用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构制造技术

用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构，属于行人与车辆碰撞中行人保护技术领域。本发明专利技术由大腿模块总成，主移动块总成，副移动块总成，小腿模块总成以及四条缆索组成。上述四个总成以及缆索装配完毕后，通过橡胶块、弹簧等变形机构以及缆索等传动机构的作用，能完全实现欧洲ＥＥＶＣ行人假人膝关节机构的运动机制及力学特性，并且在此基础上增加了前后向转动和前后向移动两个自由度，可以实现ＥＥＶＣ假人膝关节机构无法实现的运动机制，新增加的两个自由度符合美国ＴＨＯＲ正面碰撞假人膝关节所具有的力学特性。本发明专利技术作为一种新型的行人膝关节碰撞假人模块，具有更高的生物仿真性，也更能够适应各种复杂工况下的人车碰撞试验研究。

【技术实现步骤摘要】
用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构
本专利技术涉及用于汽车碰撞试验的假人设计，特别涉及假人膝关节机构的设计，属于行人与车辆碰撞中行人保护

技术介绍
汽车交通事故是威胁人类生命安全的一大公害，行人事故在汽车交通事故中占有很高的比例。为解决此问题，欧洲和日本都已经研制了用于行人碰撞保护的假人模块。欧洲提高车辆安全委员会(EEVC)经过多年研究，先后制定并颁布了WG10和WG17标准，这两个标准采用其自行研制的行人模块试验，检验并评价车辆对行人下肢、髋部和头部的伤害。但是，EEVC开发的行人腿部模块有很多有待改进的地方。首先是它们的膝关节模型只有两自由度。EEVC WG10和WG17行人下肢模块作了大量的简化，只规定了膝关节的侧向弯曲和相对位移两个方向的力学特性，没有考虑其前后方向的弯曲和相对位移。这种两自由度的下肢模块仅适合评价机动车与站立姿态的行人之间的侧面正撞，对侧面斜碰撞、前碰撞、后碰撞和行人步行姿态等复杂工况并不直接适用。在实际的行人与车辆碰撞事故类型中，人车碰撞的复杂工况是大量存在的。山西省400例行人交通事故中，后撞(人车同向)、前撞(人车相对)、侧撞(包含侧面正撞与侧面斜撞)分别占29％、5％、66％。这进一步说明，有必要开发新的具有4自由度的行人腿部模块，以更好的对人车碰撞进行模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构，使其能更好的对人车碰撞的复杂工况进行模拟和试验研究，以利于提高汽车交通事故中行人的安全性。本专利技术的技术方案如下：一种用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构，其特征在于：该机构由大腿模块总成，主移动块总成，副移动块总成，小腿模块总成以及四条缆索组成；所述的大腿模块总成包括大腿套筒和设置在大腿套筒下部的转轴套筒，在大腿套筒和转轴套筒之间设有限位块；所述的转轴套筒内部设有三个阶梯孔，该套筒与大腿套筒有径向和轴向的配合关系，具有共同的轴线a；转轴套筒与限位块固定在一起，在大腿套筒的带动下，与轴套筒一起绕轴线a旋转；所述的主移动块总成包括主移动块和分别安装在主移动块上且与主移动块具有共同轴线b的两个对称安装的滑动轴承、两个对称安装的定位碟和设置在两定位碟之间的第一橡胶块；所述的副移动块总成包括副移动块、小腿转动块，在副移动块和小腿转动块之间安装有第一转动轴承和第二转动轴承，通过共有轴线c来实现转动配合；在小腿转动块下部的两个孔内分别装有第二橡胶块和第三橡胶块，在第二橡胶块和第三橡胶块的底端分别装有第-->三定位碟和第四定位碟，在所述副移动块上设有四个均布的缆索孔，在小腿转动块上设有与缆索孔相对应的缆索通道；所述的小腿模块总成包括小腿套筒、阶梯套筒和第四橡胶块，所述的阶梯套筒嵌套在小腿套筒中，在阶梯套筒的顶端安装有腿部垫片，在阶梯套筒的内部依次装有第四橡胶块、第六定位碟、一对膜片弹簧和第五定位碟；所述的两个滑动轴承、两个定位碟安装在转轴套筒内部的三个阶梯孔内，所述的轴线a和轴线b重合，所述的主移动块总成相对于大腿模块总成转动和左右向的移动；所述的主移动块设置在副移动块总成的上方，并在相对于副移动块总成作前后向运动；所述的副移动块和小腿转动块之间绕轴线c相对转动；所述的腿部垫片与副移动块总成下端固定在一起；所述的第一和第三缆索的一端分别与主移动块连接，另一端分别穿过设置在副移动块上的第一缆索孔和第三缆索孔以及小腿转动块上对应的缆索通道后，分别与第三定位碟和第四定位碟连接；所述的第二和第四缆索的一端分别与副移动块连接，另一端分别穿过设置在副移动块上的第二缆索孔和第四缆索孔以及小腿转动块上对应的缆索通道后，进入小腿模块总成与第五定位碟相连。为了加工和安装方便，本专利技术所述的大腿模块总成上的转轴套筒和限位块分别采用对称的两部分构成。所述的主移动块采用对称结构的两部分构成本专利技术的技术特征还在于：在所述的主移动块的下部设有截面为T形的台阶结构，在副移动块的顶部设有与该台阶结构相配合的插槽。本专利技术与现有技术相比，具有以下突出性效果：如前所述，由于EEVC WG10和WG17行人下肢模块作了大量的简化，只规定了膝关节的侧向弯曲和相对位移两个方向的力学特性，没有考虑其前后方向的弯曲和相对位移，因此这种两自由度的下肢模块仅适合评价机动车与站立姿态的行人之间的侧面正撞，对侧面斜碰撞、前碰撞、后碰撞和行人步行姿态等复杂工况并不直接适用。与欧洲的EEVC两自由度行人假人膝关节模块相比，增加了前后向转动和前后向移动两个自由度，新增加的两个自由度符合美国THOR正面碰撞假人膝关节所具有的力学特性。本专利技术作为一种新型的行人膝关节碰撞假人模块，具有更高的生物仿真性，也更能够适应各种复杂工况下的人车碰撞研究。附图说明图1为四自由度膝关节结构整体模块结构示意图。图2为四个总成的爆炸视图。为图1的分解爆炸视图。图3为大腿模块总成的结构图(主视图)。图4为图3的B-B剖视的局部放大图。图5a为大腿套筒5的零件主视图。图5b为大腿套筒5的零件左视图。图6为主移动块总成2的结构图。图7为图6的B-B剖视图。-->图8为图6的A-A剖视图。图9为副移动块总成3的结构图。图10为图9的俯视图。图11为图9的左视图(半剖视)。图12为小腿模块总成4的结构图。图13为图12的局部放大图。图中：1-大腿模块总成；2-主移动块总成；3-副移动块总成；4-小腿模块总成；5-大腿套筒；6a-第一转轴套筒；6b-第二转轴套筒；7a-第一限位块；7b-限位块；8a-第一滑动轴承；8b-第二滑动轴承；8c-第一转动轴承；8d-第二转动轴承；9a-第一定位碟；9b-第二定位碟；9c-第三定位碟；9d-第四定位碟；9e-第五定位碟；9f-第六定位碟；10-主移动块；11-副移动块；12-小腿转动块；13a-第一橡胶块；13b-第二橡胶块；13c-第三橡胶块；13d-第四橡胶块；14-阶梯套筒；15-小腿套筒；16a-第一膜片弹簧；16b-第二膜片弹簧；17-腿部垫片；18a-第一缆索；18b-第二缆索；19a-第一缆索孔；19b-第二缆索孔；19c-第三缆索孔；19d-第四缆索孔；20-插槽。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的原理、具体结构及实施方式作进一步的说明。图1是本专利技术的设计总成图，图2是将设计分为4部分后的爆炸图，这四部分为大腿模块总成1、主移动块总成2、副移动块总成3和小腿模块总成4。下文将顺次说明4个部分的组成和装配关系，为说明方便，将人体站立时，自然的前后方向定义为前后方向，左右方向定义为膝关节的侧向，膝关节前后向转动自由度即人体做自然屈膝动作时所具有的自由度。图3是大腿模块总成1的结构图。该总成由大腿套筒5、转轴套筒以及限位块构成。为方便加工和安装，将转轴套筒拆分制造成两个对称的部件，即第一转轴套筒6a和第二转轴套筒6b，在转轴套筒内部设有三个阶梯孔；大腿套筒5与两侧的第一转轴套筒6a和第二转轴套筒6b有径向和轴向的配合关系，其共同的轴线为轴线a。限位块同样被拆分制造成两个对称的部件，即第一限位块7a和第二限位块7b，转轴套筒与大腿套筒有径向和轴向的配合关系，具有共同的轴线a；转轴套筒与限位块固定在一起，限位块的顶部平面保证了它能在大腿套筒5的带动下，与转轴套筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构，其特征在于：该机构由大腿模块总成（１），主移动块总成（２），副移动块总成（３），小腿模块总成（４）以及四条缆索组成；所述的大腿模块总成包括大腿套筒（５）和设置在大腿套筒下部的转轴套筒，在大腿套筒和转轴套筒之间设有限位块；所述的转轴套筒内部设有三个阶梯孔，该套筒与大腿套筒有径向和轴向的配合关系，具有共同的轴线ａ；转轴套筒与限位块固定在一起，在大腿套筒的带动下，与轴套筒一起绕轴线ａ旋转；所述的主移动块总成（２）包括主移动块（１０）和分别安装在主移动块上且与主移动块具有共同轴线ｂ的两个对称安装的滑动轴承（８ａ、８ｂ）、两个对称安装的定位碟（９ａ、９ｂ）和设置在两定位碟之间的第一橡胶块（１３ａ）；所述的副移动块总成（３）包括副移动块（１１）、小腿转动块（１２），在副移动块和小腿转动块（１２）之间安装有第一转动轴承（８ｃ）和第二转动轴承（８ｄ），通过共有轴线ｃ来实现转动配合；在小腿转动块（１２）下部的两个孔内分别装有第二橡胶块（１３ｂ）和第三橡胶块（１３ｃ），在第二橡胶块和第三橡胶块的底端分别装有第三定位碟９ｃ和第四定位碟９ｄ，在所述副移动块上设有四个均布的缆索孔，在小腿转动块上设有与缆索孔相对应的缆索通道；所述的小腿模块总成（４）包括小腿套筒（１５）、阶梯套筒（１４）和第四橡胶块（１３ｄ），所述的阶梯套筒嵌套在小腿套筒中，在阶梯套筒的顶端安装有腿部垫片（１７），在阶梯套筒的内部依次装有第四橡胶块（１３ｄ）、第六定位碟（９ｆ）、膜片弹簧（１６ａ、１６ｂ）和第五定位碟（９ｅ）；所述的滑动轴承（８ａ、８ｂ）、定位碟（９ａ、９ｂ）安装在转轴套筒（６）内部的三个阶梯孔内，所述的轴线ａ和轴线ｂ重合，所述的主移动块总成相对于大腿模块总成转动和左右向的移动；所述的主移动块（１０）设置在副移动块总成（３）的上方，并在相对于副移动块总成作前后向运动；所述的副移动块（１１）和小腿转动块（１２）之间绕轴线ｃ相对转动；所述的腿部垫片（１７）与副移动块总成（３）下端固定在一起；所述的第一和第三缆索的一端分别与主移动块连接，另一端分别穿过设置在副移动块上的第一缆索孔和第三缆索孔以及小腿转动块上对应的缆索通道后，分别与第三定位碟和第四定位碟连接；所述的第二和第四缆索的一端分别与副移动块连接，另一端分别穿过设置在副移动块上的第二缆索孔和第四缆索孔以及小腿转动块上对应的缆索通道后，进入小腿模块总成（４）与...

【技术特征摘要】
1.一种用于人体碰撞保护试验的四自由度假人膝关节机构，其特征在于：该机构由大腿模块总成(1)，主移动块总成(2)，副移动块总成(3)，小腿模块总成(4)以及四条缆索组成；所述的大腿模块总成包括大腿套筒(5)和设置在大腿套筒下部的转轴套筒，在大腿套筒和转轴套筒之间设有限位块；所述的转轴套筒内部设有三个阶梯孔，该套筒与大腿套筒有径向和轴向的配合关系，具有共同的轴线a；转轴套筒与限位块固定在一起，在大腿套筒的带动下，与轴套筒一起绕轴线a旋转；所述的主移动块总成(2)包括主移动块(10)和分别安装在主移动块上且与主移动块具有共同轴线b的两个对称安装的滑动轴承(8a、8b)、两个对称安装的定位碟(9a、9b)和设置在两定位碟之间的第一橡胶块(13a)；所述的副移动块总成(3)包括副移动块(11)、小腿转动块(12)，在副移动块和小腿转动块(12)之间安装有第一转动轴承(8c)和第二转动轴承(8d)，通过共有轴线c来实现转动配合；在小腿转动块(12)下部的两个孔内分别装有第二橡胶块(13b)和第三橡胶块(13c)，在第二橡胶块和第三橡胶块的底端分别装有第三定位碟9c和第四定位碟9d，在所述副移动块上设有四个均布的缆索孔，在小腿转动块上设有与缆索孔相对应的缆索通道；所述的小腿模块总成(4)包括小腿套筒(15)、阶梯套筒(14)和第四橡胶块(13d)，所述的阶梯套筒嵌套在小腿套筒中，在阶梯套筒的顶端安装有腿部垫片(17)，在阶梯套筒的内部依次装有第四橡胶块(13d)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周青，杜汇良，迈克尔奎德，雷鹏，张金换，黄毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]