[发明专利]一种连续变刚度的弹簧储能装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹簧储能装置，具体涉及一种连续变刚度的弹簧储能装置，属于医疗机械领域。

背景技术

目前，外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，具有广泛的应用前景，如助老助残，医疗康复，工业生产，地震救援，单兵作战等领域。一般的助力外骨骼具有以下特点：可以检测人体的运动意图；和人体类似的关节自由度和关节转动空间；具有必要的关节主动驱动以辅助出力；自带控制系统和能源系统；具有一定的安全防护机制。

助力外骨骼按照动力传递的目的，可分为两种情况:外骨骼带动人体运动，和人体带动外骨骼运动。其主要区别体现在“人-机”连接信息交互装置的设计和系统控制策略的制定上。

对于助老助残或医疗康复领域，外骨骼的目的是辅助人体自身肌肉的运动，以达到帮助老人抬腿，或帮助病人做肌肉功能恢复训练等目的。需要外骨骼设定好各关节的运动规划，或检测人体的肌电信号、肢体运动方向等判断人体的运动意图，带动穿戴者运动，此时人体和外骨骼之间需要动力的传递，因此“人-机”之间是紧密的固连关系；

对于工业生产，地震救援或单兵作战等应用领域，面对的是正常的健康工人或消防战士，外骨骼的目的不是辅助人体自身肌肉的运动，而是增强放大人体的出力效果。

传统的上肢外骨骼中，大多采用电机驱动来实现助力，即在各关节的自由度上设有电机，使用电机来带动外骨骼运动。但是这样造成体积和质量较大，电路复杂，可靠性降低，能耗较大。

基于上述原因，设计了一种基于双四边形重力平衡原理的变负载低能耗上肢助力外骨骼，用一种机械动力平衡的方式来代替电机驱动给上肢外骨骼提供助力。本发明就是一种能连续变刚度的弹簧储能装置，是上述上肢助力外骨骼中平衡重力的动力装置。

发明内容

本发明为解决传统上肢外骨骼体积和质量较大，电路复杂，可靠性差，能耗大的问题，进而提出一种连续变刚度的弹簧储能装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括弹簧基座、下弹簧挂钩、上弹簧挂钩、第一钢丝绳、弹簧上基座、第二钢丝绳、电机、第一带轮、电机支架、丝杠基座、下固定板、第一轴、第二带轮、第三带轮、第四带轮、第二轴、右丝杠组件A、左丝杠组件B、第一钢板和多个弹簧，下固定板水平设置，所述右丝杠组件A、所述左丝杠组件B、第一钢板并排竖直设置在下固定板的上表面上，弹簧上基座安装在第一钢板的上端，下弹簧挂钩固定安装在第一钢板的下端，下弹簧挂钩通过多个弹簧与上弹簧挂钩连接，上弹簧挂钩与第一钢丝绳的一端连接，第一钢丝绳的另一端依次绕过弹簧上基座上的滑轮、所述右丝杠组件A、所述左丝杠组件B与设置在下固定板上表面的弹簧基座连接，电机通过电机支架安装在下固定板的上表面，第一带轮套装在电机的转动轴上，第一轴、第二轴并排竖直设置在下固定板的上表面上，第二带轮和第三带轮由上至下依次套装在第一轴上，第四带轮套装在第二轴上，第一轴的上端与所述左丝杠组件B连接，第二轴的上端与所述右丝杠组件A连接，第一带轮通过皮带与第三带轮连接，第二带轮通过皮带与第四带轮连接，第二钢丝绳的一端与所述左丝杠组件B的上端连接，第二钢丝绳的另一端与外界连接。

进一步的，所述右丝杠组件A包括第一滑块、第一导轨、第一丝杠、第一螺母和第一丝杠夹头，第一导轨和第一丝杠并排竖直安装在第一钢板上，第一滑块安装在第一导轨上，且第一滑块能沿第一导轨直线移动，第一螺母安装在第一滑块上，第一螺母套装在第一丝杠上，第一丝杠的下端与第二轴的上端连接，第一滑块上设有多个滑轮，第一丝杠夹头夹装在第一丝杠的下端。

进一步的，所述左丝杠组件B包括第二钢板、第二丝杠、第二导轨、第二螺母、第二滑块、第二丝杠夹头、轴承端盖、轴承基座和万向节，第二钢板的下端与轴承基座连接，轴承端盖扣装在轴承基座上，第二丝杠和第二导轨并排安装在第二钢板上，第二丝杠的上端通过轴承与第二钢板连接，第二丝杠的下端通过第二丝杠夹头与万向节连接，万向节与第一轴的上端连接，第二滑块安装在第二导轨上，且第二滑块能沿第二导轨直线移动，第二螺母安装在第二滑块上，第二螺母套装在第二丝杠上，第二滑块上设有滑轮。

进一步的，钢丝绳夹头安装在弹簧基座的滑道内，螺钉插装在钢丝绳夹头的螺纹孔中。