被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术公开一种被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人，被动髋关节自动回中机构包括一个内收外展装置或一个内旋外旋装置或者二者的结合，外骨骼机器人的腰部结构与内旋外旋装置连接，腿部结构与内收外展装置连接，内收外展装置设置有运用弹性元件组成的腿部弹性装置，内旋外旋装置也设置有运用弹性元件组成的腰部弹性装置，利用弹性元件的弹性工作原理，对腿部支撑架和腰部支撑架进行一个自动回中的功能，无需主动方式驱动腿部支撑架和腰部支撑架进行回中，更节约电能，且当人体穿戴的时候，也无需人体给予外骨骼机器人这样的回复力，自动保持人体的平衡，穿戴起来更为舒适，且行动起来更为舒适，自由度和仿真效果更好，更有利于康复运动。

Passive hip automatic back in mechanism and exoskeleton robot

The invention discloses a passive hip automatic aligning mechanism and exoskeleton robot, passive hip automatic aligning mechanism includes a combination of adduction and abduction device or a pronation external rotation device or the two, waist structure and internal rotation and external rotation device of exoskeleton robot structure and connection, leg adduction and abduction device connection, adduction and abduction device is provided with a leg elastic device using elastic components, internal rotation and external rotation device is provided with a waist elastic device with elastic components, using the elastic working principle of elastic element, the leg support and the waist support frame an automatic return function of the need for active driving leg the support frame and the waist support frame back, more energy saving, and when the body is worn, there is no need to give the body exoskeleton robot back like this, since The utility model has the advantages that the balance of the human body is maintained, the wearing is more comfortable, the action is more comfortable, the freedom and the simulation effect are better, and the rehabilitation movement is more favorable.

【技术实现步骤摘要】
被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种具有回中机构的外骨骼机器人的髋关节结构和外骨骼机器人。
技术介绍
外骨骼机器人（ExoskeletonRobot）是指套在人体外的机器人，也可称为“可穿戴的机器人”，外骨骼机器人技术是融合了传感、控制、信息技术、移动计算,以及可穿戴结构的综合技术。作为人体下肢助力的外骨骼机器人，髋关节的设计是非常重要的一个环节，现在的外骨骼机器人的髋关节设计大多是采用电机直接驱动或者液压缸直接驱动，此种方法为主动驱动方式，会增加外骨骼机器人的体积和重量，还会引起更多不必要的做功，运动范围也受限。现有技术中，也有一些外骨骼机器人采用被动驱动，或者外骨骼机器人的髋关节由一个主动自由度关节（前屈、后伸）和两个被动自由度关节（内收、外展和内旋、外旋）构成。其中现有外骨骼机器人两个被动髋关节都不具有回复力作用，而外骨骼机器人在穿戴行走的过程中，髋部的被动自由度需要提供作用力来帮助人体实现平衡，提供平衡的力主要来自于人体，这样会增加人体体能的消耗，从而增加人体的负担，影响运动能力。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人，当人体穿戴上带有该被动髋关节自动回中机构的外骨骼机器人时，人体随外骨骼机器人运动，其髋关节部分能自动回复到中立位，大大节省了人体施加的力，减轻人体的身体负担，更有利于人体的康复。为实现上述目的，本专利技术公开一种被动髋关节自动回中机构，包括一个内收外展装置，所述内收外展装置包括腿部支撑架和腿部弹性装置，所述腿部支撑架与腿部弹性装置接触连接，所述腿部支撑架与腿部结构连接，并与控制腿部运动的电机连接，电机驱动腿部结构向前或向后运动，作用在腿部结构上的人体在运动时左右倾斜，带动腿部支撑架向左或向右挤压腿部弹性件，当人体作用于腿部结构上向左或向右运动的力结束，腿部支撑架的向左或向右运动的力减弱或消失，腿部弹性装置的回复力驱动腿部支撑架回复到中立位置。其中，所述腿部弹性装置包括第一板簧、第二板簧、连接板和板簧压块，第一板簧和第二板簧并列设置，且上端分别卡接在板簧盖上，并通过连接板压合固定，所述第一板簧和第二板簧的中部通过板簧压块连接支撑，第一板簧与第二板簧分别与腿部支撑架接触连接，腿部结构向前运动，腿部支撑架的下端向左摆动，腿部支撑架的上端与第一板簧接触并压缩第一板簧，当腿部支撑架下端向左运动的力减弱或消失时，第一板簧恢复形变，第一板簧的回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置，腿部结构向后运动，腿部支撑架下端向右运动，腿部支撑架与第二板簧接触并压缩第二板簧，当腿部支撑架下端向右的力减弱或消失时，第二板簧回复形变，回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置。其中，所述第一板簧设置有两个，分别位于第二板簧的左右两边，两个第一板簧与第二板簧同时固定在板簧盖上，腿部支撑架下端向左运动，腿部支撑架的上端同时挤压左右两端的第一板簧，并将挤压力平均分解到两块第一板簧上。其中，所述腿部支撑架与第一板簧的接触面上设置有第一垫块，所述腿部支撑架与第二板簧接触面上设置有第二垫块，腿部支撑架下端向左运动，腿部支撑架上端通过第一垫块挤压第一板簧，所述腿部支撑架下端向右运动，腿部支撑架通过第二垫块挤压第二板簧。其中，所述腿部支撑架的上端设置有圆柱体转轴结构，并将腿部支撑架划分为上端和下端，所述第一垫块设置在圆柱体转轴结构的上端，所述第二垫块设置在转轴结构的下端，腿部支撑架下端向左或向右时，分别以圆柱体转轴结构为轴摆动，腿部支撑架下端向左，位于腿部支撑架上端的第一垫块与第一板簧接触并挤压第一板簧形变，第二垫块与第二板簧远离，腿部支撑架下端向右，位于腿部支撑架上端的第一垫块与第一板簧远离，位于腿部支撑架下端的第二垫块与第二板簧接触并挤压第二板簧形变，所述腿部支撑架的下端为吊环结构，吊环结构上安装设置有驱动腿部结构运动的电机，电机控制腿部结构前进或后退。本专利技术公开一种被动髋关节自动回中机构，包括一个内旋外旋装置，所述内旋外旋装置包括腰部支撑架和腰部弹性装置，所述腰部支撑架与外骨骼机器人腰部连接固定，所述腰部弹性装置固定在固定盖板上，当人体作用于腿部结构上，且腿部运动带动腰部结构扭转时，腰部支撑架跟随腰部结构一起扭转，腰部支撑架挤压腰部弹性装置，腰部支撑架的向内或向外的旋转的力减弱或消失时，腰部弹性力驱动腰部支撑架回复到中立位置。其中，所述腰部弹性装置包括第三板簧和板簧支架，所述第三板簧横向放置，且第三板簧的两端固定在板簧支架上，所述腰部支撑架与第三板簧的接触面上设置有第三垫块，腰部支撑架向内或向外旋转时，腰部支撑架通过第三垫块向左或者向右挤压第三板簧。其中，所述腰部弹性装置包括板簧支架、左弹簧、右弹簧、左弹簧固定柱和右弹簧固定柱，左弹簧固定柱和右弹簧固定柱分别对称固定在腰部支撑架上，所述左弹簧和右弹簧分别通过固定柱固定在腰部支撑架和板簧支架之间，腰部支撑架向内旋转，拉伸右弹簧，腰部支撑架向外旋转，拉伸左弹簧。其中，所述腰部支撑架上设置有转轴，转轴穿过腰部支撑架上的容置通孔，容置通孔的上下两端与转轴连接的位置设置有承受腿部结构传导上来的轴向力的止推轴承。本专利技术还公开一种外骨骼机器人，包括上述介绍的分别具有内收外展装置或者内旋外旋装置，或者是同时具备内收外展装置和内旋外旋装置的被动髋关节自动回中机构，除此之外，还包括腿部结构和腰部结构，被动髋关节自动回中机构的一端连接腰部结构，另一端连接腿部结构，腰部结构左右对称，腰部结构的左右两端分别连接一个被动髋关节自动回中机构，每个被动髋关节自动回中机构都连接有一个腿部结构，外骨骼机器人通过穿戴方式固定在人体上。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术公开的一种被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人，被动髋关节自动回中机构包括一个内收外展装置或者一个内旋外旋装置或者二者的结合，其中，内收外展装置与腿部结构连接，且内收外展装置包括腿部连接支撑架和腿部弹性装置，腿部的电机驱动腿部前进，当人体穿戴上该外骨骼机器人时，由于人体自身行走的特点，人体腿部向前运动时，髋关节也会随之摆动，人体髋关节挤压自动回中机构上的腿部支撑架，从而使腿部支撑架上的腿部弹性装置受到挤压，当腿部支撑架挤压腿部弹性装置的力减弱或者消失后，腿部弹性装置的回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置。内旋外旋装置包括腰部支撑架和腰部弹性装置，腰部支撑架与腰部连接，使腰部向内或向外旋转扭动时，腰部支撑架挤压腰部弹性装置，当腰部支撑架上的力减弱或者消失后，腰部弹性装置上的回复力作用于腰部支撑架，腰部支撑架回复到中立位置，整个装置结构简单，工作原理简单，弹性装置内为带有弹性的板簧或者弹簧，利用板簧或者弹簧的弹性力使腰部支撑架或者腿部支撑架回复到中立位置，无需借助外力的作用进行回复，节省了电能或者人体的支撑力，当运用这种被动髋关节自动回中机构制成的外骨骼机器人，在腿部结构前进或后退过程中，伴随着腿部支撑架的向左或向右运动以及自动回复，腰部支撑架的内旋或外旋以及自动回复，使仿真效果更好，让使用者在使用过程中更省力，行动起来更轻松，自由度更好，更利于行走不便客户的行走康复。附图说明图1为本专利技术外骨骼机器人结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被动髋关节自动回中机构，其特征在于，包括一个内收外展装置，所述内收外展装置包括腿部支撑架和腿部弹性装置，所述腿部支撑架与腿部弹性装置接触连接，所述腿部支撑架与腿部结构连接，并与控制腿部运动的电机连接，电机驱动腿部结构向前或向后运动，作用在腿部结构上的人体在运动时左右倾斜，带动腿部支撑架向左或向右挤压腿部弹性件，当人体作用于腿部结构上向左或向右运动的力结束，腿部支撑架的向左或向右运动的力减弱或消失，腿部弹性装置的回复力驱动腿部支撑架回复到中立位置。

【技术特征摘要】
1.一种被动髋关节自动回中机构，其特征在于，包括一个内收外展装置，所述内收外展装置包括腿部支撑架和腿部弹性装置，所述腿部支撑架与腿部弹性装置接触连接，所述腿部支撑架与腿部结构连接，并与控制腿部运动的电机连接，电机驱动腿部结构向前或向后运动，作用在腿部结构上的人体在运动时左右倾斜，带动腿部支撑架向左或向右挤压腿部弹性件，当人体作用于腿部结构上向左或向右运动的力结束，腿部支撑架的向左或向右运动的力减弱或消失，腿部弹性装置的回复力驱动腿部支撑架回复到中立位置。2.根据权利要求1所述的被动髋关节自动回中机构，其特征在于，所述腿部弹性装置包括第一板簧、第二板簧、连接板和板簧压块，第一板簧和第二板簧并列设置，且上端分别卡接在板簧盖上，并通过连接板压合固定，所述第一板簧和第二板簧的中部通过板簧压块连接支撑，第一板簧与第二板簧分别与腿部支撑架接触连接，腿部结构向前运动，腿部支撑架的下端向左摆动，腿部支撑架的上端与第一板簧接触并压缩第一板簧，当腿部支撑架下端向左运动的力减弱或消失时，第一板簧恢复形变，第一板簧的回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置，腿部结构向后运动，腿部支撑架下端向右运动，腿部支撑架与第二板簧接触并压缩第二板簧，当腿部支撑架下端向右的力减弱或消失时，第二板簧回复形变，回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置。3.根据权利要求2所述的被动髋关节自动回中机构，其特征在于，所述第一板簧设置有两个，分别位于第二板簧的左右两边，两个第一板簧与第二板簧同时固定在板簧盖上，腿部支撑架下端向左运动，腿部支撑架的上端同时挤压左右两端的第一板簧，并将挤压力平均分解到两块第一板簧上。4.根据权利要求2或3任意一项所述的被动髋关节自动回中机构，其特征在于，所述腿部支撑架与第一板簧的接触面上设置有第一垫块，所述腿部支撑架与第二板簧接触面上设置有第二垫块，腿部支撑架下端向左运动，腿部支撑架上端通过第一垫块挤压第一板簧，所述腿部支撑架下端向右运动，腿部支撑架通过第二垫块挤压第二板簧。5.根据权利要求4所述的被动髋关节自动回中机构，其特征在于，所述腿部支撑架的上端设置有圆柱体转轴结构，并将腿部支撑架划分为上端和下端，所述第一垫块设置在圆柱体转轴结构的上端，所述第二垫块设置在转轴结构的下端，腿部支撑架下端向左或向右时，分别以圆柱体转轴结构为轴摆动，腿部支撑架下端向左，位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛小康，石枝春，东人，梁哲，
申请(专利权)人：深圳市奇诺动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44