[发明专利]一种轻型离合式助力外骨骼装置及其控制方法

摘要

本发明公开了一种轻型离合式助力外骨骼装置及其控制方法，可以模拟人体运动、辅助人体进行负重，包括自上而下依次设置的背架、腰部机构、髋关节、膝关节、踝关节及足部。本发明具备多个自由度，可模拟人体的多种运动，能较好的实现与人体运动的匹配；采用离合式的关节驱动助力方式，所需传感硬件要求低，便于控制实现，并且离合式驱动能与本发明结构进行一体化设计，有效降低本发明质量及体积。本发明结构简单可靠、集成度高、控制简易，可用于增强穿戴者负重能力及助力行走，有效降低人体负重运动的疲劳感。

主权项

一种轻型离合式助力外骨骼装置，其特征在于：包括背架（1）、腰部机构（2）和两组腿脚机构，腰部机构（2）与背架（1）底部转动相连，两组腿脚机构对称设置在腰部机构（2）两端，通过转动连接；所述腿脚机构包括自上向下依次固连的髋关节（3）、膝关节（4）、踝关节（5）和足部（6），其中髋关节（3）顶部与腰部机构（2）转动相连；所述髋关节（3）包括髋轴向固定件（301）、髋上连接件（302）、髋主离合片（303）、髋复位簧（304）、髋从离合片（305）、髋滚针轴承（306）、髋下连接件（307）、髋电磁吸盘（308）、髋扭簧（309）和髋固定壳（310）；髋上连接件（302）包括髋第一圆柱体和J形连接板，J形连接板的底端开有腰连接圆孔，通过腰连接圆孔与腰部机构（2）转动连接，J形连接板的顶端固连在髋第一圆柱体的侧壁上，连接处设有髋扭簧固定孔，髋第一圆柱体的一端中心开有髋齿槽，髋齿槽外圈开有髋环形凹槽，另一端开有髋轴向固定通孔；髋主离合片（303）的顶面设置有髋第一环状牙形齿，中心设置有髋吸磁圆柱，髋吸磁圆柱四周设置有髋圆环凹槽，髋主离合片（303）侧壁设置有髋第一矩形齿，嵌入髋第一圆柱体的髋齿槽内；髋复位簧（304）套在髋吸磁圆柱上，一端嵌入髋圆环凹槽中；髋从离合片（305）外壁上设置有髋第二矩形齿，一个端面设置有髋第二环状牙形齿，另一端面上设置有均布螺纹孔；髋下连接件（307）包括髋L形连接件和髋圆环，髋圆环侧壁固连在髋L形连接件的顶部，髋圆环的一端面上设置有髋矩形凹槽，另一端面上设有均布沉头孔，髋L形连接件末端设置有髋半圆槽，髋半圆槽两侧设置有螺纹孔，髋L形连接件的拐角处附近设置有髋轴向连接螺纹孔，髋L形连接件底端开有髋矩形槽孔，底端侧面设置有两块髋夹紧片，两髋夹紧片上分别开有沉头孔及螺纹孔；髋从离合片（305）通过髋第二矩形齿及髋矩形凹槽，嵌入髋圆环内，并通过螺钉固定；髋滚针轴承（306）套在髋圆环上，并嵌在髋环形凹槽内，径向固定髋下连接件（307）；髋电磁吸盘（308）嵌在髋圆环中间，磁性一端与髋从离合片（305）的端面接触；髋轴向固定件（301）上端设置有髋突出圆柱，嵌入髋上连接件（302）的髋轴向固定通孔中，下端设置有髋轴向连接孔，通过螺钉穿过髋轴向连接孔、髋轴向连接螺纹孔与髋下连接件（307）固连，将髋上连接件（302）、髋主离合片（303）、髋复位簧（304）、髋从离合片（305）、髋滚针轴承（306）夹在中间；髋扭簧（309）套在髋L形连接件及髋第一圆柱的外壁上，髋扭簧（309）的一端嵌入髋半圆槽内，另一端插入髋扭簧固定孔，髋固定壳（310）中间开有三个髋固定孔，通过螺钉穿过髋固定孔，分别与髋下连接件（307）及髋电磁吸盘（308）固连，并固定髋扭簧（309）；膝关节（4）的一端插入髋矩形槽孔中，并通过髋夹紧片夹紧固定。