[发明专利]一种轻型励磁摩擦式离合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励磁摩擦式离合助力外骨骼装置及其控制方法，可以模拟人体运动，在人体运动或背负重物时提供支撑力，并对关节提供一定的保护。本发明中外骨骼装置单条腿的髋、膝关节分别提供一个自由度，踝关节提供两个自由度；采用励磁式摩擦离合器控制关节的运动，通过脚面的传感器提供控制离合器所需要的信号，控制方便且传感硬件要求低，控制便于实现。本发明利用现有商用励磁摩擦式离合器，结构简单可靠，集成度高，控制简便，有利于提高人机工效，同时与人体较好的配合，便于穿戴，提高穿戴者的负重能力，有效降低人体负重运动的疲劳感。

主权项

1.一种轻型励磁摩擦式离合助力外骨骼装置，其特征在于，包括背架(1)、髋关节结构(2)、膝关节结构(3)、踝关节结构(4)和控制系统，所述背架(1)、髋关节结构(2)、膝关节结构(3)和踝关节结构(4)从上到下依次固连，所述髋关节结构(2)包括髋关节限位板(201)、髋关节上侧连接件(202)、髋关节输出齿轮轴承(203)、第一髋关节中间齿轮轴承(204)、髋关节输入齿轮轴承(205)、髋关节中间齿轮套筒(206)、髋关节输入齿轮套筒(207)、髋关节输出齿轮套筒(208)、髋关节输出齿轮(209)、髋关节中间齿轮(210)、髋关节输入齿轮(211)、髋关节挡板(212)、髋关节下侧连接件(213)、髋关节单向轴承(214)、髋关节励磁摩擦式离合器(215)、第二髋关节中间齿轮轴承(216)，髋关节限位板(201)与髋关节下侧连接件(213)通过螺钉固连，髋关节限位板(201)侧面的圆形突起嵌入髋关节上侧连接件(202)的下圆孔，髋关节输入齿轮轴承(203)、第一髋关节中间齿轮轴承(204)和髋关节输入齿轮轴承(205)从上至下依次配合安装在髋关节上侧连接件(202)上对应的圆孔中，第二髋关节中间齿轮轴承(216)配合安装在髋关节挡板(212)上，髋关节中间齿轮套筒(206)安装在髋关节中间齿轮(210)和第一髋关节中间齿轮轴承(204)之间，髋关节输出齿轮套筒(208)安装于髋关节输出齿轮(209)和髋关节输出齿轮轴承(203)之间，髋关节输入齿轮套筒(207)安装于髋关节输入齿轮(211)和髋关节输入齿轮轴承(205)之间，髋关节输入齿轮(211)与髋关节单向轴承(214)固连，髋关节输出齿轮(209)与髋关节励磁摩擦式离合器(215)固连，髋关节挡板(212)与髋关节下侧连接件(213)之间通过键槽相配合，髋关节励磁摩擦式离合器(215)与髋关节挡板(212)固连，髋关节单向轴承(214)与髋关节下侧连接件(213)固连，髋关节上侧连接件(202)与髋关节挡板(212)通过螺钉固连，所述膝关节(3)包括膝关节励磁摩擦式离合器(301)、膝关节单向轴承(302)、膝关节下侧连接件(303)、第一膝关节中间齿轮轴承(304)、膝关节挡板(305)、膝关节中间齿轮(306)、膝关节输入齿轮(308)、膝关节输出齿轮(307)、膝关节输入齿轮套筒(309)、膝关节输出齿轮套筒(310)、膝关节输出齿轮轴承(312)、第二膝关节中间齿轮轴承(311)、膝关节中间齿轮套筒(313)、膝关节上侧连接件(314)、膝关节输入齿轮轴承(315)、膝关节定位板(316)，膝关节限位板(316)与膝关节下侧连接件(303)通过螺钉固连，膝关节定位板(316)的侧面圆形突起嵌入膝关节上侧连接件(314)的下圆孔，膝关节输入齿轮轴承(312)、第一膝关节中间齿轮轴承(311)、膝关节输入齿轮轴承(315)从上至下依次配合安装在膝关节上侧连接件(314)上对应的圆孔中，第一膝关节中间齿轮轴承(304)配合安装在膝关节挡板(305)上，膝关节中间齿轮套筒(313)安装在膝关节中间齿轮(306)和第二膝关节中间齿轮轴承(311)之间，膝关节输出齿轮套筒(310)安装于膝关节输出齿轮(307)和膝关节输出齿轮轴承(312)之间，膝关节输入齿轮套筒(309)安装于膝关节输入齿轮(308)和膝关节输入齿轮轴承(315)之间，膝关节输入齿轮(308)与膝关节单向轴承(302)固连，膝关节输出齿轮(307)与膝关节励磁摩擦式离合器(301)固连，膝关节挡板(305)与膝关节下侧连接件(303)之间通过键槽相配合，膝关节励磁摩擦式离合器(301)与膝关节挡板(305)固连，膝关节单向轴承(302)与膝关节下侧连接件(303)固连，膝关节上侧连接件(314)与膝关节挡板(305)通过螺钉固连，所述踝关节结构(4)包括踝关节上连接件(401)、踝关节支撑件(402)、第一踝关节弹簧座(403)、第二踝关节弹簧座(405)、踝关节弹簧(404)、踝关节轴销(406)、脚背挡板(407)及脚背压力传感器(408)，踝关节上连接件(401)与位于其下部的踝关节支撑件(402)旋转连接，踝关节支撑件(402)与脚背挡板(407)通过轴销(406)连接，踝关节弹簧(404)通过第一踝关节弹簧座(403)和第二踝关节弹簧座(405)安装在踝关节支撑件(402)和脚背挡板(407)之间，脚背压力传感器(408)安装于脚背挡板(407)前部内侧，所述控制系统与髋关节励磁摩擦式离合器(215)、膝关节励磁摩擦式离合器(301)、和脚背压力传感器(408)连接。