CN109009892A - 一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置 - Google Patents

Abstract

一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置，包括大腿机构、膝关节机构、小腿机构，膝关节机构分别与小腿机构、大腿机构固定装接，所述膝关节机构包括膝关节支撑杆、电机架、电机、移动座、柔性弹簧片、棘齿、棘齿轴、棘轮、棘轮轴和小腿连接座，膝关节支撑杆与大腿机构固定连接，电机通过电机架装在膝关节支撑杆上端，棘齿通过棘齿轴与膝关节支撑杆转动安装，棘轮通过棘轮轴与膝关节支撑杆转动安装，棘齿与棘轮正对着安装，移动座套装在电机的驱动轴上，柔性弹簧片一端与移动座固定连接、另一端与棘齿固定连接，棘轮通过螺栓与小腿连接座固定锁紧，小腿连接座与小腿机构固定连接。本发明使用方便，有利于减轻下肢关节肌肉负载和疲劳，并可随时随地以任意角度就坐。

Description

一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置

技术领域

本发明属于医疗辅助器械领域和运动辅具器材领域，具体地说是一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置。

背景技术

受限于工作环境和工作特点，当前仍然有许多工种需要员工站立工作，比如手术医生和工业生产线上的工人。但是长时间站立从事生产劳动很容易引起下肢和背部肌肉酸痛，甚至下肢静脉曲张，导致生产效率的降低和职业病的产生。手术医生长时间站立容易造成背部疲劳、下肢关节酸痛，分散了手术时的注意力，增大了手术风险。工业生产线上的工人长时间站立容易导致人体疲劳和职业病，不仅容易造成生产产品品质的降低，职业病的产生也容易加重员工和企业的经济负担。另一方面，手术医生需要偶尔走动来调整手术位置和姿态，工业生产线上的工人也需要不间断地移动来拿取工具和运送生产资料，因此传统的椅子无法跟随人体一起行走，穿戴者也无法随时随地以任意的姿态就坐。

为了在频繁移动时解决站立和半蹲负重时的下肢关节肌肉负载疲劳问题，出现了各种“可穿戴式椅子”，人体穿戴后能够随地就座。现有的“可穿戴式椅子”存在两方面的不足：一方面，现有方案多数采用“大腿杆、小腿杆和膝关节阻尼器”的方案，然而阻尼器具有阻力，人体穿戴行走时每走一步都要克服阻尼器的阻力，这就限制了膝关节的自由屈曲，不方便人体穿戴后的自由行走。另一方面，这些“可穿戴式椅子”需要手动预先调节好就坐时的关节角度，但手术医生需要手部清洁的环境，不能用手再去调节就坐时的座椅角度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置，有利于减轻下肢关节肌肉负载和疲劳，并可随时随地以任意角度就坐。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置，包括大腿机构、膝关节机构、小腿机构，膝关节机构分别与小腿机构、大腿机构固定装接，所述膝关节机构包括膝关节支撑杆、电机架、电机、移动座、柔性弹簧片、棘齿、棘齿轴、棘轮、棘轮轴和小腿连接座，膝关节支撑杆与大腿机构固定连接，电机通过电机架装在膝关节支撑杆上端，棘齿通过棘齿轴与膝关节支撑杆转动安装，棘轮通过棘轮轴与膝关节支撑杆转动安装，棘齿与棘轮正对着安装，移动座套装在电机的驱动轴上，柔性弹簧片一端与移动座固定连接、另一端与棘齿固定连接，棘轮通过螺栓与小腿连接座固定锁紧，小腿连接座与小腿机构固定连接。

所述电机架上设有用于控制移动座沿着电机的驱动轴移动复位时的位置的行程开关。所述小腿连接座上还装设有保护盖板。

所述大腿机构包括大腿杆、大腿固定环和绑带，绑带装接在大腿固定环上，大腿固定环固定安装在大腿杆上，大腿杆内设有电路控制模块，该电路控制模块设有用于检测大腿站立或者下蹲姿态的惯性测量单元，大腿杆侧壁装设有与电路控制模块连接的开关。

所述大腿杆侧壁还设有充电接口，该充电接口与电路控制模块连接。

所述小腿机构包括小腿杆、小腿固定环和绑带，绑带装接在小腿固定环上，小腿固定环固定装在小腿杆上，小腿杆下部设有足部绑带。

所述小腿杆内还设有小腿长度调节杆，该小腿长度调节杆内装设有调节按钮，该调节按钮通过弹簧嵌装在小腿长度调节杆中，小腿杆上开设有与调节按钮匹配的通孔，小腿长度调节杆插装在小腿杆中后调节按钮插装在小腿杆的通孔中，足部绑带安装在小腿长度调节杆上。

所述小腿长度调节杆的底部装设有防滑垫。

本发明操作方便，使用灵活，有利于减轻下肢关节肌肉负载和疲劳，并可随时随地以任意角度就坐。

附图说明

附图1为本发明站立时的立体结构示意图；

附图2为本发明就座时的立体结构示意图；

附图3为本发明大腿机构的立体结构示意图；

附图4为本发明膝关节机构的立体结构正面示意图；

附图5为本发明膝关节机构的立体结构斜面示意图；

附图6为本发明小腿机构的立体结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如附图1和2所示，本发明揭示了一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置，包括大腿机构1、膝关节机构2、小腿机构4，膝关节机构2分别与小腿机构4、大腿机构1固定装接，膝关节机构带动大腿机构相对于小腿机构转动，实现站立或者就座的目的。

如附图3所示，大腿机构包括大腿杆11、大腿固定环12和绑带13，大腿固定环一般选择为U形环，绑带13装接在大腿固定环12上，大腿固定环12固定安装在大腿杆11上，大腿固定环12可相对大腿杆11调节安装位置使不同人体穿戴舒适，大腿杆11内设有电路控制模块14，该电路控制模块14设有用于检测大腿站立或者下蹲姿态的惯性测量单元17，大腿杆11侧壁装设有与电路控制模块14连接的开关15。大腿杆11侧壁还设有充电接口16，该充电接口16与电路控制模块14连接，通过充电接口，可以方便的进行充电。外骨骼座椅穿戴后，打开电源开关15，大腿惯性测量单元17检测大腿站立或者下蹲的姿态。

如附图4和5所示，所述膝关节机构包括膝关节支撑杆21、电机架22、电机23、移动座24、柔性弹簧片25、棘齿26、棘齿轴27、棘轮29、棘轮轴30和小腿连接座31，膝关节支撑杆21与大腿机构中的大腿杆11固定连接，电机23通过电机架22装在膝关节支撑杆21上端，棘齿26通过棘齿轴27与膝关节支撑杆21转动安装，棘轮29通过棘轮轴30与膝关节支撑杆21转动安装，棘齿26与棘轮29正对着安装，移动座24套装在电机23的驱动轴上，柔性弹簧片25一端与移动座24固定连接、另一端与棘齿26固定连接，棘轮29通过螺栓与小腿连接座31固定锁紧，小腿连接座31与小腿机构4固定连接。电机架22上设有行程开关28，该行程开关控制移动座24沿着电机轴移动复位时的位置。小腿连接座31上还装设有保护盖板32，保护盖板32将棘轮29容纳在内。电机的驱动轴为螺纹结构，移动座上设有螺纹孔，移动座与电机的驱动轴以螺纹方式连接。当棘齿与棘轮啮合连接时，膝关节支撑杆只能朝着膝关节伸直方向转动，而无法沿着膝关节弯曲方向转动。需要行走时，需要利用电机带动移动座向上移动，通过柔性弹簧片将棘齿拉起，使得棘齿不再与棘轮啮合连接，从而实现膝关节支撑杆不受到约束而自由转动的目的，便于行走。

人体穿戴外骨骼座椅后，站直并启动电源，电机反转，向上拉动移动座，移动座向上拉动柔性弹簧片，柔性弹簧片向上拉动棘齿，使得直到移动座触发行程开关，电机复位结束，此时棘齿与棘轮脱开，膝关节可以自由转动，人体可以穿戴后无阻力行走。当人体下蹲后，大腿惯性测量单元检测到大腿倾斜姿态，电机正转，向下推动移动座，移动座向下推动柔性弹簧片，柔性弹簧片向下推动棘齿一定的时间，此时棘齿与棘轮啮合并锁死，膝关节被锁死，棘轮无法相对膝关节支撑杆继续弯曲转动，人体可以放心地坐在外骨骼座椅上。当人体想调节坐姿或者自由行走时，利用“棘轮-棘齿能够反向运动”的原理，人体自然起身站立，大腿惯性测量单元检测到大腿站直姿态，电机重复复位的过程，人体可以再调节坐姿或者自由行走。

如附图6所示，所述小腿机构4包括小腿杆41、小腿固定环42和绑带43，小腿固定环选择为U形环，绑带43装接在小腿固定环42上，小腿固定环42固定装在小腿杆41上，小腿固定环42可相对小腿杆41调节安装位置使不同人体穿戴舒适，小腿杆下部设有足部绑带47。

进一步，所述小腿杆41内还设有小腿长度调节杆44，该小腿长度调节杆44内装设有调节按钮46，该调节按钮46通过弹簧45嵌装在小腿长度调节杆44中，小腿杆41上开设有与调节按钮46匹配的通孔，小腿长度调节杆44插装在小腿杆41中后调节按钮46插装在小腿杆的通孔中，足部绑带47安装在小腿长度调节杆44上。小腿长度调节杆44的底部装设有防滑垫48。通过调节按钮，可以根据穿戴者的小腿长度进行调节，足部绑带47和小腿长度调节杆44活动连接并可相对转动，足部绑带47套在穿戴者的鞋子上并进行前端和后端的尼龙搭扣的绑定，防滑垫48和小腿长度调节杆44的下端紧固连接并与地面接触时起到防滑、减震作用。

另外，本方案在使用时，是左右两个对应两条腿固定配合使用，以上所述仅阐述一条腿机构的形式，两者结构一样，因此不再重复赘述。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可穿戴式智能外骨骼座椅装置，包括大腿机构、膝关节机构、小腿机构，膝关节机构分别与小腿机构、大腿机构固定装接，其特征在于，所述膝关节机构包括膝关节支撑杆、电机架、电机、移动座、柔性弹簧片、棘齿、棘齿轴、棘轮、棘轮轴和小腿连接座，膝关节支撑杆与大腿机构固定连接，电机通过电机架装在膝关节支撑杆上端，棘齿通过棘齿轴与膝关节支撑杆转动安装，棘轮通过棘轮轴与膝关节支撑杆转动安装，棘齿与棘轮正对着安装，移动座套装在电机的驱动轴上，柔性弹簧片一端与移动座固定连接、另一端与棘齿固定连接，棘轮通过螺栓与小腿连接座固定锁紧，小腿连接座与小腿机构固定连接。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述电机架上设有用于控制移动座沿着电机的驱动轴移动复位时的位置的行程开关。

3.根据权利要求2所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述小腿连接座上还装设有保护盖板。

4.根据权利要求3所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述大腿机构包括大腿杆、大腿固定环和绑带，绑带装接在大腿固定环上，大腿固定环安装在大腿杆上，大腿杆内设有电路控制模块，该电路控制模块设有用于检测大腿站立或者下蹲姿态的惯性测量单元，大腿杆侧壁装设有与电路控制模块连接的开关。

5.根据权利要求4所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述大腿杆侧壁还设有充电接口，该充电接口与电路控制模块连接。

6.根据权利要求5所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述小腿机构包括小腿杆、小腿固定环和绑带，绑带装接在小腿固定环上，小腿固定环装在小腿杆上，小腿杆下部设有足部绑带。

7.根据权利要求6所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述小腿杆内还设有小腿长度调节杆，该小腿长度调节杆内装设有调节按钮，该调节按钮通过弹簧嵌装在小腿长度调节杆中，小腿杆上开设有与调节按钮匹配的通孔，小腿长度调节杆插装在小腿杆中后调节按钮插装在小腿杆的通孔中，足部绑带安装在小腿长度调节杆上。

8.根据权利要求7所述的可穿戴式智能外骨骼座椅装置，其特征在于，所述小腿长度调节杆的底部装设有防滑垫。