[发明专利]一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备

权利要求书

1.一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备，其特征在于：包括一条主支链与两条辅助驱动支链、腰部托架、腿部托架、腰部连接架与腿部连接架；

所述主支链包含两套相对于y轴对称的平行四杆结构；y轴正向同人体右向；两套平行四杆结构相对的顶点铰接形成转动副；同时远离y轴的一条连杆分别作为腰部连杆与腿部连杆；腰部连杆与腿部连杆分别用来连接腰部托架与腿部托架；腰部连杆与腿部连杆轴线交于一点，作为主支链的旋转中心，位于沿人体前后方向设定的一条虚拟转轴上；

上述主支链中，腰部连杆与腿部连杆的输出端上通过轴承分别套接有柱状的腰部连接头与腿部连接头；上述腰部连接头和腿部连接头侧壁分别通过腰部连接架和腿部连接架，与腰部托架和腿部托架连接固定；腰部连接架与腿部连接架均由相互铰接且铰接轴平行于y轴的支架构成；

所述两条辅助驱动支链分别位于人体前部与后部；辅助驱动支链由两段连杆构成，两段连杆间形成P副；其中内层连杆端部安装有虎克铰，通过虎克铰与腰部托架相连，形成U副；外层连杆端部安装球铰，通过球铰与腿部托架铰接，形成S副。

2.如权利要求1所述一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备，其特征在于：主支链由8根连杆构成，令8根连杆分别为1～8号连杆；其中，1～4号连杆顺时针布置构成第一套平行四连杆结构，5～8号连杆逆时针布置构成第二套平行四连杆结构；令两套平行四连杆结构中，靠近y轴的连杆为3号与7号连杆，1号与5号连杆为远离y轴的连杆，分别作为腰部连杆与腿部连杆；两套平行四连杆结构中4号连杆和3号连杆铰接处同时与7号连杆和8号连杆铰接处间铰接，形成转动副；2号与6号连杆相对端端部间铰接，形成转动副；由此3号、7号、2号与6号连杆间构成一套四杆结构。

3.如权利要求1所述一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备，其特征在于：主支链由6根连杆构成，令6根连杆分别为1～6号连杆；其中，3号与4号连杆呈X型，相交处铰接形成转动副；5号和6号连杆分别与3号和4号连杆平行设置，且末端分别与4号和3号连杆末端相交并铰接形成转动副；1号连杆作为腰部连杆，2号连杆作为腿部连杆，分别与4号和3号连杆平行，且1号连杆与3号和5号连杆前端相交并铰接形成转动副；2号连杆与4号和6号连杆相交并铰接形成转动副；由此，1号、3号、4号与5号连杆间构成第一套平行四杆结构；2号、3号、4号与6号连杆间构成第二套平行四杆结构。

4.如权利要求1所述一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备，其特征在于：腰部托架设置于人体胯部位置，通过绑带固定；腿部托架设置于人体大腿上，根据人体髋关节相对腰部托架的位置，对腿部托架位置进行调节，使得人体髋关节中心位于主支链的虚拟转轴上，此时将腿部托架与人体大腿间通过绑带固定。

5.如权利要求1所述一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备，其特征在于：主支链可采用斜置的方式，同时将两条辅助驱动支链设置于人体一侧，并通过多滑杆机构连接腰部托架与腿部托架；具体方式为：主支链中腰部连杆的输出端相对主支链的旋转中心朝向x轴负向偏转，通过腰部连接头、腰部连接架与腰部托架相连，实现主支链的斜置；多滑杆机构分为上部多滑杆机构与下部多滑杆机构；其中，上部多滑杆机构包括四根可伸缩杆，令分别为伸缩杆A、伸缩杆B、伸缩杆C与伸缩杆D；伸缩杆A与伸缩杆B的相接端端部铰接，且铰接处固定于腰部托架上，同时使伸缩杆A与伸缩杆B所在平面向后倾斜；伸缩杆C与伸缩杆D垂直于伸缩杆A与伸缩杆B所在平面，固定端分别与伸缩杆A与伸缩杆B的固定端固定；下部多滑杆机构包括两根可伸缩杆，令分别为伸缩杆E与伸缩杆F；伸缩杆E与伸缩杆F的相接端端部铰接，且铰接处固定于腿部托架上；两条辅助驱动支链分别通过虎克铰连接伸缩杆C与伸缩杆D的铰接端；同时分别通过球铰铰接伸缩杆E与伸缩杆F的铰接端。

6.如权利要求1所述一种具备RCM三自由度旋转的人体髋关节可穿戴式助力设备，其特征在于：主支链、两条辅助驱动支链与腰部托架间设置有半弧形腰部连接架；主支链、辅助驱动支链与腰部连接架的连接方式，与主支链、辅助驱动支链与腰部托架间的连接方式相同；而腰部托架两端通过在腰部连接架周向上安装的三套三轴移动平台实现与腰部连接架间的连接，使腰部托架具有沿x、y、z方向三个可锁紧移动自由度。