一种刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115922670A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211452021.8(22)申请日2022.11.21(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)发明人王佳鑫郑旭鹏郭士杰孙磊张杰倪雷刘永刘磊邓环宇(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专利代理师付长杰(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图4页(54)发明名称一种刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼(57)摘要本发明为一种刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼，包括电控箱机构；背板支架；腰部机构；鲍登线；髋关节机构；大腿杆机构；小腿杆；踝关节机构；所述电控箱机构通过背板支架固定安装在腰部机构的中心上，外骨骼以腰部机构为中心左右对称设置，腰部机构的两端与髋关节机构的上部转动连接，髋关节机构的下部连接大腿杆机构的上部，大腿杆机构的下部通过变刚度曲柄滑块机构连接小腿杆，小腿杆与踝关节机构连接；所述电控箱机构的动力输出部分通过鲍登线连接髋关节机构。解决了现有技术中外骨骼动力杆件质心分布不合理，关节换向冲击大，无法为人体提供柔性助力的问题，以及膝关节无法为人体提供被动的变刚度辅助支撑扭矩的问题。CN115922670ACN115922670A权利要求书1/3页1.一种刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼，包括电控箱机构；背板支架；腰部机构；鲍登线；髋关节机构；大腿杆机构；小腿杆；踝关节机构；其特征在于：所述电控箱机构通过背板支架固定安装在腰部机构的中心上，外骨骼以腰部机构为中心左右对称设置，腰部机构的两端与髋关节机构的上部转动连接，髋关节机构的下部连接大腿杆机构的上部，大腿杆机构的下部通过变刚度曲柄滑块机构连接小腿杆，小腿杆与踝关节机构连接；所述电控箱机构的动力输出部分通过鲍登线连接髋关节机构。2.根据权利要求1所述的刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼，其特征在于，所述电机箱机构包括前后左右防护壳、两个电机、上下底板、鲍登线预紧支架、连接支架、支板；所述前后左右防护壳和上下底板围成一个长方体空腔，上下两个底板之间通过连接支架连接在一起，一个电机的两端分别通过一个L支架和一个环形支架固定在一个底板的内侧面上；两个电机按照上下方位布置在长方体空腔内，两个电机的输出轴不在同一侧，所述电机的输出轴穿过L支架的竖直面，并经支板连接一个电机带轮，所述L支架与支板设置有大开孔的部分固定在一起，支板其余部分上安装有鲍登线预紧支架，电机带轮能够相对支板的大开孔的部分在电机的带动下独立转动，在同一电机带轮上安装两条鲍登线，两条鲍登线一端固定在电机带轮上，从电机带轮的中间线槽引出经鲍登线预紧支架后再经固定在上底板上的两个鲍登线支架引出，最后与髋关节机构连接。3.根据权利要求1所述的刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼，其特征在于，所述腰部机构的末端为类L型件，类L型件竖直面下方连接有圆筒结构，圆筒结构的轴线与电机的输出轴方向垂直；类L型件的水平面用于安装电控箱机构和背板支架。4.根据权利要求2所述的刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼，其特征在于，所述髋关节机构包括髋关节鲍登线支架、髋关节支架、髋关节转轴、转轴端盖、三线带轮、鲍登线两接头、带钩拉簧和弹簧锚点；所述髋关节支架一方面与腰部机构转动连接，髋关节支架下部套接在大腿杆机构的上部，髋关节支架下部和大腿杆机构的上部之间通过髋关节转轴连接，并由转轴端盖和相应的轴承进行转动连接固定；所述髋关节转轴远离电控箱机构的一端通过髋关节轴承转动连接三线带轮；所述三线带轮具有内、中、外三层线槽；所述三线带轮通过鲍登线两接头连接两个带钩拉簧，两个带钩拉簧的末端均连接在弹簧锚点上；鲍登线两接头引出的鲍登线缠绕在三线带轮中间的线槽内；所述鲍登线髋关节支架固定在髋关节支架的上部，具有两个分散设置的鲍登线穿出孔，由电控箱机构的鲍登线支架引出的两根鲍登线分别穿入鲍登线髋关节支架的相应穿出孔中并限位，穿出鲍登线髋关节支架的两根鲍登线的线芯头部固定在三线带轮内侧、外侧线槽中，并分别以顺时针、逆时针的方向缠绕在三线带轮的内外侧对应线槽中；所述弹簧锚点用于与大腿杆机构连接。5.根据权利要求4所述的刚柔耦合可辅助支撑负重的髋关节助力外骨骼，其特征在于，在所述电机带轮的外部安装有带轮壳，所述带轮壳上开设有供鲍登线活动的长槽，使得两条鲍登线在长槽内约束活动，且不影响鲍登线本身的拉伸动作；所述带轮壳也与支板固定在一起，在带轮壳的外围安装防护壳；2CN115922670A权利要求书2/3页在所述三线带轮的外侧安装有三线带轮壳，用于保护三线带轮，在三线带轮