[实用新型]一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼

说明书

本实用新型涉及一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼，包括腰背固定单元、左大腿固定单元、右大腿固定单元、左变刚度髋关节以及右变刚度髋关节，左变刚度髋关节及右变刚度髋关节均包括凸轮盘、转动设置在凸轮盘内的关节盘、设置在关节盘上的变刚度调节机构、一对弹簧储能机构以及关节输出端盖，凸轮盘与腰背固定单元相连，关节输出端盖与左大腿固定单元或右大腿固定单元相连。与现有技术相比，本实用新型通过弹簧储能机构储存人行走过程中产生的能量并在一定时候释放达到助力目的，同时通过变刚度调节机构调整弹簧储能机构中弹簧的整体压缩量和关节所处位置以实时调节关节输出力矩，使之与正常人髋关节力矩相匹配，从而达到变刚度的目的。

技术领域

本实用新型属于下肢外骨骼技术领域，涉及一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼。

背景技术

中国是人口大国，自2000年以来，中国人口老龄化进入提速阶段，截至2017年年末，中国60周岁以上人口占全部人口的17.3％。根据联合国的预测，到2030年，中国60岁以上老年人口规模将超过3亿人，到2050年攀升至4.7亿人左右，65岁以上老年人规模将从2020年的1.7亿人上升至3.6亿人。由于年龄的增长，老年人群常常伴随着骨骼关节退化、肌肉力量减弱等问题，老年人自身所残余的肌力已不足以支撑其进行日常活动，从而造成下肢运动功能不足甚至缺失，此类人群目前主要是通过使用拐杖或者轮椅来辅助移动，甚至长期卧床在家，从而会导致一系列并发症，如压疮、骨质疏松、上下尿路感染、尿结石、肌肉萎缩痉挛等。因此，站立和适当的行走训练是必要的。

下肢外骨骼是穿戴在人体下肢上的仿生机器人，是多学科融合的产物，目前外骨骼助力装置的研究是当下热点之一，具有广泛的应用前景，比如军事、康复医疗等领域，在康复领域中，下肢助力外骨骼主要是给偏瘫、截瘫以及有下肢运动功能障碍的人群提供支撑和助力。下肢助力外骨骼根据驱动方式分类可分为：主动式、被动式、半被动式，根据助力关节可分为单关节助力和多关节助力。主动式助力外骨骼虽然效果显著，但也有着无法避免的缺陷，如气压驱动由于空气的可压缩性使得执行器位置和速度控制比较困难，稳定性差；液压驱动工艺复杂，液压油散热和泄露问题难以解决；电机驱动受电机性能限制和刚度的约束，造成刚性驱动器的强鲁棒性和弱适应性，存在电机转矩低、摩擦和噪音等缺点，此外价格通常比较昂贵，并且续航时间短。被动助力外骨骼结构简单，不含主动式驱动元件，主要是将人行走过程中由肌肉组织所耗散的能量通过弹性元件所存储起来并在需要助力的时候释放达到助力的目的。半被动式助力外骨骼能够在提供足够辅助力矩的同时充分利用人体自身能量，其驱动系统集成了主动驱动装置以及储能单元。

发达国家进入康复行业相对较早且从事康复行业的机构和研究院校较多，诸多下肢助力外骨骼产品现在已经从实验室研究阶段发展到获得食品药品监督管理局的许可证并可以在市场上售卖，中国作为发展中国家，由于一系列原因导致在康复行业起步较晚，对下肢助力外骨骼的研究大多处于实验样机阶段或临床试验阶段，面向消费者销售的均为国外产品，价格昂贵，严重制约中国老年人等下肢运动功能障碍者的生活质量。

实用新型内容

本实用新型的目的就是基于上述下肢助力外骨骼研究现状以及行业发展需求，提供一种便于老年人等下肢运动功能障碍者使用的被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼，该髋关节外骨骼包括腰背固定单元、左大腿固定单元、右大腿固定单元、设置在腰背固定单元与左大腿固定单元之间的左变刚度髋关节以及设置在腰背固定单元与右大腿固定单元之间的右变刚度髋关节，所述的左变刚度髋关节及右变刚度髋关节均包括凸轮盘、转动设置在凸轮盘内的关节盘、设置在关节盘上的变刚度调节机构、一对设置在变刚度调节机构上并与凸轮盘相适配的弹簧储能机构以及与关节盘固定连接的关节输出端盖，所述的凸轮盘与腰背固定单元相连，所述的关节输出端盖与左大腿固定单元或右大腿固定单元相连。