一种变刚度调节方法以及变刚度机构技术

技术编号：41336287 阅读：16 留言：0更新日期：2024-05-20 09:55

本发明专利技术公开了一种变刚度调节方法以及变刚度机构，方法包括：当系统转入屈曲抬腿阶段，驱动组件启动拉动拉簧组件的另一端，与此同时，锁定组件锁定拉簧组件的一端到第一腿部摆动件上，拉伸产生拉力，与此同时，驱动组件还会使压缩组件远离压簧组件，解除对其压力从而不影响拉簧组件的拉力；系统转换至拉伸阶段时，驱动组件将拉簧组件向回拉向锁定组件的方向，同时解锁锁定组件，允许拉簧组件释放拉力并回到初始状态，此刻，驱动组件同时推动压缩组件靠近压簧组件，使压簧组件压缩产生所需的推力，这种变刚度机构的设计能够根据用户运动阶段的变化智能地调节外骨骼的刚度，实现精确的屈曲和拉伸阶段助力，并且可根据需要进行调节，实现双向助力。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及下肢助行设备，具体是一种变刚度调节方法以及变刚度机构。

技术介绍

1、在辅助行走、提升力量、减轻劳动强度和康复训练等方面，外骨骼技术发挥着重要作用。当前，外骨骼装备主要由有源和无源两种类型构成。有源外骨骼装备通过内嵌的电机、液压或气动元件为用户提供动力，增强用户的运动能力。这些系统能够在较大程度上模仿和增强人体肌肉的运动，对用户的活动提供有效支持。然而，有源系统的复杂性导致了其体积较大，限制了穿戴者的自由度。且其对能源的高需求意味着续航时间较短，这大大限制了其实用性。

2、无源外骨骼则利用机械装置和人体运动的协同作用来减轻穿戴者的负担。它们的优点是无需外部能量供应，因而可以连续使用更长时间，且结构更为简单和轻便。然而，无源外骨骼普遍存在一个显著的局限性，即其刚度是预设的且不可调节。这导致其无法根据用户的具体活动状态或力量需求灵活调节，从而使其助力效果受限，无法满足多变的现实操作需求。

3、更重要的是，绝大部分的外骨骼仅支持单向助力，这意味着它们要么辅助用户进行肌肉收缩动作，要么辅助肌肉舒张，但不能两者兼顾，在实际使用时，人体运动的复杂性往往要求在动作的不同阶段提供相反方向的助力，而外骨骼的单向刚度使它无法为使用者在动作的全程提供平衡和适当的辅助力，尤其是在对于需要双向助力循环的运动环节，无源外骨骼的局限性变得尤为明显。

4、因此，现有外骨骼系统在刚度不可调节性和难以实现双向助力方面的缺陷，成为制约其广泛应用和优化性能的主要瓶颈。

技术实现思路</p>

1、针对上述提到的现有技术中的外骨骼的刚度不可调、难以实现双向助力的技术问题，本专利技术提供一种变刚度调节方法以及变刚度机构。

2、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种变刚度调节方法，应用于变刚度机构，所述变刚度机构包括腿部连接件、分别转动设置于腿部连接件上的第一腿部摆动件以及第二腿部摆动件，所述第一腿部摆动件和第二腿部摆动件之间设有变刚度部件，所述变刚度部件包括驱动组件、拉簧组件、压簧组件、压缩组件以及锁定组件，所述驱动组件能够通过压缩组件驱动拉簧组件，所述驱动组件能够通过锁定组件驱动压簧组件，所述锁定组件设于第一腿部摆动件上，能够锁定所述拉簧组件的一端在第一腿部摆动件上的位置；

4、所述方法包括以下步骤：

5、s1：所述变刚度机构处于初始阶段，此时的腿部连接件、第一腿部摆动件、第二腿部摆动件、驱动组件、拉簧组件以及锁定组件均处于初始状态，所述拉簧组件没有发生弹性形变的趋势，所述压缩组件逼迫压簧组件处于压缩状态。

6、s2：所述变刚度机构从初始阶段转换至屈曲(抬腿)阶段，此时的所述第一腿部摆动件和第二腿部摆动件上在腿部连接件上摆动，所述锁定组件能够将拉簧组件的一端锁定在第一腿部摆动件上，且所述驱动组件驱动拉簧组件的另一端往远离锁定组件的方向移动，以使所述拉簧组件弹性拉伸；

7、并且，此时所述驱动组件驱动压缩组件往远离压簧组件的方向移动，以使所述压缩组件逐渐不再逼迫压簧组件，所述压簧组件弹性拉伸，逐渐恢复至初始状态，从而不会产生弹力影响所述拉簧组件，此时的变刚度机构产生的是拉力。

8、s3：所述变刚度机构处于屈曲极限阶段，所述第一腿部摆动件和第二腿部摆动件上在腿部连接件上摆动至屈曲极限位置，所述驱动组件驱动拉簧组件的另一端移动至极限位置，驱动组件停止拉动拉簧组件，所述拉簧组件的拉力达到最大，不再弹性拉伸。

9、s4：所述变刚度机构从屈曲极限阶段转换至拉伸阶段时，所述第一腿部摆动件和第二腿部摆动件上在腿部连接件上往反方向摆动，所述驱动组件驱动拉簧组件的另一端往靠近锁定组件的方向移动，此时的锁定组件转换至解锁状态，不再锁定所述拉簧组件与第一腿部摆动件连接的端部，以使所述拉簧组件该端部能够在第一腿部摆动件上移动，以使拉簧组件弹性恢复，弹性压缩至初始状态，不再提供拉力；

10、此时的所述驱动组件驱动压缩组件往靠近压簧组件的方向移动，以使所述压缩组件逐渐逼迫压簧组件，以使所述压簧组件弹性压缩，此时的变刚度机构产生的是推力。

11、s5：所述变刚度机构从拉伸阶段转换至初始阶段，以待下次的变刚度调节动作。

12、一种变刚度机构，包括腿部连接件、分别转动设置于腿部连接件上的第一腿部摆动件以及第二腿部摆动件，所述第一腿部摆动件和第二腿部摆动件之间设有变刚度部件，所述变刚度部件包括驱动组件、拉簧组件、压簧组件、压缩组件以及锁定组件，所述驱动组件设于第二腿部摆动件上，所述压缩组件的一端与驱动组件的输出端连接，所述压缩组件与拉簧组件传动连接，所述驱动组件能够驱动压缩组件压缩拉簧组件；

13、所述锁定组件设于第一腿部摆动件上，所述压簧组件的一端与锁定组件上，另一端与所述驱动组件的输出端连接，所述锁定组件能够锁定拉簧组件的一端在第一腿部摆动件上的位置，以使所述驱动组件驱动拉簧组件弹性拉伸。

14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种变刚度调节方法以及变刚度机构，当系统转入屈曲抬腿阶段，驱动组件启动拉动拉簧组件的另一端，与此同时，锁定组件锁定拉簧组件的一端到第一腿部摆动件上，拉伸产生拉力，与此同时，驱动组件还会使压缩组件远离压簧组件，解除对其压力从而不影响拉簧组件的拉力；系统转换至拉伸阶段时，驱动组件将拉簧组件向回拉向锁定组件的方向，同时解锁锁定组件，允许拉簧组件释放拉力并回到初始状态，此刻，驱动组件同时推动压缩组件靠近压簧组件，使压簧组件压缩产生所需的推力，这种变刚度机构的设计能够根据用户运动阶段的变化智能地调节外骨骼的刚度，实现精确的屈曲和拉伸阶段助力，并且可根据需要进行调节，实现双向助力。

15、下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种变刚度调节方法，其特征在于，应用于变刚度机构，所述变刚度机构包括腿部连接件(1)、分别转动设置于腿部连接件(1)上的第一腿部摆动件(2)以及第二腿部摆动件(3)，所述第一腿部摆动件(2)和第二腿部摆动件(3)之间设有变刚度部件(4)，所述变刚度部件(4)包括驱动组件(5)、拉簧组件(6)、压簧组件(7)、压缩组件(8)以及锁定组件(9)，所述驱动组件(5)能够通过压缩组件(8)驱动拉簧组件(6)，所述驱动组件(5)能够通过锁定组件(9)驱动压簧组件(7)，所述锁定组件(9)设于第一腿部摆动件(2)上，能够锁定所述拉簧组件(6)的一端在第一腿部摆动件(2)上的位置；

2.根据权利要求1所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，所述驱动组件(5)包括驱动电机(51)、丝杆(52)以及电机侧滑动板(53)，所述驱动电机(51)设于第二腿部摆动件(3)上，所述丝杆(52)的一端转动设置于第一腿部摆动件(2)上，另一端与驱动电机(51)的输出端传动连接，所述电机侧滑动板(53)滑动设置于第一腿部摆动件(2)上，且与丝杆(52)螺纹连接；

3.根据权利要求2所述的

4.根据权利要求3所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，所述驱动组件(5)还包括设于第一腿部摆动件(2)与电机侧滑动板(53)之间的限位构件，所述限位构件包括设于第一腿部摆动件(2)上的第二长圆孔(21)以及设于电机侧滑动板(53)上的限位滑块(532)，所述限位滑块(532)位于第二长圆孔(21)内，且可在所述第二长圆孔(21)内滑动；

5.根据权利要求1所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，所述锁定组件(9)包括设于第一腿部摆动件(2)上的第一长圆孔(91)以及设于拉簧组件(6)端部上的拉簧活动杆(92)，所述拉簧活动杆(92)滑动连接于第一长圆孔(91)内；

6.根据权利要求5所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，所述压缩组件(8)包括压簧大套管(81)以及弹簧轴(82)，所述压簧大套管(81)的一端固定在第一腿部摆动件(2)上，另一端往所述驱动组件(5)方向延伸，所述弹簧轴(82)的一端与驱动组件(5)的输出端传动连接，另一端延伸至所述压簧大套管(81)内，所述弹簧轴(82)在驱动组件(5)的驱动下，能够往靠近或远离所述压簧大套管(81)的方向移动，所述压簧大套管(81)与第一腿部摆动件(2)连接的一端上设有第一固定凸起(811)，所述弹簧轴(82)的轴身上设有第二固定凸起(821)，所述压簧组件(7)套设于压簧大套管(81)的外侧，且其一端能够与第一固定凸起(811)的底部相抵，另一端能够与第二固定凸起(821)的顶部相抵；

8.根据权利要求7所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括以下步骤：

9.根据权利要求1所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，在变刚度机构的初始阶段以及屈曲极限阶段两个极限位置设置触点开关，当关节运动到此为止时，立刻发出信号，驱动变刚度机构反向运动。

10.一种变刚度机构，其特征在于，包括腿部连接件(1)、分别转动设置于腿部连接件(1)上的第一腿部摆动件(2)以及第二腿部摆动件(3)，所述第一腿部摆动件(2)和第二腿部摆动件(3)之间设有变刚度部件(4)，所述变刚度部件(4)包括驱动组件(5)、拉簧组件(6)、压簧组件(7)、压缩组件(8)以及锁定组件(9)，所述驱动组件(5)设于第二腿部摆动件(3)上，所述压缩组件(8)的一端与驱动组件(5)的输出端连接，所述压缩组件(8)与拉簧组件(6)传动连接，所述驱动组件(5)能够驱动压缩组件(8)压缩拉簧组件(6)；

...

【技术特征摘要】

3.根据权利要求2所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，在步骤s4中，还包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种变刚度调节方法，其特征在于，所述锁定组件(9)包括设于第一腿部摆动件(2)上的第一长圆孔(91)以及设于拉簧组件(6)端部上的拉簧活动杆(92)，所述拉簧活动杆(92)滑动连接于第一长圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：何龙，吴其军，毛喜旺，龙亿，任敬伟，郭贺骁，
申请(专利权)人：杭州智元研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：

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