[发明专利]一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼

权利要求书

1.一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：包括腰部支架、髋关节储能装置、膝关节储能装置、小腿支架、腰带、大腿绑带、小腿上绑带和小腿下绑带；腰带穿过腰部支架顶部的两个槽绑在人的腰上，腰部支架的底部通过螺栓与髋关节储能装置固定连接，髋关节储能装置位于腰带和大腿绑带之间，髋膝关节连接杆与髋关节储能装置和膝关节储能装置固定连接，髋膝关节顶杆可在髋关节储能装置和膝关节储能装置中上下移动，膝关节储能装置位于大腿绑带和小腿上绑带之间，小腿支架位于小腿上绑带和小腿下绑带之间；在人体穿戴外骨骼行走时，首先人的大腿后摆，髋关节凸轮压缩髋关节弹簧储能，髋关节凸轮与棘爪摩擦迫使棘爪偏转，然后膝关节开始弯曲，膝关节的弯曲带动膝关节前盖旋转，膝关节前盖的旋转带动膝关节扭簧旋转，膝关节扭簧的旋转带动膝关节凸轮旋转，膝关节凸轮的旋转使得大轴承和髋膝关节顶杆的向上移动，然后髋膝关节顶杆与棘爪卡死，膝关节扭簧进入“工作状态”；膝关节继续弯曲，膝关节扭簧储存的能量越来越大，膝关节弯曲到最大时，膝关节扭簧储存的能量最大；然后膝关节渐渐伸直，膝关节扭簧储存的能量释放对膝关节进行助力；膝关节伸直后，髋膝关节顶杆与棘爪“脱离”，棘爪此时与髋关节凸轮不接触，棘爪在小扭簧扭矩的作用下回到最开始的位置，人的大腿后摆到极限位置，髋关节弹簧储存的能量最大；髋关节弹簧储存的能量释放对髋关节进行助力，棘爪此时与髋关节凸轮重新接触，但是此时两者之间的摩擦力产生的力矩会迫使棘爪回到最开始的位置，膝关节进行大幅度的角度变化，但是无论髋膝关节顶杆怎么向上移动，都不会顶住棘爪。

2.根据权利要求1的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：髋关节前盖与髋关节凸轮能够相互旋转，发生相互转动时，髋关节凸轮能够压缩髋关节弹簧储能，并与棘爪摩擦使棘爪发生偏转，髋关节底端安装在髋关节前盖下部并能够对髋关节弹簧施加预紧力，直线轴承固定在髋关节前盖中。

3.根据权利要求2的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：棘爪内部有触指弹簧安装，触指弹簧的存在使棘爪能够偏转顺畅，并对髋关节凸轮和棘爪之间的接触力起缓冲作用。

4.根据权利要求1的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：在髋关节储能装置和膝关节储能装置之间有髋膝关节顶杆和髋膝关节连接杆，髋膝关节顶杆上下移动，髋膝关节连接杆与两者固定连接；髋膝关节连接杆的存在使得在人体穿戴外骨骼行走过程中髋关节储能装置和膝关节储能装置的相对位置不发生变化，髋膝关节顶杆的存在使得髋关节储能装置和膝关节储能装置能够联动起来。

5.根据权利要求4的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：为适应人的高度差异和不同的步态，髋膝关节顶杆和髋膝关节连接杆能够通过齿条调节长短；髋膝关节顶杆的上端在直线轴承中上下移动，下端在膝关节铜套中上下移动。

6.根据权利要求1的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：膝关节前盖、膝关节凸轮和膝关节后盖之间能够保持同轴相互转动，膝关节扭簧安装在膝关节前盖和膝关节凸轮之间，膝关节扭簧的一端安装在膝关节前盖的槽内，另一端安装在膝关节凸轮的槽内；膝关节铜套安装在膝关节后盖中，膝关节凸轮的外表面与大轴承接触，膝关节凸轮的内表面与小轴承接触，大轴承和小轴承之间通过两轴承连接件连接，大轴承与髋膝关节顶杆通过连接件-正面、连接件-背面和两轴承连接件连接，两轴承连接件能够围绕连接件-背面的轴旋转，侧面轴承安装在连接件-背面上，并在膝关节后盖的槽内上下滑动；膝关节凸轮的旋转运动转变为髋膝关节顶杆的上下移动。

7.根据权利要求2或6的一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，其特征在于：髋关节储能装置和膝关节储能装置都存在预紧功能，通过设计髋关节凸轮轮廓，使髋关节凸轮与髋关节弹簧在髋关节前盖与髋关节凸轮呈90°时开始接触；对膝关节扭簧进行预紧，预紧螺钉通过拧入膝关节凸轮中并与膝关节前盖的凸台顶死将预紧后的膝关节扭簧的能量保持住。