[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

本發明公開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、腰帶部分、髖關節部分、大腿部分、膝關節部分、小腿部分、足部；腰帶部分連接在背架部分的下側，腰帶部分兩側的下方均連接有一套由髖關節部分、大腿部分、膝關節部分、小腿部分、足部構成的下肢外骨骼，腰帶部分兩側的下肢外骨骼的結構相同，兩者呈鏡面對稱安裝；本發明設計的外骨骼系統在為穿戴者提供步行助力及輔助支撐負重的前提下，提高了人機協同的各個關節自由度的活動范圍，從而不影響穿戴者的自然步態。

技術領域

本發明屬于剛性助力外骨骼技術領域，尤其是一種可輔助支撐負重的髖關節助力外骨骼系統。

背景技術

隨著科技水平的快速發展，當前世界各國軍隊的單兵作戰裝備種類數量日益豐富，同時單兵作業時所需攜帶裝備的重量也大幅增加。特別是士兵在遠距離負重行軍或者在高原壞境下作業時，需要一種可穿戴式外骨骼系統提供步行助力以及對士兵負重的輔助支撐，并且不會妨礙士兵的肢體動作，從而提高單兵的作業能力。在上述應用場景下，外骨骼系統的特性應當主要體現于人機交互力柔順，結構強度高，系統可靠，質量輕，慣性小，尤其是對關節能夠產生足夠的扭矩，以提高士兵穿戴外骨骼系統后的步行能力，以及能夠將士兵負重轉移到外骨骼上減輕士兵的負擔。

當前外骨骼主要分為柔性外骨骼和剛性外骨骼，其中柔性外骨骼采用符合人體工程學的布帶、鮑登線、電機作為驅動裝置，雖然能夠提供柔順的人機交互力且質量輕，慣性小，但是由于柔性結構不能對士兵的負重提供輔助支撐，所以柔性外骨骼必然不能滿足上述需求。

而現有的剛性外骨骼大多采用液壓驅動或電機驅動，且體積大，質量重，肢體關節慣量大，關節自由度活動范圍不高，對士兵下肢活動影響較大，影響了穿戴者的自然步態。

發明內容

本發明提供一種可輔助支撐負重的髖關節助力外骨骼系統，以解決上述所提到的現有剛性外骨骼系統限制穿戴者各關節自由度活動范圍進而影響其自然步態的問題。本發明設計的一種可輔助支撐負重的髖關節助力外骨骼系統在提高士兵的步行能力以及為士兵提供負重支撐的同時，又能提供給士兵各個關節較大的活動范圍，從而不影響士兵的自然步態以及輕便的穿戴體驗。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：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；