一种无动力辅助负重下肢外骨骼.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115488862A(43)申请公布日2022.12.20(21)申请号202211307050.5(22)申请日2022.10.25(71)申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学东院330#(72)发明人张建军艾存金吕玮琳王晓慧郭士杰(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)12210专利代理师蔡运红(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图9页(54)发明名称一种无动力辅助负重下肢外骨骼(57)摘要本发明为一种无动力辅助负重下肢外骨骼，包括载物架组件和对称设置在载物架组件两侧的左侧腿闭链和右侧腿闭链；单侧腿闭链包括前部支链和后部支链，通过两侧腿闭链将负重的重量传递至地面；在人体行走过程中，足跟触地前，储能弹簧提前触地，储能弹簧被压缩，吸收人体足跟触地时冲击耗散的动能并储存为弹性势能；足跟触地后，储能弹簧长度基本不变，仅提供一个支撑负重的支持力；足跟抬起后，整足离地前，被压缩的储能弹簧逐渐释放弹性势能，释放的弹性势能通过闭链结构传递至人腿关节，以减小人腿关节扭矩，实现对人腿髋、膝、踝三个关节助力。后部支链与地面接触的结构设计，使支撑腿在足跟抬起后仍由后部支链将负重的部分重力传导至地面，延长了步态周期中辅助下肢支撑负重的时间。CN115488862ACN115488862A权利要求书1/1页1.一种无动力辅助负重下肢外骨骼，包括载物架组件和对称设置在载物架组件两侧的左侧腿闭链和右侧腿闭链；其特征在于，所述右侧腿闭链与左侧腿闭链的结构相同，均包括前部支链和后部支链；前部支链包括腰腿连接轴、前腰腿上连接杆、前腰腿下连接杆、后腰腿连接杆、前髋关节轴、前大腿上连杆、大腿包覆物、前大腿下连杆、前小腿杆、小腿包覆物、足跟连接杆、足踝连接杆和足底板；腰腿连接轴沿前后方向插装在载物架组件的载物架的一端，与载物架组件的载物架形成转动副；前腰腿上连接杆的上端与腰腿连接轴的前端连接，前腰腿上连接杆的下端插入前腰腿下连接杆的上端，前腰腿下连接杆的下端通过前髋关节轴与前大腿上连杆的上端转动连接；前髋关节轴与前大腿上连杆上端转动连接，前大腿上连杆的下端插入前大腿下连杆的上端，大腿包覆物安装在前大腿下连杆的内侧；前大腿下连杆的下端与前小腿杆的上端转动连接，前小腿包覆物安装在前小腿杆的内侧；足踝连接杆的上端通过踝关节轴与前小腿杆的下端转动连接，足踝连接杆和足跟连接杆分别位于足底板外侧的中部和后端，足跟连接杆的上端设有向后延伸的铰支座，通过铰支座与后部支链连接；后腰腿连接杆的上端与腰腿连接轴的后端连接；所述后部支链包括后大腿上连杆、后大腿下连杆、后髋关节轴、中间连杆、后小腿杆、活塞、直线轴承、法兰直线轴承、导缸筒、储能弹簧和触地轮；后大腿上连杆的上端通过后髋关节轴与腰腿连接杆的下端转动连接，后大腿上连杆的下端插装在后大腿下连杆的上端，后大腿下连杆的下端与后小腿杆的上端转动连接，后小腿杆的末端端面连接有活塞；中间连杆的一端与后小腿杆的上端转动连接，中间连杆的另一端与前小腿杆的上端转动连接，使单侧腿闭链的膝关节为复合转动关节；直线轴承通过直线轴承座套装在后小腿杆的下部，与后小腿杆组成移动副，足跟连接杆上端的铰支座与直线轴承座连接组成转动副；法兰直线轴承和导缸筒同时套装在后小腿杆的末端外表面，与后小腿杆形成移动副，导缸筒的上端与法兰直线轴承的下端连接，导缸筒的下端设有导缸底盖；后小腿杆末端的活塞和储能弹簧均位于导缸筒内，储能弹簧的上端与活塞连接，下端与导缸底盖内侧连接，触地轮与导缸底盖的外侧连接；储能弹簧的压缩和释放转化为活塞沿导缸筒内壁的上、下运动，实现负重过程中能量的存储与释放。2.根据权利要求1所述的无动力辅助负重下肢外骨骼，其特征在于，在人体行走过程中储能弹簧有三种变化：1)足跟触地前，储能弹簧提前触地，储能弹簧被压缩，吸收人体足跟触地时冲击耗散的动能并储存为弹性势能；2)足跟触地后，储能弹簧长度基本不变，仅提供一个向上的支持力，用于负重支撑；3)足跟抬起后，整足离地前，被压缩的储能弹簧逐渐释放储存的弹性势能，释放的弹性势能通过闭链结构传递至人腿关节，以减小人腿关节扭矩，实现对人腿髋、膝、踝三个关节助力。3.根据权利要求1或2所述的无动力辅助负重下肢外骨骼，其特征在于，所述载物架组件包括腰带、腰带连块、载物架右导轨、载物架左导轨和载物架；腰带穿戴于人体腰部，腰带连块位于腰带后侧，载物架左导轨和载物架右导轨竖直插装在腰带连块内，两个载物架导轨的下端均与载物架连接，两个载物架导轨与腰带连块组成移动副，使得负重与载物架一起在竖直方向上往复滑动，同时将负重的重力通过左侧腿闭链和右侧腿闭链传递至地面。2CN115