本申请公开了一种步行辅助外骨骼装置，该步行辅助外骨骼装置包括：髋关节组件、第一连接杆、膝关节组件、第二连接杆及髋关节组件，膝关节组件又包括第一壳体，齿环、直齿及拉簧；其中，髋关节组件、第一壳体及小腿组件分别用于穿戴在用户的髋关节部、膝关节部及小腿部，且第一壳体在带动齿环向第一方向转动时，齿环带动直齿向第一方向转动，直齿带动拉簧沿其延伸方向拉伸运动，而在拉簧回弹复位时，拉簧带动直齿向与第一方向相对的第二方向转动，直齿带动齿环向第二方向转动，齿环带动第一壳体向第二方向转动。通过上述方式，本申请中的外骨骼装置能够辅助人体行走，且重量轻，穿戴简单，人机协同性强，能够有效提高人体的运动能力。能够有效提高人体的运动能力。能够有效提高人体的运动能力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种步行辅助外骨骼装置
[0001]本专利技术涉及机械外骨骼
，尤其涉及一种步行辅助外骨骼装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着机械电子与控制技术的快速发展，进而带动了外骨骼康复机器人的研究。外骨骼不同于矫形器，不能替代使用者的腿部进行支撑，而是在行走时为使用者提供辅助和助力，通过长时间重复的相关运动训练，可代替治疗师的帮助，从而有效降低了康复成本。
[0003]然而，目前市场上代表性的外骨骼系统，如HAL(hybrid assistive limb，混合辅助肢体)、ReWalk(下肢外骨骼机器人)，多采用刚性连接驱动设计，重量较大，使用时额外负担大，会增加穿戴者的代谢消耗。
[0004]其他用于康复或者增强人体性能的外骨骼仍缺乏实际应用。开发一种可用于实际应用的便携式下肢外骨骼仍需要解决许多技术挑战。例如，气动人工肌肉驱动器驱动的外骨骼由于动力源的原因而缺乏便携性，由于空气的压缩性而导致对位置和力的控制精度不高。因此，并不适用于日常康复训练。此外，在穿戴者进行康复训练的过程中，驱动器产生所需要的制动扭矩是不节能的。
技术实现思路
[0005]本申请提供的一种步行辅助外骨骼装置，能够解决现有技术中的外骨骼系统的重量较大，使用时额外负担大，会增加穿戴者的代谢消耗，且对位置和力的控制精度不高，并不适用于日常康复训练，相应驱动器产生所需要的制动扭矩不节能的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种步行辅助外骨骼装置，其中，该步行辅助外骨骼装置包括：髋关节组件，用于穿戴在用户的髋关节部；第一连接杆，第一连接杆的一端连接于髋关节组件；膝关节组件，包括第一壳体，齿环、直齿以及拉簧，第一壳体连接于第一连接杆的另一端，用于穿戴在用户的膝关节部，齿环连接于第一壳体，直齿齿合于齿环的内环，拉簧的相对两端分别连接于齿环和直齿，且拉簧的延伸方向经过齿环的圆心；其中，第一壳体在带动齿环向第一方向转动时，齿环带动直齿向第一方向转动，直齿带动拉簧沿其延伸方向拉伸运动，而在拉簧回弹复位时，拉簧带动直齿向与第一方向相对的第二方向转动，直齿带动齿环向第二方向转动，齿环带动第一壳体向第二方向转动；第二连接杆，第二连接杆的一端连接于第一壳体；小腿组件，与第二连接杆的另一端连接，小腿组件用于穿戴在用户的小腿部。
[0007]其中，齿环的内径为直齿外径的两倍，拉簧在初始状态时，与直齿的连接点为齿环的圆心位置处，拉簧的延伸方向垂直于连接点与直齿圆心的连线。
[0008]其中，膝关节组件还包括第一连接件和第二连接件，第一连接件连接于齿环的一侧面上，第二连接件对应第二连接件连接于直齿的一侧面上靠近其外环顶点的位置处，拉簧的相对两端分别连接于第一连接件和第二连接件。
[0009]其中，第一壳体包括连杆固定件和第一连杆夹板，连杆固定件连接于第一壳体，第一连杆夹板连接于连杆固定件，并与连杆固定件相互配合，以固定连接第一连接杆。
[0010]其中，第一壳体还包括旋转固定壳、旋转外壳和滑动件，旋转固定壳连接于连杆固定件，旋转固定壳面向旋转外壳的一侧面上形成有滑轨，旋转外壳连接于齿环，滑动件的一端连接于旋转外壳，滑动件的另一端滑动连接于滑轨。
[0011]其中，第一壳体还包括第二连杆夹板，第二连杆夹板连接于旋转外壳，并与旋转外壳相互配合，以固定连接第二连接杆。
[0012]其中，髋关节组件包括第二壳体、凸轮以及弹性件，第二壳体的连接于第一连接杆的一端，用于穿戴在用户的髋关节部，凸轮连接于外壳和连接杆远离膝关节组件的另一端，弹性件包括呈设定角度设置的第一支脚和第二支脚，第一支脚连接于外壳，第二支脚抵接于凸轮的第一侧面；其中，第一连接杆在驱动凸轮向第一方向旋转时，凸轮带动第二支脚沿第一侧面的部分弧面远离第一支脚运动，而在第二支脚靠近第一支脚回弹复位时，第二支脚带动凸轮相对第一支脚向第二方向旋转，凸轮带动第一连接杆向第二方向旋转。
[0013]其中，弹性件为扭转弹簧机构，弹性件还包括滚轮，第二支脚包括第一支杆和第二支杆，第一支杆的一端连接于第一支脚，第一支杆的另一端垂直连接于第二支杆，滚轮套设于第二支杆，并抵接于第一侧面。
[0014]其中，第一侧面的部分弧面在凸轮的第二侧面上的投影满足设定曲线函数关系；其中，第二侧面垂直第一侧面。
[0015]其中，髋关节组件还包括传动件，传动件的一端连接于第一连接杆，凸轮的第二侧面形成有第一通孔，传动件的另一端穿设于第一通孔，传动件由第一连接杆或凸轮带动转动，以辅助连接杆带动凸轮旋转，或辅助凸轮带动连接杆旋转。
[0016]其中，传动件的部分结构凸出于第一通孔形成凸起部，凸起部抵接于外壳；其中，凸起部的径向尺寸大于第一通孔的径向尺寸。
[0017]其中，髋关节组件还包括卡簧，传动件面向第一通孔的孔壁的侧面形成有卡簧槽，卡簧套设于卡簧槽，以限制传动件沿第一通孔的中轴线方向运动。
[0018]其中，第一通孔包括向靠近第一侧面凹设的凹陷部，传动件面向第一通孔的孔壁的侧面凸出形成有平键部，平键部嵌设于凹陷部，以限制传动件相对凸轮旋转运动。
[0019]其中，髋关节组件还包括连杆固定壳，连杆固定壳扣合在传动件远离第二壳体的一侧面上，第一连接杆的另一端连接在传动件和连杆固定壳之间，以由传动件和连杆固定壳相互配合固定。
[0020]其中，凸轮的第二侧面还形成有第二通孔，所述第二通孔为弯月状，且与所述第一通孔间隔设置。
[0021]其中，设定角度为85
°‑
95
°
，第一支脚相对第二支脚运行时的夹角变化范围为85
°‑
135
°
。
[0022]本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的步行辅助外骨骼装置包括：髋关节组件、第一连接杆、膝关节组件、第二连接杆及髋关节组件，膝关节组件又包括第一壳体，齿环、直齿及拉簧，且髋关节组件、第一壳体及小腿组件分别用于穿戴在用户的髋关节部、膝关节部及小腿部；其中，齿环连接于第一壳体，直齿齿合于齿环的内环，拉簧的相对两端分别连接于齿环和直齿，且拉簧的延伸方向经过齿环的圆心，以在第一壳体带动齿环
向第一方向转动时，齿环能够带动直齿向第一方向转动，以通过直齿带动拉簧沿其延伸方向拉伸运动，而弹性蓄能，从而能够在在拉簧回弹复位时，由拉簧带动直齿向与第一方向相对的第二方向转动，直齿带动齿环向第二方向转动，齿环带动第一壳体向第二方向转动，从而能够避免使用额外的动力装置提供助力，而直接在人体行走的过程中的负工阶段进行蓄能，并反馈给人体，以达到辅助人体行走的目的。由此可知，通过穿戴该步行辅助外骨骼装置可以帮助行走功能障碍患者，比如，膝盖受损患者恢复自然步态，提高行走能力，实现运动功能康复，增强独立生活质量；且与现有的步态辅助设备相比，该步行辅助外骨骼装置能够自然获取人体行走能量，进而能够通过外骨骼装置反馈给人体进行助力行走，以减少人体行走负担；且因无需额外的动力装置，相应的重量也较轻，穿戴简本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种步行辅助外骨骼装置，其特征在于，包括：髋关节组件，用于穿戴在用户的髋关节部；第一连接杆，所述第一连接杆的一端连接于所述髋关节组件；膝关节组件，包括第一壳体，齿环、直齿以及拉簧，所述第一壳体连接于所述第一连接杆的另一端，用于穿戴在用户的膝关节部，所述齿环连接于所述第一壳体，所述直齿齿合于所述齿环的内环，所述拉簧的相对两端分别连接于所述齿环和所述直齿，且所述拉簧的延伸方向经过所述齿环的圆心；其中，所述第一壳体在带动所述齿环向第一方向转动时，所述齿环带动所述直齿向所述第一方向转动，所述直齿带动所述拉簧沿其延伸方向拉伸运动，而在所述拉簧回弹复位时，所述拉簧带动所述直齿向与所述第一方向相对的第二方向转动，所述直齿带动所述齿环向所述第二方向转动，所述齿环带动所述第一壳体向所述第二方向转动；第二连接杆，所述第二连接杆的一端连接于所述第一壳体；小腿组件，与所述第二连接杆的另一端连接，所述小腿组件用于穿戴在用户的小腿部。2.根据权利要求1所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述齿环的内径为所述直齿外径的两倍，所述拉簧在初始状态时，与所述直齿的连接点为所述齿环的圆心位置处，所述拉簧的延伸方向垂直于所述连接点与所述直齿圆心的连线。3.根据权利要求1或2所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述膝关节组件还包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件连接于所述齿环的一侧面上，所述第二连接件对应所述第二连接件连接于所述直齿的一侧面上靠近其外环顶点的位置处，所述拉簧的相对两端分别连接于所述第一连接件和所述第二连接件。4.根据权利要求1所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述第一壳体包括连杆固定件和第一连杆夹板，所述连杆固定件连接于所述第一壳体，所述第一连杆夹板连接于所述连杆固定件，并与所述连杆固定件相互配合，以固定连接所述第一连接杆。5.根据权利要求4所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述第一壳体还包括旋转固定壳、旋转外壳和滑动件，所述旋转固定壳连接于所述连杆固定件，所述旋转固定壳面向所述旋转外壳的一侧面上形成有滑轨，所述旋转外壳连接于所述齿环，所述滑动件的一端连接于所述旋转外壳，所述滑动件的另一端滑动连接于所述滑轨。6.根据权利要求5所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述第一壳体还包括第二连接杆40夹板，所述第二连接杆40夹板连接于所述旋转外壳，并与所述旋转外壳相互配合，以固定连接所述第二连接杆。7.根据权利要求1所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述髋关节组件包括第二壳体、凸轮以及弹性件，所述第二壳体的连接于所述第一连接杆的一端，用于穿戴在用户的髋关节部，所述凸轮连接于所述外壳和所述连接杆远离所述膝关节组件的另一端，所述弹性件包括呈设定角度设置的第一支脚和第二支脚，所述第一支脚连接于所述外壳，所述第二支脚抵接于所述凸轮的第一侧面；其中，所述第一连接杆在驱动所述凸...
【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，姜鹏，王烨，邵天琪，李光林，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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