[发明专利]膝关节运动助力外骨骼装置

说明书

本发明公开了膝关节运动助力外骨骼装置，包括大腿支杆和小腿支杆，中间转轴机构包括转动连接的大腿连接盘和小腿连接盘，大腿连接盘和小腿连接盘上分别设有第一限位槽和第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽在初始状态下部分重叠，且在小腿支杆和大腿支杆相对转动过程中，第一限位槽和第二限位槽的重叠范围逐渐加大，还包括储能机构，储能机构包括弹簧和曲柄滑块机构，曲柄滑块机构包括曲柄、连杆和滑块，弹簧的一端固定连接在大腿支杆上，弹簧的另一端始终与滑块相抵，曲柄上还设有限位凸起。本方案实现了在平路行走时减少对人体行走膝关节弯曲时的额外负荷，而只在登山、爬楼梯等大角度运动时才提供被动式助力的目的。

技术领域

本发明涉及可穿戴装备技术领域，具体涉及一种膝关节运动助力外骨骼装置。

背景技术

膝关节是人体承受力最大的关节，在登山、上下楼梯等大角度、高强度的运动中膝关节承受的力很大，爬楼梯会对膝关节造成一定伤害，例如搬运大物件上下楼梯，会对膝关节造成较大的压力；人们在持续一段时间的运动后，体力下降，出现肌肉酸痛和运动疲劳，运动的灵活性和协调性大大降低，下肢膝关节表现尤为明显，因此迫切需要一种高效的膝关节运动助力机构。

膝关节运动助力外骨骼，顾名思义是穿戴于膝关节外部，并为其提供助力的仿生机械装置。另外，外骨骼还有支撑身体重量，保护身体器官，进行运动辅助和环境感知等作用。当前膝关节助力装置分为主动式和被动式两种，主动式助力装置主要有液压驱动和电机驱动，液压驱动的助力装置多应用在负重助力领域，在大腿和小腿之间安装液压缸，通过液压系统切换油路，实现对外骨骼机器人膝关节的支撑和放松，液压驱动具有功率密度高、动态响应快的优势，但也存在液压伺服系统控制复杂的问题；电机驱动的助力装置主要应用于康复医疗及助残领域，有采用电机加减速器直接作用于膝关节上的形式，也有通过电机带动连接在大腿和小腿之间的滚轴丝杠的形式，电机驱动便于控制，但电机的功率密度低，适用于下肢有运动障碍的康复领域。相较于被动式外骨骼，主动式外骨骼需要能源供给和运动控制，系统复杂、成本高、可靠性低。

公开号为CN109176478A的发明专利申请文件中公开了一种膝关节被动助力装置，包括大腿支架和小腿支架，大腿支架和小腿支架通过转轴连接，转轴固定设于小腿支架的上端，大腿支架的外侧设有弹簧，弹簧的一端与大腿支架的上部固定连接，另一端通过钢丝绳与设置于转轴的圆盘结构连接；小腿支架摆动带动转轴转动，转轴带动圆盘结构转动使钢丝绳拉伸弹簧。但是上述申请文件中的助力装置在实际使用中却存在下面的问题：人体在行走时，小腿相对大腿产生相对转动，小腿支架随着小腿一起转动，进而带动转轴转动，屈膝时，转轴转动使得钢丝绳对弹簧进行拉伸，伸膝时，弹簧复位给转轴提供助力，这样对人体运动全过程进行蓄能助力，也使得人体在平路上行走不需要助力仍然会对弹簧进行拉伸，从而增加人体平路行走时的负荷和不舒适感。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种在平路行走时不会增加人体行走负荷，而只在登山、上下楼梯等大角度运动时才提供助力的被动式膝关节运动助力外骨骼装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：