外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元和连接方法

本发明涉及一种外骨骼柔性连接单元及其连接方法，具体涉及外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元和连接方法，属于外骨骼连接。

背景技术：

1、可穿戴外骨骼机器人作为增强人体运动能力、提高人类生活品质的技术手段，受到相当广泛的关注：例如可穿戴外骨骼机器人可为人类提供额外的运动动力，克服人类自身身体限制；对神经连接异常、肢体损伤等患者利用可穿戴外骨骼机器人进行有效的神经康复训练，促进运动恢复等。然而，外骨骼是一个人机耦合的系统装备，人体运动是一个复杂过程，关节转动是神经元、肌肉、骨骼之间相互作用的结果。将外骨骼机器人和复杂的生物关节平行放置，使外骨骼契合人体运动是一个意义非凡的挑战。

2、从结构上来讲，外骨骼机器人的关节都由直线和旋转运动形式的机构组成，而由这些机构组成的外骨骼目前多采用绑带或绑环与肢体捆绑连接，例如公开号为cn105597280b的专利公开了一种主被动混合上肢康复训练外骨骼，该专利的技术方案通过捆绑机构与穿戴者的肢体捆绑，以实现传递运动及动力。但这种捆绑式的固定方式当外骨骼和人体运动趋势不一致时，绑带会对肢体产生牵拉作用，引起穿戴者的不适、增大人机交互力，甚至导致穿戴者受伤。

3、综上所述，如何针对上述技术问题，提出一种外骨骼柔性连接单元及其人机穿戴时的连接方法，这也就成为了目前本领域内技术人员所亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术的不足，提供外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元和连接方法。

2、本发明的技术方案是：外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元和连接方法，包括充气式柔性连接套和两个柔性连接带。

3、充气式柔性连接套具有能沿其长度方向相对滚动的外侧膜和内侧膜，外侧膜和内侧膜围成一封闭的充气腔。

4、两个柔性连接带均与充气式柔性连接套的轴线方向呈90°布置，且两个柔性连接带通过180°对称的方式固接在充气式柔性连接套的外侧膜上，每个柔性连接带的两端均开有连接孔。

5、进一步地，充气式柔性连接套的材质为涂覆有防透气涂层的碰击布，且防透气涂层涂覆在充气式柔性连接套充气腔体的内表面。

6、进一步地，充气式柔性连接套的横截面为圆环形。

7、本发明还提供了外骨骼人机穿戴时的连接方法，该方法具体按以下步骤进行：

8、步骤一、肢体从充气式柔性连接套的芯部穿过；

9、步骤二、通过充气嘴向充气式柔性连接套内充气至肢体感觉到被包裹的状态；

10、步骤三、将外骨骼的机械臂与充气式柔性连接套外圆周面上的柔性连接带相抵；

11、步骤四、柔性连接带的两端依次向中间翻折，将外骨骼的机械臂包围，且将两个连接孔同轴对齐；

12、步骤五、用螺栓依次穿过外骨骼的机械臂和两个连接孔，在螺栓上旋拧螺母。

13、本发明与现有技术相比具有以下效果：

14、1、本发明中充气式柔性连接套1的外侧膜1-5和内侧膜1-6能够发生相对滚动，即：在外侧膜1-5向内滚动变为内侧膜1-6的同时，内侧膜1-6也相应地向外滚动变为外侧膜1-5。

15、穿戴外骨骼2的肢体关节转动后，当肢体与外骨骼2的机械臂运动趋势发生不一致时，包裹肢体的充气式柔性连接套1的外侧膜1-5与内侧膜1-6发生相对滚动，肢体可以无阻碍地沿x方向(即充气式柔性连接套1的轴线方向)自由伸长或收缩；同时充气式柔性连接套1内的气体被压缩，肢体能够有限地沿y、z方向(即两个垂直于充气式柔性连接套1轴线的方向)上发生微小移动，从而提高外骨骼2穿戴在肢体上的舒适性、减小人机交互力，进而避免穿戴者受伤。

16、2、本发明的结构简单，与外骨骼2连接方便，为使用外骨骼2的穿戴者提高安全性和舒适性。

技术特征：

1.外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：所述充气式柔性连接套(1)的材质为涂覆有防透气涂层的碰击布，且防透气涂层涂覆在充气式柔性连接套(1)的充气腔内表面。

3.根据权利要求2所述的外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：所述充气式柔性连接套(1)的横截面为圆环形。

4.根据权利要求3所述的外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：所述充气式柔性连接套(1)轴线方向的长度为10cm～15cm。

5.根据权利要求4所述的外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：两个所述柔性连接带(1-1)的宽度均为3cm。

6.根据权利要求5所述的外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：所述柔性连接带(1-1)两端连接孔(1-1-1)的直径为10mm。

7.根据权利要求6所述的外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元，其特征在于：所述两个柔性连接带(1-1)的材质均为丙纶或锦纶。

8.使用权利要求1至7中任意一项所述连接单元的外骨骼人机穿戴时的连接方法，其特征在于：该方法具体按以下步骤进行：

9.根据权利要求8所述的外骨骼人机穿戴时的连接方法，其特征在于：所述步骤五中的螺栓(1-2)为m10的螺栓。

10.根据权利要求8所述的外骨骼人机穿戴时的连接方法，其特征在于：所述步骤五中的螺母(1-3)为m10的盖形螺母。

技术总结
外骨骼人机穿戴时用的充气式柔性连接单元和连接方法，它涉及一种外骨骼柔性连接单元及其连接方法。本发明为了解决现有技术中外骨骼与人体运动趋势不一致时，绑带会对肢体产生牵拉作用，引起穿戴者的不适、增大人机交互力，甚至导致穿戴者受伤的问题。本发明的外侧膜向内滚动变为内侧膜的同时，内侧膜也相应地向外滚动变为外侧膜。当肢体与外骨骼的机械臂运动趋势发生不一致时，充气式柔性连接套的外侧膜与内侧膜发生相对滚动，肢体可以无阻碍地沿X方向自由伸长或收缩；同时充气式柔性连接套内的气体被压缩，肢体能够有限地沿Y、Z方向上发生微小移动，进而为使用外骨骼的穿戴者提高安全性和舒适性。本发明用于外骨骼与人体肢体的柔性连接。

技术研发人员：郎国栋,高永生,姚士军,朱延河,赵杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13