【技术实现步骤摘要】
本公开涉及外骨骼领域，具体为一种无动力的髋部助力外骨骼及其性能检测方法。
技术介绍
1、在外骨骼研究领域中，无动力外骨骼和主动式骨骼均已证明可以显著降低人类行走的代谢。主动外骨骼的动力源一般为电机或液压驱动，借助传感器将使用者的意图反馈给主动外骨骼，主动外骨骼在控制策略下完成对使用者的助力，在使用上会有续航、体积大、使用场景受限等问题。
2、无动力可穿戴外骨骼一般由弹性元件和连接结构进行驱动，为人体行走提供助力。主要收集人体自身行走产生的能量，利用弹性元件和传动机构实现能量的即时收集、即时转化、即时释放的助力效果。无动力可穿戴外骨骼在使用上不受驱动源的限制，可以在多场景和复杂环境使用下不受续航的限制使用。直接利用人的方式，对人体行走时能量的及时收集和转化助力的绿色转化方式使得无源人体下肢助力装置既可以在各式各样的场景使用，又可以不受驱动源的限制无限次的使用。因此，无动力穿戴助力外骨骼可以作为一个新的发展方向。
技术实现思路
1、本公开实施例旨在提供一种无动力的髋部助力外骨骼和性能检测方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
2、为实现上述目的，本公开实施例采用以下技术方案：提供一种无动力的髋部助力外骨骼，包括髋部连接组件、中间连接组件和腿部连接组件，通过光学捕捉设备获取髋关节运动参数，根据变化趋势数据进行性能检测。
3、所述髋部连接组件包括刚性支架、滑块、滑块挡板和柔性皮带。
4、其中，髋部连接组件采取刚柔结合的方式，通过环绕人体后部的
5、所述中间连接组件包括连接块、能量收集转化机构、可伸缩杆和平行四连杆，连接块连接滑块和可伸缩杆，平行四连杆连接能量收集转化机构和可伸缩杆，进行传动。
6、其中，能量收集转化机构包括上外壳、平面涡卷弹簧、卷簧转动块、转轴和下外壳，下外壳与可伸缩杆固连，下外壳内部设计有凹槽，用于固定平面涡卷弹簧，可以直接放入平面涡卷弹簧，不需要额外的卷簧盒进行放置，卷簧转动块套在转轴上，由卷簧转动块带动平面涡卷弹簧转动，进行弹性势能的存储和释放。
7、所述腿部连接组件包括大腿杆件、可调节固定件和绑带，大腿杆件内侧开有导向滑槽，外侧开有均匀分布的孔位，可以通过可调节固定件调节可伸缩杆的位置，以便于不同人群进行佩戴。
8、优选的，可调节固定件包括固定杆、外壳、弹簧和顶盖。
9、优选的，可调节固定件的固定杆、外壳和弹簧固连，顶盖通过弹簧带动固定杆移动。
10、当人体穿戴外骨骼下压腿部连接组件时，可伸缩杆发生相对转动，平行四连杆带动平面涡卷弹簧旋转，完成初始机械能的存储。接着到了人体行走支撑相的前35％，外骨骼将初始的机械能转化为弹性势能，在人体屈曲抬腿时助力，完成能量的第一次释放。
11、之后为人体行走支撑相的后期，通过人体腿部伸展，带动腿部连接组件下压，平面涡卷弹簧压缩，将人体行走的机械能转化为弹性势能，完成能量的收集阶段；无动力的髋关节助力外骨骼在人体行走时的摆动相前期，人体腿部做屈曲动作，卷簧伸展，释放弹性势能，完成对人体的抬腿助力。
12、以此为周期，无动力的髋关节助力外骨骼随着使用者行走步态周期中的伸展和屈曲动作的变化完成周期性助力效果，通过能量收集转化结构及时收集人体产生的机械能，及时转化弹性势能，达到能量的及收及放、实时助力的作用。
13、一种无动力的髋部助力外骨骼的性能检测方法，其特征在于：
14、通过光学捕捉设备获取躯干和足部的质心位移轨迹数据，进一步计算得到髋关节角度、髋关节力矩、髋关节动能和势能的变化趋势数据，以及髋关节所做功，根据上述一系列运动参数进行性能检测。
15、将下肢看作一个七连杆机构，下肢的动能表达式为：
16、
17、其中i＝1，2，…，7，分别为躯干、左右股骨、左右胫骨、左右踝的质心，ji为相应部分绕其质心的转动惯量，αi为下肢相应部位与竖直方向的夹角，为与之对应的角速度，xi和yi为位移轨迹数据的横纵坐标，
18、下肢的势能表达式为：
19、
20、其中，hi为质心变化高度，
21、关节角度变化θi的表达式为：
22、θi＝αi-αi-1
23、根据关节角度，得到相应关节的力矩t：
24、
25、其中，表示惯性矩阵，表示该系统的离心力和哥氏力项，g(θ)表示重力项，
26、通过求得支撑腿和摆动腿的髋关节角度变化、髋关节力矩变化，得到髋关节功率pk：
27、
28、其中，tk为髋关节力矩，θk为髋关节角度，
29、进而得到髋关节的做功w为：
30、w＝pk·tk
31、其中，pk为髋关节功率，tk为髋关节做功时间。
32、与现有技术相比较，本公开实施例的优点及有益效果是：该无动力的髋部助力外骨骼，能够收集人体自身行走产生的能量，利用平面涡卷弹簧和传动机构实现能量的即时收集、即时转化、即时释放的助力效果。同时，该外骨骼在使用上不受驱动源的限制，可以在多场景和复杂环境使用下不受续航的限制使用，绿色的转化形式对环境也不会造成污染。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于，包括髋部连接组件、中间连接组件和腿部连接组件；
2.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述髋部连接组件采取刚柔结合的方式，通过环绕人体后部的刚性支架将髋部助力外骨骼的重量均摊到整个腰部；
3.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述中间连接组件中的连接块连接滑块和可伸缩杆，平行四连杆连接能量收集转化机构和可伸缩杆，进行传动。
4.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述腿部连接组件中的大腿杆件内侧开有导向滑槽，外侧开有均匀分布的孔位，可以通过可调节固定件调节可伸缩杆的位置，以便于不同人群进行佩戴。
5.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述能量收集转化机构包括上外壳、平面涡卷弹簧、卷簧转动块、转轴和下外壳；
6.根据权利要求4所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述可调节固定件包括固定杆、外壳、弹簧和顶盖；
7.根据权利要求3所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述导向滑
8.一种权利要求1～7任一所述的无动力的髋部助力外骨骼的性能检测方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的性能检测方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于，包括髋部连接组件、中间连接组件和腿部连接组件；
2.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述髋部连接组件采取刚柔结合的方式，通过环绕人体后部的刚性支架将髋部助力外骨骼的重量均摊到整个腰部；
3.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述中间连接组件中的连接块连接滑块和可伸缩杆，平行四连杆连接能量收集转化机构和可伸缩杆，进行传动。
4.根据权利要求1所述的无动力的髋部助力外骨骼，其特征在于：所述腿部连接组件中的大腿杆件内侧开有导向滑槽，外侧开有均匀分布的孔位，可以通过可调节固定件调节可伸缩杆的位置，以便于不同...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨靓，喻昌毛，
申请(专利权)人：江苏标固科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。