[發明專利]一種地表失重訓練下肢主動外骨骼

在審

• 申請號: 202011058399.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112168611A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 劉建彬;高景朔;左思洋;王利桐
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發明公開一種地表失重訓練下肢主動外骨骼，包括脛骨連桿、股骨連桿以及用于用于固定腳部的足底踏板，所述脛骨連桿的一端與股骨連桿的一端通過第一直流伺服電機連接，所述股骨連桿另一端與輔助支撐連接連桿的一端通過第二直接伺服電機連接，所述脛骨連桿上設有形成C形狀結構的脛骨傳感模塊，所述股骨連桿上設有形成C形狀結構的股骨傳感模塊；所述足底踏板與脛骨連桿通過轉軸聯接，所述脛骨傳感模塊以及股骨傳感模塊分別用于配合束縛帶將脛骨連桿、股骨連桿對應的連接到人體大腿以及小腿上。本發明外骨骼連桿連桿以及傳感器尺寸形狀可根據不同的訓練人員身形體貌進行設計，具有較高的普遍適用性。

技術領域

本發明涉及技術領域，特別是涉及一種地表失重訓練下肢主動外骨骼。

背景技術

人在地球時會受到對球的引力作用，即為重力作用。而宇航員在外太空作業時，將處于失重或者低重力狀態，所以為實現在該狀態下進行高效作業和其他生理活動需要對宇航員進行系統的失重訓練。

宇航員在進入外太空作業之前，會在地球表面進行低重力的訓練。世界各國科研機構常用的地表訓練方法有高空自由落體法、水浮力模擬法等，但都會受到成本，時間或者空間的制約。

發明內容

本發明的目的是為了實現宇航員在地面的失重訓練，同時解決傳統訓練方式成本高，訓練效率低的問題，而提供一種地表失重訓練下肢主動外骨骼，是一種基于電機驅動的機械下肢外骨骼，旨在宇航員在地表實現低重力狀態或者失重狀態的下肢訓練，可以實現低成本，高效率，隨時隨地進行失重訓練。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種地表失重訓練下肢主動外骨骼，包括脛骨連桿、股骨連桿以及用于用于固定腳部的足底踏板，所述脛骨連桿的一端與股骨連桿的一端通過第一直流伺服電機連接，所述股骨連桿另一端與輔助支撐連接連桿的一端通過第二直接伺服電機連接，所述脛骨連桿上設有形成C形狀結構的脛骨傳感模塊，所述股骨連桿上設有形成C形狀結構的股骨傳感模塊；所述足底踏板與脛骨連桿通過轉軸聯接，所述脛骨傳感模塊以及股骨傳感模塊分別用于配合束縛帶將脛骨連桿、股骨連桿對應的連接到人體大腿以及小腿上。

其中，所述脛骨傳感模塊以及股骨傳感模塊的結構相同，均包括兩個成對使用的弧形模塊，每個弧形模塊包括外層支撐層以及位于所述外層支撐層的內側的薄膜傳感層。

其中，每個所述弧形模塊的外層支撐層的一端設有綁繩卡扣、另一端形成骨骼連桿接口。

其中，所述薄膜傳感層包括外硅膠軟層、內硅膠軟層以及位于所述外硅膠軟層、內硅膠軟層間的薄膜壓阻式傳感器。

其中，所述第一直流伺服電機以及第二直流伺服電機，為關節專用的扁平橫向長度較短、轉速低且提供大力矩的內置驅動器、編碼器、減速器的電機，均具有固定端面，輸出端面、電源輸入與控制接口，所述固定端面上的固定端面接口，所述輸出端面上的輸出端面接口。

其中，所述第一直流伺服電機的輸出端面與脛骨連桿通過輸出端面接口連接，從而在脛骨連桿施加轉矩，所述第一直流伺服電機的固定端面與股骨連桿通過固定端面接口連接，從而實現對第一直流伺服電機的固定。

其中，所述第二直流伺服電機的輸出端面與股骨連桿通過輸出端面接口連接，從而在股骨連桿施加轉矩，所述第二直流伺服電機的固定端面與輔助支撐連接連桿通過固定端面接口連接，從而實現對第二直流伺服電機的固定。

本發明的失重訓練下肢外骨骼具有以下有益效果：

1.相比于傳統的模擬失重訓練方法(高空自由落體法、水浮力模擬法)所具有的優勢是更低的設備成本，更高的安全性，更高的效率，更少的時間和空間限制。

2.驅動系統采用直流伺服電機，驅動能源易獲得，且結構簡單，占用體積小。傳感系統采用多個柔性力傳感器采集信息，對下肢位姿的確定更加準確。