一种髋关节外骨骼助力机构制造技术

本发明专利技术公开了一种髋关节外骨骼助力机构，该系统由腰支架、大腿支架、大腿绑带、中盖、后盖、转盘、大弹簧、小弹簧、滑块、第一连杆和第二连杆组成，所述腰支架固定在腰间，用以承担起整个髋关节助力机构，大腿绑带可以将大腿支架固定在人体的大腿上，转盘可随大腿支架的摆动而转动，转盘的转动可以驱动弹簧往复伸缩变形，通过弹簧的作用，在人体行走中的摆动期实现能量的存储与释放。本发明专利技术通过上述转动机构和弹性机构的设计，可实现髋关节助力机构辅助人体行走，达到助力的效果。

An exoskeleton assist mechanism of hip joint

【技术实现步骤摘要】
一种髋关节外骨骼助力机构
本专利技术属于下肢助力器械领域，具体来说，涉及一种髋关节外骨骼助力机构，主要适用于下肢髋关节助力领域。
技术介绍
随着社会老龄化以及各种安全事故发生率的增加，行动不便的老年人、运动受伤的人和下肢运动障碍的患者越来越多，需要辅助设备来完成他们日常运动。髋关节是人体运动过程中的必要环节，且起到承重的作用，当髋关节收到损伤，将会严重影响人的行走能力。此外，像士兵、灾难救援人员和消防人员等，需要在特殊的环境下完成很大的体力工作。通过医学理论和临床经验，一些疾病也可导致髋关节周围肌肉出现问题，对于肌肉受伤者和老人来说必须进行康复运训练，以防止肌肉性萎缩和肌肉功能恢复。近年来国外外骨骼机器人的出现，使科学的康复训练更加容易实现，还能在特殊的环境下能实现助力的功能。在临床医疗上以行走步态训练方式实现髋关节功能障碍康复训练，可以维持髋关节的协调运动，能够提高使用者髋关节功能性障碍的恢复程度和进度。外骨骼助力机器人的另外一个重要应用领域是军队，用以提高军人的单兵作战能力。因此无论是民用还是军用都有广阔的应用前景。近年来国内越来越重视外骨骼机器人技术的研究，并研发了康复和助力机器人，但是在整体设计思路、成本、加工和研发周期、便携性等方面仍存在诸多的不足，严重制约了外骨骼机器人的应用。设计运动灵活、舒适度高，开发周期和成本的下肢外骨骼机器人很有必要。申请号为201610029743.0的专利技术公开了一种基于并联机构的髋关节助力装置，该助力装置包括腰部支撑组件，两套约束组件和两套执行组件。该装置结构简单、穿戴方便，可以满足在行走过程中髋关节运动所需的前屈/后伸、外摆/内收、内旋/外旋三个旋转自由度；通过约束组件的调节功能可保证不同患者的髋关节旋转中心与装置旋转中心重合，有效避免了人机干涉力对患者造成的伤害，但该装置操作比较复杂，助力效果不理想。申请号为201510212865.9的专利技术公开了一种基于套索传动的髋关节助力康复装置，该助力康复装置包括腰部支撑组件和两套执行组件，该装置康复训练角度相对较大，控制安全简单，便于工业生产和大范围推广，但由于该装置需要安装电机，整体重量较重。因此，针对上述技术问题，研发一种髋关节外骨骼助力机构，在正常行走步态中实现能量的存储与释放的助力系统是非常有意义的。
技术实现思路
为了克服传统助力装置体积重和结构复杂的不足，本专利技术提出一种髋关节外骨骼助力机构，该机构可以有效利用行走中的能量，在不需要主动驱动的情况下实现能量的存储与释放，并作用于人腿，实现助力的效果。为了达到上述的目的，本专利技术专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种髋关节外骨骼助力机构是由腰支架、大腿支架、大腿绑带、中盖、后盖、转盘、大弹簧、小弹簧、滑块、第一连杆和第二连杆组成，所述腰支架固定在人体腰部，所述大腿绑带通过捆绑的形式将大腿支架和人体的大腿固定在一起；作为优选，所述的后盖与腰支架固定连接，并且保持一个相对位置不可以相对转动，主要起到将这个机构固定的作用；作为优选，所述的中盖与后盖通过三个螺钉进行固定连接，且不能发生相对转动；作为优选，所述的后盖中部有一个圆形沟槽，圆形沟槽旁边有个长方形沟槽，所述的转盘安放在圆形沟槽内且可以自由旋转，所述的滑块和弹簧安放在长方形沟槽内，在摆动过程中，所述的滑块会根据人腿的摆动压缩弹簧，进而实现能量的存储；作为优选，所述的第一连杆与滑块连接且可以相对转动，所述的第二连杆与转盘连接且可以相对转动，所述的第一连杆和第二连杆以套筒的形式配合放置，此结构可以实现人腿向后摆动，避免妨碍人体的正常运动；作为优选，所述的小弹簧安装在第一连杆和第二连杆内部，将两个连杆连接在一起，所述的小弹簧会在人腿向后摆动时拉伸，实现能量的存储；作为优选，所述的大腿支架与转盘固定连接，且转盘可以跟随大腿支架的摆动而转动，圆盘的转动将会带动两个连杆运动，进而实现大小弹簧的压缩与伸长，实现能量的存储与释放。本专利技术的有益效果：本专利技术整体结构简单，结构紧凑，整体厚度小，重量轻，穿戴方便并且可以实现助力效果；本专利技术可以在不使用主动驱动的情况下实现助力效果。附图说明图1整体穿戴效果图图2髋关节外骨骼助力机构分解图图3圆盘、连杆和弹簧布局图图4连杆剖视图图5后盖结构示意图其中1.腰支架，2.大腿支架，3.大腿绑带，4.中盖，5.后盖，6.转盘，7.大弹簧，8.小弹簧，9.滑块，10.第一连杆，11.第二连杆，12.圆形沟槽，13.长方形沟槽。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1至图5所示，一种髋关节外骨骼助力机构，该机构由腰支架(1)、大腿支架(2)、大腿绑带(3)、中盖(4)、后盖(5)、转盘(6)、大弹簧(7)、小弹簧(8)、滑块(9)、第一连杆(10)和第二连杆(11)组成；所述腰支架(1)固定在人体腰部，所述大腿绑带(3)通过捆绑的形式将大腿支架(2)和人体的大腿固定在一起。所述的后盖(5)与腰支架(1)通过螺钉进行固定连接，并且保持一个相对位置不能够进行相对转动，起到将腰支架(1)固定的作用；所述的中盖(4)与后盖(5)通过三个螺钉进行固定连接，且不能发生相对转动。所述的后盖(5)中部有一个圆形沟槽(12)，圆形沟槽(12)旁边有个长方形沟槽(13)，所述的转盘(6)安放在圆形沟槽(12)内且能够自由旋转，滑块(9)和大弹簧(7)安放在长方形沟槽(13)内，在摆动过程中，滑块(9)能够根据人腿的摆动压缩大弹簧(7)，进而实现能量的存储。所述的小弹簧(8)安装在第一连杆(10)和第二连杆(11)内部，将第一连杆(10)和第二连杆(11)连接在一起，所述的小弹簧(8)会在人腿向后摆动时拉伸，实现能量的存储。作为优选，所述的大腿支架(2)与转盘(6)固定连接，且转盘(6)可以跟随大腿支架(2)的摆动而转动，转盘(6)的转动将会带动两个连杆运动，进而实现大弹簧与小弹簧的压缩与伸长，实现能量的存储与释放。作为优选，所述的第一连杆(10)与滑块(9)连接且能够进行相对转动，所述的第二连杆(11)与转盘(6)连接且能够进行相对转动，所述的第一连杆(10)和第二连杆(11)以套筒的形式配合放置，此结构能够实现人腿向后摆动，避免妨碍人体的正常运动。作为优选，所述的大腿支架(2)与人体贴合的一侧用织物包裹，以免对人体造成不适本专利技术的工作原理及过程：请参阅图1至图5所示，本专利技术提供的一种髋关节外骨骼助力机构在整体装配完成以后，通过腰部支架(1)和大腿绑带(3)将这个机构穿戴在人体大腿外侧，髋部的运动主要是矢状面上的屈曲和伸展，在人体脚部着地的阶段实现能量的存储，在人体脚部离开地面时实现能量的释放。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种髋关节外骨骼助力机构，其特征在于：该机构由腰支架(1)、大腿支架(2)、大腿绑带(3)、中盖(4)、后盖(5)、转盘(6)、大弹簧(7)、小弹簧(8)、滑块(9)、第一连杆(10)和第二连杆(11)组成；所述腰支架(1)固定在人体腰部，所述大腿绑带(3)通过捆绑的形式将大腿支架(2)和人体的大腿固定在一起；/n所述的后盖(5)与腰支架(1)通过螺钉进行固定连接，并且保持一个相对位置不能够进行相对转动，起到将腰支架(1)固定的作用；所述的中盖(4)与后盖(5)通过三个螺钉进行固定连接，且不能发生相对转动；所述的后盖(5)中部有一个圆形沟槽(12)，圆形沟槽(12)旁边有个长方形沟槽(13)，所述的转盘(6)安放在圆形沟槽(12)内且能够自由旋转，滑块(9)和大弹簧(7)安放在长方形沟槽(13)内，在摆动过程中，滑块(9)能够根据人腿的摆动压缩大弹簧(7)，进而实现能量的存储；/n所述的小弹簧(8)安装在第一连杆(10)和第二连杆(11)内部，将第一连杆(10)和第二连杆(11)连接在一起，所述的小弹簧(8)会在人腿向后摆动时拉伸，实现能量的存储。/n

【技术特征摘要】
1.一种髋关节外骨骼助力机构，其特征在于：该机构由腰支架(1)、大腿支架(2)、大腿绑带(3)、中盖(4)、后盖(5)、转盘(6)、大弹簧(7)、小弹簧(8)、滑块(9)、第一连杆(10)和第二连杆(11)组成；所述腰支架(1)固定在人体腰部，所述大腿绑带(3)通过捆绑的形式将大腿支架(2)和人体的大腿固定在一起；
所述的后盖(5)与腰支架(1)通过螺钉进行固定连接，并且保持一个相对位置不能够进行相对转动，起到将腰支架(1)固定的作用；所述的中盖(4)与后盖(5)通过三个螺钉进行固定连接，且不能发生相对转动；所述的后盖(5)中部有一个圆形沟槽(12)，圆形沟槽(12)旁边有个长方形沟槽(13)，所述的转盘(6)安放在圆形沟槽(12)内且能够自由旋转，滑块(9)和大弹簧(7)安放在长方形沟槽(13)内，在摆动过程中，滑块(9)能够根据人腿的摆动压缩大弹簧(7)，进而实现能量的存储；
所述的小弹簧(8)安装在第一连杆(10)和第二连杆(11)内部，将第一连杆(10)和第二连杆(11)连接在一起，所述的小弹簧(8)会在人腿向后摆动时拉伸，实现能量的存储。


2.根据权利要求1所述的一种髋关节外骨骼助力机构，其特征在于：所述的大腿支架(2)与转盘(6)固定连接，且转盘(6)可以跟随大腿支架(2)的摆动而转动，转盘(6)的转动将会带动两个连杆运动，进而实现大弹簧与小弹簧的压缩与伸长，实现能量的存储与释放。


3.根据权利要求1所述的一种髋关节外骨骼助力机构，其特征在于：所述的第一连杆(10)与滑块(9)连接且能够进行相对转动，所述的第二连杆(11)与转盘(6)连接且能够进行相对转动，所述的第一连杆(10)和第二连杆(11)以套筒的形式配合放置，此结构能够实现人腿向后...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建峰，王嘉明，刘谣谣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11