[實用新型]一種助力型外骨骼用背負系統抗傾覆多頭螺紋阻尼器

有效

• 申請號: 201320085264.2
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN203122685U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（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

本實用新型涉及機械元器件，尤其涉及一種用于助力型外骨骼的實現背架和髖部穩定連接且能抗傾覆的助力型外骨骼用背負系統抗傾覆多頭螺紋阻尼器。

背景技術

外骨骼技術是近年來智能機器人學科研究的重要熱點之一。外骨骼的概念就是模擬人體的骨骼、肌肉和關節系統為之配備相應的金屬外骨骼，使負重主要通過外骨骼傳遞至地面，在機械、動力和控制系統的協同工作下，提高人體運動時的負重能力，增強人的耐力，可有效的解決負荷與人體承載能力有限之間的矛盾。目前包括美國、日本和俄羅斯等國在內的多家科研機構和高等院校均將外骨骼技術列為重點研究內容。

依據人體結構而設計的外骨骼主要分為背架、髖部和下肢結構，分別模擬人體的軀干骨、髖骨和下肢骨。背架和髖部之間為款關節點，該關節自由度眾多，既有相對的平動自由度也有轉動自由度，是外骨骼研究中的難點之一。背架主要用于支撐各種形狀、各種重量的外載荷，為了將外載荷能有效地傳遞至髖部，在背架和髖部之間必須設置聯結裝置。由于人體髖關節的運動很靈活，為了使外骨骼的結構不妨礙人體的運動，因此聯結裝置必須既能傳遞載荷，也要有一定的自由度。同時，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。

因此，通過對外骨骼傳遞載荷和人機協調運動的功能分析，要求外骨骼的背架和髖部結構之間的結構設計既要能滿足承載要求，又要能實現左右髖部的解耦，滿足人機運動協調性的要求。在目前的外骨骼機械結構的研究中，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，能夠實現人體直立、靜態條件下的承載，但對于諸如行走等運動姿態的承載則沒有解決，且人機之間的協調運動沒有實現；即使增加了彈性聯結裝置，也僅僅是設置圓柱螺旋彈簧，沒有阻尼的作用；且背架和髖部結構之間的空間位置有限，僅采用圓柱螺旋彈簧或橡膠簧會導致支撐力不足，不能有效地起到背架及其外載荷抗傾覆的作用。

實用新型內容

鑒于現有技術的以上不足，本實用新型的目的是提供一種用于外骨骼背架和髖部聯結的新型助力型外骨骼用背負系統抗傾覆多頭螺紋阻尼器，其目的是為了通過在背架和髖部之間左、右各設置一只阻尼器，在阻尼的作用下減緩外載荷的左右傾覆，增強穩定性，并能有效降低負重在人機運動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，實現外骨骼左右兩側的解耦，有效提高人機運動的協調性。本實用新型所采用的技術方案是：一種助力型外骨骼用背負系統抗傾覆多頭螺紋阻尼器，用于背架和髖部穩定連接，其特征在于，包括：一內套筒3，內套筒的一端與左側連接座1聯接，另一端套置在與右側連接座5相連的外套筒4內，內套筒與外套筒4間隙配合呈可軸向滑動狀態；外套筒4內軸向固定有一中段具有多頭螺桿的中心軸12，中心軸的另一端穿過內套筒3的中心通孔13，由螺母6封住中心軸左端頭，從而使中心軸在受到右側軸向力時可作軸向串動；二推力軸承對稱設置在中心軸上，其間設置有與所述中心軸多頭螺桿相配合的多頭內螺紋的多頭螺紋旋轉體10；各推力軸承與套筒間設置有彈性體；阻尼器的右側連接座和左側連接座分別用于與助力型外骨骼用背負系統背架和髖部結構相連。

本實用新型的用于助力型外骨骼的實現背架和髖部穩定連接且能抗傾覆的助力型外骨骼用背負系統抗傾覆多頭螺紋阻尼器，安裝在背架和髖部之間，可將二者進行可靠連接，通過阻尼器的抗壓作用，可以增強負重的穩定性，防止其產生左右的擺動，并能通過阻尼有效降低負重在人機運動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，有效提高人機運動的協調性。

本實用新型阻尼器主要的工作部件是兩只聚氨酯彈性體和多頭螺紋旋轉體。將多頭螺紋旋轉體安裝于兩只彈性體之間，在彈性體與旋轉體之間設置推力軸承，既能使二者之間可以相對旋轉，也能通過推力軸承有效傳遞大負荷軸向載荷。彈性體將受到的壓力通過推力軸承傳遞給多頭螺紋旋轉體，彈性體自身的壓縮變形可為支撐外載荷和吸能減震提供一定的彈性支撐力和阻尼；而多頭螺紋旋轉體在壓力的作用下，產生相對于中間多頭螺紋桿的旋轉運動和軸向的平移運動，通過內外螺紋之間的摩擦力提供軸向支撐力和為吸能減震提供阻尼作用。在彈性體和多頭螺紋的共同作用下，為外載荷提供抵抗其左右傾倒的支撐力，且能為運動過程中的沖擊載荷提供吸能緩沖作用。

附圖說明

圖1是本實用新型多頭螺紋阻尼器的外觀圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。