[發明專利]一種仿人體膝關節運動曲線的穿戴式下肢助行外骨骼

在審

• 申請號: 201910851656.7
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110464606A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 張建華;崔國錟;劉璇;李克祥;趙新剛;朱玲超
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 12210 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張國榮<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種仿人體膝關節運動曲線的穿戴式下肢助行外骨骼，其特征在于，包括背部支撐部分、髖關節部分、大腿部分、小腿部分、踝關節部分；背部支撐部分的兩側分別與髖關節部分的力傳遞支撐件相連，髖關節部分通過下肢支撐件與大腿部分的上端相連，大腿部分的另一端與小腿部分相連形成膝關節，小腿部分的下端通過小腿伸縮部件與踝關節部分相連；一個髖關節部分、一個大腿部分、一個小腿部分、一個踝關節部分構成了一個單側下肢助行外骨骼，兩個單側下肢助行外骨骼對稱裝配在背部支撐部分上形成完整的下肢助行外骨骼；

所述的背部支撐部分包括靠背、伸縮桿、一號連接桿和二號連接桿；靠背通過背帶穿戴在人身上，所述背靠為一個長方形薄片，薄片上有三個用于減輕重量的長方形孔，薄片下端有一個被掏空的凸臺，該凸臺內部的兩側分別安裝有一個伸縮桿，在凸臺的上表面與伸縮桿的上表面均設置有多個等距離的螺栓孔，通過螺栓將伸縮桿固定在背靠的不同位置以適應不同體態的人群；伸縮桿的另一端與一號連接桿的一端鉸接，二者能夠以銷軸為軸相對轉動，從而實現下肢外骨骼的轉彎，并且伸縮桿與一號連接桿之間存在限位保護；一號連接桿的另一端與二號連接桿通過螺栓相連且存在限位保護；二號連接桿的另一端上設置有沿豎直方向的通孔，通過該通孔與髖關節部分的力傳遞支撐件固連；

所述的髖關節部分包括力傳遞支撐件、下肢支撐件、髖關節軸承擋圈、一號軸承、軸承套筒、二號軸承、髖關節扭矩傳感器、一號諧波減速器法蘭盤、髖關節諧波減速器、二號諧波減速器法蘭盤、髖關節電機法蘭盤、髖關節電機、電機支撐件、三號軸承、力傳遞支撐件副件、二號軸承擋圈構成；

所述力傳遞支撐件的結構近似門型框架，在其橫板的左側設置有一個螺栓孔，通過該螺栓孔與與背部支撐部分的二號連接桿相連；其兩側的立板的下部在同一水平位置均橫向設置有安裝孔，其中左側立板的末端較右側的立板長，且左側立板的末端端面為弧形，右側立板的末端端面為方形；在其橫板的右側向下延伸出一個輔助立板，該輔助立板較右側立板短，輔助立板的末端端面為內凹曲面，在內凹曲面的上部設置有兩個通孔；一號軸承和軸承套筒安裝在力傳遞支撐件的左側立板下部的安裝孔內，通過髖關節軸承擋圈防止一號軸承脫落；

下肢支撐件的上部為兩個平行立板和一個底板的結構，其下部為在前側沿豎直方向設置有等距離的螺栓孔的方型立桿，方型立桿設置在底板下表面的左側，兩個平行立板分別設置在底板上表面的左側與中部，左側的平行立板的上部設置有安裝孔，中部的平行立板的上部末端為方型端面，在方型端面的下部設置有兩個通孔；力傳遞支撐件副件安裝在下肢支撐件的底板的右側，且力傳遞支撐件副件的上部端面為內凹曲面，在內凹曲面的下部設置有通孔；

一號軸承的一端安裝在力傳遞支撐件的左側立板下部的安裝孔內，其另一端安裝在下肢支撐件左側的平行立板的上部安裝孔內，并套裝有二號軸承；髖關節扭矩傳感器的左側面通過螺釘固定在下肢支撐件左側的平行立板的上部的右側上，髖關節扭矩傳感器的右側面與一號諧波減速器法蘭盤通過螺釘固定；

一號諧波減速器法蘭盤的另一側面與髖關節諧波減速器的剛輪通過螺釘連接，髖關節諧波減速器的柔輪與二號諧波減速器法蘭盤的一側面通過螺釘連接，髖關節諧波減速器的柔輪的下部通過螺紋孔與螺栓與下肢支撐件的中部的平行立板的上部連接；二號諧波減速器法蘭盤的另一側面與髖關節電機法蘭盤連接，髖關節電機法蘭盤通過螺栓固定在力傳遞支撐件的輔助立板上，髖關節電機法蘭盤的另一側面與髖關節電機通過螺釘固連，髖關節電機的電機軸與髖關節諧波減速器中間的軸孔通過鍵槽連接；髖關節電機固定在電機支撐件上；電機支撐件的上表面設置有內凹槽口，用于容納力傳遞支撐件的右側立板的下部，且電機支撐件的中部沿水平方向設置有通孔，電機支撐件與力傳遞支撐件的右側立板的下部通過軸連接，并在電機支撐件右側的軸上依次安裝有三號軸承和二號軸承擋圈，二號軸承擋圈固定在力傳遞支撐件副件的上端面上，防止三號軸承松動滑落；

所述的大腿部分包括大腿伸縮部件、大腿主支撐、運動曲線配件、大腿副支撐，綁帶、塑料墊塊、大腿電機、電機座、大腿一號連接法蘭盤、大腿扭矩傳感器、大腿二號連接法蘭盤、兩個螺母座、絲杠、副支撐連接件、滑臺、和燕尾型導軌；大腿主支撐作為安裝載體用于安裝所有零件，大腿伸縮部件為頂面開口的空心結構，其前、后兩側面沿豎直方向設置有等距離的螺栓孔，與下肢支撐件前側下部的螺栓孔尺寸相同且距離相等，下肢支撐件的下部通過螺栓安裝在大腿伸縮部件上；大腿伸縮部件的底面與大腿主支撐上端通過螺柱連接，大腿主支撐上部設置有四個通孔用于安裝塑料墊塊和電機座；電機座通過塑料墊塊用螺栓固定安裝在大腿主支撐上，大腿電機固定在電機座上；大腿電機輸出軸通過鍵與大腿一號連接法蘭盤固連，大腿一號連接法蘭盤的另一面通過螺釘與大腿扭矩傳感器的內圈固連，大腿扭矩傳感器的另一面的外圈與大腿二號連接法蘭盤通過螺釘固連，大腿二號連接法蘭盤另一端與絲杠通過鍵相連；絲桿固定在螺母座上，螺母座分別安裝在大腿主支撐的中部和下端，用螺栓固定；燕尾型導軌設置在絲杠的下面，滑臺的中部設置有螺紋孔并與絲杠嚙合，滑臺的底面與燕尾型導軌相配合，目的在于減小絲杠的磨損；綁帶綁在大腿主支撐側面的方形孔中；大腿主支撐下端設有燕尾槽，用于與運動曲線配件的燕尾凸臺相配合，并且設計有螺栓孔用于固定連接；大腿副支撐通過固定在滑臺上的副支撐連接件與小腿部分連接；

所述小腿部分包括小腿主支撐、小腿伸縮部件和四個滾珠螺柱；所述小腿主支撐的結構為長方體的掏空結構，上方有一個橢圓形的凸起，中上部有一個伸出端，此伸出端上設置有圓孔，用于與大腿副支撐通過螺栓連接，小腿主支撐的上部設置有螺紋孔，四個滾珠螺柱安裝在該螺紋孔內；小腿伸縮部件與小腿主支撐的下端通過螺栓固連，小腿伸縮部件上有若干通孔用于不同的身高需求；運動曲線配件下部設置有兩道平行的弧形槽，該弧形槽與小腿部分的滾珠滾柱相配合使其在弧形槽內沿槽口弧度轉動，形成仿人體膝關節的運動曲線；

所述踝關節部分包括踝關節主支撐、腳部固定板、腳部綁帶、連接板、踝關節電機、踝關節一號連接法蘭盤、圓筒部件、踝關節二號連接法蘭盤、踝關節諧波減速器、踝關節三號連接法蘭盤、踝關節扭矩傳感器和“U”型軸；

踝關節主支撐的上部為帶若干通孔的空心結構，該部分安裝在小腿伸縮部件的下部，并通過螺栓固定；踝關節主支撐的中部為一半圓形套筒，踝關節主支撐的上部位于半圓形套筒一末端的上部，半圓形套筒的兩末端向下延伸有踝關節支撐桿，該兩個踝關節支撐桿一個較另一個端，較短的踝關節支撐桿的末端與圓筒部件通過螺栓固定；踝關節電機輸出端與踝關節一號連接法蘭盤的一面連接，踝關節一號連接法蘭盤的另一面與圓筒部件通過螺栓固定，圓筒部件通過螺栓固定在較短的踝關節支撐桿的末端，踝關節二號連接法蘭盤與圓筒部件固定，踝關節二號連接法蘭盤的另一面與踝關節諧波減速器相連，踝關節諧波減速器的輸出端與踝關節三號連接法蘭盤固連，踝關節三號連接法蘭盤的另一面連接踝關節扭矩傳感器，并且“U”型軸的一端通過鍵槽與踝關節三號連接法蘭盤相連，“U”型軸的另一端與一個腳部固定板連接；較長的踝關節支撐桿的末端也連接有一個腳部固定板，兩個腳部固定板之間通過連接板連接，腳部綁帶安裝在連接板的兩端。