本發(fā)明屬于人體助力，特別是涉及一種主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置。

背景技術(shù)：

1、主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置是一種用于輔助人體下肢運(yùn)動(dòng)的可穿戴設(shè)備，用于增強(qiáng)髖關(guān)節(jié)的力量和靈活性，幫助用戶完成行走、跑步、上下樓梯等動(dòng)作。它可以應(yīng)用于下肢醫(yī)療康復(fù)、老年人下肢運(yùn)動(dòng)輔助、軍事和工業(yè)作業(yè)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)領(lǐng)域。

2、現(xiàn)有的下肢外骨骼髖關(guān)節(jié)助力裝置結(jié)構(gòu)大多都會(huì)采用模擬人體的仿生設(shè)計(jì)以便提高人機(jī)協(xié)調(diào)性，但又考慮到結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，往往在髖關(guān)節(jié)部分限制了自由度，這就導(dǎo)致人體髖關(guān)節(jié)這一多中心旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與外骨骼髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心不對(duì)齊，與人體運(yùn)動(dòng)不一致，使得人體產(chǎn)生不適感。又由于下肢外骨骼助力裝置需要穿戴于人體，這就需要外骨骼的自重較低，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，尺寸能夠調(diào)節(jié)，并且穿戴要求舒適。然而現(xiàn)有技術(shù)中的下肢外骨骼助力裝置不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜且裝置笨重，穿戴于人體的負(fù)重感較強(qiáng)，而且還因?yàn)橄轮夤趋劳枰鹬巫饔茫沟闷鋭傂越Y(jié)構(gòu)在大腿部分會(huì)與人體發(fā)生干涉，使得人體產(chǎn)生不適。

3、中國(guó)專利（申請(qǐng)?zhí)枺篶n202210373267?.x）公開了一種下肢助力外骨骼機(jī)器人。該專利主要提供了一種具有兩個(gè)電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下肢助力外骨骼機(jī)器人，大腿部件在第一電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)人體大腿前后擺動(dòng)，小腿部件在第二電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)人體小腿前后擺動(dòng)，通過帶動(dòng)大小腿擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人的行走助力效果。其髖關(guān)節(jié)僅一個(gè)自由度，無法滿足髖關(guān)節(jié)多旋轉(zhuǎn)中心的特點(diǎn)，并且由于其大腿部件是剛性結(jié)構(gòu)，穿戴者在行走時(shí)會(huì)與外骨骼產(chǎn)生干涉，使得人體感到不適。

4、中國(guó)專利（申請(qǐng)?zhí)枺篶n201610511532.0）公開了一種下肢助力外骨骼機(jī)器人。該專利主要提供了一種下肢助力外骨骼機(jī)器人，基于人機(jī)工程學(xué)、人體下肢骨骼機(jī)構(gòu)與人體下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)理之間的關(guān)系，針對(duì)所述下肢助力外骨骼機(jī)器人的特定部件(如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、腰部)的結(jié)構(gòu)及各個(gè)部件之間的連接關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)。但髖關(guān)節(jié)僅一個(gè)自由度，無法適應(yīng)人體髖關(guān)節(jié)的，且大腿部位為剛性結(jié)構(gòu)，在面對(duì)不同人群穿戴時(shí)，貼合性較差。

5、中國(guó)專利（申請(qǐng)?zhí)枺篶n202310802873.3）公開了一種下肢助力行走外骨骼，其髖關(guān)節(jié)為三自由度，僅屈伸運(yùn)動(dòng)由電機(jī)直接主動(dòng)控制，髖關(guān)節(jié)的內(nèi)外旋以及內(nèi)收外展均為被動(dòng)運(yùn)動(dòng)；本專利所公布的主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置，其髖關(guān)節(jié)為二自由度，屈伸和內(nèi)收外展均為主動(dòng)控制，并且采用繩驅(qū)的方式，將電極和電池模組布置在背板上，使得人體在行走時(shí)由于厚重的電機(jī)隨著大腿的擺動(dòng)而產(chǎn)生的慣性降低，穿戴者的穿戴舒適度提升，兩者的髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路存在顯著區(qū)別。

6、中國(guó)專利（申請(qǐng)?zhí)枺篶n?202211193113.9）公開了一種可同時(shí)助力搬運(yùn)和行走的髖關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)及其控制方法，結(jié)構(gòu)集成有步行助力和搬運(yùn)彎腰助力功能，其屈伸推桿為一根剛體直桿，對(duì)于不同的人體，大腿表面的曲線各異，在行走的過程中與人體產(chǎn)生干涉，穿戴者的舒適度下降；本專利提出的主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置，髖關(guān)節(jié)的鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)能根據(jù)人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)調(diào)整拉簧長(zhǎng)度，并且大腿機(jī)構(gòu)由銷釘串聯(lián)的連接塊組成，可以根據(jù)不同人體的大腿尺寸來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)貼合，從而更好的實(shí)現(xiàn)行走過程中外骨骼與大腿部分的貼合，兩者在腿桿結(jié)構(gòu)與人體舒適度的考慮上存在顯著區(qū)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可調(diào)，穿戴舒適方便，具有多旋轉(zhuǎn)中心的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)與髖關(guān)節(jié)對(duì)齊，大腿部分由連接塊的方式組成可以與大腿部分貼合，在保證了助力效果的同時(shí)具有較高舒適性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置，其特征在于：包括背部結(jié)構(gòu)，在所述背部結(jié)構(gòu)上左右對(duì)稱安裝有結(jié)構(gòu)相同的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、背部拉線機(jī)構(gòu)、鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)、髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)、大腿機(jī)構(gòu)，所述背部結(jié)構(gòu)包括后背板、背板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及繞線盤，所述背板固連在后背板上，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在背板外側(cè)兩邊呈對(duì)稱分布，所述繞線盤固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端上；

4、所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括用于調(diào)節(jié)寬度與高度以適用使用者身高和體寬的水平調(diào)節(jié)裝置和豎直調(diào)節(jié)裝置，所述水平調(diào)節(jié)裝置連接在背板上，其上設(shè)置有水平限位孔，所述豎直調(diào)節(jié)裝置的一端連接在水平調(diào)節(jié)裝置上，其上設(shè)置有豎直限位孔，當(dāng)水平調(diào)節(jié)裝置調(diào)整到適用使用者體寬的寬度時(shí)，通過螺栓插入水平限位孔中，實(shí)現(xiàn)水平調(diào)節(jié)裝置的限位，當(dāng)豎直調(diào)節(jié)裝置調(diào)整到適用使用者身高的高度時(shí)，通過螺栓插入豎直限位孔中，實(shí)現(xiàn)豎直調(diào)節(jié)裝置的限位；

5、所述背部拉線機(jī)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)軸、第一卷線盤、第一推力球軸承、第一支撐座、第一擋邊軸承、第一螺釘鎖緊擋圈，所述第一支撐座安裝于豎直調(diào)節(jié)裝置的另一端，所述第一轉(zhuǎn)軸通過螺釘與第一卷線盤固連，所述第一卷線盤、第一推力球軸承、第一支撐座、第一擋邊軸承、第一螺釘鎖緊擋圈依次安裝在第一轉(zhuǎn)軸上，所述第一螺釘鎖緊擋圈通過螺釘鎖緊；

6、所述鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌安裝板、拉簧安裝座、導(dǎo)軌、滑塊、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二推力球軸承，所述導(dǎo)軌安裝板安裝在第一支撐座和第一螺釘鎖緊擋圈中間，所述拉簧安裝座安裝在導(dǎo)軌安裝板上靠近第一支撐座的一側(cè)，所述導(dǎo)軌安裝在導(dǎo)軌安裝板上，所述滑塊滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌上，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在滑塊上，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過第二推力球軸承和銷釘安裝在一起，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副通過第二推力球軸承和銷釘安裝在一起；

7、所述髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)包括末端連接桿、第二螺釘鎖緊擋圈、第二擋邊軸承、第二支撐座、第三推力球軸承、第二卷線盤、第二轉(zhuǎn)軸，所述末端連接桿通過第三推力球軸承和銷釘與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述第二支撐座安裝在末端連接桿末端，所述第二螺釘鎖緊擋圈、第二擋邊軸承、第二支撐座、第三推力球軸承、第二卷線盤依次安裝在第二轉(zhuǎn)軸上；

8、所述大腿機(jī)構(gòu)包括連接桿、連接裝置、綁縛裝置，所述連接桿安裝在髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)的第二轉(zhuǎn)軸上，所述連接裝置由連接塊首尾端串聯(lián)形成，首端連接塊通過螺釘連接在連接桿，末端連接塊通過螺釘固連在綁縛裝置上，

9、還包括鋼絲繩，所述鋼絲繩的一端分別穿過繞線盤、第一卷線盤、第二卷線盤。

10、上述結(jié)構(gòu)中：本發(fā)明提出的主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置，包括背部結(jié)構(gòu)，在背部結(jié)構(gòu)上左右對(duì)稱安裝有結(jié)構(gòu)相同的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、背部拉線機(jī)構(gòu)、鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)、髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)、大腿機(jī)構(gòu)，

11、背部結(jié)構(gòu)包括后背板、背板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及繞線盤，背板固連在后背板上，在使用時(shí)，人體后背緊貼在后背板上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)則安裝在背板外側(cè)兩邊呈對(duì)稱分布，繞線盤固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端控制繞線盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)繞線盤、第一卷線盤和第二卷線盤上鋼絲繩的轉(zhuǎn)動(dòng)；

12、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括用于調(diào)節(jié)寬度與高度以適用使用者身高和體寬的水平調(diào)節(jié)裝置和豎直調(diào)節(jié)裝置，水平調(diào)節(jié)裝置連接在背板上，豎直調(diào)節(jié)裝置的一端連接在水平調(diào)節(jié)裝置上，當(dāng)水平調(diào)節(jié)裝置調(diào)整到適用使用者體寬的寬度時(shí)，通過螺栓插入水平限位孔中，實(shí)現(xiàn)水平調(diào)節(jié)裝置的限位，當(dāng)豎直調(diào)節(jié)裝置調(diào)整到適用使用者身高的高度時(shí)，通過螺栓插入豎直限位孔中，實(shí)現(xiàn)豎直調(diào)節(jié)裝置的限位，以適用不同身高體寬的使用者；

13、背部拉線機(jī)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)軸、第一卷線盤、第一推力球軸承、第一支撐座、第一擋邊軸承、第一螺釘鎖緊擋圈，第一支撐座安裝于豎直調(diào)節(jié)裝置的另一端，第一轉(zhuǎn)軸通過螺釘與第一卷線盤固連，第一卷線盤、第一推力球軸承、第一支撐座、第一擋邊軸承、第一螺釘鎖緊擋圈依次安裝在第一轉(zhuǎn)軸上，第一螺釘鎖緊擋圈通過螺釘鎖緊，通過設(shè)置的背部拉線機(jī)構(gòu)作為中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)繞線盤和第二卷線盤之間鋼絲繩的傳動(dòng)；

14、鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌安裝板、拉簧安裝座、導(dǎo)軌、滑塊、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二推力球軸承，導(dǎo)軌安裝板安裝在第一支撐座和第一螺釘鎖緊擋圈中間，拉簧安裝座安裝在導(dǎo)軌安裝板上靠近第一支撐座的一側(cè)，導(dǎo)軌安裝在導(dǎo)軌安裝板上，滑塊滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌上，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在滑塊上，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過第二推力球軸承和銷釘安裝在一起，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副通過第二推力球軸承和銷釘安裝在一起，本技術(shù)通過設(shè)置的鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)，能根據(jù)人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)調(diào)整拉簧長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)較好的貼合性能；

15、髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)包括末端連接桿、第二螺釘鎖緊擋圈、第二擋邊軸承、第二支撐座、第三推力球軸承、第二卷線盤、第二轉(zhuǎn)軸，末端連接桿通過第三推力球軸承和銷釘與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，第二支撐座安裝在末端連接桿末端，第二螺釘鎖緊擋圈、第二擋邊軸承、第二支撐座、第三推力球軸承、第二卷線盤依次安裝在第二轉(zhuǎn)軸上，髖關(guān)節(jié)具有兩個(gè)自由度，通過鋼絲繩和第二卷線盤的聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)外骨骼髖關(guān)節(jié)與人體髖關(guān)節(jié)的多旋轉(zhuǎn)中心對(duì)齊；

16、大腿機(jī)構(gòu)包括連接桿、連接裝置、綁縛裝置，連接桿安裝在髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)的第二轉(zhuǎn)軸上，連接裝置由多個(gè)連接塊首尾端串聯(lián)形成，首端連接塊通過螺釘連接在連接桿，末端連接塊通過螺釘固連在綁縛裝置上，在使用時(shí)，多個(gè)軟連接的連接塊，可以根據(jù)大腿尺寸來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，從而更好的實(shí)現(xiàn)與大腿部分的貼合。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述背部結(jié)構(gòu)還包括電池模組，所述電池模組分別安裝在背板的中部和上部，所述電池模組與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接為其供電。

18、上述結(jié)構(gòu)中：電池模組設(shè)置有多個(gè)，為可充電電池模組，在其充滿電后能夠長(zhǎng)時(shí)間為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正常工作提供保障。

19、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述背部結(jié)構(gòu)還包括第一鋼絲繩限位，所述第一鋼絲繩限位安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端的外側(cè)。

20、上述結(jié)構(gòu)中：第一鋼絲繩限位對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)，分別位于驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出端的外側(cè)，用于對(duì)鋼絲繩進(jìn)行限位和保護(hù)，防止其在工作時(shí)偏離。

21、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述背部結(jié)構(gòu)還包括外骨骼連接安裝塊，所述外骨骼連接安裝塊固定安裝在背板下部，所述水平調(diào)節(jié)裝置固定在外骨骼連接安裝塊上實(shí)現(xiàn)固定。

22、上述結(jié)構(gòu)中：外骨骼連接安裝塊對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)，兩個(gè)外骨骼連接安裝塊垂直固定在背板下部，方便安裝和固定水平調(diào)節(jié)裝置。

23、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述后背板設(shè)置為曲面結(jié)構(gòu)，緊貼于人體后背。

24、上述結(jié)構(gòu)中：為了后背板能夠緊貼與人體背部，將后背板設(shè)置為曲面結(jié)構(gòu)，使用者使用時(shí)也會(huì)更加舒適。

25、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述水平調(diào)節(jié)裝置包括水平調(diào)節(jié)桿和水平連接桿，所述豎直調(diào)節(jié)裝置包括豎直連接桿和豎直調(diào)節(jié)桿，所述水平調(diào)節(jié)桿的一端安裝于背板上，所述水平連接桿的一端安裝于水平調(diào)節(jié)桿的另一端中，所述水平限位孔設(shè)置在水平調(diào)節(jié)桿的側(cè)面，所述豎直連接桿通過螺栓與水平連接桿的另一端固連，所述豎直調(diào)節(jié)桿的一端安裝在豎直連接桿上，所述豎直限位孔設(shè)置在豎直調(diào)節(jié)桿的側(cè)面。

26、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述水平調(diào)節(jié)桿、水平連接桿、豎直連接桿以及豎直調(diào)節(jié)桿上均設(shè)置有內(nèi)螺紋孔。

27、上述結(jié)構(gòu)中：水平連接桿用于實(shí)現(xiàn)豎直連接桿的連接固定，通過水平調(diào)節(jié)桿能夠調(diào)節(jié)本技術(shù)的寬度使其適用不同使用者的體寬，豎直連接桿用于實(shí)現(xiàn)豎直調(diào)節(jié)桿的安裝固定，通過豎直調(diào)節(jié)桿能夠調(diào)節(jié)本技術(shù)的高度使其適用不同使用者的身高，實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的通用性，其中，水平調(diào)節(jié)桿、水平連接桿、豎直連接桿以及豎直調(diào)節(jié)桿上的內(nèi)螺紋孔，是為了方便四者互相連接固定。

28、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述髖關(guān)節(jié)拉線機(jī)構(gòu)還包括第二鋼絲繩限位，所述第二鋼絲繩限位安裝在末端連接桿外側(cè)。

29、上述結(jié)構(gòu)中：第二鋼絲繩限位對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)，安裝在末端連接桿外側(cè)，用于對(duì)鋼絲繩進(jìn)行限位和保護(hù)，防止其在工作時(shí)偏離。

30、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述連接塊設(shè)置有四個(gè)，四個(gè)連接塊通過銷釘依次串聯(lián)固定形成連接裝置，首端連接塊與連接桿固定連接，末端連接塊與綁縛裝置固定連接。

31、上述結(jié)構(gòu)中：連接塊設(shè)置有多個(gè)，通過銷釘實(shí)現(xiàn)首尾串聯(lián)固定，在使用時(shí)，多個(gè)連接塊可以根據(jù)大腿尺寸來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，從而更好的實(shí)現(xiàn)與大腿部分的貼合。

32、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述綁縛裝置包括綁縛帶，所述綁縛帶上設(shè)置有用于固定的魔術(shù)貼。

33、上述結(jié)構(gòu)中：綁縛裝置用于實(shí)現(xiàn)將本技術(shù)固定在使用者身體上，其包括有綁縛帶，當(dāng)使用者將本技術(shù)調(diào)整好之后，通過綁縛帶上的魔術(shù)貼即可將本技術(shù)固定于身體之上。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

35、1.本發(fā)明能夠根據(jù)不同身高、體型的人群改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的尺寸，實(shí)現(xiàn)通用性。

36、2.本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)具有兩個(gè)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)外骨骼髖關(guān)節(jié)與人體髖關(guān)節(jié)的多旋轉(zhuǎn)中心對(duì)齊，且髖關(guān)節(jié)的鏈?zhǔn)酱?lián)機(jī)構(gòu)能根據(jù)人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)調(diào)整拉簧長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)較好的貼合性能。

37、3.本發(fā)明的大腿機(jī)構(gòu)通過設(shè)置的連接塊，可以根據(jù)大腿尺寸來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，從而更好的實(shí)現(xiàn)與大腿部分的貼合。

38、總之，本發(fā)明的主動(dòng)式雙自由度髖關(guān)節(jié)行走輔助外骨骼裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可調(diào)，穿戴舒適方便，具有多旋轉(zhuǎn)中心的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)與髖關(guān)節(jié)對(duì)齊，大腿部分由連接塊的方式組成可以與大腿部分貼合，在保證了助力效果的同時(shí)具有較高貼合性，應(yīng)用前景廣泛。