[发明专利]一种助力型外骨骼用背架髋部两级联结装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械结构的设计，尤其涉及一种用于助力型外骨骼的实现背架和髋部稳定连接且能可靠承载的两级联结装置。

背景技术

振动现象是每件机械产品的自然现象，如机翼因颤振而折断，钢结构因共振而坍塌等，此谓不利因素；又如振动输送机、振动球磨机等，为有利因素。在振动成为机械不利因素的场合，减振和隔振有越来越高的要求，所以弹性阻尼系统的设计同样是机械设计的必要步骤。

对于人机携行系统中的外骨骼结构而言，其主要功能在代替人体承受垂向载荷，因此外骨骼和人体之间必须通过连接装置紧紧连接在一起。这样在人机携行期间，负重随人体运动的速度和加速度会造成振动和冲击现象。当人机携行行走时，在支撑相和摆动相的周期运动中，人机质心有一个上下起伏的运动特征，在起或沉的阶段，负重都会由加速度引起动载荷，并随人机质心曲线反复作用于外骨骼，随着行走速度的增加，步频的加快和步幅的增大，此动载荷作用周期的频率也会增加，幅值会变大，造成对外骨骼的振动冲击。

同时在人机行走运动期间，摆动提供侧相对于支撑侧会出现吊胯现象，即单脚支撑时，负重由该侧支撑，另一侧的运动则不能受到限制，否则会影响人机运动之间的协调性，这就要求背架和髋部之间的连接装置既要能够垂向支撑力，两侧之间的运动自由度又不能相互制约。

通过对外骨骼可能受到的振动和冲击作用的分析，以及对人机间协调性的影响，要求外骨骼的背架和髋部结构之间的设计既要能满足承载要求，又要能实现左右髋部的解耦，满足人机运动协调性的要求。

在目前的外骨骼机械结构的研究中，重点集中在下肢承载机构的设计和强度、刚度分析，而往往忽略了背架和髋部之间的问题，且从公布的研究成果来看，通常将背架、左右髋部连接为一个整体，能够实现人体直立、静态条件下的承载，但对于诸如行走等运动姿态的承载则没有解决，且人机之间的协调运动没有实现。

本发明提出一种新的用于助力型外骨骼的实现背架和髋部稳定连接且能可靠承载的两级联结装置，在背架和髋部之间设置腰部护板作为中间连接装置，且共用一根中间轴，同时在背架与护板、护板与髋部结构之间对称设置阻尼器，分别将三者进行可靠连接，并且通过阻尼器的拉伸作用，可以增强负重的稳定性，有效降低负重在人机运动期间对外骨骼造成的冲击载荷，可以实现外骨骼左右两侧的解耦，有效提高人机运动的协调性。

发明内容

本发明的目的是设计一种应用于外骨骼背架和髋部联结的一种新型装置，在阻尼器的作用下增强负重的稳定性，有效降低负重在人机运动期间对外骨骼造成的冲击载荷，实现外骨骼左右两侧的解耦，有效提高人机运动的协调性。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种助力型外骨骼用背架髋部两级联结装置，在人机携行系统的外骨骼结构中用于背架和髋部构件间的缓冲联接，保证外载荷的传递和人机运动协调，设置腰部护板100，腰部护板上设置有两级联接装置，其一用于与背架200联接，包括：一级阻尼器201的一端设置在腰部护板100上，其另一端与背架200的左边联接；一级阻尼器202对称设置，与背架200的右边联接；另一联接装置用于与髋部构件联接，包括：二级阻尼器301的一端设置在腰部护板100上，其另一端与左髋构件300联接，另一二级阻尼器302对称设置，与右髋构件400联接；腰部护板100中部设置中心轴120，背架200、左髋构件300和右髋构件400套接在中心轴120上。

腰部护板100中部设置中心轴120，背架200、左髋构件300和右髋构件400套接在中心轴120上，并可绕中心轴120小幅度旋转。

采用如上的结构，在外骨骼的背架和髋部之间设置腰部护板作为中间连接装置，且通过三者共用一根中间轴初步实现三个平动方向和两个转动方向的自由度约束；为了使腰部护板和背架能够在人机运动过程中始终位于中间位置，同时在背架与腰部护板之间左右对称设置一级阻尼器，实现一级联结，在护板与髋部结构之间对称设置二级阻尼器，实现二级联结，并同时将三者可靠连接为耦合结构。

通过这种在助力型外骨骼的背架和左右髋部以及腰部护板之间设置两级联结装置的方式，可以约束三者的平动和转动自由度，实现稳定可靠的连接，使背架上的负重可以顺利地向下肢结构传递，增强负重的稳定性；并且通过阻尼器的拉伸作用，可以释放一定的转动自由度范围，不仅可以有效降低负重在人机运动期间对外骨骼造成的冲击载荷，还可以实现外骨骼左右两侧的解耦，有效提高人机运动的协调性。

附图说明

图1是外骨骼背架和髋部联结装置的主视图。

图2是图1A-A剖视图。