腰部旋转机构的制作方法

本实用新型涉及一种腰部外骨骼转动装置领域，具体而言，涉及一种腰部旋转机构。

背景技术：

随着机器人行业的发展，国内外越来越多的科技公司投入到了外骨骼机器人的研发领域，因此，各种版本的外骨骼机器人相继问世。外骨骼机器人腰部结构的灵活性很大程度上决定整个机器人的灵活性和穿戴者的舒适性。

目前的外骨骼机器人的腰部旋转机构分为固定在腿部部件上的腰部旋转机构、以及独立于腿部部件设置的腰部机构，固定在腿部部件上的腰部旋转机构只具备支撑腰部的功能，但是没有可以活动的部分，不能协助或适应使用者实现腰部运动，导致使用者在使用过程中腰部同步差，灵活性很低；独立于腿部部件设置的腰部机构由于没有支撑，整体结构架笨重，容易对使用者的腰部造成伤害。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种腰部旋转机构，以解决现有技术中的外骨骼腰部无法灵活旋转地问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种腰部旋转机构，该腰部旋转机构包括：背部连接结构，背部连接结构用于与使用者背部连接，背部连接结构上设置有移动装置；轨道，移动装置可移动地设置在轨道上。

进一步地，移动装置包括滑块，滑块可移动地设置在轨道上。

进一步地，轨道为弧形滑轨。

进一步地，滑块内部设置有安装孔，轨道穿设在安装孔中，轨道的横截面为多边形，安装孔的横截面与轨道的横截面相适配。

进一步地，腰部旋转机构还包括：缓冲复位装置，缓冲复位装置的第一端与轨道连接，缓冲复位装置的第二端与滑块连接。

进一步地，滑块固定设置在背部连接结构的底部，滑块与缓冲复位装置均为两块，两块滑块关于背部连接结构的中心线对称设置，缓冲复位装置与轨道的连接位置关于轨道的中心线对称设置。

进一步地，缓冲复位装置与轨道的连接位置处设置有连接凸台，缓冲复位装置的第一端与连接凸台铰接，缓冲复位装置的第二端与滑块铰接。

进一步地，轨道上设置有限位凸起，限位凸起用于对移动装置的移动进行限位。

进一步地，缓冲复位装置为弹簧。

进一步地，弹簧为气弹簧或液压弹簧。

应用本实用新型的技术方案，使用者旋转腰部带动背部连接结构运动，使移动装置在轨道上按照轨道的轨迹滑动，从而完成了本实用新型的腰部旋转机构的腰部旋转动作，本实用新型的腰部旋转机构通过使用者旋转腰部使移动装置在轨道上的滑动即可完成腰部转动动作，结构简单且灵活性高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本实用新型的实施例的腰部旋转机构的结构图；以及

图2示意性示出了本实用新型的实施例的腰部旋转机构的俯视结构图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、背部连接结构；11、移动装置；12、连接凸台；13、限位凸起；20、轨道；30、缓冲复位装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

正如背景技术里所说的，目前外骨骼机器人发展迅速，可穿戴外骨骼的结构影响着穿戴者的舒适度及外骨骼的整体灵活度，针对穿戴式外骨骼机器人智能结构的要求，外骨骼机器人为配合使用者进行腰部旋转侧身运动，其腰部需要设计可活动的旋转关节。

参见图1所示，本实用新型提供了一种腰部旋转机构，该腰部旋转机构的实施例包括背部连接结构10和轨道20，其中，背部连接结构10用于与使用者背部连接，且背部连接结构10上设置有移动装置11，移动装置11可移动地设置在轨道20上。安装时，背部连接结构10与使用者的背部连接在一起，轨道与其他装置连接，背部连接结构10上的移动装置11可移动地安装在轨道20上。工作时，使用者旋转腰部带动背部连接结构10运动，使移动装置11在轨道20上按照轨道20的轨迹滑动，从而完成了本实用新型的腰部旋转机构的腰部旋转动作，本实用新型的腰部旋转机构通过使用者旋转腰部使移动装置11在轨道20上的滑动即可完成腰部转动动作，结构简单且灵活性高。

本实用新型的背部连接结构10与使用者背部的连接方式可以为背带式连接，即在背部连接结构10上设置有用于连接背带的连接块，且连接块为两块，两块连接块分别设置在背部连接结构10的两端，将连接带的两端连接在连接两块连接块上，通过将连接带套设在使用者的背部，当然，其他可以满足将背部连接结构10与使用者背部连接的方式也可。

具体来说，本实用新型的移动装置11包括滑块，滑块可移动地设置在轨道20上。安装时，背部连接结构10通过背带或者其他连接方式连接在使用者的背部，背部连接结构10的滑块可移动地安装在轨道20上，工作时，使用者旋转腰部带动背部连接结构10运动，使滑块在轨道20上按照轨道20的轨迹滑动，从而完成了本实用新型的腰部旋转机构的腰部旋转动作。

参见图2所示，为了使使用者在转动腰部过程中更流畅，进而提高使用者的使用舒适度，优选地，本实用新型中的轨道20为弧形滑轨。背部连接结构10被使用者转动的过程中，滑块在弧形滑轨上滑动，由于弧形滑轨的轨迹更加符合使用者腰部转动过程中的轨迹，因此，使用者在转动过程中会更加流畅。

为了使本实用新型的腰部旋转机构能够适应不同的使用者的身材，优选地，本实用新型的轨道20设置有伸缩机构，如套管插销式伸缩机构，该伸缩机够可以为一个，也可以为多个，当然其他可以满足可以调节轨道的轨迹长度及方向的伸缩机构均可，工作时，当本实用新型的腰部旋转机构的轨道20的长度影响到使用者的使用舒适度时，调节伸缩机构以使轨道的长度满足使用者的腰部转动需求。

本实用新型中的伸缩机构的伸缩轨迹可以与本实用新型中的轨道20的轨迹相同，本实用新型中的伸缩机构的伸缩轨迹也可以与本实用新型中的轨道20的轨迹不同，例如，将伸缩机构的伸缩轨迹设置为直线，工作时，伸缩机构直线伸长可以调节本实用新型的腰部旋转机构的可容纳腰围。当然也可以通过设置其他的伸缩轨迹的伸缩机构来满足不同的本实用新型的腰部旋转机构转动或穿戴需求。

为了使本实用新型中的滑块在轨道20上滑动更加稳定，优选地，滑块内部设置有安装孔，轨道20穿设在安装孔中，工作时，在使用者转动腰部的过程中，由于滑块套设在了轨道20上，使滑块不会从轨道中脱落，保证了本实用新型的腰部旋转机构转动时的稳定性。

为了限制本实用新型中的背部连接结构10绕着轨道20旋转，本实用新型中的轨道20的横截面为多边形，安装孔的横截面与轨道20的横截面相适配。本实用新型中的轨道20的横截面可以是三角形、四边形、五边形等，例如本实用新型中的轨道20的横截面为三角形，工作时，轨道20横截面三角形角的位置，可以限制背部连接结构10绕着轨道20旋转。

由于本实用新型的腰部旋转机构是通过使用者的腰部运动为动力的，工作时，如果使用者旋转腰部旋转机构时旋转速度过快或旋转角度过大，都会造成使用者腰部扭伤，为了避免上述情况，优选地，本实用新型的腰部旋转机构还包括缓冲复位装置30，缓冲复位装置30的第一端与轨道20连接，缓冲复位装置30的第二端与滑块连接。当使用者穿戴好本实用新型的腰部旋转机构旋转时，缓冲复位装置30会对背部连接结构10的运动产生阻力，使用者的旋转角度越大，则阻力越大，从而限制了使用者腰部的旋转速度及角度，避免了使用者的腰部扭伤。

具体来说，本实用新型中的滑块固定设置在背部连接结构10的底部，为了能够使本实用新型的背部连接结构10能够返回到最初位置，该最初位置即使用者未转动腰部时背部连接结构10的位置，滑块与缓冲复位装置30均为两块，两块滑块关于背部连接结构10的中心线对称设置，缓冲复位装置30与轨道20的连接位置关于轨道20的中心线对称设置，通过两个缓冲复位装置30保证轨道20可以恢复到最初位置。工作时，背部连接结构10一开始处于最初位置，使用者旋转腰部使背部连接结构10运动，背部连接结构10运动的过程中受到两个缓冲复位装置30的阻力，从而避免了使用者由于转动速度过快而造成的腰部扭伤，使用者完成旋转后，两个缓冲复位装置30的推力相互制约，使背部连接结构10恢复到最初位置。

为了使本实用新型中的缓冲复位装置30与轨道20的连接更稳定，优选地，本实用新型的缓冲复位装置30与轨道20的连接位置处设置有连接凸台12，缓冲复位装置30的第一端与连接凸台12铰接，缓冲复位装置30的第二端与滑块铰接。工作时，滑块在轨道20上运动的过程中，缓冲复位装置30的第一端以连接凸台12上的铰接点为中心运动，缓冲复位装置30的第二端以滑块上的铰接点为中心运动。当然其他可以使本实用新型的缓冲复位装置30稳定连接在轨道20上连接方式均可。

由于本实用新型的腰部旋转机构是通过使用者的腰部运动为动力的，工作时，如果使用者旋转腰部旋转机构时旋转角度过大，会造成使用者腰部扭伤，为了避免上述情况，优选地，轨道20上设置有限位凸起13，限位凸起13用于对移动装置11的移动进行限位。工作时，使用者旋转腰部带动背部连接结构10运动，使滑块在轨道20上按照轨道20的轨迹滑动，当滑块运动到限位凸起13时，滑块被限位凸起13阻挡而停止运动，从而避免了背部连接结构10运动的角度过大而扭伤使用者的问题。

为了满足缓冲复位装置30的缓冲和复位功能，优选地，本实用新型中的缓冲复位装置30为弹簧。工作时，背部连接结构10一开始处于最初位置，使用者旋转腰部使背部连接结构10运动，背部连接结构10运动的过程中受到两个弹簧的阻力，从而避免了使用者由于转动速度过快而造成的腰部扭伤，使用者完成旋转后，两个弹簧的推力相互制约，使背部连接结构10恢复到最初位置。本实用新型中的两个弹簧规格相同，在最初位置时，两个弹簧都处于压缩状态，当背部连接结构10上的滑块向轨道20的第一端运动时，第一端的弹簧被继续压缩，第二端的弹簧仍处于压缩状态，但是相比于最初位置，第二端的弹簧变长，此时，第一端的弹簧对背部连接结构10的推力大于第二端的弹簧对背部连接结构10的推力，此时，两端弹簧的推力的合力指向最初位置，从而使使用者在向第一端转动的过程中受到阻力，避免转动过快而造成的扭伤。

本实用新型的背部连接结构10为连接板，为了提高本实用新型中的背部连接结构10的强度，优选地，本实用新型的背部连接结构10上还设置有加强筋，加强筋为多根，多根加强筋以连接板的中心线为中心对称设置。

当背部连接结构10上的滑块向轨道20的第二端运动时，第二端的弹簧被继续压缩，第一端的弹簧仍处于压缩状态，但是相比于最初位置，第一端的弹簧变长，此时，第二端的弹簧对背部连接结构10的推力大于第一端的弹簧对背部连接结构10的推力，两端弹簧的推力的合力指向最初位置，从而使使用者在向第二端转动的过程中受到阻力，避免转动过快而造成的扭伤。

优选地，本实用新型中的弹簧为气弹簧或液压弹簧，当然可以实现本实用新型中的缓冲复位装置30功能的结构也可。

本实用新型提出的腰部旋转机构采用弧形滑轨与滑块结构，其中轨道与下肢相连接，滑块与上身相固定。该机构能使外骨骼机器人上半身以人体的腰部中心轴为旋转中心轴，绕其做圆弧运动，有效提高了使用者的可活动范围和舒适度。轨道20与滑块的横截面使用多边形设计，既能实现机器人外骨骼上下身的连接，又能限制上身围绕轨道做圆周运动，使上半身在此机构上只能沿着轨道20方向做弧形运动。

优选地，本实用新型的轨道20可以不是标准圆弧轨迹的滑轨，以不妨碍使用者正常转动腰部为准。本实用新型中的轨道20与滑块尺寸根据不同负重要求设计不同的尺寸。

在该机构两侧增加弹簧以限定运动的最初位置，使穿戴者腰部在无主动力作用下回到最初位置；此外，本实用新型还可限定其活动速度，起到缓冲作用，提高使用者的舒适性与安全性。

本实用新型除增加外骨骼机器人的灵活性和穿戴者的舒适性之外，在使用者负重的情况下还能起到重心调节的作用。当使用者在负重前行时，上半身会随着迈腿的步伐左右微微倾斜，本实用新型的腰部旋转机构可以顺应这种倾斜来使重心往支撑足侧运动，此外，两侧的弹簧可以缓冲因走路产生的偏向力，使使用者的倾斜速度得以减缓，增加整体的稳定性。移动装置可移动地设置在轨道上，轨道为弧形设计，以更好地贴合人体腰部，增加穿戴者的舒适度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。