[發明專利]一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備

有效

• 申請號: 201710112731.9
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106926220B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 丁希侖;張偉;張武翔;石狄
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備，其特征在于：包括一條主支鏈與兩條輔助驅動支鏈、腰部托架、腿部托架、腰部連接架與腿部連接架；

所述主支鏈包含兩套相對于y軸對稱的平行四桿結構；y軸正向同人體右向；兩套平行四桿結構相對的頂點鉸接形成轉動副；同時遠離y軸的一條連桿分別作為腰部連桿與腿部連桿；腰部連桿與腿部連桿分別用來連接腰部托架與腿部托架；腰部連桿與腿部連桿軸線交于一點，作為主支鏈的旋轉中心，位于沿人體前后方向設定的一條虛擬轉軸上；

上述主支鏈中，腰部連桿與腿部連桿的輸出端上通過軸承分別套接有柱狀的腰部連接頭與腿部連接頭；上述腰部連接頭和腿部連接頭側壁分別通過腰部連接架和腿部連接架，與腰部托架和腿部托架連接固定；腰部連接架與腿部連接架均由相互鉸接且鉸接軸平行于y軸的支架構成；

所述兩條輔助驅動支鏈分別位于人體前部與后部；輔助驅動支鏈由兩段連桿構成，兩段連桿間形成P副；其中內層連桿端部安裝有虎克鉸，通過虎克鉸與腰部托架相連，形成U副；外層連桿端部安裝球鉸，通過球鉸與腿部托架鉸接，形成S副。

2.如權利要求1所述一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備，其特征在于：主支鏈由8根連桿構成，令8根連桿分別為1～8號連桿；其中，1～4號連桿順時針布置構成第一套平行四連桿結構，5～8號連桿逆時針布置構成第二套平行四連桿結構；令兩套平行四連桿結構中，靠近y軸的連桿為3號與7號連桿，1號與5號連桿為遠離y軸的連桿，分別作為腰部連桿與腿部連桿；兩套平行四連桿結構中4號連桿和3號連桿鉸接處同時與7號連桿和8號連桿鉸接處間鉸接，形成轉動副；2號與6號連桿相對端端部間鉸接，形成轉動副；由此3號、7號、2號與6號連桿間構成一套四桿結構。

3.如權利要求1所述一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備，其特征在于：主支鏈由6根連桿構成，令6根連桿分別為1～6號連桿；其中，3號與4號連桿呈X型，相交處鉸接形成轉動副；5號和6號連桿分別與3號和4號連桿平行設置，且末端分別與4號和3號連桿末端相交并鉸接形成轉動副；1號連桿作為腰部連桿，2號連桿作為腿部連桿，分別與4號和3號連桿平行，且1號連桿與3號和5號連桿前端相交并鉸接形成轉動副；2號連桿與4號和6號連桿相交并鉸接形成轉動副；由此，1號、3號、4號與5號連桿間構成第一套平行四桿結構；2號、3號、4號與6號連桿間構成第二套平行四桿結構。

4.如權利要求1所述一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備，其特征在于：腰部托架設置于人體胯部位置，通過綁帶固定；腿部托架設置于人體大腿上，根據人體髖關節相對腰部托架的位置，對腿部托架位置進行調節，使得人體髖關節中心位于主支鏈的虛擬轉軸上，此時將腿部托架與人體大腿間通過綁帶固定。

5.如權利要求1所述一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備，其特征在于：主支鏈可采用斜置的方式，同時將兩條輔助驅動支鏈設置于人體一側，并通過多滑桿機構連接腰部托架與腿部托架；具體方式為：主支鏈中腰部連桿的輸出端相對主支鏈的旋轉中心朝向x軸負向偏轉，通過腰部連接頭、腰部連接架與腰部托架相連，實現主支鏈的斜置；多滑桿機構分為上部多滑桿機構與下部多滑桿機構；其中，上部多滑桿機構包括四根可伸縮桿，令分別為伸縮桿A、伸縮桿B、伸縮桿C與伸縮桿D；伸縮桿A與伸縮桿B的相接端端部鉸接，且鉸接處固定于腰部托架上，同時使伸縮桿A與伸縮桿B所在平面向后傾斜；伸縮桿C與伸縮桿D垂直于伸縮桿A與伸縮桿B所在平面，固定端分別與伸縮桿A與伸縮桿B的固定端固定；下部多滑桿機構包括兩根可伸縮桿，令分別為伸縮桿E與伸縮桿F；伸縮桿E與伸縮桿F的相接端端部鉸接，且鉸接處固定于腿部托架上；兩條輔助驅動支鏈分別通過虎克鉸連接伸縮桿C與伸縮桿D的鉸接端；同時分別通過球鉸鉸接伸縮桿E與伸縮桿F的鉸接端。

6.如權利要求1所述一種具備RCM三自由度旋轉的人體髖關節可穿戴式助力設備，其特征在于：主支鏈、兩條輔助驅動支鏈與腰部托架間設置有半弧形腰部連接架；主支鏈、輔助驅動支鏈與腰部連接架的連接方式，與主支鏈、輔助驅動支鏈與腰部托架間的連接方式相同；而腰部托架兩端通過在腰部連接架周向上安裝的三套三軸移動平臺實現與腰部連接架間的連接，使腰部托架具有沿x、y、z方向三個可鎖緊移動自由度。