[实用新型]一种助力型外骨骼用背负系统抗倾覆多头螺纹阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械元器件，尤其涉及一种用于助力型外骨骼的实现背架和髋部稳定连接且能抗倾覆的助力型外骨骼用背负系统抗倾覆多头螺纹阻尼器。

背景技术

外骨骼技术是近年来智能机器人学科研究的重要热点之一。外骨骼的概念就是模拟人体的骨骼、肌肉和关节系统为之配备相应的金属外骨骼，使负重主要通过外骨骼传递至地面，在机械、动力和控制系统的协同工作下，提高人体运动时的负重能力，增强人的耐力，可有效的解决负荷与人体承载能力有限之间的矛盾。目前包括美国、日本和俄罗斯等国在内的多家科研机构和高等院校均将外骨骼技术列为重点研究内容。

依据人体结构而设计的外骨骼主要分为背架、髋部和下肢结构，分别模拟人体的躯干骨、髋骨和下肢骨。背架和髋部之间为款关节点，该关节自由度众多，既有相对的平动自由度也有转动自由度，是外骨骼研究中的难点之一。背架主要用于支撑各种形状、各种重量的外载荷，为了将外载荷能有效地传递至髋部，在背架和髋部之间必须设置联结装置。由于人体髋关节的运动很灵活，为了使外骨骼的结构不妨碍人体的运动，因此联结装置必须既能传递载荷，也要有一定的自由度。同时，人机携行期间，负重随人体运动的速度和加速度会造成振动和冲击现象。当人机携行行走时，在支撑相和摆动相的周期运动中，人机质心有一个上下起伏的运动特征，在起或沉的阶段，负重都会由加速度引起动载荷，并随人机质心曲线反复作用于外骨骼，随着行走速度的增加，步频的加快和步幅的增大，此动载荷作用周期的频率也会增加，幅值会变大，造成对外骨骼的振动冲击。

因此，通过对外骨骼传递载荷和人机协调运动的功能分析，要求外骨骼的背架和髋部结构之间的结构设计既要能满足承载要求，又要能实现左右髋部的解耦，满足人机运动协调性的要求。在目前的外骨骼机械结构的研究中，往往忽略了背架和髋部之间的问题，且从公布的研究成果来看，通常将背架、左右髋部连接为一个整体，能够实现人体直立、静态条件下的承载，但对于诸如行走等运动姿态的承载则没有解决，且人机之间的协调运动没有实现；即使增加了弹性联结装置，也仅仅是设置圆柱螺旋弹簧，没有阻尼的作用；且背架和髋部结构之间的空间位置有限，仅采用圆柱螺旋弹簧或橡胶簧会导致支撑力不足，不能有效地起到背架及其外载荷抗倾覆的作用。

实用新型内容

鉴于现有技术的以上不足，本实用新型的目的是提供一种用于外骨骼背架和髋部联结的新型助力型外骨骼用背负系统抗倾覆多头螺纹阻尼器，其目的是为了通过在背架和髋部之间左、右各设置一只阻尼器，在阻尼的作用下减缓外载荷的左右倾覆，增强稳定性，并能有效降低负重在人机运动期间对外骨骼造成的冲击载荷，实现外骨骼左右两侧的解耦，有效提高人机运动的协调性。本实用新型所采用的技术方案是：一种助力型外骨骼用背负系统抗倾覆多头螺纹阻尼器，用于背架和髋部稳定连接，其特征在于，包括：一内套筒3，内套筒的一端与左侧连接座1联接，另一端套置在与右侧连接座5相连的外套筒4内，内套筒与外套筒4间隙配合呈可轴向滑动状态；外套筒4内轴向固定有一中段具有多头螺杆的中心轴12，中心轴的另一端穿过内套筒3的中心通孔13，由螺母6封住中心轴左端头，从而使中心轴在受到右侧轴向力时可作轴向串动；二推力轴承对称设置在中心轴上，其间设置有与所述中心轴多头螺杆相配合的多头内螺纹的多头螺纹旋转体10；各推力轴承与套筒间设置有弹性体；阻尼器的右侧连接座和左侧连接座分别用于与助力型外骨骼用背负系统背架和髋部结构相连。

本实用新型的用于助力型外骨骼的实现背架和髋部稳定连接且能抗倾覆的助力型外骨骼用背负系统抗倾覆多头螺纹阻尼器，安装在背架和髋部之间，可将二者进行可靠连接，通过阻尼器的抗压作用，可以增强负重的稳定性，防止其产生左右的摆动，并能通过阻尼有效降低负重在人机运动期间对外骨骼造成的冲击载荷，有效提高人机运动的协调性。

本实用新型阻尼器主要的工作部件是两只聚氨酯弹性体和多头螺纹旋转体。将多头螺纹旋转体安装于两只弹性体之间，在弹性体与旋转体之间设置推力轴承，既能使二者之间可以相对旋转，也能通过推力轴承有效传递大负荷轴向载荷。弹性体将受到的压力通过推力轴承传递给多头螺纹旋转体，弹性体自身的压缩变形可为支撑外载荷和吸能减震提供一定的弹性支撑力和阻尼；而多头螺纹旋转体在压力的作用下，产生相对于中间多头螺纹杆的旋转运动和轴向的平移运动，通过内外螺纹之间的摩擦力提供轴向支撑力和为吸能减震提供阻尼作用。在弹性体和多头螺纹的共同作用下，为外载荷提供抵抗其左右倾倒的支撑力，且能为运动过程中的冲击载荷提供吸能缓冲作用。

附图说明

图1是本实用新型多头螺纹阻尼器的外观图。

图2是图1的A-A剖视图。