[發明專利]一種可輔助支撐負重的髖關節助力外骨骼系統

在審

• 申請號: 202011004983.8
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112008701A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 郭士杰;張毅;陳強;孫磊;丁常松;尹孟可
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 張國榮

1.一種可輔助支撐負重的髖關節助力外骨骼系統，其特征在于，包括背架部分(1)、腰帶部分(2)、髖關節部分(3)、大腿部分(4)、膝關節部分(5)、小腿部分(6)、足部(7)；

腰帶部分(2)連接在背架部分(1)的下側，腰帶部分(2)兩側的下方均連接有一套由髖關節部分(3)、大腿部分(4)、膝關節部分(5)、小腿部分(6)、足部(7)構成的下肢外骨骼，腰帶部分(2)兩側的下肢外骨骼的結構相同，兩者呈鏡面對稱安裝；

其中，背架部分(1)包括背帶(11)、背架(12)；腰帶部分(2)包括腰帶模塊(21)、腰帶(22)；髖關節部分(3)包括髖關節連接板(31)、髖關節電機座(32)、髖關節電機(33)、髖關節輸出軸(34)、髖關節外展內收支架(35)、髖關節內外旋連接塊(36)；大腿部分(4)包括大腿桿(41)、大腿綁縛(42)；膝關節部分(5)包括膝關節連接板(51)、膝關節擋板(52)、軸承擋圈(53)、膝關節軸承(54)、膝關節轉軸(55)、膝關節彈簧(56)、膝關節彈簧下擋板(57)、膝關節彈簧上擋板(58)；小腿部分(6)包括小腿桿(61)、小腿綁縛(62)；足部(7)包括踝部綁縛(71)、小腿彈簧管(72)、足底限位螺釘(73)、足底彈簧(74)、足底彈簧擋塊(75)；

兩根背架(12)的上端設置有上下排布的微孔，通過微孔用縫制的方法連接兩根柔性的背帶(11)；兩根背架(12)的下端設置有將兩根背架(12)的下部連接在一起的背架連接板；腰帶模塊(21)為若干片狀部件組合而成的鏈帶，通過增、減片狀部件的數量來調節腰帶部分(2)的長度；背架連接板的左、右兩側均連接有腰帶模塊(21)，兩側的腰帶模塊(21)的另一端連接在腰帶(22)的兩側上；兩側的髖關節連接板(31)的上部通過螺栓固定在兩側的腰帶模塊(21)的片狀部件上；

髖關節連接板(31)的上部為帶水平通孔的板狀，下部為環狀連接部，在環狀連接部的側面的內側邊緣位置和外側邊緣位置均設置有一圈安裝孔，髖關節電機(33)的側面上也設置有一圈安裝孔，髖關節電機座(32)為中部帶通孔的蓋狀結構，在帶通孔的側面的上的內側邊緣處和外側邊緣處均設置有一圈安裝孔，髖關節電機座(32)通過螺釘將髖關節電機(33)固定安裝在髖關節連接板(31)下部的環狀連接部上；髖關節輸出軸(34)水平設置，其中部帶有通孔，其兩端為“L”型銜接部，通過中部的通孔與髖關節電機(33)的主軸固定連接，以實現剛性外骨骼系統髖關節的伸展和屈曲自由度；“L”型銜接部的末端設置有通孔；髖關節外展內收支架(35)為正八邊形的環狀結構，在其外周的八個端面上的不連接的四個端面的中部均設置有一個安裝孔，“L”型銜接部的末端通過螺釘安裝在髖關節外展內收支架(35)左、右兩側的內側；髖關節輸出軸(34)的“L”型銜接部與髖關節外展內收支架(35)左右兩側組成轉動自由副；

髖關節內外旋連接塊(36)為“L”型連接片，其兩部分上均設置有安裝孔，兩個髖關節內外旋連接塊(36)的一部分分別通過螺釘安裝在髖關節外展內收支架(35)的上、下的外側，兩個髖關節內外旋連接塊(36)的另一部分通過螺栓與大腿桿(41)的上部固定在一起；髖關節外展內收支架(35)的上、下兩側與兩個髖關節內外旋連接塊(36)組成轉動自由副，以實現外骨骼系統髖關節的內外旋自由度；

大腿桿(41)包括上連接桿、“S”型銜接桿和下連接桿，三者由上到下銜接而成，其中上連接桿的頂部和下部設置有用于安裝兩個髖關節內外旋連接塊(36)的水平通孔，下連接桿的上部設置有大腿綁縛安裝孔，大腿綁縛(42)通過大腿綁縛安裝孔固定在下連接桿的上部；在大腿綁縛安裝孔下方的下連接桿部分的內部設置有由底面向上延伸的滑槽，滑槽的兩側邊的外側設置有從上往下排布的通孔，膝關節連接板(51)的上部通過螺釘固定在該滑槽內，通過將螺釘安裝在不同高度的通孔內以調節大腿部分(4)的長度；

膝關節連接板(51)的上端為一豎直連接板，其上部側面上開有一個與大腿桿(41)下部滑槽配合連接的通孔；豎直連接板的下部銜接有一側面的中部開有通孔、另一側的外周端面上設置有一圈連接耳的蓋狀結構，豎直連接板銜接在蓋狀結構的周向端面的靠近中間開有通孔的側面的位置上；在蓋狀結構的設置有連接耳的一側的下部朝內開有豁口，膝關節彈簧下擋板(57)通過螺釘固定在該豁口處且使其位于蓋狀結構的內側；膝關節轉軸(55)中部軸段的直徑較兩端的大，在其中部軸段的頂部朝向下設置有凹槽，且在該凹槽左右兩側設置有通孔，膝關節彈簧上擋板(58)通過螺栓固定在該中部軸段的凹槽內；膝關節轉軸(55)與膝關節彈簧上擋板(58)均安裝在膝關節連接板(51)的蓋狀結構的內部，膝關節轉軸(55)的朝向蓋狀結構的帶有連接耳的一側的軸向端面上設置有安裝孔，膝關節轉軸(55)兩端的軸段上均安裝有一個膝關節軸承(54)，軸承擋圈(53)通過螺栓固定在膝關節連接板(51)的蓋狀結構的中間開有通孔的側面上以卡住該側的膝關節軸承(54)；膝關節擋板(52)的中部設置有容許膝關節轉軸(55)的末端通過的通孔，其周向端面朝外設置有一圈連接耳，與膝關節連接板(51)的蓋狀結構上的連接耳通過螺釘緊固連接；膝關節轉軸(55)的朝向膝關節擋板(52)的一側的末端依次穿過一個膝關節軸承(54)、膝關節擋板(52)、一個軸承擋圈(53)后與小腿桿(61)的頂部通過螺釘緊固連接；膝關節彈簧(56)設置在膝關節彈簧上擋板(58)、膝關節彈簧下擋板(57)、膝關節連接板(51)的蓋狀結構內側及膝關節擋板(52)所構成的空間內；膝關節連接板(51)的蓋狀結構的中間開有通孔的側面上的靠近通孔的位置上設置有用于固定軸承擋圈(53)的安裝孔，膝關節擋板(52)中部的通孔的邊緣處同樣設置有用于固定軸承擋圈(53)的安裝孔；膝關節轉軸(55)分別用兩端的軸段及軸肩與膝關節軸承(54)形成配合以安裝膝關節轉軸(55)從而實現了膝關節的屈曲伸展自由度；

小腿部分(6)包括小腿桿(61)、小腿綁縛(62)，小腿桿(61)包括上連接段、過渡彎曲部、下連接段，三部分銜接而成，上連接段的頂部設置有用于固定膝關節轉軸(55)的水平安裝孔，下連接段的上部設置有用于安裝小腿綁縛(62)的水平通孔，下連接段的下部設置有由底面向上延伸的滑槽，滑槽的兩側邊的外側設置有從上往下排布的通孔，用以固定小腿彈簧管(72)的上部并調節小腿部分(6)長度；小腿綁縛(62)通過螺栓與小腿桿(61)固定在一起；

小腿彈簧管(72)的上端為一豎直連接板，其上部側面上開有一個與小腿桿(61)下部滑槽配合連接的通孔，該豎直連接板的下部設置有用于安裝踝部綁縛(71)的通孔，踝部綁縛(71)通過螺栓連接與小腿彈簧管(72)連接在一起；

小腿彈簧管(72)的豎直連接板的下部銜接一個底面開口的圓筒狀的空心桿，且在該空心桿的下部設置有兩個相對的水平螺釘孔，足底彈簧(74)與足底彈簧擋塊(75)從上到下放置在該空心桿的內部，足底彈簧擋塊(75)的兩個相對的豎直方向的側面的中部沿水平方向設置有限位通孔；足底限位螺釘(73)的中部位于足底彈簧擋塊(75)上的限位通孔內，其兩端位于小腿彈簧管(72)的空心桿的下部的兩個水平螺釘孔內，將底彈簧(74)與足底彈簧擋塊(75)限制在小腿彈簧管(72)的空心桿的內部活動，其活動方向為上下方向，活動幅度為足底彈簧擋塊(75)上的限位通孔的位于上下方向的長度。