[發(fā)明專利]一種基于離合器分時調(diào)控的髖膝雙關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811075244.0
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109528451B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳文斌;衛(wèi)通通;周天成;吳霜;熊蔡華
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發(fā)明屬于下肢外骨骼技術(shù)領(lǐng)域，并具體公開了一種基于離合器分時調(diào)控的髖膝雙關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置，包括腰部支撐組件、連接組件、大腿組件、離合器組件、小腿組件和彈性元件組件，腰部支撐組件用于固定在腰部，連接組件設(shè)置有兩組并對稱布置在支撐組件兩側(cè)，大腿組件設(shè)置有兩組并分別與兩組連接組件相連，離合器組件設(shè)置有兩組并分別安裝在兩組大腿組件上，小腿組件設(shè)置有兩組并對稱布置在兩組大腿組件的下方，彈性元件組件設(shè)置有兩組且左右對稱布置。本發(fā)明可輔助膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動，提高能量利用效率，減少行走的代謝能消耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于下肢外骨骼技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于離合器分時調(diào)控的髖膝雙關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置。

背景技術(shù)

雖然汽車和火車等輪式交通工具的出現(xiàn)極大的方便了人們的出行，但是容易受到地形條件的限制，人類平均每天仍要行走一萬步左右，行走在人的日常生活中具有不可替代性。然而，由于人體內(nèi)部大量軟組織摩擦、空氣阻尼以及鞋底滑動摩擦等原因，使得人體行走的運(yùn)動效率并不高。同時，長時間行走引起的肌肉疲勞更是會降低人的運(yùn)動能力，引起日常生活的不便。因此，研發(fā)出能夠輔助人類行走、提高人類行走效率以及增強(qiáng)人體運(yùn)動能力的下肢外骨骼裝置具有十分重要的科學(xué)研究意義和實用價值。

被動下肢外骨骼不同于傳統(tǒng)的動力下肢外骨骼，傳統(tǒng)的動力下肢外骨骼由驅(qū)動器驅(qū)動，通常還包含配套的能量源、傳感器以及控制系統(tǒng)等，這類外骨骼通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝置笨重，多用于患者的康復(fù)訓(xùn)練和部隊的單兵作戰(zhàn)等，并不適用于人類日常生活中的正常行走。而被動下肢外骨骼的設(shè)計更加符合人體的運(yùn)動規(guī)律，其僅僅依靠外部彈性元件跟隨下肢運(yùn)動以提供動力輔助，因此并不需要傳感器和能量源等復(fù)雜的配套件，依靠巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及彈性元件的布置就可以輔助人體日常行走、降低行走代謝能消耗。被動下肢外骨骼制造成本低、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕便，不僅是外骨骼機(jī)器人學(xué)科前沿的研究熱點(diǎn)，而且具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出了多種輔助行走、奔跑和跳躍的下肢被動外骨骼裝置，但是能夠成功提高行走效率、減少行走代謝能消耗的下肢被動外骨骼卻寥寥無幾。目前已研發(fā)出的能夠降低代謝能消耗的被動外骨骼均為單關(guān)節(jié)外骨骼裝置，且大都是針對行走過程中做正功較多的踝關(guān)節(jié)或者髖關(guān)節(jié)，完全忽視了膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動作用以及整個下肢的運(yùn)動協(xié)同關(guān)系，嚴(yán)重限制了下肢被動外骨骼的運(yùn)動輔助作用，難以進(jìn)一步提升人體代謝能的利用效率。結(jié)合膝關(guān)節(jié)的行走運(yùn)動特性、研發(fā)出能夠同時輔助膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)被動外骨骼不僅有望充分地利用膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的能量，而且有望進(jìn)一步提高行走效率、降低行走代謝能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于離合器分時調(diào)控的髖膝雙關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置，其結(jié)合了膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的行走運(yùn)動特性，使得膝關(guān)節(jié)能量能夠通過外部裝置轉(zhuǎn)移至髖關(guān)節(jié)，同時輔助膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動，提高能量利用效率，減少行走的代謝能消耗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于離合器分時調(diào)控的髖膝雙關(guān)節(jié)被動外骨骼裝置，其包括腰部支撐組件、連接組件、大腿組件、離合器組件、小腿組件和彈性元件組件，其中，所述腰部支撐組件用于固定在腰部，所述連接組件用于連接腰部支撐組件和大腿組件，其設(shè)置有兩組并且左右對稱布置在支撐組件的兩側(cè)，所述大腿組件設(shè)置有兩組，兩組大腿組件分別與兩組連接組件相連，用于固定在大腿上，所述離合器組件設(shè)置有兩組，兩組離合器組件分別安裝在兩組大腿組件上，用于分時調(diào)控膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的能量，所述小腿組件設(shè)置有兩組并且左右對稱布置在兩組大腿組件的下方，用于固定在小腿上，所述彈性元件組件設(shè)置有兩組且左右對稱布置，其連接所述腰部支撐組件和小腿組件，并且穿過離合器組件。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述腰部支撐組件包括兩腰部支具、腰部柔性綁帶和腰部支具連接件，所述腰部支具連接件用于連接所述兩腰部支具的一端，所述腰部柔性綁帶用于連接兩腰部支具的另一端，以將腰部支具固定在腰部以承受力支撐。