動Y向鉸鏈座和相對于Z向第二鉸鏈板轉(zhuǎn)動。
[0012]人從下蹲準(zhǔn)備站起時(shí)，需要更大的腿部拉力來實(shí)現(xiàn)站立，而站立時(shí)只需很小的力氣維持。氣動肌腱驅(qū)動弧形板，這樣可以通過改變弧形板的支點(diǎn)位置來提供不同力臂和力量輸出。滾輪就是弧形板的支點(diǎn)，隨著伸展角度變化，滾輪與弧形板接觸的位置也在變化。當(dāng)氣動肌腱行程越長，大腿支撐管和小腿支撐管之間的伸展角度越大時(shí)，滾輪所處位置會越靠近耐磨滑道下部；當(dāng)大腿支撐管和小腿支撐管之間伸展角度越小時(shí)，即屈膝時(shí)，滾輪所處位置會越靠近耐磨滑道上部，從而在下蹲準(zhǔn)備站起時(shí)氣動肌腱提供更大的拉力。
[0013]當(dāng)不同身高的人使用時(shí)，可通過在大腿支撐管內(nèi)上下調(diào)節(jié)大腿伸縮桿，在小腿支撐管內(nèi)上下調(diào)節(jié)小腿伸縮桿，并通過上鎖緊環(huán)和下鎖緊環(huán)將大腿伸縮桿和小腿伸縮桿鎖緊即可。寬度調(diào)節(jié)板可調(diào)節(jié)連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)再水平方向上的長度，以適合不同腰圍的人使用。
[0014]氣動肌腱的氣囊膨脹，菱形編織網(wǎng)水平方向增大，垂直方向縮短，氣動肌腱產(chǎn)生向上的拉力將配重塊向上拉起，氣動肌腱的氣囊收縮，菱形編織網(wǎng)水平方向減小，垂直方向伸長，配重塊下落。氣動肌腱只產(chǎn)生拉力不產(chǎn)生推力，同人體肌肉一樣。
[0015]動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，自動化程度高，可以作為老年人自理的工具，而且可以作為身殘病后的恢復(fù)鍛煉，充分減輕了人們背負(fù)重物的壓力，并大大提高了背負(fù)重物的重量，也特別適用于崎嶇的山路運(yùn)輸貨物。
【附圖說明】
[0016]圖1是動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的左視圖(工作使用狀態(tài)下)；
圖3是動力控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是右側(cè)的連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的整體裝配示意圖；
圖5是圖4中連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的爆炸圖；
圖6是圖1中氣動肌腱收縮和膨脹時(shí)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1-圖6所示，動力驅(qū)動式下肢關(guān)節(jié)減壓裝置，包括左伸縮支撐結(jié)構(gòu)、右伸縮支撐結(jié)構(gòu)、連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、背負(fù)結(jié)構(gòu)、動力控制裝置，連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)左右兩端分別與左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)的上端連接，背負(fù)結(jié)構(gòu)下端與連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中部連接；左伸縮支撐結(jié)構(gòu)和右伸縮支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)造相同且左右對稱；動力控制裝置設(shè)在背負(fù)機(jī)構(gòu)后側(cè)下部。
[0018]連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括一塊寬度調(diào)節(jié)板I和兩塊連接板2，背負(fù)結(jié)構(gòu)下端與兩塊連接板2上端之間通過固定座3連接，寬度調(diào)節(jié)板I兩端分別與兩塊連接板2中部連接，每塊連接板2的下端均鉸接有可沿垂直平面轉(zhuǎn)動的X向鉸鏈座4，X向鉸鏈座4外側(cè)鉸接有可沿水平面轉(zhuǎn)動的Z向第一鉸鏈板5，Z向第一鉸鏈板5外側(cè)鉸接有可沿水平面轉(zhuǎn)動的Z向第二鉸鏈板6，Z向第二鉸鏈板6外側(cè)鉸接有可沿水平面轉(zhuǎn)動的Y向鉸鏈座7，左側(cè)的Y向鉸鏈座7外側(cè)與左伸縮支撐結(jié)構(gòu)上端鉸接，右側(cè)的Y向鉸鏈座7外側(cè)與右伸縮支撐結(jié)構(gòu)上端鉸接；兩塊連接板2之間設(shè)有腰帶8。
[0019]連接板2上設(shè)有用于驅(qū)動X向鉸鏈座4轉(zhuǎn)動的X向減速電機(jī)9，左側(cè)的Y向鉸鏈座7上設(shè)有用于驅(qū)動左伸縮支撐結(jié)構(gòu)前后擺動的左Y向減速電機(jī)10，右側(cè)的Y向鉸鏈座7上設(shè)有用于驅(qū)動右伸縮支撐結(jié)構(gòu)前后擺動的右Y向減速電機(jī)11。
[0020]Y向鉸鏈座7內(nèi)設(shè)有驅(qū)動Y向鉸鏈座7沿Z向轉(zhuǎn)動的Z向驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0021]Z向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)在Y向鉸鏈座7內(nèi)的套管12，套管12內(nèi)設(shè)有伺服電機(jī)