[發明專利]一種用于下肢外骨骼的軀干被動省力裝置

有效

• 申請號: 201711433737.2
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108214457B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 宋遒志;郭超越;王鑫;黃坤;祁卓;周世通;馮琳;趙明升
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;楊志兵

本發明涉及外骨骼機器人技術領域，特別涉及一種用于下肢外骨骼的輔助設備。一種用于下肢外骨骼的軀干被動省力裝置，其技術方案是：背板上部設有肩帶，中部靠下部分設有一組背部彈性元件，背部彈性元件的一端固定在背板上，另一端連接一個輔助固定塊；左右兩個輔助固定塊均通過銷軸A與腰部連接板連接；腰部連接板兩側設有腰帶，中部設有安裝孔，銷軸B穿過腰部連接板上的安裝孔，將腰部連接板、鉸接在一起的左腿部連接件以及右腿部連接件活動安裝于背板；在左腿部連接件、右腿部連接件兩側的背板上設有彈性限位元件。本發明解決了使用者穿戴外骨骼行走過程中為保持在冠狀面內的平衡需消耗使用者大量體力并提高穿戴舒適性的問題。

技術領域

本發明涉及外骨骼機器人技術領域，特別涉及一種用于下肢外骨骼的輔助設備。

背景技術

外骨骼機器人是用于輔助人體完成一些讓人體正常情況較難或無法完成的任務(如大負重情況下的長距離快速運動)，以大幅度增強人體的運動能力，可用于軍事、科考、醫療、建筑、維修等領域。

由于外骨骼是一種省力助力的輔助設備，由人體生物力學可知，在行走過程中，人體軀干與骨盆在冠狀面內有相對轉動。現有的外骨骼設備中主要考慮到的是在矢狀面內的省力助力問題，忽略了人穿戴外骨骼在行走過程中上肢軀干帶動負載在冠狀面內長時間擺動也會消耗人大量體力，并會在肩部的人機接口處對人體肩部造成較大的壓力，降低穿戴者穿戴外骨骼的舒適性。再者，隨著負載擺動幅度的增大，人體肩部受力也越來越大，在負載較大的情況下還有造成冠狀面內傾覆的危險。

發明內容

本發明的目的是：為了解決使用者穿戴外骨骼行走過程中為保持在冠狀面內的平衡需消耗使用者大量體力以及穿戴舒適性的問題，提出一種用于下肢外骨骼的軀干被動省力裝置。

本發明的技術方案是：一種用于下肢外骨骼的軀干被動省力裝置，它包括：腰部連接板、背板、背部彈性元件、左腿部連接件、右腿部連接件、彈性限位元件以及輔助固定塊；

背板上部設有肩帶，中部與腰部連接板對應位置的左右兩側各設有一個背部彈性元件，背部彈性元件的一端固定在背板上，另一端連接一個輔助固定塊；左右兩個輔助固定塊均通過銷軸A與腰部連接板連接；當所述背板和腰部連接板產生相對轉動時，所述背部彈性元件產生一個有助于背板和腰部連接板回復到平衡位置的合扭矩；

腰部連接板兩側設有腰帶，中部設有安裝孔，銷軸B穿過腰部連接板上的安裝孔，將腰部連接板以及頂部鉸接在一起的左腿部連接件以及右腿部連接件活動安裝于背板上；在左腿部連接件、右腿部連接件兩側的背板上設有彈性限位元件，所述彈性限位元件用于限制所述左腿部連接件以及所述右腿部連接件和所述背板之間的相對轉動范圍；左支撐腿、右支撐腿分別與左腿部連接件、右腿部連接件連接。

進一步的，腰部連接板上對稱的設有一組弧形槽，每組弧形槽處設有一個以上的輔助調節塊；輔助調節塊為弧形結構，活動安裝于腰部連接板，銷軸A位于弧形槽內，通過將不同輔助調節塊的開口側轉向弧形槽，調節銷軸A的位置，改變背部彈性元件產生的力相對于背板與左腿部連接件、右腿部連接件以及腰部連接板鉸接處的力臂，從而改變背部彈性元件所產生的復位扭矩。使用時：腰部連接板通過腰帶和人體腰部連接在一起，背板通過肩帶和人體肩部連接在一起；背板、左腿部連接件、右腿部連接件與腰部連接板鉸接，三者相互之間可以相對轉動；背板和腰部連接板之間通過背部彈性元件連接，背部彈性元件提供背板相對于腰部連接板的復位扭矩，從而達到減少人的上肢在帶動負載擺動的過程中的體力消耗。

彈性限位元件通過螺紋或者銷軸等方式與背板固連在一起，彈性限位元件的固定位置需要根據人體生物力學與左右腿部連接件的角度配合確定。彈性限位元件主要用于防止在負載較大時所可能造成的冠狀面內的傾覆，并在一定程度上起到支撐負載，將負載的重量通過外骨骼傳遞到地面的作用。