[发明专利]一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼

说明书

本发明公开了一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，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；腰带与大腿绑带之间设置有髋关节储能装置，腰带与髋关节储能装置通过腰部支架连接；大腿绑带和小腿上绑带之间有膝关节储能装置，髋关节储能装置与膝关节储能装置之间有髋膝关节顶杆上下移动，并有髋膝关节连接杆将髋关节储能装置和膝关节储能装置连接起来；小腿上绑带和小腿下绑带之间有小腿支架，本发明在人体运动过程中，通过髋膝关节配合，使得髋关节储能装置和膝关节储能装置在合适的时机储存能量，并使整个设备与人体步态相协调，帮助人体行走，提高了能量利用率。

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，具体涉及一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼。

背景技术

外骨骼助力机器人是穿戴在人身上，为人体在运动过程中提供助力的的设备。目前，在多个领域有了长足的发展。在军事领域，可以增加士兵的负重，减缓士兵因武器装备过多引起的负担，缓解士兵压力。在民用领域，兴起了多种外骨骼，广泛应用于旅游、登山、救灾，大大提高了人们应对各种灾难处理的能力。在医疗康复领域，康复型外骨骼机器人帮助偏瘫患者行走并康复，也可以帮助残疾人、老年人行走，使他们逐渐的恢复生理机能。

外骨骼技术在各个国家中得到了广泛的关注。目前比较有名的是美国加州大学伯克利分校BLEEX下肢助力外骨骼，美国雷神公司研制的XOS系列外骨骼，日本筑波大学研制的HAL系列外骨骼。这些外骨骼都是主动式的外骨骼，有比较大的重量，并且体积比较庞大，人穿戴起来比较麻烦。并且涉及到控制系统，整个系统比较复杂，能源利用率比较低，同时系统也存在着供电不足的情况，外骨骼装备的续航能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，用以解决助力型下肢外骨骼穿戴不便、体积大和能量利用率低的问题。

本发明提供一种髋膝耦合的被动型储能助力外骨骼，包括腰部支架、髋关节储能装置、髋膝关节连接杆、髋膝关节顶杆、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；所述腰带和所述大腿绑带之间有所述髋关节储能装置，所述大腿绑带与所述小腿上绑带之间设置有所述膝关节储能装置。

所述腰带与所述髋关节储能装置通过所述腰部支架连接；所述腰带穿过所述腰部支架的两个槽与人体绑在一起；所述腰部支架的底端通过螺钉与所述髋关节储能装置固定连接；所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置之间有所述髋膝关节顶杆和所述髋膝关节连接杆；所述髋膝关节顶杆在所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置之间上下移动；所述髋膝关节连接杆与所述髋关节储能装置和所述膝关节储能装置固定连接；为了适应不同人体的高度差异和增加连接的坚固性，所述的髋膝关节顶杆和所述的髋膝关节连接杆具有通过齿条调节长短的功能；所述大腿绑带与所述膝关节储能装置固定连接；所述小腿上绑带和所述膝关节储能装置固定连接；所述小腿上绑带与所述小腿下绑带之间有所述小腿支架，所述小腿支架的上部与所述膝关节储能装置固定连接；所述小腿下绑带与所述小腿支架的下部固定连接。

所述髋关节储能装置内部包括髋关节前盖、髋关节凸轮、棘爪、触指弹簧、触指弹簧轴、直线轴承、髋关节弹簧、髋关节底端等；所述腰带与所述髋关节凸轮通过所述腰部支架连接，所述腰部支架的底端通过螺钉与所述髋关节凸轮固定连接；所述髋关节前盖能绕所述髋关节凸轮的中心旋转，所述髋关节弹簧安装在所述髋关节前盖内部，大腿带动所述髋关节前盖向后摆动时，所述髋关节凸轮能压缩所述髋关节弹簧储能，在此过程中，所述髋关节凸轮与所述棘爪摩擦并克服安装在所述棘爪和所述髋关节前盖之间的小扭簧的扭矩使所述棘爪发生偏转，所述触指弹簧安装在所述棘爪内部。通过设计所述髋关节凸轮轮廓，使所述髋关节凸轮与所述髋关节弹簧在所述髋关节前盖与所述髋关节凸轮呈90°时开始接触，因此人穿戴外骨骼后所述髋关节储能装置会有能量存储在里面。所述直线轴承安装在所述髋关节前盖中，所述髋膝关节顶杆的上端在所述直线轴承中上下移动，所述髋膝关节连接杆的上端与所述髋关节前盖固定连接，所述髋关节底端安装在所述髋关节前盖下端对所述髋关节弹簧施加预紧力。