一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110251892A(43)申请公布日2019.09.20(21)申请号201910498113.1(22)申请日2019.06.10(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人韩斌陈学东刘琪杜子豪黄添添姜伟(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人尚威李智(51)Int.Cl.A63B23/04(2006.01)A63B21/00(2006.01)B25J9/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图8页(54)发明名称一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼(57)摘要本发明属于下肢外骨骼机器人领域，公开了一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其通过设置n-1个尼龙细绳和n个弹簧元件，第i尼龙细绳两端分别相对于第i弹簧元件的两端固定，且第i尼龙细绳预留一指定的松弛预留量，以限制第i弹簧元件的最大拉伸长度，i＝1、2、…n-1，实现运动过程中的刚度变化，运动到不同阶段时不同的尼龙细绳绷直，从而使相应的弹簧元件不能继续拉伸，改变弹簧元件的总刚度，有效地储存能量，但是尼龙细绳不限制弹簧元件的回复，从而使得弹簧元件能在回复时提供助力，最终达到减小人体在行走、蹲起过程中代谢消耗的目的。CN110251892ACN110251892A权利要求书1/1页1.一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，包括腰部组件(100)、右腿模块(200)和左腿模块(300)，其中：右腿模块(200)和左腿模块(300)均分别包括：变刚度弹簧组件(210)、钢丝绳组件(220)和下肢绑带组件(230)；变刚度弹簧组件(210)包括n-1个尼龙细绳和n个弹簧元件，n-1个尼龙细绳依次命名为第一尼龙细绳(211)至第n-1尼龙细绳，n个弹簧元件分别命名为第一弹簧元件(212)至第n弹簧元件且依次串联，n≥2；其中，第i尼龙细绳两端分别相对于第i弹簧元件的两端固定，且第i尼龙细绳预留一指定的松弛预留量，以限制第i弹簧元件的最大拉伸长度，i＝1、2、…n-1；钢丝绳组件(220)包括钢丝绳(222)，第一弹簧元件(212)首端连接腰部组件(100)，第n弹簧元件尾端连接钢丝绳(222)上端，钢丝绳(222)下端在穿戴时固定于下肢足部。2.如权利要求1所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，腰部组件(100)包括第一柔性绑带(101)和第一连接扣(102)；其中，第一柔性绑带(101)在背部下方左右对称设置有两个连接孔，每个连接孔内设有一个第一连接扣(102)；第一连接扣(102)在沿矢状轴移动和绕矢状轴旋转两个方向均可活动；第一弹簧元件(212)首端通过第一连接扣102连接第一柔性绑带(101)。3.如权利要求2所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，钢丝绳组件(220)还包括第一钢丝绳夹紧元件(221)、第二钢丝绳夹紧元件(223)和第二连接扣(224)；钢丝绳(222)通过自身上端弯曲形成的钢丝环与第二弹簧元件(213)尾端连接，并且由第一钢丝绳夹紧元件(221)固定夹紧；钢丝绳(222)通过自身下端弯曲形成的钢丝环与第二连接扣(224)连接，并由第二钢丝绳夹紧元件(223)固定夹紧；第二连接扣(224)用于与使用者穿戴的鞋或鞋套连接。4.如权利要求1～3任意一项所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，还包括下肢绑带组件(230)，用于引导钢丝绳(222)缠绕于使用者的对应下肢。5.如权利要求4所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，下肢绑带组件(230)包括大腿绑带(231)、膝盖绑带(232)以及小腿绑带(233)，各绑带表面均设置有钢丝绳导轨，用于引导钢丝绳的绕线路径。6.如权利要求5所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，穿戴时，变刚度弹簧组件(210)放置在使用者臀部，钢丝绳(222)从第n弹簧元件的尾端出发，依次穿过大腿绑带(231)的钢丝绳导轨并从大腿外侧绕过，穿过膝盖绑带(232)的钢丝绳导轨并从膝盖前侧绕过，穿过小腿绑带233的钢丝绳导轨并从小腿内侧绕过。7.如权利要求5所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，穿戴时，变刚度弹簧组件(210)放置在使用者腰部，钢丝绳(222)从第n弹簧元件的尾端出发，依次穿过大腿绑带(231)的钢丝绳导轨并从大腿外侧绕过，穿过膝盖绑带(232)的钢丝绳导轨并从膝盖前侧绕过，穿过小腿绑带(233)的钢丝绳导轨并从小腿内侧经过。8.如权利要求1～3任意一项所述的一种基于变刚度弹簧的柔性下肢外骨骼，其特征在于，右腿模块(200)和左腿模块(300)的结构对称。2CN110251892A说