[發明專利]一種三自由度外骨骼髖關節多重限位裝置

在審

• 申請號: 201711436057.6
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108158786A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 歐陽小平;吳菲菲;黃梓亮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種三自由度外骨骼髖關節多重限位裝置。包括髖關節連接板、液壓缸、兩個連接耳片、伸展/彎曲關節、外展/內收關節、旋內/旋外關節、限位銷和大腿連接桿；液壓缸推動兩個連接耳片，繼而驅動伸展/彎曲關節，實現伸展/彎曲的主動自由度；外展/內收關節和旋內/旋外關節在人體相應部位的驅動分別實現外展/內收和旋內/旋外的被動自由度；同時利用液壓缸行程的限制、伸展/彎曲關節下表面的凸臺結構和限位銷實現關節在三個自由度上的符合人體運動需求的限位，避免外骨骼對穿戴者造成損傷。本發明通過簡單可行的機構與配合，控制靈活，實現髖關節運動所需的三個自由度，所帶多重限位提高穿戴者的舒適性和安全性。

技術領域

本發明屬于外骨骼機器人領域，尤其涉及了一種三自由度外骨骼髖關節多重限位裝置。

背景技術

作為人類最重要的關節之一，髖關節需要承載整個軀干的重量，實現人體行走過程中伸展/彎曲、外展/內收和旋內/旋外這三個重要的自由度。所以，外骨骼機器人髖關節的設計是實現外骨骼機器人助力功能的關鍵技術。

目前，外骨骼機器人髖關節由于擁有三個自由度而且運動極限角度較大，導致結構比較復雜和空間體積比較大。有時候，為了簡化結構和減小體積，往往會犧牲自由度和運動的極限角度。這樣的髖關節控制不簡便，大大地降低了穿戴者的舒適性和助力效果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供了一種三自由度外骨骼髖關節多重限位裝置，通過簡單可行的機構與配合，控制靈活，實現髖關節運動所需的三個自由度，所帶多重限位提高穿戴者的舒適性和安全性。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括髖關節連接板、液壓缸、連接耳片A、連接耳片B、伸展/彎曲關節、外展/內收關節、旋內/旋外關節、限位銷和大腿連接桿；液壓缸一端鉸接連接到髖關節連接板上的一端，液壓缸一端與連接耳片A的中部鉸接，連接耳片A一端鉸接到髖關節連接板上的中部，連接耳片A另一端與連接耳片B的一端鉸接，連接耳片B另一端與伸展/彎曲關節中部延伸出的凸耳鉸接，伸展/彎曲關節上端鉸接到髖關節連接板上的另一端；伸展/彎曲關節下端開有水平通孔，外展/內收關節呈U形，通過第一連接軸穿設于U形的上端和伸展/彎曲關節的水平通孔的兩端穿設，使得伸展/彎曲關節下端和外展/內收關節上端之間鉸接；旋內/旋外關節下端穿過外展/內收關節U形的下端并開有水平通孔，大腿連接桿上端開有水平通孔和端面孔，水平通孔和端面孔相連通，旋內/旋外關節下端伸入到大腿連接桿的端面孔中后，通過第二連接軸穿設于旋內/旋外關節下端的水平通孔和大腿連接桿上端的水平通孔，使得旋內/旋外關節下端和大腿連接桿上端鉸接。

所述的液壓缸推動連接耳片A，進而推動連接耳片B驅動伸展/彎曲關節繞髖關節連接板旋轉，實現髖關節的伸展/彎曲的主動自由度；所述的外展/內收關節和伸展/彎曲關節之間相對轉動，實現髖關節的外展/內收的被動自由度；所述的外展/內收關節和旋內/旋外關節之間相對轉動，實現髖關節的旋內/旋外的被動自由度。

所述伸展/彎曲關節的下端面設有由兩個高度不同的半圓表面組成的臺階結構，旋內/旋外關節上端的兩側分別和臺階結構的兩個半圓表面形成不同的間隙，使得旋內/旋外關節在被外展/內收關節帶動繞第一連接軸旋轉時，被高度較低的半圓表面阻擋，且不被高度較高的半圓表面阻擋，從而實現外展/內收關節和伸展/彎曲關節外展/內收的運動限位；

所述的旋內/旋外關節上端設有圓形凸緣，圓形凸緣為3/4圓的扇形結構，具有1/4圓的扇形缺口，并且在外展/內收關節U形下端的上表面上邊緣處設有限位銷，限位銷位于圓形凸緣的1/4圓的扇形缺口處，使得旋內/旋外關節限位在1/4圓的角度內轉動。

通過上述結構共同實現髖關節控制靈活、運動接近真實的自由度運動，實現關節在三個自由度上的符合人體運動需求的限位，避免外骨骼對穿戴者造成損傷，提高穿戴者的舒適性和安全性。