一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，包括大腿安装座、上部转接部件、弹簧储能部件、中部转接部件、连杆部件、下部转接部件和鞋部件，其中，上部转接部件分别连接大腿安装座和弹簧储能部件上部，并使得弹簧储能部件可绕大腿安装座相对转动，中部转接部件分别连接弹簧储能部件和连杆部件，并使得连杆部件顶部与弹簧储能部件之间可相对转动，下部转接部件分别连接连杆部件和鞋部件，并使得连杆部件可绕鞋部件相对转动。与现有技术相比，本发明专利技术可以避开主动式外骨骼的缺陷，能适应站立、蹲坐及行走工况，在这三种工况中，该装置都能提供一定程度的重力支撑，本发明专利技术以其易于穿戴和轻便的特点，更加适合于日常使用。

A spring energy storage and rapid unloading device for the lower limb assisted exoskeleton

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置
本专利技术属于助力骨骼领域，涉及一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置。
技术介绍
关节病变或过度负载运动导致的关节炎、肌肉损伤使人的下肢丧失了原先的运动能力，人体老龄化问题也导致了一系列下肢不便，外骨骼可以改善这些问题。市场上存在一些已经商业化的外骨骼，它们大多都采用主动式助力的方案，通过电机给人体输入能量，支撑人体。然而，主动式外骨骼存在的问题是它们往往比较笨重，需要复杂的控制算法，对应的也需要很高的制造和维护成本。被动式外骨骼就可以避开这个问题，通过紧凑的设计可以使设备小巧，同时减小成本，适合于日常使用。目前，市面上尚缺少适宜的被动式助力外骨骼装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，包括大腿安装座、上部转接部件、弹簧储能部件、中部转接部件、连杆部件、下部转接部件和鞋部件，其中，所述上部转接部件分别连接所述大腿安装座和弹簧储能部件上部，并使得弹簧储能部件可绕大腿安装座相对转动，所述中部转接部件分别连接所述弹簧储能部件和连杆部件，并使得连杆部件顶部与弹簧储能部件之间可相对转动，所述下部转接部件分别连接所述连杆部件和鞋部件，并使得连杆部件可绕鞋部件相对转动。进一步的，所述的上部转接部件包括U型接头、第一转动轴承、第一轴承座和第一螺栓，其中，所述的第一轴承座固定在大腿安装座上，所述第一转动轴承安装在第一轴承座上，所述的U型接头通过第一螺栓与所述第一转动轴承转动配合，所述U型接头还连接所述弹簧储能部件。更进一步的，所述的第一轴承座上设有轴承孔，在轴承孔内安装所述第一转动轴承，所述轴承孔内还设有用于使第一转动轴承和第一轴承座相对固定的第一挡圈。更进一步的，所述的第一螺栓上还套设有第一套筒，在第一转动轴承的两侧各有一个第一套筒，用于隔开相连的两部件。另外，同上部转接部件一样，中部转接部件、下部转接部件中都有套筒，用于提供相联的两部件间的侧向间距，使它们在相对转动时避免摩擦，此外，都设置有轴承，用于最大程度的减小相联两部件间的摩擦，提高装置的机械效率。进一步的，所述的弹簧储能部件包括导杆、压缩弹簧和端部挡块，所述导杆的上端固定连接所述上部转接部件，下端活动穿过所述中部转接部件顶部，所述的压缩弹簧套设在所述导杆下，且压缩弹簧的上下两端分别抵住所述上部转接部件和中部转接部件，所述的端部挡块设置在导杆的下端，并用于防止导杆与中部转接部件相对脱离。整个弹簧储能部件弹簧是储存和释放能量的元件，其他部件用于传递力。它们组成的系统是全被动的系统，不需要主动元件。在穿戴该外骨骼时，人的下肢变成一个并联系统，人的体重的一部分通过外骨骼传递至地面，通过人腿传递至地面的力得到减小，起到了助力作用。压缩弹簧套在导杆的外侧，导杆起引导作用，限制弹簧被压缩时的过度弯曲。整个装置在穿戴装置的腿处于支撑期时起助力作用，在摆动期时不阻碍人的运动。穿戴该装置时，人可以自由的运动，在机构形式上不会对人的运动产生阻碍。这种在腿支撑时起助力作用、在腿摆动时不起助力作用的类离合作用不需要任何控制器来控制，也不需要机械离合器，这个过程由此被动式下肢外骨骼的机构自动实现。压缩弹簧在储能时产生的弹簧力随着压缩量增大而逐渐增大，在释放能量时弹簧力逐渐减小，这个平缓的储存和释放能量过程避免了冲击，体现出顺应性。它还表现出快速卸荷的能力，包括弹簧储能部件在内，整个系统的设计使装置的内部阻尼很小，脚部一旦离开地面，弹簧对人体作用力立即消除，这个能力使该外骨骼能跟随人体下肢的运动，在合适的时期起支撑作用。更进一步的，所述的中部转接部件上设有安装通孔，在安装通孔处设置有直线轴承，所述的导杆下端穿过所述直线轴承并可沿其来回移动。更进一步的，所述的直线轴承通过螺钉结构固定在中部转接部件上。进一步的，所述的连杆部件包括上杆、下杆、联接片、滑轮联接杆和支撑滑轮，其中，所述的上杆和下杆之间紧固连接，在下杆底部位置安装有联接片，所述的滑轮联接杆的一端固定安装在所述联接片上，另一端上通过转接片安装有所述支撑滑轮。更进一步的，所述的下杆上设有使得其与上杆滑动连接的第一滑槽，在上杆和下杆之间还设有使得两者相对固定的第一紧固件；所述的滑轮联接杆上还设有与联接片滑动配合的第二滑槽，在滑轮联接杆和联接片之间还设有使得两者相对固定的第二紧固件。更进一步的，所述的联接片上设有呈弧形的第三滑槽，所述的滑轮联接杆与联接片之间通过穿过所述第三滑槽的螺栓螺母结构。联接片和滑轮联接杆中有滑槽，在通过螺栓和螺母紧固之前可以调整内部杆件的长度和相对角度，可方便的调整连杆部件的内部杆件的相对位置，使装置在几何上适合更大范围的不同下肢参数的使用者，使用者可以根据使用舒适度调整杆长及相对角度。与现有技术相比，本专利技术采用的全被动方案可以避开主动式外骨骼的缺陷，能适应站立、蹲坐及行走工况，在这三种工况中，该装置都能提供一定程度的重力支撑，本专利技术以其易于穿戴和轻便的特点，更加适合于日常使用。附图说明图1为人穿戴助力外骨骼站立时的示意图；图2为人穿戴助力外骨骼行走时的示意图；图3为人穿戴助力外骨骼蹲坐时的示意图；图4为弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼的示意图；图5为上部转接部件的剖视图；图6为弹簧储能部件的剖视图；图7为中部转接部件的剖视图；图8为下部转接部件的剖视图；图9为连杆部件的联接方式；图10为弹簧储能部件的结构示意图；图中标记说明：1-大腿安装座，2-上部转接部件，3-弹簧储能部件，4-中部转接部件、5-连杆部件，6-下部转接部件，7-鞋部件；201-U型接头，202-第一转动轴承，203-第一螺母，204-第一挡圈，205-第一轴承座，206-第一套筒，207-第一螺栓，208-第一螺钉；301-导杆，302-压缩弹簧，303-端部挡块；401-第二螺栓，402-转接块，403-第二挡圈，404-第二转动轴承，405-第二套筒，406-直线轴承，407-第二螺钉；501-联接片，502-上杆，503-下杆，504-螺栓螺母，505-支撑滑轮，506-销钉，507-转接片，508-滑轮联接杆；601-第三轴承座，602-第三螺栓，603-第三套筒，604-第三转动轴承，605-第三挡圈，606-第三螺母，607-第三螺钉。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术提出了一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，请参见图4所示，包括大腿安装座1、上部转接部件2、弹簧储能部件3、中部转接部件4、连杆部件5、下部转接部件6和鞋部件7，其中，所述上部转接部件2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，其特征在于，包括大腿安装座、上部转接部件、弹簧储能部件、中部转接部件、连杆部件、下部转接部件和鞋部件，其中，所述上部转接部件分别连接所述大腿安装座和弹簧储能部件上部，并使得弹簧储能部件可绕大腿安装座相对转动，所述中部转接部件分别连接所述弹簧储能部件和连杆部件，并使得连杆部件顶部与弹簧储能部件之间可相对转动，所述下部转接部件分别连接所述连杆部件和鞋部件，并使得连杆部件可绕鞋部件相对转动。/n

【技术特征摘要】
1.一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，其特征在于，包括大腿安装座、上部转接部件、弹簧储能部件、中部转接部件、连杆部件、下部转接部件和鞋部件，其中，所述上部转接部件分别连接所述大腿安装座和弹簧储能部件上部，并使得弹簧储能部件可绕大腿安装座相对转动，所述中部转接部件分别连接所述弹簧储能部件和连杆部件，并使得连杆部件顶部与弹簧储能部件之间可相对转动，所述下部转接部件分别连接所述连杆部件和鞋部件，并使得连杆部件可绕鞋部件相对转动。


2.根据权利要求1所述的一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，其特征在于，所述的上部转接部件包括U型接头、第一转动轴承、第一轴承座和第一螺栓，其中，所述的第一轴承座固定在大腿安装座上，所述第一转动轴承安装在第一轴承座上，所述的U型接头通过第一螺栓与所述第一转动轴承转动配合，所述U型接头还连接所述弹簧储能部件。


3.根据权利要求2所述的一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，其特征在于，所述的第一轴承座上设有轴承孔，在轴承孔内安装所述第一转动轴承，所述轴承孔内还设有用于使第一转动轴承和第一轴承座相对固定的第一挡圈。


4.根据权利要求2所述的一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，其特征在于，所述的第一螺栓上还套设有两个第一套筒，并位于所述第一转动轴承的两侧。


5.根据权利要求1所述的一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置，其特征在于，所述的弹簧储能部件包括导杆、压缩弹簧和端部挡块，所述导杆的上端固定连接所述上部转接部件，下端活动穿过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜王辉，彭奕佳，朱昌德，陈新宇，李驰，王汉卓，武泽，纪金帅，黎思杭，刘铭智，卢德新，袁九海，翟佳乐，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31