一种人体关节运动辅助装置及人体运动助力装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种体积较小且能够实现多自由度运动的人体关节运动辅助装置及人体运动助力装置。该人体关节运动辅助装置，包括拉索机械结构、拉索动力部件，拉索机械结构包括第一支撑架、第二支撑架、旋转轴、第一柔性拉索、第二柔性拉索，通过拉索的收缩牵引模拟人体肌肉的运动方式，实现关节的自由弯曲和伸展，柔性的拉索更易安装和布置，能够多个关节运动由一组执行机构驱动，减轻了驱动单元数量和系统体积、重量，且机构空间占用量小，能实现多用途的人工机械骨骼运动，而且通过拉索配置的数量和方位，能够模拟不同肌肉、不同方向的收缩，从而实现多自由度多方向的运动，适合在动辅助、康复，以及残疾人辅助装置领域推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种人体关节运动辅助装置及人体运动助力装置
本专利技术涉及运动辅助、康复，以及残疾人辅助装置领域，具体涉及一种人体关节运动辅助装置及人体运动助力装置。
技术介绍
户外运动人群、老人和残疾人群需要一种简洁、灵活、高效的关节运动辅助和助力装置。当前的关节运动辅助和助力装置的原理主要包括两类，一类是通过动力机构的旋转带动关节的旋转，另一类是通过额外支撑杆的伸长和收缩带动关节旋转。现有解决方案主要存在笨重、不宜实现多自由度的运动、结构形状不灵活等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种体积较小且能够实现多自由度运动的人体关节运动辅助装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该人体关节运动辅助装置，包括拉索机械结构、拉索动力部件，所述拉索机械结构包括第一支撑架、第二支撑架、旋转轴、第一柔性拉索、第二柔性拉索，所述第一支撑架、第二支撑架均套设在旋转轴上且能够绕旋转轴自由转动，所述旋转轴固定在左髋关节转轴或右髋关节转轴或左膝关节转轴或右膝关节转轴上且二者的轴心线重合，第一支撑架设置在旋转轴的下方，第一支架的左侧与右侧均设置有导向槽，第二支撑架设置在旋转轴的上方，第二支撑架的左侧、右侧以及顶部均设置有导向槽，所述第一柔性拉索的一端固定在第一支撑架的底部，另一端依次绕过第一支撑架右侧设置的导向槽、第二支撑架右侧设置的导向槽、第二支撑架顶部设置的导向槽后与拉索动力部件相连，所述第二柔性拉索的一端固定在第一支撑架的底部，另一端依次绕过第一支撑架左侧设置的导向槽、第二支撑架左侧设置的导向槽、第二支撑架顶部设置的导向槽后与拉索动力部件相连，所述拉索动力部件用于分别拉伸第一柔性拉索与第二柔性拉索。进一步的是，所述第一支撑架、第二支撑架为三角形支架。进一步的是，所述第一支撑架与第二支撑架之间设置有双向复位扭簧，所述双向复位扭簧的两个支臂分别固定在第一支撑架与第二支撑架上。本专利技术还提供了一种人体运动助力装置，该人体运动助力装置包括左小腿耦合装置、右小腿耦合装置、左大腿耦合装置、右大腿耦合装置、髋部耦合装置，所述左小腿耦合装置与左大腿耦合装置通过左膝关节转轴相连，所述左大腿耦合装置与髋部耦合装置左侧通过左髋关节转轴相连，所述右小腿耦合装置与右大腿耦合装置通过右膝关节转轴相连，所述右大腿耦合装置与髋部耦合装置右侧通过右髋关节转轴相连，所述左膝关节转轴、右膝关节转轴上均安装有至少一个驱动其转动的拉索机械结构，还包括拉索动力部、拉索感知控制部件、人机接口系统、控制系统，拉索感知控制部件通过人机接口系统感知人体的运动状态和运动意图并将其发送给控制系统，控制系统将信息处理后发送指令给拉索动力部件，拉索动力部件驱动拉索机械结构使左膝关节转轴或右膝关节转轴转动，所述拉索机械结构包括第一支撑架、第二支撑架、旋转轴、第一柔性拉索、第二柔性拉索，所述第一支撑架、第二支撑架均套设在旋转轴上且能够绕旋转轴自由转动，所述旋转轴固定在左髋关节转轴或右髋关节转轴或左膝关节转轴或右膝关节转轴上且二者的轴心线重合，第一支撑架设置在旋转轴的下方，第一支撑架的左侧与右侧均设置有导向槽，第二支撑架设置在旋转轴的上方，第二支撑架的左侧、右侧以及顶部均设置有导向槽，所述第一柔性拉索的一端固定在第一支撑架的底部，另一端依次绕过第一支撑架右侧设置的导向槽、第二支撑架右侧设置的导向槽、第二支撑架顶部设置的导向槽后与拉索动力部件相连，所述第二柔性拉索的一端固定在第一支撑架的底部，另一端依次绕过第一支撑架左侧设置的导向槽、第二支撑架左侧设置的导向槽、第二支撑架顶部设置的导向槽后与拉索动力部件相连，所述拉索动力部件用于分别拉伸第一柔性拉索与第二柔性拉索。进一步的是，所述左髋关节转轴、右髋关节转轴上均安装有驱动其转动的拉索机械结构，拉索感知控制部件通过人机接口系统感知人体的运动状态和运动意图并将其发送给控制系统，控制系统将信息处理后发送指令给拉索动力部件，拉索动力部件驱动拉索机械结构使左髋关节转轴或右髋关节转轴转动。进一步的是，所述第一支撑架、第二支撑架为三角形支架。进一步的是，所述第一支撑架与第二支撑架之间设置有双向复位扭簧，所述双向复位扭簧的两个支臂分别固定在第一支撑架与第二支撑架上。进一步的是，所述左小腿耦合装置包括第一半圆形护板以及第一C形环带，所述第一半圆形护板与第一C形环带围成一个圆形的空间，所述第一半圆形护板的上端固定有第一支撑板，所述左大腿耦合装置包括第二半圆形护板以及第二C形环带，所述第二半圆形护板与第二C形环带围成一个圆形的空间，所述第二半圆形护板的下端固定有第二支撑板，上端固定有第三支撑板，所述髋部耦合装置包括腰带，第二支撑板的下端与第一支撑板的上端通过左膝关节转轴相连，第三支撑板的上端与腰带的左侧通过左髋关节转轴相连，所述右小腿耦合装置包括第三半圆形护板以及第三C形环带，所述第三半圆形护板与第三C形环带围成一个圆形的空间，所述第三半圆形护板的上端固定有第四支撑板，所述右大腿耦合装置包括第四半圆形护板以及第四C形环带，所述第四半圆形护板与第四C形环带围成一个圆形的空间，所述第四半圆形护板的下端固定有第五支撑板，上端固定有第六支撑板，第五支撑板的下端与第四支撑板的上端通过右膝关节转轴相连，第六支撑板的上端与腰带的右侧通过右髋关节转轴相连。进一步的是，所述人机接口系统包括信息感知设备、输入输出设备、信息传输网络、信息处理部件，所述信息感知设备包括压力传感器、惯性传感器、关节编码器、接触式应变片、光纤传感器、肌电传感器、脑电传感器、位移传感器，旋转编码器、压力开关、测距传感器，所述输入输出设备包括键盘、麦克风、耳机、表情识别系统、眼球跟踪系统。进一步的是，所述控制系统针对人体运动状态，并根据运动动力学特征，将人体运动动作分解为关节在各自由度上的转动，并建立对应的关节角度、关节角速度、关节力矩在运动中随时间变化的规律数据库，作为反馈控制系统的期望输入信号，根据人机接口系统感知人体的运动状态或运动意图，选择数据库中的期望输入信号，通过设计的协同控制律驱动每个关节处的拉索机械结构工作。本专利技术的有益效果：该人体关节运动辅助装置通过拉索的收缩牵引模拟人体肌肉的运动方式，实现关节的自由弯曲和伸展，相对于传统的关节运动辅助装置，柔性的拉索更易安装和布置，能够多个关节运动由一组执行机构驱动，减轻了驱动单元数量和系统体积、重量，且机构空间占用量小，并局部提高了机构结构强度，能实现多用途的人工机械骨骼运动，而且通过拉索配置的数量和方位，能够模拟不同肌肉、不同方向的收缩，从而实现多自由度多方向的运动，该人体关节运动辅助装置可以运用在膝关节、髋关节、肩关节、肘关节和踝关节等其他关节，实现关节运动辅助。人体运动助力装置通过在左膝关节转轴、右膝关节转轴、左髋关节转轴、右髋关节转轴上安装驱动其转动的拉索机械结构，拉索感知控制部件通过人机接口系统感知人体的运动状态和运动意图并将其发送给控制系统，控制系统将信息处理后发送指令给拉索动力部件，拉索动力部件驱动拉索机械结构使左膝关节转轴或右膝关节转轴或左髋关节转轴或右髋关节转轴转动，从而为关节运动提供辅助支撑，并能大大降低穿戴者的能量消耗、关节磨损，进而实现辅助穿戴者运动的目的。附图说明图1是本专利技术人体关节运动辅助装置的拉索机械结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体关节运动辅助装置，其特征在于：包括拉索机械结构(10)、拉索动力部件(11)，所述拉索机械结构(10)包括第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)、旋转轴(1003)、第一柔性拉索(1004)、第二柔性拉索(1005)，所述第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)均套设在旋转轴(1003)上且能够绕旋转轴(1003)自由转动，所述旋转轴(1003)固定在左髋关节转轴(7)或右髋关节转轴(9)或左膝关节转轴(6)或右膝关节转轴(8)上且二者的轴心线重合，第一支撑架(1001)设置在旋转轴(1003)的下方，第一支撑架(1001)的左侧与右侧均设置有导向槽(1006)，第二支撑架(1002)设置在旋转轴(1003)的上方，第二支撑架(1002)的左侧、右侧以及顶部均设置有导向槽(1006)，所述第一柔性拉索(1004)的一端固定在第一支撑架(1001)的底部，另一端依次绕过第一支撑架(1001)右侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)右侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)顶部设置的导向槽(1006)后与拉索动力部件(11)相连，所述第二柔性拉索(1005)的一端固定在第一支撑架(1001)的底部，另一端依次绕过第一支撑架(1001)左侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)左侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)顶部设置的导向槽(1006)后与拉索动力部件(11)相连，所述拉索动力部件(11)用于分别拉伸第一柔性拉索(1004)与第二柔性拉索(1005)。...

【技术特征摘要】
1.一种人体关节运动辅助装置，包括拉索机械结构(10)，其特征在于：还包括拉索动力部件(11)，所述拉索机械结构(10)包括第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)、旋转轴(1003)、第一柔性拉索(1004)、第二柔性拉索(1005)，所述第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)均套设在旋转轴(1003)上且能够绕旋转轴(1003)自由转动，所述旋转轴(1003)固定在左髋关节转轴(7)或右髋关节转轴(9)或左膝关节转轴(6)或右膝关节转轴(8)上且二者的轴心线重合，第一支撑架(1001)设置在旋转轴(1003)的下方，第一支撑架(1001)的左侧与右侧均设置有导向槽(1006)，第二支撑架(1002)设置在旋转轴(1003)的上方，第二支撑架(1002)的左侧、右侧以及顶部均设置有导向槽(1006)，所述第一柔性拉索(1004)的一端固定在第一支撑架(1001)的底部，另一端依次绕过第一支撑架(1001)右侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)右侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)顶部设置的导向槽(1006)后与拉索动力部件(11)相连，所述第二柔性拉索(1005)的一端固定在第一支撑架(1001)的底部，另一端依次绕过第一支撑架(1001)左侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)左侧设置的导向槽(1006)、第二支撑架(1002)顶部设置的导向槽(1006)后与拉索动力部件(11)相连，所述拉索动力部件(11)用于分别拉伸第一柔性拉索(1004)与第二柔性拉索(1005)。2.如权利要求1所述的人体关节运动辅助装置，其特征在于：所述第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)为三角形支架。3.如权利要求2所述的人体关节运动辅助装置，其特征在于：所述第一支撑架(1001)与第二支撑架(1002)之间设置有双向复位扭簧(1007)，所述双向复位扭簧(1007)的两个支臂分别固定在第一支撑架(1001)与第二支撑架(1002)上。4.一种人体运动助力装置，包括左小腿耦合装置(1)、右小腿耦合装置(2)、左大腿耦合装置(3)、右大腿耦合装置(4)、髋部耦合装置(5)，所述左小腿耦合装置(1)与左大腿耦合装置(3)通过左膝关节转轴(6)相连，所述左大腿耦合装置(3)与髋部耦合装置(5)左侧通过左髋关节转轴(7)相连，所述右小腿耦合装置(2)与右大腿耦合装置(4)通过右膝关节转轴(8)相连，所述右大腿耦合装置(4)与髋部耦合装置(5)右侧通过右髋关节转轴(9)相连，其特征在于：所述左膝关节转轴(6)、右膝关节转轴(8)上均安装有至少一个驱动其转动的拉索机械结构(10)，还包括拉索动力部、拉索感知控制部件、人机接口系统、控制系统，拉索感知控制部件通过人机接口系统感知人体的运动状态和运动意图并将其发送给控制系统，控制系统将信息处理后发送指令给拉索动力部件(11)，拉索动力部件(11)驱动拉索机械结构(10)使左膝关节转轴(6)或右膝关节转轴(8)转动，所述拉索机械结构(10)包括第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)、旋转轴(1003)、第一柔性拉索(1004)、第二柔性拉索(1005)，所述第一支撑架(1001)、第二支撑架(1002)均套设在旋转轴(1003)上且能够绕旋转轴(1003)自由转动，所述旋转轴(1003)固定在左髋关节转轴(7)或右髋关节转轴(9)或左膝关节转轴(6)或右膝关节转轴(8)上且二者的轴心线重合，第一支撑架(1001)设置在旋转轴(1003)的下方，第一支架的左侧与右侧均设置有导向槽(1006)，第二支撑架(1002)设置在旋转轴(1003)的上方，第二支撑架(1002)的左侧、右侧以及顶部均设置有导向槽(1006)，所述第一柔性拉索(1004)的一端固定在第一支撑架(1001)的底部，另一端依次绕过第一支撑架(1001)右侧设置的导向槽(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向刚，周丰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51