一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼制造技术

本发明专利技术公开了一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，包括腰部支架、髋关节储能装置、膝关节储能装置、小腿支架、腰带、大腿绑带、小腿上绑带和小腿下绑带；腰带与大腿绑带之间设置有髋关节储能装置，腰带与髋关节储能装置通过腰部支架连接；大腿绑带和小腿上绑带之间有膝关节储能装置，髋关节储能装置与膝关节储能装置之间有髋膝关节顶杆上下移动，并有髋膝关节连接杆将髋关节储能装置和膝关节储能装置连接起来；小腿上绑带和小腿下绑带之间有小腿支架，本发明专利技术在人体运动过程中，通过髋膝关节配合，使得髋关节储能装置和膝关节储能装置在合适的时机储存能量，并使整个设备与人体步态相协调，帮助人体行走，提高了能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼
本专利技术涉及智能设备
，具体涉及一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼。
技术介绍
外骨骼助力机器人是穿戴在人身上，为人体在运动过程中提供助力的的设备。目前，在多个领域有了长足的发展。在军事领域，可以增加士兵的负重，减缓士兵因武器装备过多引起的负担，缓解士兵压力。在民用领域，兴起了多种外骨骼，广泛应用于旅游、登山、救灾，大大提高了人们应对各种灾难处理的能力。在医疗康复领域，康复型外骨骼机器人帮助偏瘫患者行走并康复，也可以帮助残疾人、老年人行走，使他们逐渐的恢复生理机能。外骨骼技术在各个国家中得到了广泛的关注。目前比较有名的是美国加州大学伯克利分校BLEEX下肢助力外骨骼，美国雷神公司研制的XOS系列外骨骼，日本筑波大学研制的HAL系列外骨骼。这些外骨骼都是主动式的外骨骼，有比较大的重量，并且体积比较庞大，人穿戴起来比较麻烦。并且涉及到控制系统，整个系统比较复杂，能源利用率比较低，同时系统也存在着供电不足的情况，外骨骼装备的续航能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，用以解决助力型下肢外骨骼穿戴不便、体积大和能量利用率低的问题。本专利技术提供一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，包括腰部支架、髋关节储能装置、髋膝关节连接杆、髋膝关节顶杆、膝关节储能装置、小腿支架、腰带、大腿绑带、小腿上绑带和小腿下绑带；所述腰带和所述大腿绑带之间有所述髋关节储能装置，所述大腿绑带与所述小腿上绑带之间设置有所述膝关节储能装置。所述腰带与所述髋关节储能装置通过所述腰部支架连接；所述腰带穿过所述腰部支架的两个槽与人体绑在一起；所述腰部支架的底端通过螺钉与所述髋关节储能装置固定连接；所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置之间有所述髋膝关节顶杆和所述髋膝关节连接杆；所述髋膝关节顶杆在所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置之间上下移动；所述髋膝关节连接杆与所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置固定连接；为了适应不同人体的高度差异和增加连接的坚固性，所述的髋膝关节顶杆和所述的髋膝关节连接杆具有通过齿条调节长短的功能；所述大腿绑带与所述膝关节储能装置固定连接；所述小腿上绑带和所述膝关节储能装置固定连接；所述小腿上绑带与所述小腿下绑带之间有所述小腿支架，所述小腿支架的上部与所述膝关节储能装置固定连接；所述小腿下绑带与所述小腿支架的下部固定连接。所述髋关节储能装置内部包括髋关节前盖、髋关节凸轮、棘爪、触指弹簧、触指弹簧轴、直线轴承、髋关节弹簧、髋关节底端等；所述腰带与所述髋关节凸轮通过所述腰部支架连接，所述腰部支架的底端通过螺钉与所述髋关节凸轮固定连接；所述髋关节前盖能绕所述髋关节凸轮的中心旋转，所述髋关节弹簧安装在所述髋关节前盖内部，大腿带动所述髋关节前盖向后摆动时，所述髋关节凸轮能压缩所述髋关节弹簧储能，在此过程中，所述髋关节凸轮与所述棘爪摩擦并克服安装在所述棘爪和所述髋关节前盖之间的小扭簧的扭矩使所述棘爪发生偏转，所述触指弹簧安装在所述棘爪内部。通过设计所述髋关节凸轮轮廓，使所述髋关节凸轮与所述髋关节弹簧在所述髋关节前盖与所述髋关节凸轮呈90°时开始接触，因此人穿戴外骨骼后所述髋关节储能装置会有能量存储在里面。所述直线轴承安装在所述髋关节前盖中，所述髋膝关节顶杆的上端在所述直线轴承中上下移动，所述髋膝关节连接杆的上端与所述髋关节前盖固定连接，所述髋关节底端安装在所述髋关节前盖下端对所述髋关节弹簧施加预紧力。所述膝关节储能装置包括膝关节前盖、膝关节后盖、膝关节凸轮、膝关节扭簧、大轴承、小轴承、侧向轴承、两轴承连接片、膝关节铜套、连接件—正面和连接件—背面等；所述膝关节前盖可绕所述膝关节凸轮的中心转动，所述膝关节后盖可绕所述膝关节凸轮的中心转动，所述膝关节扭簧的一端限制在所述膝关节凸轮的槽里，膝关节扭簧的另一端限制在所述膝关节前盖的槽里；所述膝关节凸轮的外表面与所述大轴承表面接触，内表面与所述小轴承表面接触，所述大轴承与所述小轴承之间用所述两轴承连接片固定连接，所述侧向轴承可在所述膝关节后盖的槽内上下移动，起到“导向”作用，减小摩擦；所述膝关节铜套安装在所述膝关节后盖中，所述髋膝关节顶杆的下端在所述膝关节铜套中上下移动，所述髋膝关节连接杆与所述膝关节后盖固定连接，所述髋膝关节顶杆与所述大轴承通过所述连接件—正面、连接件—背面和两轴承连接件固定连接，所述小腿支架的上端与所述膝关节前盖的底端固定连接。当人的膝关节弯曲时，膝关节带动所述膝关节前盖旋转，所述膝关节前盖的旋转带动所述膝关节扭簧旋转，所述膝关节扭簧的旋转带动所述膝关节凸轮旋转，所述膝关节凸轮的旋转向上顶所述大轴承使其向上下移动，所述大轴承带动所述髋膝关节顶杆上下移动；所述髋膝关节顶杆在适宜时机与所述髋关节储能装置的棘爪“顶死”；当人的膝关节伸直时，所述凸轮的旋转向下拉所述小轴承使其上下移动，所述小轴承带动所述髋膝关节顶杆上下移动。本专利技术的有益效果是：本专利技术依据人体在单个周期内的步态规律设计了一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，在人体运动过程中，通过髋膝关节配合，使得髋关节储能装置和膝关节储能装置在合适的时机储存能量，在合适的时机释放能量，并使整个设备与人体步态相协调，帮助人体行走，提高了能量利用率。附图说明图1是本专利技术提供的被动式储能下肢外骨骼设备整体结构示意图；图2是本专利技术提供的髋关节储能装置的正视图；图3是本专利技术提供的髋关节储能装置除去髋关节前盖的轴侧图；图4是本专利技术提供的棘爪与髋关节前盖之间内部的安装爆炸图；图5是本专利技术提供的髋关节底端与髋关节前盖之间内部的安装爆炸图；图6是本专利技术提供的髋膝关节连接杆的结构示意图；图7是本专利技术提供的髋膝关节顶杆的结构示意图；图8是本专利技术提供的膝关节储能装置的轴侧图；图9是本专利技术提供的膝关节储能装置移动机构的爆炸图；图10是本专利技术提供的膝关节储能装置转动机构的爆炸图。具体实施方式本专利技术提供一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，下面对其结构进行详细描述。如图1所示，该被动式储能下肢外骨骼设备包括腰部支架1，髋关节储能装置2，髋膝关节连接杆3，髋膝关节顶杆4，膝关节储能装置5，小腿支架6，腰带7，大腿绑带8，小腿上绑带9，小腿下绑带10。腰带7穿过腰部支架1顶部的两个槽绑在人的腰上，腰部支架1的底部通过螺栓与髋关节储能装置2固定连接，髋关节储能装置2位于腰带7和大腿绑带8之间，髋膝关节连接杆3与髋关节储能装置2和膝关节储能装置5固定连接，髋膝关节顶杆4可在髋关节储能装置2和膝关节储能装置5中上下移动，膝关节储能装置5位于大腿绑带8和小腿上绑带9之间，小腿支架6位于小腿上绑带9和小腿下绑带10之间。参考图2和图3，腰部支架1的底部通过螺栓与髋关节凸轮22固定连接，髋关节前盖21和髋关节凸轮22通过轴承连接，保证了髋关节前盖21和髋关节凸轮22之间的旋转自由度，棘爪23通过螺栓与髋关节前盖21固定连接，并且棘爪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：包括腰部支架、髋关节储能装置、膝关节储能装置、小腿支架、腰带、大腿绑带、小腿上绑带和小腿下绑带；腰带穿过腰部支架顶部的两个槽绑在人的腰上，腰部支架的底部通过螺栓与髋关节储能装置固定连接，髋关节储能装置位于腰带和大腿绑带之间，髋膝关节连接杆与髋关节储能装置和膝关节储能装置固定连接，髋膝关节顶杆可在髋关节储能装置和膝关节储能装置中上下移动，膝关节储能装置位于大腿绑带和小腿上绑带之间，小腿支架位于小腿上绑带和小腿下绑带之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：包括腰部支架、髋关节储能装置、膝关节储能装置、小腿支架、腰带、大腿绑带、小腿上绑带和小腿下绑带；腰带穿过腰部支架顶部的两个槽绑在人的腰上，腰部支架的底部通过螺栓与髋关节储能装置固定连接，髋关节储能装置位于腰带和大腿绑带之间，髋膝关节连接杆与髋关节储能装置和膝关节储能装置固定连接，髋膝关节顶杆可在髋关节储能装置和膝关节储能装置中上下移动，膝关节储能装置位于大腿绑带和小腿上绑带之间，小腿支架位于小腿上绑带和小腿下绑带之间。


2.根据权利要求1所述的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：所述髋关节前盖与所述髋关节凸轮能够相互旋转，发生相互转动时，所述髋关节凸轮能够压缩所述髋关节弹簧储能，并与所述棘爪摩擦使棘爪发生偏转，所述髋关节底端安装在所述髋关节前盖下部并能够对所述髋关节弹簧施加预紧力，所述直线轴承固定在所述髋关节前盖中。


3.根据权利要求2所述的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：所述棘爪内部有触指弹簧安装，触指弹簧的存在使棘爪能够偏转顺畅，并对所述髋关节凸轮和棘爪之间的接触力起缓冲作用。


4.根据权利要求1所述的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：在所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置之间有所述髋膝关节顶杆和所述髋膝关节连接杆，所述髋膝关节顶杆在两者之间上下移动，所述髋膝关节连接杆与两者固定连接；所述髋膝关节连接杆的存在使得在人体穿戴外骨骼行走过程中所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置的相对位置不发生变化，所述髋膝关节顶杆的存在使得所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置能够联动起来。


5.根据权利要求4所述的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：为适应人的高度差异和不同的步态，所述髋膝关节顶杆和所述髋膝关节连接杆能够通过齿条调节长短；所述髋膝关节顶杆的上端在所述直线轴承中上下移动，下端在所述膝关节铜套中上下移动。


6.根据权利要求1所述的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：所述膝关节前盖、所述膝关节凸轮和所述膝关节后盖之间能够保持同轴相互转动，所述膝关节扭簧安装在所述膝关节前盖和所述膝关节凸轮之间，所述膝关节扭簧的一端安...

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