外骨骼助行机器人的制作方法

本实用新型外骨骼助行机器人，涉及机器人行走技术领域，尤其涉及用于老年人穿戴的外骨骼助行机器人。

背景技术：

目前，我国人口老龄化问题越来越严峻。根据国家统计局发布的文件，截止到2019年11月，我国65周岁及以上的老年人占全国总人口10.75％。预计到2030年，我国65周岁及以上的老年人比例超过25％，进入深度老龄化阶段，成为全球人口老龄化程度最高的国家。脑瘁中、帕金森、阿尔兹海默症是老年人的常见病和多发病，每年新发病的患者约为200万，80％的患者会引起下肢偏瘫，导致下肢肌肉薄弱，无法提供足够的力量完成行走，不同程度地丧失了运动能力，偏瘫较轻的老年人可以依靠轮椅进行运动，偏瘫严重的老年人需要常年卧床，经常引起褥疮、肌肉萎缩、静脉血栓、泌尿系统感染、骨质疏松等并发症，在身心方面长年忍受着常人体会不到的痛苦，给家庭和社会带来巨大的负担。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的外骨骼助行机器人，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

技术实现要素：

根据上述现有技术提出的老年人由于脑瘁中、帕金森、阿尔兹海默症等疾病，引起下肢偏瘫，导致下肢肌肉薄弱，不同程度地丧失了运动能力，无法自主行走的技术问题，而提供一种外骨骼助行机器人。本实用新型主要利用下肢支撑结构辅助驱动装置，协助穿戴者行走，从而起到帮助下肢偏瘫的老年人实现站立和行走，满足老年人的运动需求，促进血液循环，避免产生褥疮，防止肌肉萎缩，减少并发症的发生，提高老年人的运动能力，减轻家庭和社会的负担。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种外骨骼住行机器人包括：腰部穿戴装置、两套髋关节驱动装置及两套行走装置；两套行走装置通过髋关节驱动装置对称装于腰部穿戴装置的两侧；腰部穿戴装置固定于穿戴者的腰部；两套行走装置分别固定于穿戴者的腿部及脚部。

进一步地，腰部穿戴装置包括：腰架、腰部绑带、髋关节连杆螺栓、髋关节连杆螺母、髋关节连杆；腰架是由具有一定刚性材质制成的弧形带状结构，腰架的弧度与穿戴者的腰部弧度相近，两端位于穿戴者的腰侧部；腰部绑带为柔性且具有一定弹性材质制成的带状结构，腰部绑带与腰架之间通过尼龙锁扣相连接固定于穿戴者腰部；两根髋关节连杆通过髋关节连杆螺栓和髋关节连杆螺母对称装于腰架的两侧。

进一步地，行走装置包括：大腿穿戴装置、小腿穿戴装置、足部穿戴装置及膝关节驱动装置；大腿穿戴装置通过髋关节驱动装置与髋关节连杆相连接，并在髋关节驱动装置的驱动下以连接处为轴心做前后转动；小腿穿戴装置的上部通过膝关节驱动装置与大腿穿戴装置的下部相连接，并在膝关节驱动装置的驱动下以连接处为轴心做前后转动；足部穿戴装置装于小腿穿戴装置的底部，随小腿穿戴装置一同移动。

进一步地，大腿穿戴装置包括：大腿上连杆、大腿连杆螺栓、大腿连杆螺母、大腿绑带、大腿下连杆；大腿上连杆的下部和大腿下连杆的上部沿长度方向均匀加工有多个连接孔；大腿上连杆的下部和大腿下连杆的上部通过大腿连杆螺栓和大腿连杆螺母配合连接孔固定装配连接；大腿上连杆的上部通过髋关节驱动装置与髋关节连杆相连接；大腿绑带装于大腿下连杆上，用于捆绑固定穿戴者的大腿部。

进一步地，小腿穿戴装置包括：小腿上连杆、小腿绑带、小腿连杆螺栓、小腿连杆螺母、小腿下连杆和踝关节绑带；小腿上连杆的下部和小腿下连杆的上部沿长度方向均匀加工有多个连接孔；小腿上连杆的下部和小腿下连杆的上部通过小腿连杆螺栓和小腿连杆螺母配合连接孔固定装配连接；小腿绑带装于小腿上连杆上，用于捆绑固定穿戴者的小腿部；踝关节绑带固定装于小腿下连杆上，用于捆绑固定穿戴者的踝关节部位。

进一步地，足部穿戴装置包括：踝关节连杆、踝关节螺栓、踝关节螺母、脚部绑带、脚底板；踝关节连杆的顶端与小腿下连杆的下端轴连接；踝关节连杆的下端与脚底板通过踝关节螺栓和踝关节螺母固定连接；脚部绑带装于脚底板的中部，用于捆绑固定穿戴者的脚部。

进一步地，髋关节驱动装置包括：髋关节电机、髋关节电机支架螺钉、髋关节电机支架、髋关节电机联轴器、髋关节连杆螺钉、髋关节轴承支座、髋关节左侧轴承、髋关节右侧轴承、髋关节端盖、髋关节端盖螺钉；髋关节左侧轴承和髋关节右侧轴承分别装于大腿上连杆上部左右两侧的轴上；髋关节连杆的下端装于髋关节右侧轴承上，髋关节端盖与髋关节端盖螺钉装于髋关节连杆的右端，将髋关节右侧轴承封装固定；髋关节轴承支座装于髋关节左侧轴承上，并通过髋关节连杆螺钉固定装于髋关节连杆上；髋关节电机采用直流电机，内部装有控制系统和供电装置，控制系统内设固定程序及自编程序系统，便于穿戴者自行设计；髋关节电机装于髋关节电机支架的外部，其输出端与装于髋关节电机支架内部的髋关节电机联轴器的输入端相连接，髋关节电机联轴器的输出端与大腿上连杆上部的轴相连接；髋关节电机支架通过髋关节电机支架螺钉固定装于髋关节连杆上。

进一步地，膝关节驱动装置包括：膝关节电机、膝关节电机支架螺钉、膝关节电机支架、膝关节电机联轴器、大腿连杆螺钉、膝关节轴承支座、膝关节左侧轴承、膝关节右侧轴承、膝关节端盖、膝关节端盖螺钉；膝关节左侧轴承和膝关节右侧轴承分别装于小腿上连杆上部左右两侧的轴上；大腿下连杆的下端装于膝关节右侧轴承上，膝关节端盖和膝关节端盖螺钉装于大腿下连杆的右端，将膝关节右侧轴承封装固定；膝关节轴承支座装于膝关节左侧轴承上，并通过大腿连杆螺钉固定装于大腿下连杆上；膝关节电机采用直流电机，内部装有控制系统和供电装置，控制系统内设固定程序及自编程序系统，便于穿戴者自行设计；膝关节电机装于膝关节电机支架的外部，其输出端与装于膝关节电机支架内部的膝关节电机联轴器的输入端相连接，膝关节电机联轴器的输出端与小腿上连杆上部的轴相连接；膝关节电机支架通过膝关节电机支架螺钉固定装于大腿下连杆上。

本实用新型的使用过程：

运动开始前，首先测量老年人穿戴者大腿和小腿的长度，然后调节外骨骼助行机器人的大腿连杆螺栓、大腿连杆螺母、小腿连杆螺栓、小腿连杆螺母，改变外骨骼助行机器人大腿连杆和小腿连杆的长度，保证外骨骼助行机器人髋关节、膝关节和踝关节的旋转轴与老年人穿戴者相应的关节轴重合，减少位姿误差，满足不同身高的老年人穿戴者。外骨骼助行机器人的腰架通过腰部绑带连接老年人穿戴者的腰部，调节腰部绑带两端的尼龙锁扣，满足不同腰围的老年人穿戴者。外骨骼助行机器人的大腿连杆通过大腿绑带连接老年人穿戴者的大腿。外骨骼助行机器人的小腿连杆通过小腿绑带连接老年人穿戴者的小腿，通过踝关节绑带连接老年人穿戴者的踝关节。外骨骼助行机器人的脚底板通过脚部绑带连接老年人穿戴者的脚部。调整外骨骼助行机器人的穿戴角度，提高老年人穿戴者的舒适性。

髋关节电机和膝关节电机的内部装有控制系统和供电装置，接通电源以后，在控制系统的协调支配下，髋关节电机驱动大腿连杆进行转动，膝关节电机驱动小腿连杆进行转动，实现外骨骼助行机器人向前迈步，提供一定的辅助动力，帮助老年人穿戴者行走。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型提供的外骨骼助行机器人，通过髋关节电机和膝关节电机提供一定的辅助动力，能够帮助老年人穿戴者行走。

2、本实用新型提供的外骨骼助行机器人，腰部绑带两端的尼龙锁扣可以进行调节，能够满足不同腰围的老年人穿戴者，外骨骼助行机器人的大腿连杆和小腿连杆可以进行长度调节，能够满足不同身高的老年人穿戴者。

3、本实用新型提供的外骨骼助行机器人，脚底板安装绑带，可以避免老年人穿戴者的脚部由脚底板上滑落，保证运动过程中的安全性，提高行走效率。

综上，应用本实用新型的技术方案解决了现有技术中的老年人由于脑瘁中、帕金森、阿尔兹海默症等疾病，引起下肢偏瘫，导致下肢肌肉薄弱，不同程度地丧失了运动能力，无法自主行走的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型髋关节驱动部件的结构示意图；

图3为本实用新型膝关节驱动部件的结构示意图。

图中：1、腰架2、腰部绑带3、髋关节连杆螺栓4、髋关节连杆螺母5、髋关节连杆6、髋关节驱动部件7、大腿上连杆8、大腿连杆螺栓9、大腿连杆螺母10、大腿绑带11、大腿下连杆12、膝关节驱动部件13、小腿上连杆14、小腿绑带15、小腿连杆螺栓16、小腿连杆螺母17、小腿下连杆18、踝关节绑带19、踝关节连杆20、踝关节螺栓21、踝关节螺母22、脚部绑带23、脚底板；

6-1、髋关节电机6-2、髋关节电机支架螺钉6-3、髋关节电机支架6-4、髋关节电机联轴器6-5、髋关节连杆螺钉6-6、髋关节轴承支座6-7、髋关节左侧轴承6-8、髋关节右侧轴承6-9、髋关节端盖6-10、髋关节端盖螺钉；

12-1、膝关节电机12-2、膝关节电机支架螺钉12-3、膝关节电机支架12-4、膝关节电机联轴器12-5、大腿连杆螺钉12-6、膝关节轴承支座12-7、膝关节左侧轴承12-8、膝关节右侧轴承12-9、膝关节端盖12-10、膝关节端盖螺钉。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型的示例性实施方式。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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

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“在其位器件或构造之下”。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。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种外骨骼助行机器人包括：腰部穿戴装置、两套髋关节驱动装置及两套行走装置；两套行走装置通过髋关节驱动装置对称装于腰部穿戴装置的两侧；腰部穿戴装置固定于穿戴者的腰部；两套行走装置分别固定于穿戴者的腿部及脚部。

腰部穿戴装置包括：腰架1、腰部绑带2、髋关节连杆螺栓3、髋关节连杆螺母4、髋关节连杆5；腰架1是由具有一定刚性材质制成的弧形带状结构，腰架1的弧度与穿戴者的腰部弧度相近，两端位于穿戴者的腰侧部；腰部绑带2为柔性且具有一定弹性材质制成的带状结构，腰部绑带2与腰架1之间通过尼龙锁扣相连接固定于穿戴者腰部；两根髋关节连杆5通过髋关节连杆螺栓3和髋关节连杆螺母4对称装于腰架1的两侧。

行走装置包括：大腿穿戴装置、小腿穿戴装置、足部穿戴装置及膝关节驱动装置；大腿穿戴装置通过髋关节驱动装置与髋关节连杆5相连接，并在髋关节驱动装置的驱动下以连接处为轴心做前后转动；小腿穿戴装置的上部通过膝关节驱动装置与大腿穿戴装置的下部相连接，并在膝关节驱动装置的驱动下以连接处为轴心做前后转动；足部穿戴装置装于小腿穿戴装置的底部，随小腿穿戴装置一同移动。

大腿穿戴装置包括：大腿上连杆7、大腿连杆螺栓8、大腿连杆螺母9、大腿绑带10、大腿下连杆11；大腿上连杆7的下部和大腿下连杆11的上部沿长度方向均匀加工有多个连接孔；大腿上连杆7的下部和大腿下连杆11的上部通过大腿连杆螺栓8和大腿连杆螺母9配合连接孔固定装配连接；大腿上连杆7的上部通过髋关节驱动装置与髋关节连杆5相连接；大腿绑带10装于大腿下连杆11上，用于捆绑固定穿戴者的大腿部。

小腿穿戴装置包括：小腿上连杆13、小腿绑带14、小腿连杆螺栓15、小腿连杆螺母16、小腿下连杆17和踝关节绑带18；小腿上连杆13的下部和小腿下连杆17的上部沿长度方向均匀加工有多个连接孔；小腿上连杆13的下部和小腿下连杆17的上部通过小腿连杆螺栓15和小腿连杆螺母16配合连接孔固定装配连接；小腿绑带14装于小腿上连杆13上，用于捆绑固定穿戴者的小腿部；踝关节绑带18固定装于小腿下连杆17上，用于捆绑固定穿戴者的踝关节部位。

足部穿戴装置包括：踝关节连杆19、踝关节螺栓20、踝关节螺母21、脚部绑带22、脚底板23；踝关节连杆19的顶端与小腿下连杆17的下端轴连接；踝关节连杆19的下端与脚底板23通过踝关节螺栓20和踝关节螺母21固定连接；脚部绑带22装于脚底板23的中部，用于捆绑固定穿戴者的脚部。

如图2所示，髋关节驱动装置包括：髋关节电机6-1、髋关节电机支架螺钉6-2、髋关节电机支架6-3、髋关节电机联轴器6-4、髋关节连杆螺钉6-5、髋关节轴承支座6-6、髋关节左侧轴承6-7、髋关节右侧轴承6-8、髋关节端盖6-9、髋关节端盖螺钉6-10；髋关节左侧轴承6-7和髋关节右侧轴承6-8分别装于大腿上连杆7上部左右两侧的轴上；髋关节连杆5的下端装于髋关节右侧轴承6-8上，髋关节端盖6-9与髋关节端盖螺钉6-10装于髋关节连杆5的右端，将髋关节右侧轴承6-8封装固定；髋关节轴承支座6-6装于髋关节左侧轴承6-7上，并通过髋关节连杆螺钉6-5固定装于髋关节连杆5上；髋关节电机6-1采用直流电机，内部装有控制系统和供电装置，控制系统内设固定程序及自编程序系统，便于穿戴者自行设计；髋关节电机6-1装于髋关节电机支架6-3的外部，其输出端与装于髋关节电机支架6-3内部的髋关节电机联轴器6-4的输入端相连接，髋关节电机联轴器6-4的输出端与大腿上连杆7上部的轴相连接；髋关节电机支架6-3通过髋关节电机支架螺钉6.2固定装于髋关节连杆5上。

如图3所示，膝关节驱动装置包括：膝关节电机12-1、膝关节电机支架螺钉12-2、膝关节电机支架12-3、膝关节电机联轴器12-4、大腿连杆螺钉12-5、膝关节轴承支座12-6、膝关节左侧轴承12-7、膝关节右侧轴承12-8、膝关节端盖12-9、膝关节端盖螺钉12-10；膝关节左侧轴承12-7和膝关节右侧轴承12-8分别装于小腿上连杆13上部左右两侧的轴上；大腿下连杆11的下端装于膝关节右侧轴承12-8上，膝关节端盖12-9和膝关节端盖螺钉12-10装于大腿下连杆11的右端，将膝关节右侧轴承12-8封装固定；膝关节轴承支座12-6装于膝关节左侧轴承12-7上，并通过大腿连杆螺钉12-5固定装于大腿下连杆11上；膝关节电机12-1采用直流电机，内部装有控制系统和供电装置，控制系统内设固定程序及自编程序系统，便于穿戴者自行设计；膝关节电机12-1装于膝关节电机支架12-3的外部，其输出端与装于膝关节电机支架12-3内部的膝关节电机联轴器12-4的输入端相连接，膝关节电机联轴器12-4的输出端与小腿上连杆13上部的轴相连接；膝关节电机支架12-3通过膝关节电机支架螺钉12-2固定装于大腿下连杆11上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。