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申请/专利权人：河北工业大学

摘要：本发明公开一种仿人体膝关节运动曲线的穿戴式下肢助行外骨骼，包括背部支撑部分、髋关节部分、大腿部分、小腿部分、踝关节部分；背部支撑部分的两侧分别与髋关节部分的力传递支撑件相连，髋关节部分通过下肢支撑件与大腿部分的上端相连，大腿部分的另一端与小腿部分相连形成膝关节，小腿部分的下端通过小腿伸缩部件与踝关节部分相连。本发明仿人体膝关节运动曲线的刚性助力外骨骼，能够保证人体膝关节运动时与外骨骼膝关节运动一致，这样就可以避免单一铰链造成的膝关节对齐问题。该下肢助行外骨骼在人体穿戴一侧平滑无突起，受力面积大，使其穿戴更舒适。同时，该下肢助行外骨骼结构简单，方便穿戴和携带，不需要复杂的操作。

主权项：1.一种仿人体膝关节运动曲线的穿戴式下肢助行外骨骼，其特征在于，包括背部支撑部分、髋关节部分、大腿部分、小腿部分、踝关节部分；背部支撑部分的两侧分别与髋关节部分的力传递支撑件相连，髋关节部分通过下肢支撑件与大腿部分的上端相连，大腿部分的另一端与小腿部分相连形成膝关节，小腿部分的下端通过小腿伸缩部件与踝关节部分相连；一个髋关节部分、一个大腿部分、一个小腿部分、一个踝关节部分构成了一个单侧下肢助行外骨骼，两个单侧下肢助行外骨骼对称装配在背部支撑部分上形成完整的下肢助行外骨骼；所述的背部支撑部分包括靠背、伸缩杆、一号连接杆和二号连接杆；靠背通过背带穿戴在人身上，所述靠背为一个长方形薄片，薄片上有三个用于减轻重量的长方形孔，薄片下端有一个被掏空的凸台，该凸台内部的两侧分别安装有一个伸缩杆，在凸台的上表面与伸缩杆的上表面均设置有多个等距离的螺栓孔，通过螺栓将伸缩杆固定在靠背的不同位置以适应不同体态的人群；伸缩杆的另一端与一号连接杆的一端铰接，二者能够以销轴为轴相对转动，从而实现下肢外骨骼的转弯，并且伸缩杆与一号连接杆之间存在限位保护；一号连接杆的另一端与二号连接杆通过螺栓相连且存在限位保护；二号连接杆的另一端上设置有沿竖直方向的通孔，通过该通孔与髋关节部分的力传递支撑件固连；所述的髋关节部分包括力传递支撑件、下肢支撑件、髋关节轴承挡圈、一号轴承、轴承套筒、二号轴承、髋关节扭矩传感器、一号谐波减速器法兰盘、髋关节谐波减速器、二号谐波减速器法兰盘、髋关节电机法兰盘、髋关节电机、电机支撑件、三号轴承、力传递支撑件副件、二号轴承挡圈构成；所述力传递支撑件的结构近似门型框架，在其横板的左侧设置有一个螺栓孔，通过该螺栓孔与背部支撑部分的二号连接杆相连；其两侧的立板的下部在同一水平位置均横向设置有安装孔，其中左侧立板的末端较右侧的立板长，且左侧立板的末端端面为弧形，右侧立板的末端端面为方形；在其横板的右侧向下延伸出一个辅助立板，该辅助立板较右侧立板短，辅助立板的末端端面为内凹曲面，在内凹曲面的上部设置有两个通孔；一号轴承和轴承套筒安装在力传递支撑件的左侧立板下部的安装孔内，通过髋关节轴承挡圈防止一号轴承脱落；下肢支撑件的上部为两个平行立板和一个底板的结构，其下部为在前侧沿竖直方向设置有等距离的螺栓孔的方型立杆，方型立杆设置在底板下表面的左侧，两个平行立板分别设置在底板上表面的左侧与中部，左侧的平行立板的上部设置有安装孔，中部的平行立板的上部末端为方型端面，在方型端面的下部设置有两个通孔；力传递支撑件副件安装在下肢支撑件的底板的右侧，且力传递支撑件副件的上部端面为内凹曲面，在内凹曲面的下部设置有通孔；一号轴承的一端安装在力传递支撑件的左侧立板下部的安装孔内，其另一端安装在下肢支撑件左侧的平行立板的上部安装孔内，并套装有二号轴承；髋关节扭矩传感器的左侧面通过螺钉固定在下肢支撑件左侧的平行立板的上部的右侧上，髋关节扭矩传感器的右侧面与一号谐波减速器法兰盘通过螺钉固定；一号谐波减速器法兰盘的另一侧面与髋关节谐波减速器的刚轮通过螺钉连接，髋关节谐波减速器的柔轮与二号谐波减速器法兰盘的一侧面通过螺钉连接，髋关节谐波减速器的柔轮的下部通过螺纹孔与螺栓与下肢支撑件的中部的平行立板的上部连接；二号谐波减速器法兰盘的另一侧面与髋关节电机法兰盘连接，髋关节电机法兰盘通过螺栓固定在力传递支撑件的辅助立板上，髋关节电机法兰盘的另一侧面与髋关节电机通过螺钉固连，髋关节电机的电机轴与髋关节谐波减速器中间的轴孔通过键槽连接；髋关节电机固定在电机支撑件上；电机支撑件的上表面设置有内凹槽口，用于容纳力传递支撑件的右侧立板的下部，且电机支撑件的中部沿水平方向设置有通孔，电机支撑件与力传递支撑件的右侧立板的下部通过轴连接，并在电机支撑件右侧的轴上依次安装有三号轴承和二号轴承挡圈，二号轴承挡圈固定在力传递支撑件副件的上端面上，防止三号轴承松动滑落；所述的大腿部分包括大腿伸缩部件、大腿主支撑、运动曲线配件、大腿副支撑，绑带、塑料垫块、大腿电机、电机座、大腿一号连接法兰盘、大腿扭矩传感器、大腿二号连接法兰盘、两个螺母座、丝杠、副支撑连接件、滑台、和燕尾型导轨；大腿主支撑作为安装载体用于安装所有零件，大腿伸缩部件为顶面开口的空心结构，其前、后两侧面沿竖直方向设置有等距离的螺栓孔，与下肢支撑件前侧下部的螺栓孔尺寸相同且距离相等，下肢支撑件的下部通过螺栓安装在大腿伸缩部件上；大腿伸缩部件的底面与大腿主支撑上端通过螺柱连接，大腿主支撑上部设置有四个通孔用于安装塑料垫块和电机座；电机座通过塑料垫块用螺栓固定安装在大腿主支撑上，大腿电机固定在电机座上；大腿电机输出轴通过键与大腿一号连接法兰盘固连，大腿一号连接法兰盘的另一面通过螺钉与大腿扭矩传感器的内圈固连，大腿扭矩传感器的另一面的外圈与大腿二号连接法兰盘通过螺钉固连，大腿二号连接法兰盘另一端与丝杠通过键相连；丝杠固定在螺母座上，螺母座分别安装在大腿主支撑的中部和下端，用螺栓固定；燕尾型导轨设置在丝杠的下面，滑台的中部设置有螺纹孔并与丝杠啮合，滑台的底面与燕尾型导轨相配合，目的在于减小丝杠的磨损；绑带绑在大腿主支撑侧面的方形孔中；大腿主支撑下端设有燕尾槽，用于与运动曲线配件的燕尾凸台相配合，并且设计有螺栓孔用于固定连接；大腿副支撑通过固定在滑台上的副支撑连接件与小腿部分连接；所述小腿部分包括小腿主支撑、小腿伸缩部件和四个滚珠螺柱；所述小腿主支撑的结构为长方体的掏空结构，上方有一个椭圆形的凸起，中上部有一个伸出端，此伸出端上设置有圆孔，用于与大腿副支撑通过螺栓连接，小腿主支撑的上部设置有螺纹孔，四个滚珠螺柱安装在该螺纹孔内；小腿伸缩部件与小腿主支撑的下端通过螺栓固连，小腿伸缩部件上有若干通孔用于不同的身高需求；运动曲线配件下部设置有两道平行的弧形槽，该弧形槽与小腿部分的滚珠螺柱相配合使其在弧形槽内沿槽口弧度转动，形成仿人体膝关节的运动曲线；所述踝关节部分包括踝关节主支撑、脚部固定板、脚部绑带、连接板、踝关节电机、踝关节一号连接法兰盘、圆筒部件、踝关节二号连接法兰盘、踝关节谐波减速器、踝关节三号连接法兰盘、踝关节扭矩传感器和“U”型轴；踝关节主支撑的上部为带若干通孔的空心结构，该部分安装在小腿伸缩部件的下部，并通过螺栓固定；踝关节主支撑的中部为一半圆形套筒，踝关节主支撑的上部位于半圆形套筒一末端的上部，半圆形套筒的两末端向下延伸有踝关节支撑杆，该两个踝关节支撑杆一个较另一个短，较短的踝关节支撑杆的末端与圆筒部件通过螺栓固定；踝关节电机输出端与踝关节一号连接法兰盘的一面连接，踝关节一号连接法兰盘的另一面与圆筒部件通过螺栓固定，圆筒部件通过螺栓固定在较短的踝关节支撑杆的末端，踝关节二号连接法兰盘与圆筒部件固定，踝关节二号连接法兰盘的另一面与踝关节谐波减速器相连，踝关节谐波减速器的输出端与踝关节三号连接法兰盘固连，踝关节三号连接法兰盘的另一面连接踝关节扭矩传感器，并且“U”型轴的一端通过键槽与踝关节三号连接法兰盘相连，“U”型轴的另一端与一个脚部固定板连接；较长的踝关节支撑杆的末端也连接有一个脚部固定板，两个脚部固定板之间通过连接板连接，脚部绑带安装在连接板的两端。

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