[實(shí)用新型]一種助力型外骨骼用背架髖部兩級聯(lián)結(jié)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320085341.4
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN203122695U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉放;程文明;周宏;張則強(qiáng);朱家元;吳曉
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: A61F4/00
• 分類號: A61F4/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，尤其涉及一種用于助力型外骨骼的實(shí)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(shù)

振動現(xiàn)象是每件機(jī)械產(chǎn)品的自然現(xiàn)象，如機(jī)翼因顫振而折斷，鋼結(jié)構(gòu)因共振而坍塌等，此謂不利因素；又如振動輸送機(jī)、振動球磨機(jī)等，為有利因素。在振動成為機(jī)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(shè)計(jì)同樣是機(jī)械設(shè)計(jì)的必要步驟。

對于人機(jī)攜行系統(tǒng)中的外骨骼結(jié)構(gòu)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(jī)攜行期間，負(fù)重隨人體運(yùn)動的速度和加速度會造成振動和沖擊現(xiàn)象。當(dāng)人機(jī)攜行行走時，在支撐相和擺動相的周期運(yùn)動中，人機(jī)質(zhì)心有一個上下起伏的運(yùn)動特征，在起或沉的階段，負(fù)重都會由加速度引起動載荷，并隨人機(jī)質(zhì)心曲線反復(fù)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(jī)行走運(yùn)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(fù)重由該側(cè)支撐，另一側(cè)的運(yùn)動則不能受到限制，否則會影響人機(jī)運(yùn)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(yùn)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(jī)間協(xié)調(diào)性的影響，要求外骨骼的背架和髖部結(jié)構(gòu)之間的設(shè)計(jì)既要能滿足承載要求，又要能實(shí)現(xiàn)左右髖部的解耦，滿足人機(jī)運(yùn)動協(xié)調(diào)性的要求。

在目前的外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究中，重點(diǎn)集中在下肢承載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)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(yùn)動姿態(tài)的承載則沒有解決，且人機(jī)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動沒有實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)用新型提出一種新的用于助力型外骨骼的實(shí)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(shè)置腰部護(hù)板作為中間連接裝置，且共用一根中間軸，同時在背架與護(hù)板、護(hù)板與髖部結(jié)構(gòu)之間對稱設(shè)置阻尼器，分別將三者進(jìn)行可靠連接，并且通過阻尼器的拉伸作用，可以增強(qiáng)負(fù)重的穩(wěn)定性，有效降低負(fù)重在人機(jī)運(yùn)動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，可以實(shí)現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提高人機(jī)運(yùn)動的協(xié)調(diào)性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種應(yīng)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(qiáng)負(fù)重的穩(wěn)定性，有效降低負(fù)重在人機(jī)運(yùn)動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，實(shí)現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提高人機(jī)運(yùn)動的協(xié)調(diào)性。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的所采用的技術(shù)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(jī)攜行系統(tǒng)的外骨骼結(jié)構(gòu)中用于背架和髖部構(gòu)件間的緩沖聯(lián)接，保證外載荷的傳遞和人機(jī)運(yùn)動協(xié)調(diào)，設(shè)置腰部護(hù)板100，腰部護(hù)板上設(shè)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(shè)置在腰部護(hù)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(shè)置，與背架200的右邊聯(lián)接；另一聯(lián)接裝置用于與髖部構(gòu)件聯(lián)接，包括：二級阻尼器301的一端設(shè)置在腰部護(hù)板100上，其另一端與左髖構(gòu)件300聯(lián)接，另一二級阻尼器302對稱設(shè)置，與右髖構(gòu)件400聯(lián)接；腰部護(hù)板100中部設(shè)置中心軸120，背架200、左髖構(gòu)件300和右髖構(gòu)件400套接在中心軸120上。

腰部護(hù)板100中部設(shè)置中心軸120，背架200、左髖構(gòu)件300和右髖構(gòu)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(gòu)，在外骨骼的背架和髖部之間設(shè)置腰部護(hù)板作為中間連接裝置，且通過三者共用一根中間軸初步實(shí)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(hù)板和背架能夠在人機(jī)運(yùn)動過程中始終位于中間位置，同時在背架與腰部護(hù)板之間左右對稱設(shè)置一級阻尼器，實(shí)現(xiàn)一級聯(lián)結(jié)，在護(hù)板與髖部結(jié)構(gòu)之間對稱設(shè)置二級阻尼器，實(shí)現(xiàn)二級聯(lián)結(jié)，并同時將三者可靠連接為耦合結(jié)構(gòu)。

通過這種在助力型外骨骼的背架和左右髖部以及腰部護(hù)板之間設(shè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的連接，使背架上的負(fù)重可以順利地向下肢結(jié)構(gòu)傳遞，增強(qiáng)負(fù)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(fù)重在人機(jī)運(yùn)動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，還可以實(shí)現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提高人機(jī)運(yùn)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。

圖3是圖1B-B剖視圖。