[發(fā)明專利]一種助力型外骨骼用背架髖部兩級聯(lián)結(jié)裝置

有效

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• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103142332A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉放;程文明;周宏;張則強;朱家元;吳曉
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: A61F2/60
• 分類號: A61F2/60
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發(fā)明涉及機械結(jié)構的設計，尤其涉及一種用于助力型外骨骼的實現(xiàn)背架和髖部穩(wěn)定連接且能可靠承載的兩級聯(lián)結(jié)裝置。

背景技術

振動現(xiàn)象是每件機械產(chǎn)品的自然現(xiàn)象，如機翼因顫振而折斷，鋼結(jié)構因共振而坍塌等，此謂不利因素；又如振動輸送機、振動球磨機等，為有利因素。在振動成為機械不利因素的場合，減振和隔振有越來越高的要求，所以彈性阻尼系統(tǒng)的設計同樣是機械設計的必要步驟。

對于人機攜行系統(tǒng)中的外骨骼結(jié)構而言，其主要功能在代替人體承受垂向載荷，因此外骨骼和人體之間必須通過連接裝置緊緊連接在一起。這樣在人機攜行期間，負重隨人體運動的速度和加速度會造成振動和沖擊現(xiàn)象。當人機攜行行走時，在支撐相和擺動相的周期運動中，人機質(zhì)心有一個上下起伏的運動特征，在起或沉的階段，負重都會由加速度引起動載荷，并隨人機質(zhì)心曲線反復作用于外骨骼，隨著行走速度的增加，步頻的加快和步幅的增大，此動載荷作用周期的頻率也會增加，幅值會變大，造成對外骨骼的振動沖擊。

同時在人機行走運動期間，擺動提供側(cè)相對于支撐側(cè)會出現(xiàn)吊胯現(xiàn)象，即單腳支撐時，負重由該側(cè)支撐，另一側(cè)的運動則不能受到限制，否則會影響人機運動之間的協(xié)調(diào)性，這就要求背架和髖部之間的連接裝置既要能夠垂向支撐力，兩側(cè)之間的運動自由度又不能相互制約。

通過對外骨骼可能受到的振動和沖擊作用的分析，以及對人機間協(xié)調(diào)性的影響，要求外骨骼的背架和髖部結(jié)構之間的設計既要能滿足承載要求，又要能實現(xiàn)左右髖部的解耦，滿足人機運動協(xié)調(diào)性的要求。

在目前的外骨骼機械結(jié)構的研究中，重點集中在下肢承載機構的設計和強度、剛度分析，而往往忽略了背架和髖部之間的問題，且從公布的研究成果來看，通常將背架、左右髖部連接為一個整體，能夠?qū)崿F(xiàn)人體直立、靜態(tài)條件下的承載，但對于諸如行走等運動姿態(tài)的承載則沒有解決，且人機之間的協(xié)調(diào)運動沒有實現(xiàn)。

本發(fā)明提出一種新的用于助力型外骨骼的實現(xiàn)背架和髖部穩(wěn)定連接且能可靠承載的兩級聯(lián)結(jié)裝置，在背架和髖部之間設置腰部護板作為中間連接裝置，且共用一根中間軸，同時在背架與護板、護板與髖部結(jié)構之間對稱設置阻尼器，分別將三者進行可靠連接，并且通過阻尼器的拉伸作用，可以增強負重的穩(wěn)定性，有效降低負重在人機運動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，可以實現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提高人機運動的協(xié)調(diào)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設計一種應用于外骨骼背架和髖部聯(lián)結(jié)的一種新型裝置，在阻尼器的作用下增強負重的穩(wěn)定性，有效降低負重在人機運動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，實現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提高人機運動的協(xié)調(diào)性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術方案是：

一種助力型外骨骼用背架髖部兩級聯(lián)結(jié)裝置，在人機攜行系統(tǒng)的外骨骼結(jié)構中用于背架和髖部構件間的緩沖聯(lián)接，保證外載荷的傳遞和人機運動協(xié)調(diào)，設置腰部護板100，腰部護板上設置有兩級聯(lián)接裝置，其一用于與背架200聯(lián)接，包括：一級阻尼器201的一端設置在腰部護板100上，其另一端與背架200的左邊聯(lián)接；一級阻尼器202對稱設置，與背架200的右邊聯(lián)接；另一聯(lián)接裝置用于與髖部構件聯(lián)接，包括：二級阻尼器301的一端設置在腰部護板100上，其另一端與左髖構件300聯(lián)接，另一二級阻尼器302對稱設置，與右髖構件400聯(lián)接；腰部護板100中部設置中心軸120，背架200、左髖構件300和右髖構件400套接在中心軸120上。

腰部護板100中部設置中心軸120，背架200、左髖構件300和右髖構件400套接在中心軸120上，并可繞中心軸120小幅度旋轉(zhuǎn)。

采用如上的結(jié)構，在外骨骼的背架和髖部之間設置腰部護板作為中間連接裝置，且通過三者共用一根中間軸初步實現(xiàn)三個平動方向和兩個轉(zhuǎn)動方向的自由度約束；為了使腰部護板和背架能夠在人機運動過程中始終位于中間位置，同時在背架與腰部護板之間左右對稱設置一級阻尼器，實現(xiàn)一級聯(lián)結(jié)，在護板與髖部結(jié)構之間對稱設置二級阻尼器，實現(xiàn)二級聯(lián)結(jié)，并同時將三者可靠連接為耦合結(jié)構。

通過這種在助力型外骨骼的背架和左右髖部以及腰部護板之間設置兩級聯(lián)結(jié)裝置的方式，可以約束三者的平動和轉(zhuǎn)動自由度，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的連接，使背架上的負重可以順利地向下肢結(jié)構傳遞，增強負重的穩(wěn)定性；并且通過阻尼器的拉伸作用，可以釋放一定的轉(zhuǎn)動自由度范圍，不僅可以有效降低負重在人機運動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，還可以實現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提高人機運動的協(xié)調(diào)性。

附圖說明

圖1是外骨骼背架和髖部聯(lián)結(jié)裝置的主視圖。

圖2是圖1A-A剖視圖。