[发明专利]一种测试单自由度关节力矩的装置

说明书

本发明公开了一种测试单自由度关节力矩的装置，所述的测试单自由度关节力矩的装置适用于人体腿部膝关节的力矩测试试验中，也可用于手臂肘关节的力矩测试中；装置是由气囊、大腿固定环、小腿固定环、大腿杆、小腿杆、连接器、力矩传感器、力传感器、大腿固定带、小腿固定带和连接器组成；所述的大腿杆固定，与小腿杆通过连接器铰接，并在连接处设置机械限位；小腿杆可在一定范围内转动。穿戴人员在穿着指定气压的气囊后穿戴本发明装置。由力矩传感器测试穿戴人员膝关节处力矩；使用力传感器测量小腿对踝关节固定环的作用力，通过计算获得膝关节关节力矩。本发明为测试单自由度关节的扭转力矩提供了试验装置。

技术领域

本发明涉及一种测试单自由度关节力矩的装置，涉及外骨骼领域。

背景技术

外骨骼是一种穿在人体外部的机器人，可提供保护、支撑、助力和运动辅助功能，是非常活跃的机器人研究分支。由于外骨骼助力装置在各领域发挥的巨大作用，使得其发展前景十分广阔。真空防护服可有效地减少由于穿戴人员与外骨骼直接接触所带来的损伤，但是由于真空防护服所造成的余压(服内外的压差)的作用，当穿戴人员活动时防护服不可避免地要产生相当大的力矩，力矩的大小直接影响穿戴人员能完成操作所耗的体力及生命保障系统产生影响。该力矩与设计结构和加工工艺水平相关，需要对其进行测试。因此，迫切的需要研制力矩特性的测试系统来测试防护服关节的力学性能，用于防护服关节设计、检验和产品评价。基于此，本发明提供了一种测试单自由度关节力矩的装置。通过固定在膝关节固定环和踝关节固定环内侧的力/力矩传感器收集穿戴人员运动信息，以达到检测人体单自由度关节力矩的功能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，设计了一种测试单自由度关节力矩的装置，所述的测试单自由度关节力矩的装置是由大腿固定环(001)、气囊(002)、踝关节固定环(003)、大腿杆固定带(004)、小腿杆固定带(005)、连接器(006)、力矩传感器(007)、机械限位(008)、大腿杆(009)、小腿杆(010)、力传感器(011)。

本发明技术方案为一种测试单自由度关节力矩的装置，该装置包括：大腿固定环、大腿杆、小腿杆、力传感器、力矩传感器、气囊、膝关节固定环、踝关节固定环；所述的大腿杆(009)的上端与大腿固定环(001)的内侧铰接，所述大腿固定环与大腿杆铰接处为直线结构，其余地方为环形结构；大腿杆(009)的下端通过连接器(006)与小腿杆(010)的上端铰接，小腿杆(010)可绕交接点定轴转动；所述力传感器设置于大腿杆与小腿杆的铰接点处的内侧，所述力矩传感器设置于大腿杆与小腿杆的铰接点处的外侧；所述大腿杆(009)与小腿杆连接处设置有机械限位结构(008)，防止小腿杆过度旋转；所述膝关节固定环(005)设置于小腿杆上部靠近膝关节的位置，所述踝关节固定环(003)设置于小腿杆下部靠近踝关节位置，所述膝关节固定环(005)、踝关节固定环(003)的外部与小腿杆铰接；所述力/力矩传感器设置于；所述气囊为中空的管状气囊，同时设置于大腿固定环、大腿杆、小腿杆、膝关节固定环、踝关节固定环的内侧。

进一步的，所述连接器(006)为阶梯状的长条片状结构，包括上级梯段、阶梯连接段、下级梯段，所述上级梯段与小腿杆的上部连接，使连接器的下级梯段与小腿杆的上部末端形成悬空的夹层；所述大腿杆下部设置于该悬空的夹层内，且大腿杆下部末端与连接器的阶梯段阶段接触，所述小腿杆上部顶端、连接器下级梯段末端与大腿杆铰接；所述机械限位结构(008)为大腿杆底部末端的一部分；大腿杆末端原本为方形片状结构的一端，对该方形结构对应小腿弯曲一侧的角进行倒圆角处理形成机械限位结构；当小腿弯曲时倒圆角处不与连接器的阶梯连接段接触实现自由转动，当小腿伸直时位倒圆角的处与连接器的阶梯连接段接触，卡住大腿杆从而限制小腿杆继续转动。

进一步的，所述大腿杆(009)为一条条状杆件或两条平行设置于大腿两侧的条状杆件；所述的小腿杆为一条条状杆件或两条平行设置于小腿两侧的条状杆件。

进一步的，所述大腿杆上设置有大腿杆固定带，大腿杆固定带设置有大腿杆的内侧。