[實用新型]一種助力腿部模組及外骨骼系統

有效

• 申請號: 202220677469.9
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN218195169U
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 施翔;巫蔡泉
• 申請（專利權）人: 廣州云麒科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/00
• 代理公司: 北京澤方譽航專利代理事務所(普通合伙) 11884
• 代理人: 唐明磊

本申請公開一種助力腿部模組及外骨骼系統，涉及機械關節的技術領域，其通過在第一腿部構件與第二腿部構件之間設置凸輪，彈性儲能件的相對兩端分別連接第一腿部構件與第二腿部構件，凸輪的輪廓曲面作用于彈性儲能件。第二腿部構件位于直立位置時，凸輪對應作用于彈性儲能件的輪廓曲面曲率為R0，第二腿部構件由直立位置轉動至第一屈膝位置時，凸輪對應作用于彈性儲能件的輪廓曲面曲率為R1，R1設置為小于或等于R0，使得第二腿部構件由直立位置轉動至第一屈膝位置時，彈性儲能件的拉伸量或壓縮量不變或減小。從而讓穿戴者在常規邁步行走過程中不會受彈性儲能件過多的影響，提高人機順應性。

技術領域

本公開涉及機械關節的技術領域，尤其涉及一種助力腿部模組及外骨骼系統。

背景技術

機械外骨骼，是一種可讓人體穿上的機器裝置，機械外骨骼主要用于輔助穿戴者肢體進行運動，其在醫學、建筑、軍事等領域中已得到廣泛的應用。

目前的機械外骨骼系統一般包括有源和無源兩種形式。以無源機械外骨骼為例，其是一種不具驅動裝置，僅通過機械結構輔助穿戴者關節部位進行運動的機械骨骼系統。

現有的外骨骼膝關節組件中，一般采用大腿構件與小腿構件鉸接的方式為人體膝關節提供活動自由度，為了對穿戴者膝關節提供助力效果，在大腿構件與小腿構件之間會設置儲能件，儲能件能夠在穿戴者由直立狀態運動至屈膝狀態的情況下進入儲能狀態，并在穿戴者從屈膝狀態運動至直立狀態時釋放能量，從而提高穿戴者的運動能力。一般而言，隨著屈膝角度的增加，儲能件的儲能正向逐漸增大。

在穿戴者正常邁步行走的過程中，穿戴者膝關節會不斷地在直立狀態和屈膝狀態之間小幅度甩腿擺動，其膝關節出力很小，還沒到需要儲能件介入助力的狀態或僅需儲能件提供的輔助力值很小。但是，當穿戴者穿上上述現有的外骨骼膝關節組件正常邁步時，其膝關節每一次運動時至少需克服儲能件的初始作用力。由于人體正常邁步時，膝關節的彎曲角度一般處于0-55°之間，人體的膝關節在由0°彎曲至55°時，儲能件逐漸被壓縮，儲能件產生的屈膝阻力逐漸增大。使儲能件不斷地在儲蓄能量和釋放能量的狀態之間切換，儲能件對正常行走過程中的膝關節的每一次運動均會產生屈膝阻力，影響了穿戴者正常行走運動的流暢性，也會增加了穿戴者正常行走過程的負擔，無法正常地輔助人體行走運動的同時，還會讓體能下降更快。

實用新型內容

本公開實施例的目的在于：提供一種助力腿部模組及外骨骼系統，解決外骨骼系統在正常行走狀態下對穿戴者膝關節產生的阻力較大，讓穿戴者無法正常流暢行走的問題。

為達上述目的，本公開采用以下技術方案：

第一方面，提供一種助力腿部模組，包括：

第一腿部構件與第二腿部構件，所述第一腿部構件與所述第二腿部構件轉動連接以限定出第一轉動軸線，所述第二腿部構件可相對于所述第一腿部構件繞所述第一轉動軸線作擺轉運動，以提供膝關節活動自由度；

凸輪，設于所述第一腿部構件或所述第二腿部構件并設置在所述第一腿部構件與所述第二腿部構件之間的轉動連接處；

彈性儲能件，所述彈性儲能件的相對兩端分別連接所述第一腿部構件與所述第二腿部構件，所述凸輪具有輪廓曲面，所述輪廓曲面至少包括依次連接的初始輪廓面和第一輪廓面，所述凸輪的輪廓曲面抵于作用于所述彈性儲能件上；

所述第二腿部構件具有直立位置和轉動至第一預設角度范圍內的第一屈膝位置；所述第二腿部構件位于直立位置時，所述凸輪對應作用于所述彈性儲能件的輪廓曲面曲率為R0，所述第二腿部構件由直立位置轉動至第一屈膝位置時，所述凸輪對應作用于所述彈性儲能件的輪廓曲面曲率為R1，所述R1設置為小于或等于所述R0，使得所述第二腿部構件由直立位置轉動至第一屈膝位置時，所述彈性儲能件的拉伸量或壓縮量不變或減小。

作為一種可選的實施方式，在所述第二腿部構件處于直立位置的狀態下，所述彈性儲能件與所述凸輪之間的相互作用力為15N-25N。