[发明专利]基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法

权利要求书

1.基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼，其特征在于：包括腰部结构、两腿部结构、两多功能驱动器，其中：腰部机构包括腰部横向板、一对腰部连接件A、一对腰部连接件B、一对腰部纵向板、腰 部绑带，两腰部连接件A分别横向滑动连接于腰部横向板并可固定，两腰部连接件B各自一 端分别连接有传动轴A，传动轴A的中心轴线水平但不平行于腰部横向板，两腰部连接件B一 一对应通过传动轴A转动连接于两腰部连接件A，腰部绑带连接在两腰部连接件B之间，两腰部纵向板一一对应纵向滑动连接于两腰部连接件B并可固定；每个腿部结构分别包括髋部板、腿部件、腿部支撑，两腿部结构中的髋部板分别各自通 过中心轴沿纵向的传动轴C与两腰部纵向板一一对应转动连接，每个腿部结构中的腿部件分别通过中心轴垂直于对应髋部板的传动轴B与对应的髋部板转动连接，每个腿部结构中的腿部支撑分别平行滑动连接于对应的腿部件并可固定，每个腿部支撑分别连接有腿部绑带；两多功能驱动器一一对应固定于两腿部结构中的腿部件，每个多功能驱动器分别包括 伺服电机、行星减速器、磁流变阻尼器、一对锥齿轮，伺服电机输出轴与行星减速器的输入 端传动连接，行星减速器的输出端与磁流变阻尼器的输入端传动连接，伺服电机、行星减速 器、磁流变阻尼器传动连接后的整体结构固定于对应的腿部件，其中一个锥齿轮同轴固定 于磁流变阻尼器的输出端，另一个锥齿轮同轴固定于对应的腿部结构中的传动轴B并与前一个锥齿轮传动啮合；

所述腿部结构中，腿部件分别包括腿部管件、大腿偏向件、驱动器座，其中腿部管件一端固定连接于大腿偏向件一端，驱动器座一端固定连接于大腿偏向件另一端，腿部支撑平行滑动连接于腿部件中的腿部管件上，即腿部支撑沿腿部管件轴向滑动，驱动器座另一端通过传动轴B 与髋部板转动连接，所述多功能驱动器固定于驱动器座；

所述腿部结构中，髋部板通过纵向安装槽纵向滑动安装有销轴，销轴上连接有销柄，销轴下端与安装槽槽底之间连接有压缩弹簧，销轴上端从髋部板穿出，所述腰部机构中腰部纵向板对应销轴上端位置设有定位槽，销轴的上端定位销入定位槽中；

所述多功能驱动器中，磁流变阻尼器包括外壳，外壳中同轴转动安装有传动轴D，传动轴D两端分别 从外壳穿出作为输入端和输出端，外壳内的传动轴D上同轴环绕固定有线圈，线圈外环面同 轴固定有绝缘层，绝缘层外同轴固定有多对内部硅钢片，且多对内部硅钢片沿传动轴D轴向 均匀分布，外壳内壁同轴固定有多对外部硅钢片，多对外部硅钢片沿外壳轴向均匀分布，且 多对外部硅钢片与多对内部硅钢片呈一一交错，内部硅钢片、外部硅钢片之间的外壳内部 填充有磁流变液。

2.根据权利要求1所述的基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼，其特征在于：还包括传感器系统与控制系统，控制系统包括上位机平板电脑、下位机单片机、每个伺服电机的电机控制器、每个磁流变阻尼器的磁流变阻尼器控制器；传感器系统包括同 轴固定于每个伺服电机电机轴的编码器、同轴固定于每个传动轴B的电位计、固定于腰部机 构的姿态传感器，以及多个嵌于使用者鞋垫中的压力传感器，其中：所述上位机平板电脑与下位机单片机双向通讯连接，下位机单片机分别与每个电机控制器、每个磁流变阻尼器控制器控制连接，每个电机控制器分别与对应的伺服电机电连接， 每个磁流变阻尼器控制器分别与对应的磁流变阻尼器电连接，所述编码器、电位计、姿态传 感器、压力传感器分别与下位机单片机信号传递连接。

3.根据权利要求2所述的基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼，其特征在于：所述上位机平板电脑、下位机单片机、电机控制器、磁流变阻尼器控制器、姿态传感器集成为一体形成集成结构后，固定于腰部机构中的腰部横向板。

4.根据权利要求3所述的基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼，其特征在于：所述集成结构中还集成有电源，电源分别供电连接至下位机单片机和两个电机控制器、两个磁流变阻尼器控制器。

5.根据权利要求4所述的基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼，其特征在于：所述集成结构中，电源与下位机单片机之间的供电线路接入有下位机开关，电源通过总分结构的供电线路分别供电至两个电机控制器、两个磁流变阻尼器控制器，且总分结构的供电线路中总线路接入有外骨骼急停开关。

6.根据权利要求2所述的基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼，其特征在于：各个压力传感器、姿态传感器、电位计、编码器分别将采集的信息发送给下位机单片机，再由下位机单片机转换为相应的通讯数据传送至上位机平板电脑，上位机平板电脑实时显示穿戴者的运动轨迹、脚底压力分布、姿态角度这些运动信息，供理疗师监测，同时，外骨骼的运动信息由上位机平板电脑实时反馈给穿戴者，让其了解自己的使用效果。