[發(fā)明專利]主被動結合的艙外服下肢助力裝置、測試裝置及測試方法

有效

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• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113070865B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 李鑫;柳金康;李瑋昊;吳慶勛;劉昊
• 申請（專利權）人: 北方工業(yè)大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J19/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

本發(fā)明提供一種主被動結合的艙外服下肢助力裝置、測試裝置及測試方法，主被動結合的艙外服下肢助力裝置包括上身背負裝置、腰部綁縛裝置、髖關節(jié)彈性帶、大腿綁縛裝置、小腿鋼絲繩線圈、小腿綁縛裝置、膝關節(jié)彈性帶、后背板和主動助力單元；所述主動助力單元包括膝關節(jié)鮑登線、電機驅(qū)動器、電機和鮑登線轉(zhuǎn)盤。本發(fā)明提出一種主被動結合的雙向助力裝置，同時提出一種測試裝置。通過助力裝置可對航天員在有限空間內(nèi)背負盡可能少的負載條件下實現(xiàn)髖、膝雙關節(jié)的雙向助力；通過測試裝置可實現(xiàn)對空間失重環(huán)境模擬以及髖、膝關節(jié)阻力矩的模擬，更貼近真實條件下驗證助力的有效性。

技術領域

本發(fā)明屬于特種服務機器人技術領域，具體涉及一種主被動結合的艙外服下肢助力裝置、測試裝置及測試方法。

背景技術

艙外服是航天員在月面或其他空間中出艙作業(yè)時穿著的一種特殊服裝，由于需要抵御空間環(huán)境各種不利因素，艙外服通常進行內(nèi)部充壓以保證航天員身體安全性，但由此卻帶來航天員肢體活動的不便性。查閱文獻得知，穿著艙外服的航天員上下肢關節(jié)力矩較正?；顒訒r增加50％左右。因此，設計一種助力裝置克服艙外服的關節(jié)阻力矩，可以有效降低航天員的體力消耗，從而增加其出艙活動時間及安全性。

通常，人體助力裝置采用穿戴外骨骼助力的形式，外骨骼按照結構形式分為剛性外骨骼與柔性外骨骼，按照驅(qū)動形式分為主動式助力與被動式助力。由于艙外服的空間局限性，剛性外骨骼一般不宜采用；柔性外骨骼沒有剛性支架，通常由電機+鮑登線驅(qū)動肢體的錨點以帶動關節(jié)運動。主動式助力一般具有能源+驅(qū)動系統(tǒng)，可根據(jù)驅(qū)動關節(jié)數(shù)量及自由度匹配相應的驅(qū)動系統(tǒng)，需要占用一定的空間；被動式助力一般采用彈性元件作為儲能裝置，只能對關節(jié)自由度進行單向助力，另一方向為儲能環(huán)節(jié)，通常需要主動施力，但被動式助力幾乎不會占用額外空間，且無需額外負重。通過以上分析得知，針對艙外服進行助力裝置的設計需要綜合考慮其使用環(huán)境、關節(jié)阻力等因素得到助力的方式。另外，由于艙外服使用的局限性，傳統(tǒng)的外骨骼助力裝置測試方式通常無法滿足其測試要求，因此需要結合艙外服自身阻力特性及空間環(huán)境設計相應的測試裝置。

專利《一種主被動混合驅(qū)動的下肢助力外骨骼機器人及控制方法》(CN112060060A)采用卷簧實現(xiàn)對髖關節(jié)的被動式助力，采用電機對膝關節(jié)進行主動式助力。但其本體是剛性結構，不適宜在艙外服內(nèi)部使用；專利《一種穿戴式柔性下肢助力機器人》(CN109662869A)采用鮑登線對膝關節(jié)進行雙向助力，對踝關節(jié)進行單向助力，主要應用于康復設備，而艙外服目前還是側(cè)重于對髖關節(jié)與膝關節(jié)自由度進行助力，因此，現(xiàn)有技術中缺少針對艙外服這種特定環(huán)境助力與測試的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種主被動結合的艙外服下肢助力裝置、測試裝置及測試方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明提供一種主被動結合的艙外服下肢助力裝置，包括上身背負裝置(7-1)、腰部綁縛裝置(7-2)、髖關節(jié)彈性帶(7-3)、大腿綁縛裝置(7-6)、小腿鋼絲繩線圈(7-8)、小腿綁縛裝置(7-9)、膝關節(jié)彈性帶(7-10)、后背板(7-15)和主動助力單元；所述主動助力單元包括膝關節(jié)鮑登線、電機驅(qū)動器(7-11)、電機(7-12)和鮑登線轉(zhuǎn)盤(7-13)；

所述上身背負裝置(7-1)的后部固定安裝所述后背板(7-15)；

所述上身背負裝置(7-1)的下方設置所述腰部綁縛裝置(7-2)，并且，所述腰部綁縛裝置(7-2)的后部與所述上身背負裝置(7-1)的后部固定連接，用于將艙外服下肢助力裝置與被試者在腰部進行綁縛固定；

所述腰部綁縛裝置(7-2)的下方左右兩側(cè)各設置一個所述大腿綁縛裝置(7-6)；所述大腿綁縛裝置(7-6)纏繞固定于大腿上；