1. 一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,包括胸部硬护板合页(1),胸部后背硬护板(2),腹部后背硬护板(4),腹部硬护板合页(5),胯关节电磁铁(6),胯关节限位锥孔(6‑1),胯关节销轴(7),胯关节销轴轴承(8),第一开关(10‑1),胯关节电机(11),胯关节电机齿轮(11‑1),大腿外骨骼支撑板绑带(12),第二开关(15‑1),膝关节销轴轴承(16),膝关节销轴(17),胸部后背硬护板球头轴承(18),膝关节电磁铁 (19),膝关节限位锥孔(19‑1),膝关节电机(20),膝关节电机齿轮(20‑1),小腿外骨骼支撑板绑带(22),外骨骼鞋上的球头轴承(24),外骨骼鞋(25),胸部前面软绑带(26),腹部前面软绑带(27),胯关节圆弧内齿轮把手(28),外骨骼鞋上的扭簧(29),胯关节坐下触碰开关(30),膝关节坐下触碰开关(31);大腿外骨骼支撑板调节板(32),小腿外骨骼支撑板调节板(33),外骨骼鞋底压力触碰开关(34),触碰开关(35‑1),胯关节退步触碰开关(36),腹部后背硬护板球头轴承(37),控制板,其特征是:胸部后背硬护板(2)和腹部后背硬护板(4)的两端安装有对称的胸腹支撑板(3);
胸部后背硬护板(2)和腹部后背硬护板(4)的前端分别设有胸部前面软绑带(26)、腹部前面软绑带(27);
胸部后背硬护板(2)通过胸部硬护板合页(1)与胸腹支撑板(3)连接在一起;
腹部后背硬护板(4)通过腹部硬护板合页(5)与胸腹支撑板(3)连接在一起;
胸部后背硬护板(2)的中间断开,由胸部后背硬护板球头轴承(18)将两端连接起来;
腹部后背硬护板(4)的中间断开,由腹部后背硬护板球头轴承(37)将两端连接起来;
胸腹支撑板(3)的下端固定有胯关节圆弧内齿轮(9),胯关节圆弧内齿轮(9)上有与之啮合的胯关节电机齿轮(11‑1),胯关节电机(11)固定在大腿外骨骼支撑板(13)的前面;
胯关节圆弧内齿轮(9)的外侧面固定有胯关节电磁铁行走限位块(10)和第一开关(10‑
1),所述胯关节电磁铁行走限位块(10)和第一开关(10‑1)在以胯关节销轴(7)孔中心为中心,使用人行走时向上向前抬起大腿外骨骼支撑板(13)时的中心线与胸腹支撑板(3)中心线的延长线夹角a不低于20°到40°的位置上,并可调节;
胯关节圆弧内齿轮(9)的齿面上端设有胯关节坐下触碰开关(30),胯关节坐下触碰开关(30)在以胯关节销轴(7)孔的中心为中心,使用人坐下时,向上向前抬起大腿外骨骼支撑板(13)时的中心线与胸腹支撑板(3)中心线的延长线夹角c为,不低于90°的位置上;
胯关节圆弧内齿轮(9)下端外侧面设有胯关节电磁铁站立限位块(35)和触碰开关(35‑
1),所述胯关节电磁铁站立限位块(35)和触碰开关(35‑1)在以胯关节销轴(7)孔的中心为中心,且使用人在站立时,即胸腹支撑板(3)和大腿外骨骼支撑板(13)垂直中心线重合并成直线站立状态的位置上;
胯关节电磁铁(6)安装在胯关节U型弯头(13‑1)外侧;胸腹支撑板(3)的下端即胯关节圆弧内齿轮(9)插入胯关节U型弯头(13‑1)内,通过胯关节销轴(7)和胯关节销轴轴承(8)连接在一起;胯关节U型弯头(13‑1)外侧胯关节销轴(7)下端设有胯关节电磁铁(6),胸腹支撑板(3)下端即胯关节圆弧内齿轮(9)上的靠外侧,对应胯关节电磁铁(6)的位置,有胯关节限位锥孔(6‑1);
所述胯关节退步触碰开关(36)在胯关节圆弧内齿轮齿面上,以胯关节销轴(7)孔中心为中心,使用人退步时,向后向上抬起大腿外骨骼支撑板(13)的中心线与胸腹支撑板(3)中心线的延长线夹角e不低于20°40°的位置上;
~
大腿外骨骼支撑板(13)的上端为胯关节U型弯头(13‑1),胯关节U型弯头(13‑1)靠内侧竖直边的延长部分为大腿外骨骼支撑板(13)下端,大腿外骨骼支撑板(13)下端底部固定有膝关节圆弧内齿轮(14);
膝关节圆弧内齿轮(14)下端齿面上固定有膝关节站立触碰开关(21),所述膝关节站立触碰开关(21)的位置在以膝关节销轴(17)孔中心为中心,使用人在站立时,大腿外骨骼支撑板(13)和小腿外骨骼支撑板(23)中心线重合并成直线站立状态的位置上;
膝关节圆弧内齿轮(14)上有与之啮合的膝关节电机齿轮(20‑1),膝关节电机(20)固定在小腿外骨骼支撑板(23)的后面;
膝关节圆弧内齿轮(14)的外侧面固定有膝关节电磁铁行走限位块(15)和第二开关(15‑1),所述膝关节电磁铁行走限位块(15)和第二开关(15‑1)的位置,在以膝关节销轴(17)孔中心为中心,使用人行走时,向后抬起小腿外骨骼支撑板(23)的中心线和大腿外骨骼支撑板(13)中心线的延长线夹角b不低于20°40°的位置上;
~
膝关节圆弧内齿轮(14)的齿面上端设有膝关节坐下触碰开关(31),所述膝关节坐下触碰开关(31)在以膝关节销轴(17)孔中心为中心,使用人坐下时,向后抬起小腿外骨骼支撑板(23)的中心线和大腿外骨骼支撑板(13)中心线的延长线的夹角d大于90°的位置上;
大腿外骨骼支撑板(13)的下端为膝关节圆弧内齿轮(14),上端为胯关节U型弯头(13‑
1),大腿外骨骼支撑板(13)的中部为断开状态,通过大腿外骨骼支撑板调节板(32)将大腿外骨骼支撑板(13)上下两部分通过螺栓连接在一起;
大腿外骨骼支撑板(13)的下端即膝关节圆弧内齿轮(14)插入膝关节U型弯头(23‑1)内,通过膝关节销轴(17)和膝关节销轴轴承(16)连接在一起,膝关节U型弯头(23‑1)外侧膝关节销轴(17)下端设有膝关节电磁铁19;
大腿外骨骼支撑板(13)下端即膝关节圆弧内齿轮(14)上的靠外侧对应膝关节电磁铁
19的位置,有膝关节限位锥孔(19‑1);
在大腿外骨骼支撑板(13)和小腿外骨骼支撑板(23)上的中部设有大腿外骨骼支撑板绑带(12)和小腿外骨骼支撑板绑带(22);
小腿外骨骼支撑板(23)的上端为膝关节U型弯头(23‑1),膝关节U型弯头(23‑1)靠内侧竖直边的延长部分为小腿外骨骼支撑板(23)下端;
小腿外骨骼支撑板(23)的中部为断开状态,通过小腿外骨骼支撑板调节板(33)将小腿外骨骼支撑板(23)上下两部分通过螺栓连接在一起;
小腿外骨骼支撑板(23)下端为球头轴承(24),球头轴承(24)的一端固定在小腿外骨骼支撑板(23)的下方,另一端固定在外骨骼鞋(25)上;
在外骨骼鞋(25)的底部,设有外骨骼鞋底压力触碰开关(34);扭簧29为90度形状,其两端分别固定在小腿外骨骼支撑板(23)的下端前面和外骨骼鞋(25)上;
大腿外骨骼支撑板(13)是由上部胯关节U型弯头(13‑1)和下部的膝关节圆弧内齿轮(14)通过大腿外骨骼支撑板调节板(32)连接在一起;小腿外骨骼支撑板(23)是由上部膝关节U型弯头(23‑1)和下部的长方体支撑板通过小腿外骨骼支撑板调节板(33)连接在一起;
胸腹支撑板(3)是由胯关节上部的长方体支撑板和下部的胯关节圆弧内齿轮(9)固定在一起的;
所述控制板上设有站立状态的电路控制模块、行走状态的电路控制模块、坐下状态的电路控制模块、站起状态的电路控制模块、后退状态的电路控制模块、转弯状态的电路控制模块、上楼梯或上坡状态的电路控制模块、下楼梯或下坡状态的电路控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:站立状态的电路控制模块的控制方式如下:总电源开关接通,打开控制板上站立状态的电路控制模块开关,开启“站立模式”,电路集成块联动模式开启,左右胯关节电磁铁站立限位块断电,控制左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电,左膝关节电机反向通电,左膝关节电磁铁通电;同时右胯关节电机反向通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节电机反向通电,右膝关节电磁铁通电;左右胯关节电机齿轮触碰到左右胯关节电磁铁站立限位块上的触碰开关,左右膝关节电机齿轮触碰到左右膝关节站立触碰开关,使得开关控制左右胯关节和左右膝关节的电机、电磁铁断电;
左、右胯关节电磁铁、左右膝关节电磁铁均为断电状态;电磁铁内的芯铁弹出,嵌入相对应的胯关节限位锥孔6‑1和膝关节限位孔19‑1,形成左右大腿外骨骼支撑板与其各自相对应的胸腹支撑板成锁闭直线站立状态,左右大腿外骨骼支撑板与相对应的小腿外骨骼支撑板成锁闭直线站立状态。
3.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:行走状态的电路控制模块的控制方式如下:总电源开关接通,打开控制板上行走状态的电路控制模块开关,开启“行走模式”,电路集成块联动模式开启,左右胯关节电磁铁行走限位块断电,左右膝关节电磁铁行走限位块断电,左右胯关节电磁铁站立限位块通电;先迈左腿起步,使用人这时身体重心偏移到右外骨骼脚上,因左脚对地面的压力减小至零,此时左脚底的压力触碰开关接通,控制左胯关节电机通电,左胯关节电磁铁通电;左膝关节电机通电,左膝关节电磁铁通电;右胯关节的电机反向通电,右胯关节电磁铁通电;右膝关节电机反向通电,右膝关节的电磁铁通电;
左大腿外骨骼支撑板在电机转动下抬起,左小腿外骨骼支撑板在电机转动下收回,当左小腿外骨骼支撑板收回时,左膝关节电机齿轮触碰到左膝关节电磁铁行走限位块上的第二开关时,此开关接通,控制左膝关节电机反向通电,左小腿外骨骼支撑板与左大腿外骨骼支撑板成直线向前伸出;此时,左膝关节电机齿轮触碰到左膝关节站立触碰开关,并将此开关接通,此开关控制左胯关节电机反向通电,右胯关节电机反向通电,此时,左大腿外骨骼支撑板带动左小腿外骨骼支撑板成直线,在左胯电机反向转动下,成直线向前伸出,并收回;右大腿外骨骼支撑板带动右小腿外骨骼支撑板成直线站立状态,在右胯电机反向转动下,使身体重心向前移动,从而使左脚与前面的地面接触,实现左腿的迈步动作,且保证迈步平稳,符合人体行走时左右大腿和小腿及胸腹部之间的动态平衡协调状态;
设置左、右胯关节电磁铁行走限位块及第一开关和左、右膝关节电磁铁行走限位块及第二开关和膝关节站立触碰开关,即控制了胯关节电机和膝关节电机的正反转,又防止了大腿和小腿迈步幅度过大的现象,滑动电阻可以控制步幅的快慢;
胯、膝关节电磁铁行走限位块安装在胯、膝关节圆弧内齿轮外侧,是可以调节的;
左大腿外骨骼支撑板抬起,左小腿外骨骼支撑板与左大腿外骨骼支撑板由弯曲状态过度到直线状态,向前伸出;右大腿外骨骼支撑板和右小腿外骨骼支撑板成直线站立状态,左右胯关节电机的反转,使身体重心向前移动;左脚向前落地并踩实,重心落到左脚上,右脚即将抬起,此时右脚对地面的压力减少至零,右脚底的压力触碰开关接通,控制右胯关节电机通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节电机通电,右膝关节电磁铁通电;左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电,左膝关节电机反向通电,左膝关节电磁铁通电;
当外骨骼机器人呈现站立状态时,由于左右脚均对地面有压力,此时的状态也是一种站立模式状态。
4.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:坐下状态的电路控制模块的控制方式如下:使用人从站立状态到坐下,电源开关接通,打开控制板上坐下状态的电路控制模块开关,开启“坐下模式”,左右胯关节、左右膝关节电磁铁行走限位块通电,左右胯关节电磁铁站立限位块断电,这时左、右胯关节的电机通电,左、右胯关节的电磁铁通电;左、右膝关节的电机通电,左、右膝关节的电磁铁通电,使身体重心后移,左、右大腿外骨骼支撑板和左、右胸腹支撑板成90°状态,左、右大腿外骨骼支撑板和左、右小腿外骨骼支撑板成90度状态;由于左、右胯关节电机齿轮触碰到左、右胯关节坐下触碰开关;左、右膝关节电机齿轮触碰到左、右膝关节坐下触碰开关,以上开关控制胯、膝电机断电,电磁铁断电,胯、膝处的电磁铁中的芯铁弹出,锁固,使坐下状态稳定、安全。
5.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:站起状态的电路控制模块的控制方式如下:使用人从坐下状态到站起状态,总电源开关接通,打开控制板上站起状态的电路控制模块开关,开启“站起模式”,左右胯、膝电磁铁行走限位块通电,左右胯关节电磁铁站立限位块断电,左右膝关节站立触碰开关断电;这时左、右胯关节电机反向通电,左、右胯关节的电磁铁通电;左、右膝关节的电机反向通电,左、右膝关节的电磁铁通电;
在上半身左、右手的配合辅助下,重心前移,左、右手扶墙或手杖或椅子扶手,这时大腿外骨骼支撑板和小腿外骨骼支撑板与胸腹支撑板呈站立状态,左右胯关节电机齿轮触碰到左右胯关节电磁铁站立限位块上的触碰开关,左右膝关节电机齿轮触碰到左右膝关节站立触碰开关,以上开关控制胯、膝电机断电,电磁铁断电,胯、膝处的电磁铁中的芯铁弹出,锁固,使站起状态变成站立状态;
完成站起动作,这时的状态是一种 “站立”状态。
6.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:后退状态的电路控制模块的控制方式如下:使用人从站立状态到后退,打开控制板上后退状态的电路控制模块开关,开启“后退模式”,左右胯、膝关节电磁铁行走限位块断电,左右胯关节电磁铁站立限位块通电,左脚先退,身体重心偏移到右外骨骼脚上,左脚对地面的压力减少至零,这时左脚底的压力触碰开关接通,控制左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电;左膝关节电机通电,左膝关节电磁铁通电,同时右胯关节的电机通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节的电机反向通电,右膝关节电磁铁通电,使重心后移;
左大腿外骨骼支撑板和左小腿外骨骼支撑板以左胯关节为圆心,呈弯曲状态向后伸
出;右大腿外骨骼支撑板和右小腿外骨骼支撑板呈直线站立状态以右胯关节为圆心向前转动,左小腿弯曲,使左膝关节电机齿轮触碰到左膝关节电磁铁行走限位块上的第二开关,此开关控制左膝关节电机反向转动,形成左小腿和左大腿成直线向后伸出,从而使左膝关节电机齿轮触碰到左膝关节站立触碰开关,此开关控制左胯关节电机转动,及右胯关节电机的转动,使人体重心向后移动,左脚安全落地并踩实;重心落到左脚上,右脚即将抬起,此时右脚对地面的压力减少至零,右脚底的压力触碰开关接通,控制右胯关节电机反向通电,右胯关节电磁铁通电;右膝关节电机通电,右膝关节电磁铁通电;同时左胯关节电机通电,左胯关节电磁铁通电;左膝关节电机反向通电,左膝关节电磁铁通电。
7.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:转弯状态的电路控制模块的控制方式如下:使用人从站立状态或行走状态到转弯,打开控制板上转弯状态的电路控制模块开关,开启“转弯模式”,左右胯、膝关节电磁铁行走限位块断电,左右胯关节电磁铁站立限位块通电,要左转弯:如第一步先迈左脚,重心移到右脚上,以后操作与行走模式一样,只需左手向左扳动左胯关节圆弧内齿轮上的把手,即带动左胸腹支撑板和左大腿外骨骼支撑板及左小腿外骨骼支撑板为整体,以胸腹硬护板合页和腹部硬护板合页的轴为转轴,向左转动一个小的角度,即可完成左转弯;或左手借助外力或者扶墙或扶手杖向左转一个小的角度,即可完成向左转弯;右转弯与左转弯同理。
8.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:上楼梯或上坡状态的电路控制模块的控制方式如下:使用人从站立或行走状态到上楼梯或上坡,打开控制板的上楼梯或上坡状态的电路控制模块开关,开启“上楼梯模式”,左右胯关节电磁铁站立限位块通电,左右胯关节电磁铁行走限位块通电,左右膝关节电磁铁行走限位块断电,先迈左腿,重心移到右脚上,因左脚对地面的压力减少至零,此时左脚底的压力触碰开关接通,控制左胯关节电机通电,左胯关节电磁铁通电,左膝关节电机通电,左膝关节电磁铁通电;右胯关节电机反向通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节电机反向通电,右膝关节电磁铁通电, 造成左膝关节电磁铁行走限位块上的第二开关接通,控制左膝关节电机反向通电,左胯关节电机反向通电,且右胯关节电机反向转动,使重心前移,从而使左脚向前落到了第一台阶并踩实;
左腿弯曲抬起,左膝关节电机齿轮触碰到左膝关节电磁铁行走限位块上的第二开关,此开关控制左膝关节电机反向通电,左胯关节电机反向通电,以及右胯关节电机反向转动,使重心前移,从而使左脚落在第一台阶处;身体重量落在左脚,这时,右脚因压力减轻,右脚压力开关接通,控制右胯关节电机通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节电机通电,右膝关节电磁铁通电;左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电,左膝关节电机反向通电,左膝关节电磁铁通电;
左腿从弯曲变成直立,右腿从直立变成弯曲向上向前抬起迈出,从而触发右膝关节电磁铁行走限位块上第二开关的接通,控制右胯关节电机反向通电,右膝关节电机反方向通电,从而使右脚落在第二台阶处。
9.根据权利要求1所述的一种辅助下肢残障人及负重人员行走的外骨骼机器人,其特征是:下楼梯或下坡状态的电路控制模块的控制方式如下:使用人从站立或行走状态到下楼梯或下坡,打开控制板的下楼梯或下坡状态的电路控制模块开关,开启“下楼梯或下坡模式”,左右胯关节电磁铁站立限位块通电,左右胯、膝关节电磁铁行走限位块断电,先迈左腿,重心移到右脚上,因左脚对地面的压力减少至零,此时左脚底的压力触碰开关接通,控制左胯关节电机通电,左胯电磁铁通电,左膝关节电机通电,左膝关节电磁铁通电;右胯关节电机反向通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节电机反向通电,右膝关节电磁铁通电;
左小腿弯曲,使左膝关节电机齿轮触碰到左膝关节电磁铁行走限位块上第二开关,此开关控制左膝关节电机反向通电,使左大腿与左小腿成直线向前向下伸出,从而触碰到左膝关节站立触碰开关,此开关控制左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电;右胯关节电机反向通电,右胯关节电磁铁通电;右膝关节电机通电,右膝关节电磁铁通电,使左腿成直线向前向下伸出,并使右大腿与右小腿弯曲,身体重心降低;从而使左脚落在第一台阶处,右胯关节电机的反向转动,使身体重心向前移动,身体重量落在了左脚;
这时,右脚因压力减轻,右脚压力开关接通,控制右胯关节电机通电,右胯关节电磁铁通电,右膝关节电机通电,右膝关节电磁铁通电;左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电,左膝关节电机反向通电,左膝关节电磁铁通电;
右小腿弯曲,使右膝关节电机齿轮触碰到右膝关节电磁铁行走限位块上的第二开关,此开关控制右膝关节电机反向通电,使右大腿与右小腿成直线向前向下伸出,从而触碰右膝关节站立触碰开关,此开关控制右胯关节电机反向通电,右胯关节电磁铁通电;
左胯关节电机反向通电,左胯关节电磁铁通电;左膝关节电机通电,左膝关节电磁铁通电;
使右腿成直线向前向下伸出,使左大腿与左小腿弯曲,身体重心降低;从而右脚落在第二台阶处,左胯关节电机的反向转动,使身体重心向前移动,身体重量落在了右脚。