一种辅助人体下肢行走的机械装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720293882.4 (22)申请日 2017.03.24 (73)专利权人 四川理工学院 地址 643000 四川省自贡市自流井区汇东 学苑街180号 (72)发明人 张安柱 王维慧 黄迪 刘建均 罗洋均 (74)专利代理机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 代理人 钱成岑 (51)Int.Cl. A61H 3/00(2006.01) A61H 1/02(2006.01) (54)实用新型名称 一种辅助人体下肢行走的机械装置 (57)摘要 本实用新型公开。

2、了一种辅助人体下肢行走 的机械装置， 解决了现有技术中人体下肢辅助机 械装置结构复杂， 操作不便， 价格昂贵的问题。 本 实用新型包括柔性腰带， 分别与柔性腰带两端固 定连接的微处理器箱和电源箱， 分别与微处理器 箱和电源箱连接用于辅助下肢行走的第一行走 机构和第二行走机构， 微处理器箱内设有用于控 制第一行走机构和第二行走机构运行的微处理 器， 电源箱内设有分别与微处理器、 第一行走机 构和第二行走机构电连接的驱动电源。 本实用新 型设计科学合理， 结构简单， 轻便， 符合人体结构 特征， 穿戴舒适， 操作方便， 控制灵活， 能够提供 良好的行走助力。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 。

3、CN 207286289 U 2018.05.01 CN 207286289 U 1.一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 包括柔性腰带(1)， 分别与柔性腰 带(1)两端固定连接的微处理器箱(2)和电源箱(3)， 分别与微处理器箱(2)和电源箱(3)连 接用于辅助下肢行走的第一行走机构(4)和第二行走机构(5)， 所述微处理器箱(2)内设有 用于控制第一行走机构(4)和第二行走机构(5)运行的微处理器， 所述电源箱(3)内设有分 别与微处理器、 第一行走机构(4)和第二行走机构(5)电连接的驱动电源。 2.根据权利要求1所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述第一。

4、行 走机构(4)包括第一大腿可调节连杆(6)， 第一小腿可调节连杆(7)， 第一压力鞋(8)， 连接微 处理器箱(2)和第一大腿可调节连杆(6)上端的第一髋关节(9)， 连接第一大腿可调节连杆 (6)下端和第一小腿可调节连杆(7)上端的第一膝关节(10)， 连接第一小腿可调节连杆(7) 下端和第一压力鞋(8)的第一踝关节(11)， 所述第一髋关节(9)外侧设有用于驱动第一髋关 节(9)运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第一伺服电机(12)， 所述第一膝关节 (10)外侧设有用于驱动第一膝关节(10)运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第二 伺服电机(13)， 所述第一踝关节(11)外侧设。

5、有用于驱动第一踝关节(11)运行且分别与微处 理器和驱动电源电连接的第三伺服电机(14)， 所述第一大腿可调节连杆(6)内侧的上部和 下部、 以及第一小腿可调节连杆(7)内侧下部均设有用于将第一行走机构(4)固定在人体下 肢上的第一固定带(24)。 3.根据权利要求2所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述第二行 走机构(5)包括第二大腿可调节连杆(15)， 第二小腿可调节连杆(16)， 第二压力鞋(17)， 连 接电源箱(3)和第二大腿可调节连杆(15)上端的第二髋关节(18)， 连接第二大腿可调节连 杆(15)下端和第二小腿可调节连杆(16)上端的第二膝关节(19)， 连。

6、接第二小腿可调节连杆 (16)下端和第二压力鞋(17)的第二踝关节(20)， 所述第二髋关节(18)外侧设有用于驱动第 二髋关节(18)运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第四伺服电机(21)， 所述第二膝 关节(19)外侧设有用于驱动第二膝关节(19)运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的 第五伺服电机(22)， 所述第二踝关节(20)外侧设有用于驱动第二踝关节(20)运行且分别与 微处理器和驱动电源电连接的第六伺服电机(23)， 所述第二大腿可调节连杆(15)内侧的上 部和下部、 以及第二小腿可调节连杆(16)内侧下部均设有用于将第二行走机构(5)固定在 人体下肢上的第二固定带(25)。。

7、 4.根据权利要求3所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 还包括分别 固定在第一压力鞋(8)和第二压力鞋(17)底部且均与微处理器电连接的两个压力传感器 (26)， 分别用于固定在人体下肢各关节运动肌肉上且均与微处理器电连接的肌电传感器 (27)和肌肉压力传感器(28)。 5.根据权利要求4所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述第一大 腿可调节连杆(6)、 第一小腿可调节连杆(7)、 第二大腿可调节连杆(15)、 以及第二小腿可调 节连杆(16)均为伸缩连杆。 6.根据权利要求5所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述伸缩连 杆包括上连杆(。

8、29)、 下连杆(30)和调节螺母(31)， 所述上连杆(29)的下部沿着上连杆(29) 长度方向上开设有两侧带螺纹的方形上连杆调节孔， 所述下连杆(30)的上部沿着下连杆 (30)长度方向上开设有两侧带螺纹且与上连杆调节孔相配合的方形下连杆调节孔， 所述调 节螺母(31)同时位于上连杆调节孔和下连杆调节孔内并通过螺纹进行伸缩调节。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 207286289 U 2 7.根据权利要求6所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述第一固 定带(24)和第二固定带(25)均为粘扣带。 8.根据权利要求7所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征。

9、在于： 所述微处理 器为树莓派2型号B。 9.根据权利要求8所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述第一伺 服电机(12)、 第二伺服电机(13)、 第三伺服电机(14)、 第四伺服电机(21)、 第五伺服电机 (22)和第六伺服电机(23)均为DSS-M15S金属齿轮舵机。 10.根据权利要求9所述的一种辅助人体下肢行走的机械装置， 其特征在于： 所述第一 髋关节(9)和第二髋关节(18)均为球窝结构。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 207286289 U 3 一种辅助人体下肢行走的机械装置 技术领域 0001 本实用新型属于医疗器械技术领域， 具体涉及一种辅助。

10、人体下肢行走的机械装 置。 背景技术 0002 老年人、 下肢轻微残疾等人群存在行走不便的问题， 但是又具有一定的行走能力。 为这类人群提供行走助力， 减少其行走不便的问题， 可以减轻老龄化和下肢伤残带来的家 庭和社会压力。 0003 目前国内外对人体下肢辅助机械装置的研究已作了大量的工作， 尤其是欧美日等 发达国家对此研究开展的较早， 但其研究的装置大多存在结构复杂， 价格昂贵， 操作复杂等 问题。 再加上对用途方面片面追求多样性， 更使得结构复杂和操作不便。 0004 因此提供一种辅助人体下肢行走的机械装置， 结构简单、 轻便， 穿戴舒适， 操作简 单， 控制灵活， 能够提供良好的行走助力。

11、， 成为了本领域技术人员亟待解决的问题。 实用新型内容 0005 本实用新型要解决的技术问题是： 提供一种辅助人体下肢行走的机械装置， 解决 现有技术中人体下肢辅助机械装置结构复杂， 操作不便， 价格昂贵的问题。 0006 为实现上述目的， 本实用新型采用的技术方案如下： 0007 一种辅助人体下肢行走的机械装置， 包括柔性腰带， 分别与柔性腰带两端固定连 接的微处理器箱和电源箱， 分别与微处理器箱和电源箱连接用于辅助下肢行走的第一行走 机构和第二行走机构， 微处理器箱内设有用于控制第一行走机构和第二行走机构运行的微 处理器， 电源箱内设有分别与微处理器、 第一行走机构和第二行走机构电连接的驱。

12、动电源。 0008 进一步地， 第一行走机构包括第一大腿可调节连杆， 第一小腿可调节连杆， 第一压 力鞋， 连接微处理器箱和第一大腿可调节连杆上端的第一髋关节， 连接第一大腿可调节连 杆下端和第一小腿可调节连杆上端的第一膝关节， 连接第一小腿可调节连杆下端和第一压 力鞋的第一踝关节， 第一髋关节外侧设有用于驱动第一髋关节运行且分别与微处理器和驱 动电源电连接的第一伺服电机， 第一膝关节外侧设有用于驱动第一膝关节运行且分别与微 处理器和驱动电源电连接的第二伺服电机， 第一踝关节外侧设有用于驱动第一踝关节运行 且分别与微处理器和驱动电源电连接的第三伺服电机， 第一大腿可调节连杆内侧的上部和 下部、。

13、 以及第一小腿可调节连杆内侧下部均设有用于将第一行走机构固定在人体下肢上的 第一固定带。 0009 进一步地， 第二行走机构包括第二大腿可调节连杆， 第二小腿可调节连杆， 第二压 力鞋， 连接电源箱和第二大腿可调节连杆上端的第二髋关节， 连接第二大腿可调节连杆下 端和第二小腿可调节连杆上端的第二膝关节， 连接第二小腿可调节连杆下端和第二压力鞋 的第二踝关节， 第二髋关节外侧设有用于驱动第二髋关节运行且分别与微处理器和驱动电 源电连接的第四伺服电机， 第二膝关节外侧设有用于驱动第二膝关节运行且分别与微处理 说 明 书 1/4 页 4 CN 207286289 U 4 器和驱动电源电连接的第五伺服。

14、电机， 第二踝关节外侧设有用于驱动第二踝关节运行且分 别与微处理器和驱动电源电连接的第六伺服电机， 第二大腿可调节连杆内侧的上部和下 部、 以及第二小腿可调节连杆内侧下部均设有用于将第二行走机构固定在人体下肢上的第 二固定带。 0010 进一步地， 还包括分别固定在第一压力鞋和第二压力鞋底部且分别与微处理器电 连接的两个压力传感器， 分别用于固定在人体下肢各关节运动肌肉上且分别与微处理器电 连接的肌电传感器和肌肉压力传感器。 0011 进一步地， 第一大腿可调节连杆、 第一小腿可调节连杆、 第二大腿可调节连杆、 以 及第二小腿可调节连杆均为伸缩连杆。 0012 进一步地， 伸缩连杆包括上连杆、。

15、 下连杆和调节螺母， 上连杆的下部沿着上连杆长 度方向上开设有两侧带螺纹的方形上连杆调节孔， 下连杆的上部沿着下连杆长度方向上开 设有两侧带螺纹且与上连杆调节孔相配合的方形下连杆调节孔， 调节螺母同时位于上连杆 调节孔和下连杆调节孔内并通过螺纹进行伸缩调节。 0013 进一步地， 第一固定带和第二固定带均为粘扣带。 0014 进一步地， 微处理器为树莓派2型号B。 0015 进一步地， 第一伺服电机、 第二伺服电机、 第三伺服电机、 第四伺服电机、 第五伺服 电机和第六伺服电机均为DSS-M15S金属齿轮舵机。 0016 进一步地， 述第一髋关节和第二髋关节均为球窝结构。 0017 与现有技术。

16、相比， 本实用新型具有以下有益效果： 0018 本实用新型设计科学合理， 结构简单， 轻便， 符合人体结构特征， 穿戴舒适， 操作方 便， 控制灵活， 能够提供良好的行走助力。 0019 本实用新型采用双足型穿戴机械结构， 整体外形方面符合人体结构特征。 人体下 肢辅助穿戴机械装置在膝关节、 髋关节、 踝关节安装驱动装置， 更加符合人体下肢运动方 式； 髋关节为球窝结构， 符合该关节的3DOF； 使用可调节连杆机构适用于不同人体的外部形 态特征。 0020 本实用新型将电源及微处理器与柔性腰带两端固定连接， 使用时更加方便省力。 固定在压力鞋底部的压力传感器、 固定在人体下肢各关节运动肌肉上的。

17、肌电传感器和肌肉 压力传感器用于检测人体运动信号， 并将信号传递给微处理器， 微处理器根据人体运动信 号发出动作信号， 传递给各个关节处的伺服电机， 伺服电机工作， 从而带动人体运动， 操控 简单、 灵活。 附图说明 0021 图1为本实用新型结构示意图。 0022 图2为本实用新型第二小腿可调节连杆示意图。 0023 图3为本实用新型第一髋关节示意图。 0024 其中， 附图标记对应的名称为： 0025 1-柔性腰带、 2-微处理器箱、 3-电源箱、 4-第一行走机构、 5-第二行走机构、 6-第一 大腿可调节连杆、 7-第一小腿可调节连杆、 8-第一压力鞋、 9-第一髋关节、 10-第一膝。

18、关节、 11-第一踝关节、 12-第一伺服电机、 13-第二伺服电机、 14-第三伺服电机、 15-第二大腿可调 说 明 书 2/4 页 5 CN 207286289 U 5 节连杆、 16-第二小腿可调节连杆、 17-第二压力鞋、 18-第二髋关节、 19-第二膝关节、 20-第 二踝关节、 21-第四伺服电机、 22-第五伺服电机、 23-第六伺服电机、 24-第一固定带、 25-第 二固定带、 26-压力传感器、 27-肌电传感器、 28-肌肉压力传感器、 29-上连杆、 30-下连杆、 31-调节螺母。 具体实施方式 0026 下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明， 本实用。

19、新型的方式包括 但不仅限于以下实施例。 0027 实施例 0028 如图1图3所示， 一种辅助人体下肢行走的机械装置， 包括柔性腰带1， 分别与柔 性腰带1两端固定连接的微处理器箱2和电源箱3， 分别与微处理器箱2和电源箱3连接用于 辅助下肢行走的第一行走机构4和第二行走机构5， 所述微处理器箱2内设有用于控制第一 行走机构4和第二行走机构5运行的微处理器， 所述电源箱3内设有分别与微处理器、 第一行 走机构4和第二行走机构5电连接的驱动电源； 0029 所述第一行走机构4包括第一大腿可调节连杆6， 第一小腿可调节连杆7， 第一压力 鞋8， 连接微处理器箱2和第一大腿可调节连杆6上端的第一髋关。

20、节9， 连接第一大腿可调节 连杆6下端和第一小腿可调节连杆7上端的第一膝关节10， 连接第一小腿可调节连杆7下端 和第一压力鞋8的第一踝关节11， 所述第一髋关节9外侧设有用于驱动第一髋关节9运行且 分别与微处理器和驱动电源电连接的第一伺服电机12， 所述第一膝关节10外侧设有用于驱 动第一膝关节10运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第二伺服电机13， 所述第一踝 关节11外侧设有用于驱动第一踝关节11运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第三 伺服电机14， 所述第一大腿可调节连杆6内侧的上部和下部、 以及第一小腿可调节连杆7内 侧下部均设有用于将第一行走机构4固定在人体下肢上的第一固定。

21、带24； 0030 所述第二行走机构5包括第二大腿可调节连杆15， 第二小腿可调节连杆16， 第二压 力鞋17， 连接电源箱3和第二大腿可调节连杆15上端的第二髋关节18， 连接第二大腿可调节 连杆15下端和第二小腿可调节连杆16上端的第二膝关节19， 连接第二小腿可调节连杆16下 端和第二压力鞋17的第二踝关节20， 所述第二髋关节18外侧设有用于驱动第二髋关节18运 行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第四伺服电机21， 所述第二膝关节19外侧设有用 于驱动第二膝关节19运行且分别与微处理器和驱动电源电连接的第五伺服电机22， 所述第 二踝关节20外侧设有用于驱动第二踝关节20运行且分别与。

22、微处理器和驱动电源电连接的 第六伺服电机23， 所述第二大腿可调节连杆15内侧的上部和下部、 以及第二小腿可调节连 杆16内侧下部均设有用于将第二行走机构5固定在人体下肢上的第二固定带25； 第一髋关 节9和第二髋关节18均为球窝结构； 0031 所述第一压力鞋8和第二压力鞋17底部分别固定连接有两个压力传感器26， 所述 压力传感器26分别与微处理器电连接； 人体下肢各关节运动肌肉上固定连接有肌电传感器 27和肌肉压力传感器28； 所述肌电传感器27和肌肉压力传感器28与微处理器电连接； 0032 所述第一大腿可调节连杆6、 第一小腿可调节连杆7、 第二大腿可调节连杆15、 以及 第二小腿可。

23、调节连杆16均为伸缩连杆； 0033 所述伸缩连杆包括上连杆29、 下连杆30和调节螺母31， 所述上连杆29的下部沿着 说 明 书 3/4 页 6 CN 207286289 U 6 上连杆29长度方向上开设有两侧带螺纹的方形上连杆调节孔， 所述下连杆30的上部沿着下 连杆30长度方向上开设有两侧带螺纹且与上连杆调节孔相配合的方形下连杆调节孔， 所述 调节螺母31同时位于上连杆调节孔和下连杆调节孔内并通过螺纹进行伸缩调节； 0034 所述第一固定带24和第二固定带25均为粘扣带； 所述微处理器为树莓2型号B； 所 述第一伺服电机12、 第二伺服电机13、 第三伺服电机14、 第四伺服电机21、。

24、 第五伺服电机22 和第六伺服电机23均为DSS-M15S金属齿轮舵机。 0035 本实用新型使用时将柔性腰带1固定在腰部， 双足分别与第一压力鞋8、 第二压力 鞋17连接， 双下肢分别通过第一固定带24、 第二固定带25与第一大腿可调节连杆6、 第一小 腿可调节连杆7、 第二大腿可调节连杆15、 以及第二小腿可调节连杆16连接， 并通过调节螺 母31进行伸缩调节， 使其更符合身高。 0036 分别固定在第一压力鞋8和第二压力鞋17底部且分别与微处理器电连接的两个压 力传感器26， 分别固定在人体下肢各关节运动肌肉上且分别与微处理器电连接的肌电传感 器27和肌肉压力传感器28， 用于检测人体运。

25、动信号， 并将信号传递给微处理器。 微处理器根 据人体运动信号发出动作信号， 传递给各个关节处的伺服电机， 伺服电机工作， 从而带动人 体运动。 0037 上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一， 不应当用于限制本实用新型的 保护范围， 但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润 色， 其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的， 均应当包含在本实用新型的保护范围 之内。 说 明 书 4/4 页 7 CN 207286289 U 7 图1 说 明 书 附 图 1/2 页 8 CN 207286289 U 8 图2 图3 说 明 书 附 图 2/2 页 9 CN 207286289 U 9 。