[发明专利]一种用于下肢外骨骼的躯干被动省力装置

说明书

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别涉及一种用于下肢外骨骼的辅助设备。一种用于下肢外骨骼的躯干被动省力装置，其技术方案是：背板上部设有肩带，中部靠下部分设有一组背部弹性元件，背部弹性元件的一端固定在背板上，另一端连接一个辅助固定块；左右两个辅助固定块均通过销轴A与腰部连接板连接；腰部连接板两侧设有腰带，中部设有安装孔，销轴B穿过腰部连接板上的安装孔，将腰部连接板、铰接在一起的左腿部连接件以及右腿部连接件活动安装于背板；在左腿部连接件、右腿部连接件两侧的背板上设有弹性限位元件。本发明解决了使用者穿戴外骨骼行走过程中为保持在冠状面内的平衡需消耗使用者大量体力并提高穿戴舒适性的问题。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别涉及一种用于下肢外骨骼的辅助设备。

背景技术

外骨骼机器人是用于辅助人体完成一些让人体正常情况较难或无法完成的任务(如大负重情况下的长距离快速运动)，以大幅度增强人体的运动能力，可用于军事、科考、医疗、建筑、维修等领域。

由于外骨骼是一种省力助力的辅助设备，由人体生物力学可知，在行走过程中，人体躯干与骨盆在冠状面内有相对转动。现有的外骨骼设备中主要考虑到的是在矢状面内的省力助力问题，忽略了人穿戴外骨骼在行走过程中上肢躯干带动负载在冠状面内长时间摆动也会消耗人大量体力，并会在肩部的人机接口处对人体肩部造成较大的压力，降低穿戴者穿戴外骨骼的舒适性。再者，随着负载摆动幅度的增大，人体肩部受力也越来越大，在负载较大的情况下还有造成冠状面内倾覆的危险。

发明内容

本发明的目的是：为了解决使用者穿戴外骨骼行走过程中为保持在冠状面内的平衡需消耗使用者大量体力以及穿戴舒适性的问题，提出一种用于下肢外骨骼的躯干被动省力装置。

本发明的技术方案是：一种用于下肢外骨骼的躯干被动省力装置，它包括：腰部连接板、背板、背部弹性元件、左腿部连接件、右腿部连接件、弹性限位元件以及辅助固定块；

背板上部设有肩带，中部与腰部连接板对应位置的左右两侧各设有一个背部弹性元件，背部弹性元件的一端固定在背板上，另一端连接一个辅助固定块；左右两个辅助固定块均通过销轴A与腰部连接板连接；当所述背板和腰部连接板产生相对转动时，所述背部弹性元件产生一个有助于背板和腰部连接板回复到平衡位置的合扭矩；

腰部连接板两侧设有腰带，中部设有安装孔，销轴B穿过腰部连接板上的安装孔，将腰部连接板以及顶部铰接在一起的左腿部连接件以及右腿部连接件活动安装于背板上；在左腿部连接件、右腿部连接件两侧的背板上设有弹性限位元件，所述弹性限位元件用于限制所述左腿部连接件以及所述右腿部连接件和所述背板之间的相对转动范围；左支撑腿、右支撑腿分别与左腿部连接件、右腿部连接件连接。

进一步的，腰部连接板上对称的设有一组弧形槽，每组弧形槽处设有一个以上的辅助调节块；辅助调节块为弧形结构，活动安装于腰部连接板，销轴A位于弧形槽内，通过将不同辅助调节块的开口侧转向弧形槽，调节销轴A的位置，改变背部弹性元件产生的力相对于背板与左腿部连接件、右腿部连接件以及腰部连接板铰接处的力臂，从而改变背部弹性元件所产生的复位扭矩。使用时：腰部连接板通过腰带和人体腰部连接在一起，背板通过肩带和人体肩部连接在一起；背板、左腿部连接件、右腿部连接件与腰部连接板铰接，三者相互之间可以相对转动；背板和腰部连接板之间通过背部弹性元件连接，背部弹性元件提供背板相对于腰部连接板的复位扭矩，从而达到减少人的上肢在带动负载摆动的过程中的体力消耗。

弹性限位元件通过螺纹或者销轴等方式与背板固连在一起，弹性限位元件的固定位置需要根据人体生物力学与左右腿部连接件的角度配合确定。弹性限位元件主要用于防止在负载较大时所可能造成的冠状面内的倾覆，并在一定程度上起到支撑负载，将负载的重量通过外骨骼传递到地面的作用。