一种外骨骼髋关节结构的制作方法

1.本发明涉及外骨骼结构技术领域，特别是涉及一种外骨骼髋关节结构。


背景技术：

2.外骨骼机器人是一种用于辅助运动或加强运动能力的穿戴式机械集成系统，主要应用于军事、医疗、物流、工厂作业等领域。从动力源来分，外骨骼机器人可以分为有源外骨骼机器人与无源外骨骼机器人。有源外骨骼机器人主要依靠蓄电池或有线电力提供助力能源，而无源外骨骼机器人主要依靠机械结构储存人体自身运动产生的动能或重力势能，并在后续人体运动过程中输出能量以达到助力效果。
3.现有外骨骼机器人髋关节一般设有三个自由度，其中三个自由度的设置都是通过单转轴结构来实现的，但是人体髋关节的内骨骼结构并不是简单地单转轴形式，所以在人机协同以及人机匹配上难以达到高度协同的效果。
4.现有外骨骼机器人无法匹配人体大腿侧摆时的运动曲线，这一是由于其本身的单转轴设计与人体髋关节的曲线运动不贴合，二是过于灵活的多转轴设计无法实现良好的力传导效果。将侧摆的自由度放置于人体髋关节左右侧时，因外骨骼转轴与内骨骼转轴存在水平距离，导致在侧摆时，外骨骼长度长于人体腿部长度，导致人机分离状态。而将侧摆自由度转轴放于人体前后侧时，则会出现下蹲时干涉人体或者无法将背部重量传导到地面的现象。
5.因此，有必要设计一种外骨骼髋关节结构，以匹配人体外侧运动曲线，达到良好的人机匹配效果。


技术实现要素：

6.为解决以上技术问题，本发明提供一种外骨骼髋关节结构，通过连杆拟合的方式，匹配人体外侧运动曲线，达到穿戴外骨骼时，良好的人机匹配效果。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种外骨骼髋关节结构，包括髋关节连接座、大腿连接座和连杆系统；所述髋关节连接座的上端用于与外骨骼的髋关节连接，所述大腿连接座用于与外骨骼的腿部组件连接；所述髋关节连接座的下端和所述大腿连接座之间通过所述连杆系统连接。
9.可选的，所述连杆系统包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆；所述第五连杆的底部通过转动副与所述髋关节连接座的下端相连接；所述第一连杆的一端与所述第五连杆的上部转动连接；所述第三连杆的一端与所述大腿连接座的顶部侧面转动连接，所述第三连杆的另一端与所述第一连杆的中部转动连接；所述第二连杆的一端与所述第五连杆的中部转动连接，所述第二连杆的另一端与所述第三连杆的中部转动连接；所述第四连杆的一端与所述大腿连接座的底部侧面转动连接，所述第四连杆的另一端与所述第一连杆的另一端转动连接。
10.可选的，所述第五连杆的底部设置有转动连接部，所述转动连接部上设置有多个
连接孔，所述多个连接孔用于通过所述转动副与所述髋关节连接座连接。
11.可选的，所述转动连接部的上部包括两根竖向杆，所述第一连杆的一端设置于所述两根竖向杆之间，所述第一连杆的一端与所述两根竖向杆通过转轴转动连接；所述两根竖向杆的底部外侧分别与一所述第二连杆的一端通过转轴转动连接；所述第一连杆中部两侧分别与一所述第三连杆的一端通过转轴转动连接，每个所述第二连杆的另一端分别与对应的所述第三连杆的中部转动连接；每个所述第三连杆的一端与所述大腿连接座的两侧分别转动连接；所述第一连杆另一端两侧分别与一第四连杆的另一端转动连接，每个所述第四连杆的一端与所述大腿连接座的两侧分别转动连接。
12.可选的，所述大腿连接座的中部设置有竖向的安装座，所述安装座用于与外骨骼的腿部组件连接。
13.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
14.本发明中的外骨骼髋关节结构，通过连杆系统与计算连杆长度的方式，拟合人体运动过程的曲线，从而使外骨骼髋关节与人体匹配良好。
15.本发明中的连杆系统具有三个旋转自由度，分别对应人体髋关节的三个自由度，分别为大腿的前后屈伸、大腿内外摆动以及大腿的内外旋自由度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明外骨骼髋关节结构的结构示意图；
18.图2为本发明外骨骼髋关节结构的外侧(远离人体侧)结构示意图；
19.图3为本发明外骨骼髋关节结构的内侧(贴人体侧)结构示意图。
20.附图标记说明：1、第一连杆；2、第二连杆；3、第三连杆；4、第四连杆；5、大腿调节板；6、大腿连接座；7、髋关节连接座；8、第五连杆；9、转动副。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1至3所示，本实施例提供一种外骨骼髋关节结构，包括髋关节连接座7、大腿连接座6和连杆系统；髋关节连接座7的上端用于与外骨骼的髋关节连接，大腿连接座6用于与外骨骼的腿部组件连接；髋关节连接座7的下端和大腿连接座6之间通过连杆系统连接。
23.于本具体实施例中，连杆系统包括第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4和第五连杆8；第五连杆8的底部通过转动副9与髋关节连接座7的下端相连接，转动副9能够模拟人体大腿的前后屈伸动作；第一连杆1的一端与第五连杆8的上部转动连接；第三连杆3的一端与大腿连接座6的顶部侧面转动连接，第三连杆3的另一端与第一连杆1的中部转动
连接；第二连杆2的一端与第五连杆8的中部转动连接，第二连杆2的另一端与第三连杆3的中部转动连接；第四连杆4的一端与大腿连接座6的底部侧面转动连接，第四连杆4的另一端与第一连杆1的另一端转动连接。
24.第五连杆8的底部设置有转动连接部，转动连接部上设置有三个连接孔，三个连接孔用于通过转动副9与髋关节连接座7连接。
25.转动连接部的上部包括两根竖向杆，第一连杆1的一端设置于两根竖向杆之间，第一连杆1的一端与两根竖向杆通过转轴转动连接；两根竖向杆的底部外侧分别与一第二连杆2的一端通过转轴转动连接；第一连杆1中部两侧分别与一第三连杆3的一端通过转轴转动连接，每个第二连杆2的另一端分别与对应的第三连杆3的中部转动连接；每个第三连杆3的一端与大腿连接座6的两侧分别转动连接；第一连杆1另一端两侧分别与一第四连杆4的另一端转动连接，每个第四连杆4的一端与大腿连接座6的两侧分别转动连接。
26.连杆系统能够模拟人体大腿的内外摆动动作。
27.大腿连接座6的中部设置有竖向的安装座，安装座用于与外骨骼的腿部组件连接。安装座包括竖向的连接孔，外骨骼中的大腿调节板5通过螺栓与该连接孔连接，且大腿调节板5能够相对于安装座转动，以模拟人体大腿的内外旋转动作。
28.本实施例中的外骨骼髋关节结构，在人体行走过程中，有效匹配人体髋关节内骨骼的运动趋势，尤其在前进与侧向行走的运动上，有着现有结构无法比拟的人机匹配性。
29.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
30.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。