動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動背負機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種輔助老年人行動的裝置，尤其涉及一種動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動背負機構。
【背景技術】
[0002]隨著逐漸步入的老齡化的社會，年輕人贍養(yǎng)中老人的重擔也越來越大。有很多看似平常的家務勞動，對于體力不支的中老年人來說都是難以完成的；當獨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人體力嚴重不足的問題。因此，市場上亟需一種機器用以輔助體弱者及中老年人運動，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。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種結(jié)構簡單、輕便、易于操控、自動化程度高的動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動背負機構。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置的轉(zhuǎn)動背負機構，包括連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構和背負結(jié)構，背負結(jié)構下端與連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構中部連接；連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構包括一塊寬度調(diào)節(jié)板和兩塊連接板，背負結(jié)構下端與兩塊連接板上端之間通過固定座連接，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；兩塊連接板之間設有腰帶；
[0005]連接板上設有用于驅(qū)動X向鉸鏈座轉(zhuǎn)動的X向減速電機，左側(cè)的Y向鉸鏈座上設有用于驅(qū)動左伸縮支撐結(jié)構前后擺動的左Y向減速電機，右側(cè)的Y向鉸鏈座上設有用于驅(qū)動右伸縮支撐結(jié)構前后擺動的右Y向減速電機；
[0006]Y向鉸鏈座內(nèi)設有驅(qū)動Y向鉸鏈座沿Z向轉(zhuǎn)動的Z向驅(qū)動機構；所述Z向驅(qū)動機構包括設在Y向鉸鏈座內(nèi)的套管，套管內(nèi)設有伺服電機、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，行星架設在內(nèi)齒圈內(nèi)，太陽齒輪設在伺服電機的動力輸出軸上，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。
[0007]所述背負結(jié)構包括垂直設置的框架，框架下端與固定座通過螺栓固定連接，框架上設有高度可調(diào)節(jié)的負重連接架，框架左右兩側(cè)分別設有一條肩帶。
[0008]采用上述技術方案，動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置還包括左伸縮支撐結(jié)構、右伸縮支撐結(jié)構和動力控制裝置，連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構左右兩端分別與左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構的上端連接；左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構的構造相同且左右對稱；動力控制裝置設在背負機構后側(cè)下部；左側(cè)的Y向鉸鏈座外側(cè)與左伸縮支撐結(jié)構上端鉸接，右側(cè)的Y向鉸鏈座外側(cè)與右伸縮支撐結(jié)構上端鉸接；
[0009]所述左伸縮支撐結(jié)構包括氣動肌腱、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，小腿支撐管上端設有安裝座，大腿支撐管下端通過膝關節(jié)鉸鏈鉸接在安裝座上，大腿伸縮桿自上而下插設在大腿支撐管內(nèi)，大腿支撐管上部設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在小腿支撐管內(nèi)，小腿支撐管下部設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，弧形定位板上設有大腿繃帶，腳踏板上設有腳繃帶；
[0010]小腿支撐管下端設有下支座，大腿支撐管中下部設有上支座，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)沿上下方向設有耐磨滑道，安裝座前側(cè)設有與耐磨滑道滾動連接的滾輪。
[0011]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)設在氣囊內(nèi)壁上，氣囊上設有氣嘴，氣囊外表面設有柔彈性的外保護層。
[0012]所述動力控制裝置包括設在框架上的箱體，箱體內(nèi)設有蓄電池、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、左Y向減速電機、右Y向減速電機和伺服電機通過電纜連接，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、左Y向減速電機、右Y向減速電機、伺服電機、大腿肌肉群肌電信號傳感器和髖關節(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口連接，伺服氣動比例閥組的出口與氣動肌腱的進口連接。
[0013]動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置在使用時，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)構緊固，肩部套上肩帶將背負結(jié)構緊固。同時將大腿肌肉群肌電信號傳感器和髖關節(jié)肌肉群肌電信號傳感器分別粘貼到大腿肌肉群和髖關節(jié)肌肉群處。重物綁在負重連接架上，重物的重力通過背負結(jié)構、連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構后通過左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構進行支撐，這樣就大大減輕了人們脊柱和下肢的壓力。
[0014]假定大腿前后擺動是繞著X軸運動，大腿左右擺動是繞著Y軸運動，大腿內(nèi)旋和外旋是繞著Z軸運動。繞X軸和繞Y軸的轉(zhuǎn)動副可以在人體以外，但繞Z軸運動的轉(zhuǎn)動副卻只能在人體內(nèi)。當向前邁動左腿或右腿時，髖關節(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向減速電機或右Y向減速電機發(fā)出命令信號，左Y向減速電機和右Y向減速電機分別驅(qū)動左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構。若大腿左右擺動，伺服控制器向X向減速電機發(fā)出命令信號，左右兩個X向減速電機分別驅(qū)動連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構進行轉(zhuǎn)動，連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構外端帶動左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構左右擺動。大腿內(nèi)旋和外旋時，伺服控制器向X向減速電機發(fā)出命令信號，伺服電機轉(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。
[0015]人從下蹲準備站起時，需要更大的腿部拉力來實現(xiàn)站立，而站立時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位置來提供不同力臂和力量輸出。滾輪就是弧形板的支點，隨著伸展角度變化，滾輪與弧形板接觸的位置也在變化。當氣動肌腱行程越長，大腿支撐管和小腿支撐管之間的伸展角度越大時，滾輪所處位置會越靠近耐磨滑道下部；當大腿支撐管和小腿支撐管之間伸展角度越小時，即屈膝時，滾輪所處位置會越靠近耐磨滑道上部，從而在下蹲準備站起時氣動肌腱提供更大的拉力。
[0016]當不同身高的人使用時，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)構再水平方向上的長度，以適合不同腰圍的人使用。
[0017]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。
[0018]動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置結(jié)構簡單，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鍛煉，充分減輕了人們背負重物的壓力，并大大提高了背負重物的重量，也特別適用于崎嶇的山路運輸貨物。
【附圖說明】
[0019]圖1是動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置的結(jié)構示意圖；
[0020]圖2是圖1的左視圖(工作使用狀態(tài)下)；
[0021]圖3是動力控制裝置的結(jié)構示意圖；
[0022]圖4是右側(cè)的連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構的整體裝配示意圖；
[0023]圖5是圖4中連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構的爆炸圖；
[0024]圖6是圖1中氣動肌腱收縮和膨脹時的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖1-圖6所示，動力驅(qū)動式下肢關節(jié)減壓裝置，包括左伸縮支撐結(jié)構、右伸縮支撐結(jié)構、連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構、背負結(jié)構、動力控制裝置，連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構左右兩端分別與左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構的上端連接，背負結(jié)構下端與連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構中部連接；左伸縮支撐結(jié)構和右伸縮支撐結(jié)構的構造相同且左右對稱；動力控制裝置設在背負機構后側(cè)下部。
[0026]連接轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)結(jié)構包括一塊寬度調(diào)節(jié)板I和兩塊連接板2，背負結(jié)構下端與兩塊連接板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)