随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节制造技术

本发明专利技术公开了一种随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，包括腰环、胯环以及连接于腰环和胯环之间的多个随动连杆组件，所述随动连杆组件包括被动弹性伸缩杆、上铰链头和下铰链头，所述上铰链头上端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰链头下端与被动弹性伸缩杆上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰链头下端与胯环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰链头上端与被动弹性伸缩杆下端以水平轴线为中心转动配合。该结构的虚拟髋关节结构可匹配穿戴式外骨骼系统，可保持机械腿部结构与躯干间良好的载荷传递能力和运动自由度，在保证良好的人体贴合度、舒适性和传载能力的基础上，实现良好的人机匹配特性，具有良好的人机功效和准确的仿生行动能力。准确的仿生行动能力。

【技术实现步骤摘要】
随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节


[0001]本专利技术属于穿戴式助力外骨骼
，特别涉及一种随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节。

技术介绍

[0002]随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置，它可给穿戴外骨骼的人提供支撑、保护，及增强运动和负重能力。穿戴式外骨骼广泛应用于医疗康复以及工业生产应用等众多领域。
[0003]随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节中髋关节的机械结构直接影响使用者胯部位置的活动自由度，现有穿戴式外骨骼的髋关节装置，关节自由度不足，与胯关节实际运动匹配性较差，难以适应使用者复杂腿部动作需要，存在较大的约束反力，造成了人机匹配障碍。
[0004]因此，为解决以上问题，需要一种随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，通过多杆联动结构构建起位置可调的虚拟髋关节，用于匹配胯关节运动，利于被动适应使用者复杂腰部动作，利于提高人机匹配性能。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，通过多杆联动结构构建起位置可调的虚拟髋关节，用于匹配胯关节运动，利于被动适应使用者复杂腰部动作，利于提高人机匹配性能。
[0006]本专利技术的随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，包括用于与腰部配合的腰环、用于与胯部配合的胯环以及连接于腰环和胯环之间的多个随动连杆组件，所述随动连杆组件包括被动弹性伸缩杆、上铰链头和下铰链头，所述上铰链头上端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰链头下端与被动弹性伸缩杆上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰链头下端与胯环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰链头上端与被动弹性伸缩杆下端以水平轴线为中心转动配合。
[0007]进一步，所述被动弹性伸缩杆包括外筒、可滑动内套于外筒内的内杆以及连接于内杆与外筒内腔底部之间的弹性件，所述外筒和内杆的端部各设置有一个连接端，两连接端分别作为被动弹性伸缩杆的上下端。
[0008]进一步，所述胯环包括左半胯环以及右半胯环，所述左半胯环和右半胯环呈 C状结构用于适形围抱于胯部左右侧。
[0009]进一步，所述腰环包括腰带以及固定于腰带上的多个安装节，所述上铰链头可转动安装于安装节上。
[0010]进一步，所述随动连杆组件设置有两组，两组所述随动连杆组件分别连接于腰环与左半胯环之间以及腰环与右半胯环之间。
[0011]进一步，所述腰环还包括锁扣，所述锁扣设置于腰带上用于调节腰带松紧。
[0012]进一步，每组随动连杆组件中至少包括六根随动连杆组件，两组随动连杆组件围绕腰环呈环形布置且相邻随动连杆组件两两呈V形布局。
[0013]进一步，各随动连杆组件在自由状态下，其长度使得腰环和胯环平行。
[0014]进一步，所述胯环下位于左右侧的位置连接有侧板。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术通过腰环、左半胯环和右半胯环并结合多个随动连杆组件构建多杆型多自由度虚拟髋关节机构，以随动连杆组件为执行机构，可被动适配于人体腰部的所有动作姿态，并且在保持机械结构良好的人机匹配前提下，可实现腰腿间良好的传载能力和足够的灵活性；
[0017]该结构的虚拟髋关节结构可匹配穿戴式外骨骼系统，可保持机械腿部结构与躯干间良好的载荷传递能力和运动自由度，在保证良好的人体贴合度、舒适性和传载能力的基础上，实现良好的人机匹配特性，具有良好的人机功效和准确的仿生行动能力，为穿戴式外骨骼助力系统，提供良好的腰腿过渡机构；
[0018]本专利技术通过可打开的腰环以及呈左右围抱状的左、右半胯环用于贴合于使用者的腰部和胯部位置，构建圆环形合围腰环结构以及C型半合围胯环结构，而且多杆协同机构构成内部C型空心结构，以容纳人体胯部、方便穿戴；腰带的整体性和可开闭性，方便穿戴，并维持穿戴条件下的结构稳定性，锁扣为腰带的闭锁结构，闭锁状态下时腰带与人体腰部贴合，维持腰带结构的相对刚性；保持机械结构与人体的良好贴合特性，基于多个随动连杆组件，实现关节位置虚化和可调节性，具有良好的人机功效和准确的仿生行动能力；
[0019]本专利技术的髋关节，可用于传导人体腰背部受力，利于保护人体腰部，胯环与仿生机械腿连接的话，则受力通过胯环直接传递至机械腿上，从而使人体体感负重降低，更好应用于高强度负重场景，提高使用者的负重能力，同时节省体力。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0021]图1为本专利技术立体结构示意图；
[0022]图2为俯视结构示意图；
[0023]图3为仰视结构示意图；
[0024]图4为随动连杆组件实施例1结构示意图；
[0025]图5为图4的剖视结构示意图；
[0026]图6为随动连杆组件实施例2结构示意图；
具体实施方式
[0027]如图所示：本实施例的随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，包括用于与腰部配合的腰环1、用于与胯部配合的胯环2以及连接于腰环和胯环之间的多个随动连杆组件3，所述随动连杆组件包括被动弹性伸缩杆、上铰链头3a和下铰链头 3b，所述上铰链头3a上端与腰环1以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰链头下端与被动弹性伸缩杆上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰链头3b下端与胯环2以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰链头3b上端与被动弹性伸缩杆下端以水平轴线为中心转动配合。
[0028]Z向与竖向方向一致，水平面为垂直于Z向方向的平面，结合图1所示，腰环用于套在使用者的腰部，胯环用于贴合于使用者的胯部，其中上铰链头3a上端为呈柱状的铰链杆头，该杆头竖向贯穿在腰环的上装配孔内并与上装配孔转动配合，与上铰链头3a类似的，下铰链头3b的下端为呈柱状的铰链杆头，该杆头竖向贯穿在胯环的下装配孔内并与下装配孔转动配合；随动连杆组件为弹性伸缩式结构，该结构受外力后可被动弹性伸缩；随动连杆组件的上下端可通过上铰链头和下铰链头相对腰环和胯环水平转动进而调节随动连杆组件的朝向，同时随动连杆组件还可摆动以改变随动连杆组件的倾斜方向；通过该结构可匹配使用者弯腰、扭腰等腰部的所有动作，例如使用者向前弯腰时，首先各个随动连杆组件上下端会通过相应的铰链头转动以适配人体姿态，而后位于前侧的随动连杆组件被压缩，位于后侧的随动连杆组件被拉长使得腰环与胯环的姿态与人体弯腰的姿态形匹配，同理，当使用者向后弯腰或者侧向弯腰时，不同位置的随动连杆组件分别被压缩和拉长以适配不同的弯腰姿态；当使用者扭腰时，其中有随动连杆组件被拉长、与该随动连杆组件相邻的随动连杆组件被压缩，使得腰环相对胯环转动进而适配扭腰姿态；而且当人体腰背部承重时，受力可通过腰环、随动连杆组件传递至胯环处，利于保护人体腰部，胯环与仿生机械腿连接的话，则受力通过胯环直接传递至机械腿上，从而使人体体感负重降低，更好应用于高强度负重场景，提高使用者的负重能力，同时节省体力；该结构的虚拟髋关节结构可匹配穿戴式外骨骼系统，可保持机械腿部结构与躯干间良好的载荷传递能力和运动自由度，在保证良好的人体贴合度、舒适性和传载能力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，其特征在于：包括用于与腰部配合的腰环、用于与胯部配合的胯环以及连接于腰环和胯环之间的多个随动连杆组件，所述随动连杆组件包括被动弹性伸缩杆、上铰链头和下铰链头，所述上铰链头上端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰链头下端与被动弹性伸缩杆上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰链头下端与胯环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰链头上端与被动弹性伸缩杆下端以水平轴线为中心转动配合。2.根据权利要求1所述的随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，其特征在于：所述被动弹性伸缩杆包括外筒、可滑动内套于外筒内的内杆以及连接于内杆与外筒内腔底部之间的弹性件，所述外筒和内杆的端部各设置有一个连接端，两连接端分别作为被动弹性伸缩杆的上下端。3.根据权利要求1所述的随动式仿生多杆虚拟穿戴式髋关节，其特征在于：所述胯环包括左半胯环以及右半胯环，所述左半胯环和右半胯环呈C状结构用于适形围抱于胯部左右侧。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳平，李建，张书博，延黎，邓涛，文张军，杜玉环，周留成，曾杨洋，彭思逸，胡铭薇，程彦凯，王嘉鑫，白文亮，唐远沛，王中昊，李冰，王相龙，戴家俊，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
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