本發(fā)明涉及一種髖關(guān)節(jié)，具體涉及一種用于下肢助力外骨骼機(jī)器人上的平衡的髖關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)于人體下肢助力外骨骼機(jī)器人來講，髖關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前已有的髖關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)大多是以串聯(lián)結(jié)構(gòu)為主，采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者液壓缸直接驅(qū)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)方式雖然有一定的助力效果，但是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，起到的助力效果相對(duì)較小，而且采用主動(dòng)驅(qū)動(dòng)會(huì)增加外骨骼機(jī)器人的體積和重量，會(huì)引起更多不必要的做功，同時(shí)運(yùn)動(dòng)范圍受限；也有一些外骨骼機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)采用被動(dòng)驅(qū)動(dòng)，沒有任何動(dòng)力源，完全由穿戴者帶動(dòng)，這無疑會(huì)增加人體體能的消耗，雖然整個(gè)系統(tǒng)起到一定的助力效果，但是人體需要克服外骨骼的自身重力做功，還會(huì)影響運(yùn)動(dòng)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有下肢助力外骨骼機(jī)器人上的髖關(guān)節(jié)采用被動(dòng)驅(qū)動(dòng)，沒有任何動(dòng)力源，完全由穿戴者帶動(dòng)，導(dǎo)致人體體能的消耗增加的問題，而提出一種用于下肢助力外骨骼機(jī)器人上的被動(dòng)平衡髖關(guān)節(jié)。

本發(fā)明的一種用于下肢助力外骨骼機(jī)器人上的被動(dòng)平衡髖關(guān)節(jié)，所述髖關(guān)節(jié)包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座、上滑輪軸、下滑輪軸、上滑輪、下滑輪、鋼絲、導(dǎo)向滑輪、鋼絲固定件、導(dǎo)向滑輪座、彈簧下壓板、一組平衡彈簧和彈簧上壓板；

髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸和兩個(gè)連接板，每個(gè)連接板的上方設(shè)有兩個(gè)滑輪軸孔，每個(gè)連接板的下方設(shè)有一個(gè)腿髖連接軸孔，兩個(gè)連接板平行設(shè)置，兩個(gè)連接板對(duì)稱設(shè)置在髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)，且兩個(gè)連接板與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸制成一體，上滑輪軸與下滑輪軸上下平行設(shè)置在兩個(gè)連接板之間，上滑輪軸和下滑輪軸分別固裝在相應(yīng)的滑輪軸孔中，上滑輪通過軸承安裝在上滑輪軸上，下滑輪通過軸承安裝在下滑輪軸上，鋼絲的下端先繞過下滑輪再繞過上滑輪后與鋼絲固定件連接，鋼絲的上端繞過導(dǎo)向滑輪后與彈簧下壓板連接，一組平衡彈簧的下端與彈簧下壓板連接，一組平衡彈簧的上端與彈簧上壓板連接，導(dǎo)向滑輪固裝在導(dǎo)向滑輪座中。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)為被動(dòng)平衡關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)采用了平衡彈簧進(jìn)行重力平衡，平衡彈簧在背部的彈簧的彈性勢(shì)能與外骨骼的下肢重力勢(shì)能相互平衡，達(dá)到人體不用克服外骨骼重力就可以在髖關(guān)節(jié)自由運(yùn)動(dòng)的效果，減少了不必要的能量消耗，利用鋼絲實(shí)現(xiàn)了空間上的重力平衡，利用平衡彈簧進(jìn)行重力平衡使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕，滿足了輕型化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于平衡彈簧的平衡作用，使得彈簧的彈性勢(shì)能始終和外骨骼下肢的重力是能平衡。不管人體運(yùn)動(dòng)到任何姿態(tài)，都不需要人體出力維持姿態(tài)，不需要人體克服運(yùn)動(dòng)到外骨骼下肢的重力做功。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座C1的立體圖；

圖3是下肢助力外骨骼機(jī)器人的后視圖(即本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)與腰部B、背部A和大腿E連接的位置關(guān)系示意圖)；

圖4是圖3的右視圖。

圖中：背部A、腰部B、彈簧調(diào)節(jié)板J、膝關(guān)節(jié)D、大腿E、小腿F、足部關(guān)節(jié)軸承G、足部H、腿髖連接軸I、膝關(guān)節(jié)連接軸K、綁腿塑料板L。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座C1、上滑輪軸C2、下滑輪軸C3、上滑輪C4、下滑輪C5、鋼絲C6、導(dǎo)向滑輪C7、鋼絲固定件C8、導(dǎo)向滑輪座C9、彈簧下壓板C10、一組平衡彈簧C11和彈簧上壓板C12；

髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座C1包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸C1-1和兩個(gè)連接板C1-2，每個(gè)連接板C1-2的上方設(shè)有兩個(gè)滑輪軸孔C1-2-1，每個(gè)連接板C1-2的下方設(shè)有一個(gè)腿髖連接軸孔C1-2-2，兩個(gè)連接板C1-2平行設(shè)置，兩個(gè)連接板C1-2對(duì)稱設(shè)置在髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸C1-1的兩側(cè)，且兩個(gè)連接板C1-2與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸C1-1制成一體，上滑輪軸C2與下滑輪軸C3上下平行設(shè)置在兩個(gè)連接板C1-2之間，上滑輪軸C2和下滑輪軸C3分別固裝在相應(yīng)的滑輪軸孔C1-2-1中，上滑輪C4通過軸承安裝在上滑輪軸C2上，下滑輪C5通過軸承安裝在下滑輪軸C3上，鋼絲C6的下端先繞過下滑輪C5再繞過上滑輪C4后與鋼絲固定件C8連接，鋼絲C6的上端繞過導(dǎo)向滑輪C7后與彈簧下壓板C10連接，一組平衡彈簧C11的下端與彈簧下壓板C10連接，一組平衡彈簧C11的上端與彈簧上壓板C12連接，導(dǎo)向滑輪C7固裝在導(dǎo)向滑輪座C9中。

使用時(shí)，見圖3和圖4，本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)C需要兩個(gè)，兩個(gè)髖關(guān)節(jié)C對(duì)稱設(shè)置在腰部B的兩側(cè)，且兩個(gè)髖關(guān)節(jié)C與腰部B上的兩個(gè)腰髖連接件B4一一對(duì)應(yīng)，髖關(guān)節(jié)C上的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸C1-1與腰部B上的腰髖連接件B3鉸接，髖關(guān)節(jié)C上的彈簧上壓板C12與彈簧調(diào)節(jié)板J通過連接元件連接，彈簧調(diào)節(jié)板J位于背部支撐件A1的上端，彈簧調(diào)節(jié)板J與背部支撐件A1通過連接元件連接，導(dǎo)向滑輪座C9與腰部B上的腰部固定板B2固連；兩個(gè)大腿E與兩個(gè)髖關(guān)節(jié)C一一對(duì)應(yīng)，大腿E的上端通過腿髖連接軸I與髖關(guān)節(jié)C上的連接板C1-2鉸接，髖關(guān)節(jié)C上的鋼絲固定件C8固裝在大腿E的外壁上。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為一組平衡彈簧C11的數(shù)量為兩個(gè)，且該兩個(gè)平衡彈簧C11平行設(shè)置。該兩個(gè)平衡彈簧C11并聯(lián)起來平衡一側(cè)的外骨骼下肢重力勢(shì)能。彈簧調(diào)節(jié)板J通過調(diào)節(jié)背部支撐件A1的安裝位置，來改變平衡彈簧C11的掛點(diǎn)，以改變平衡彈簧C11的伸長(zhǎng)量、原長(zhǎng)和剛度，從而達(dá)到在外骨骼下肢的重力勢(shì)能變化的情況下，還能達(dá)到彈簧彈性勢(shì)能與外骨骼重力勢(shì)能平衡的效果。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為鋼絲C6外部設(shè)置有護(hù)套。鋼絲C6與護(hù)套組合在一起成為鮑登線。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

本發(fā)明的工作原理：在大腿E繞髖關(guān)節(jié)C屈伸自由度旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，平衡彈簧C11的伸長(zhǎng)量會(huì)發(fā)生變化，即平衡彈簧C11的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，通過計(jì)算設(shè)計(jì)，并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到不管下肢怎么旋轉(zhuǎn)，下肢的重力勢(shì)能都會(huì)和長(zhǎng)度變化的彈簧的彈性勢(shì)能保持勢(shì)能的守恒，達(dá)到重力平衡的效果，使人體不用克服外骨骼的重力做功。