[發(fā)明專利]一種足底控制式下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110279928.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112975914A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建峰;姜鵬程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種足底控制式下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)，包括大腿桿、大腿綁帶、膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置、小腿桿、氣彈簧、球接頭、底板和彈簧，在使用過(guò)程中，通過(guò)綁帶將大腿桿綁扎在大腿上；本發(fā)明根據(jù)人體行走步態(tài)原理實(shí)現(xiàn)人機(jī)耦合和多自由度的被動(dòng)式行走助力，通過(guò)卷簧彎曲達(dá)到能量的存儲(chǔ)需求，配合使用氣彈簧實(shí)現(xiàn)能量的充分利用，通過(guò)使用電磁鐵和嚙合齒的配合使用，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的自由柔順切換。在日常的行走過(guò)程中，本發(fā)明可以幫助我們分擔(dān)膝關(guān)節(jié)的負(fù)載，在支撐相實(shí)現(xiàn)承重和能量存儲(chǔ)，以輔助在支撐中期的后期做伸展，同時(shí)在預(yù)擺期為抬起人腿提供足夠的動(dòng)力，并在擺動(dòng)期使人腿自由擺動(dòng)而不干涉人體的正常運(yùn)動(dòng)的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)，具體涉及一種足底控制式下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)，其屬于外骨骼機(jī)器人技木和機(jī)電一體化術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

助力系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)60年代末期，主要在歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家展開(kāi)，最初的目的就是增強(qiáng)人體承受和背負(fù)負(fù)載的能力。到上世紀(jì)90年代末，隨著科學(xué)技術(shù)的提高，與之相聯(lián)系的傳感器技術(shù)，驅(qū)動(dòng)技術(shù)和能源開(kāi)發(fā)，助力系統(tǒng)的研究有快速的發(fā)展。助力系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域可以體現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。助力系統(tǒng)可以作為一個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)用到多種領(lǐng)域，如地震救援系統(tǒng)：?jiǎn)伪鲬?zhàn)系統(tǒng)和極地科考系統(tǒng)等。單兵作戰(zhàn)時(shí)，每個(gè)人的體能是有限的，在體能有限的范圍內(nèi)，減少能量不必要的損失對(duì)于作戰(zhàn)人員來(lái)說(shuō)尤為重要。如果裝備上一種助力外骨骼，將會(huì)把不必要損失的能量積攢起來(lái)，并用以幫助作戰(zhàn)人員行走。這樣便可以增強(qiáng)士兵的體能，使其能攜帶更多的武器，提高士兵的單兵作戰(zhàn)能力。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510574501.5的發(fā)明公開(kāi)了一種氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生柔性下肢外骨骼服，其下肢外骨骼服關(guān)聯(lián)上肢的剛性生懸吊背心，增大外骨骼服重量。此外，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式穩(wěn)定性差，不利于控制。

申請(qǐng)?zhí)枮?01310262919.3的發(fā)明公開(kāi)了一種穿戴式下肢助力外骨骼，每條腿只用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用連桿機(jī)構(gòu)配合一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)同時(shí)擬合出恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)角度曲線，但對(duì)不同的使用者需要針對(duì)性的設(shè)計(jì)連桿的長(zhǎng)度，不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，不具備通用性，且兩個(gè)電機(jī)也加大了外骨骼的重量。

因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，研發(fā)一種足底控制式下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能量自存儲(chǔ)并用以幫助人體行走的助力系統(tǒng)是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)助力裝置不能很好適應(yīng)人體步態(tài)并且助力效果不佳，體積笨重和結(jié)構(gòu)夏雜的不足，本發(fā)明提出一種足底控制式下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)，該外骨骼不僅可以被動(dòng)式的跟隨人體步志，而且可以實(shí)現(xiàn)能量的自存儲(chǔ)和工作狀態(tài)與非工作狀志之間的柔順切換，從而有效的實(shí)現(xiàn)助力，減輕人體在行走過(guò)程中的負(fù)擔(dān)。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明專利解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技木方案是：一種足底控制式下肢儲(chǔ)能助力機(jī)構(gòu)，是由大腿桿、大腿綁帶，膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置、小腿桿、氣彈簧、球接頭，底板和彈簧構(gòu)成，大腿桿通過(guò)大腿綁帶與大腿固定連接，同時(shí)大腿桿與膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置固定連接。

所述大腿桿通過(guò)大腿綁帶與大腿綁扎在一起，其中綁帶由尼龍搭扣織物制成，所述膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置與小腿桿連接，并且可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，所述小腿桿與氣彈簧固定連接，所述氣彈簧通過(guò)球接頭與底板固定連接，所述底板通過(guò)彈簧與腳底接觸。

所述氣彈簧由氣彈簧管和氣彈簧桿構(gòu)成，所述氣彈簧管通過(guò)扁接頭與小腿桿固定連接，所述氣彈簧桿通過(guò)球接頭與底板固定連接。

所述膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置包括前蓋、中殼、后蓋和大腿桿連接件，所述膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置通過(guò)大腿桿連接件實(shí)現(xiàn)與大腿桿的固定連接，所述前蓋、后蓋和中殼三者固定連接。

所述膝關(guān)節(jié)儲(chǔ)能裝置內(nèi)部包括固定件、鐵芯、電磁鐵彈簧，線圈，嚙合齒兩個(gè)、卷簧和旋轉(zhuǎn)盤，所述固定件與前蓋固定連接，所述線圈鑲嵌在固定件中空部位，所述電磁鐵彈簧一端與線圈固定連接，一端與鐵芯固定連接，所述鐵芯與嚙合齒一固定連接，所述卷簧中心與嚙合齒二固定連接，所述卷簧外圈與旋轉(zhuǎn)盤固定連接。