[发明专利]一种四转动关节轴线汇交的轮椅腰部助力装置

权利要求书

1.一种四转动关节轴线汇交的轮椅腰部助力装置，其特征在于：该腰部助力装置包括动平台(2)、4个运动支链、4个电机驱动单元和基座(1)，4个运动支链包括第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链，4个电机驱动单元包括第一电机驱动单元(10)、第二电机驱动单元(20)、第三电机驱动单元(27)、第四电机驱动单元(38)；

第一运动支链为RUPR结构的支链，第一运动支链为含有第一电机驱动单元(10)的运动支链，以此运动支链为起点，顺时针方向分布的分别为第二运动支链、第三运动支链及第四运动支链，第二和第四运动支链均为RRRPR结构的支链，该两个RRRPR结构的支链呈对角分布，第三运动支链为UPS结构的支链；

康复过程中第一运动支链位于人体前胸位置，第三运动支链位于人体后背位置；

在第一运动支链中，所述第一运动支链第一R轴(3)的底座与基座(1)连接，所述第一运动支链第一R轴(3)的方向轴则通过轴承与第一运动支链第一带轴承座支架(4)连接，构成第一运动支链第一转动关节，具有一个转动自由度；所述第一运动支链第一带轴承座支架(4)与第一运动支链第一连接杆(5)的一端固定连接，所述第一运动支链第一连接杆(5)另一端则与第一运动支链第二带轴承座支架(6)固定连接，所述第一运动支链第二带轴承座支架(6)通过轴承与第一运动支链第一十字轴(7)的其中一个方向轴连接，所述第一运动支链第一十字轴(7)另一个方向轴通过轴承与第一运动支链第三带轴承座支架(8)的一端连接，构成第一支链第一虎克副，具有二个转动自由度；所述带第一运动支链第三带轴承座支架(8)另一端与第一运动支链第一推杆(9)固定连接，所述第一运动支链第一推杆(9)与第一电机驱动单元(10)的一端连接，所述第一电机驱动单元(10)另一端与第一运动支链第四带轴承座支架(11)的一端固定连接，构成第一支链第一移动关节，具有一个移动自由度；所述第一运动支链第一电机驱动单元(10)直接驱动第一运动支链第一推杆(9)运动，传递电机输出，所述第一运动支链第四带轴承座支架(11)另一端通过轴承与第一运动支链第二R轴(12)的方向轴连接，构成第一支链第二转动关节，具有一个转动自由度；所述第一运动支链第二R轴(12)的底座则与动平台(2)固定连接；第一运动支链第一转动关节的轴线与基座(1)的水平面垂直，第一运动支链第一虎克副的其中一个方向轴轴线与第一运动支链第一转动关节的轴线平行，第一运动支链第一虎克副的另一个方向轴轴线则与第一运动支链第二转动关节的轴线平行；第一运动支链具有二转动三移动共五个自由度，限制了动平台(2)绕第一运动支链第一虎克副法线方向的转动；

在第二运动支链中，所述第二运动支链第一轴承套(13)一端与基座(1)连接，构成第二支链第一转动关节，具有一个转动自由度；所述第二运动支链第一轴承套(13)另一端则与第二运动支链第一R轴(14)的一端连接，所述第二运动支链第一R轴(14)的另一端与第二运动支链第二轴承套(15)的一端连接，构成第二支链第二转动关节，具有一个转动自由度；所述第二运动支链第二轴承套(15)另一端与第二运动支链第二R轴(16)的一端连接，所述第二运动支链第二R轴(16)另一端与第二运动支链第三R轴(17)的一端固定连接，所述第二运动支链第三R轴(17)另一端通过轴承与第二运动支链第一带轴承座支架(18)的一端连接，构成第二支链第三转动关节，具有一个转动自由度；所述带第二运动支链第一带轴承座支架(18)另一端与第二运动支链第一推杆(19)固定连接，所述第二运动支链第一推杆(19)与第二电机驱动单元(20)的一端连接，构成第二支链第一移动关节，具有一个移动自由度；所述第二电机驱动单元(20)直接驱动第二运动支链第一推杆(19)运动，传递电机输出，所述第二电机驱动单元(20)另一端与第二运动支链第二带轴承座支架(21)的一端固定连接，所述第二运动支链第二带轴承座支架(21)另一端通过轴承与第二运动支链第四R轴(22)的方向轴连接，构成第二支链第四转动关节，具有一个转动自由度；所述第二运动支链第四R轴(22)的底座与动平台(2)固定连接；第二运动支链第一转动关节的轴线与第二运动支链第二转动关节的轴线汇交于基座(1)上的一点，该点对应于人体躯干扭转运动的旋转轴线上的某一点，第二运动支链第三转动关节的轴线和第二运动支链第四转动关节轴线平行；

第二运动支链能够拆分为二部分，一为RPR结构，另一为RR轴线汇交结构：第二运动支链第三、第四转动关节与第二运动支链第一移动关节构成了RPR结构，该RPR结构具有二个移动自由度和一个转动自由度；第二运动支链第一转动关节的轴线与第二运动支链第二转动关节的轴线汇交于一点，构成了RR轴线汇交结构，该RR轴线汇交结构具有二个转动自由度；该两部分组合使得第二运动支链具有三转动二移动共五个自由度，限制了动平台(2)沿第二运动支链第四转动关节轴线方向的移动；

在第三运动支链中，所述第三运动支链第一带轴承座支架(23)一端与基座(1)通过转动副进行连接，所述第三运动支链第一带轴承座支架(23)另一端则通过轴承与第三运动支链第一十字轴(24)的一个方向轴连接，所述第三运动支链第一十字轴(24)的另一个方向轴与第三运动支链第二带轴承座支架(25)的一端连接，构成第三支链第一S副，具有三个转动自由度；所述第三运动支链第二带轴承座支架(25)另一端与第三运动支链第一推杆(26)固定连接，所述第三运动支链第一推杆(26)与第三电机驱动单元(27)的一端连接，构成第三支链第一移动关节，具有一个移动自由度；所述第三电机驱动单元(27)直接驱动第三运动支链第一推杆(26)运动，传递电机输出，所述第三电机驱动单元(27)另一端与第三运动支链第三带轴承座支架(28)的一端固定连接，所述第三运动支链第三带轴承座支架(28)另一端通过轴承与第三运动支链第二十字轴(29)的其中一个方向轴连接，所述第三运动支链第二十字轴(29)另一个方向轴通过轴承与第三运动支链第四带轴承座支架(30)的一端连接，所述第三运动支链第四带轴承座支架(30)的另一端与动平台(2)固定连接，构成第三支链第一虎克副，具有二个转动自由度；第三运动支链具有六个自由度；

在第四运动支链中，所述第四运动支链第一轴承套(31)一端与基座(1)连接，构成第四支链第一转动关节，具有一个转动自由度；所述第四运动支链第一轴承套(31)另一端与第四运动支链第一R轴(32)的一端连接，所述第四运动支链第一R轴(32)另一端与第四运动支链第二轴承套(33)的一端连接，构成第四支链第二转动关节，具有一个转动自由度；所述第四运动支链第二轴承套(33)另一端与第四运动支链第二R轴(34)的一端连接，所述第四运动支链第二R轴(34)另一端与第四运动支链第三R轴(35)的一端固定连接，所述第四运动支链第三R轴(35)另一端则通过轴承与第四运动支链第一带轴承座支架(36)的一端连接，构成第四支链第三转动关节，具有一个转动自由度；所述带第四运动支链第一带轴承座支架(36)另一端与第四运动支链第一推杆(37)固定连接，所述第四运动支链第一推杆(37)与第四电机驱动单元(38)的一端连接，构成第四支链第一移动关节，具有一个移动自由度；所述第四电机驱动单元(38)直接驱动第四运动支链第一推杆(37)运动，传递电机输出，所述第四电机驱动单元(38)另一端与第四运动支链第二带轴承座支架(39)的一端固定连接，所述第四运动支链第二带轴承座支架(39)另一端通过轴承与第四运动支链第四R轴(40)的方向轴连接，构成第四支链第四转动关节，具有一个转动自由度；所述第四运动支链第四R轴(40)的底座与动平台(2)固定连接；第四运动支链第一转动关节的轴线与第四运动支链第二转动关节的轴线汇交于基座(1)上的一点，该点对应于人体躯干扭转运动的旋转轴线上的某一点，第四运动支链第三转动关节的轴线与第四运动支链第四转动关节轴线平行；

第四运动支链能够拆分为二部分，一为RPR结构，另一为RR轴线汇交结构：第四运动支链第三、第四转动关节与第四运动支链第一移动关节构成了RPR结构，该RPR结构具有二个移动自由度和一个转动自由度；第四运动支链第一转动关节的轴线与第四运动支链第二转动关节的轴线汇交于一点，构成了RR轴线汇交结构，该RR轴线汇交结构具有二个转动自由度；该两部分组合使得第四运动支链具有三转动二移动共五个自由度，限制了动平台(2)沿第四运动支链第四转动关节轴线方向的移动。

2.根据权利要求1所述的一种四转动关节轴线汇交的轮椅腰部助力装置，其特征在于：在康复运动和日常活动中，第一运动支链第二转动关节轴线分别与第二运动支链第三、第四转动关节的轴线以及第四运动支链第三、第四转动关节轴线始终相互平行；第二运动支链第一、第二转动关节轴线与第四运动支链第一、第二转动关节轴线始终汇交于基座(1)的某一定点，该点对应人体躯干扭转运动的旋转轴轴线上的某一点的位置，当人体躯干需要进行扭转运动时，该装置动平台(2)能够带动人体躯干绕通过此定点的基座(1)水平面的法线进行转动；第一运动支链第一虎克铰的法线始终与基座(1)的额状面垂直；第二运动支链第四转动关节轴线始终与动平台(2)的冠状面垂直。