[发明专利]一种三自由度外骨骼髋关节多重限位装置

说明书

本发明公开了一种三自由度外骨骼髋关节多重限位装置。包括髋关节连接板、液压缸、两个连接耳片、伸展/弯曲关节、外展/内收关节、旋内/旋外关节、限位销和大腿连接杆；液压缸推动两个连接耳片，继而驱动伸展/弯曲关节，实现伸展/弯曲的主动自由度；外展/内收关节和旋内/旋外关节在人体相应部位的驱动分别实现外展/内收和旋内/旋外的被动自由度；同时利用液压缸行程的限制、伸展/弯曲关节下表面的凸台结构和限位销实现关节在三个自由度上的符合人体运动需求的限位，避免外骨骼对穿戴者造成损伤。本发明通过简单可行的机构与配合，控制灵活，实现髋关节运动所需的三个自由度，所带多重限位提高穿戴者的舒适性和安全性。

技术领域

本发明属于外骨骼机器人领域，尤其涉及了一种三自由度外骨骼髋关节多重限位装置。

背景技术

作为人类最重要的关节之一，髋关节需要承载整个躯干的重量，实现人体行走过程中伸展/弯曲、外展/内收和旋内/旋外这三个重要的自由度。所以，外骨骼机器人髋关节的设计是实现外骨骼机器人助力功能的关键技术。

目前，外骨骼机器人髋关节由于拥有三个自由度而且运动极限角度较大，导致结构比较复杂和空间体积比较大。有时候，为了简化结构和减小体积，往往会牺牲自由度和运动的极限角度。这样的髋关节控制不简便，大大地降低了穿戴者的舒适性和助力效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种三自由度外骨骼髋关节多重限位装置，通过简单可行的机构与配合，控制灵活，实现髋关节运动所需的三个自由度，所带多重限位提高穿戴者的舒适性和安全性。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括髋关节连接板、液压缸、连接耳片A、连接耳片B、伸展/弯曲关节、外展/内收关节、旋内/旋外关节、限位销和大腿连接杆；液压缸一端铰接连接到髋关节连接板上的一端，液压缸一端与连接耳片A的中部铰接，连接耳片A一端铰接到髋关节连接板上的中部，连接耳片A另一端与连接耳片B的一端铰接，连接耳片B另一端与伸展/弯曲关节中部延伸出的凸耳铰接，伸展/弯曲关节上端铰接到髋关节连接板上的另一端；伸展/弯曲关节下端开有水平通孔，外展/内收关节呈U形，通过第一连接轴穿设于U形的上端和伸展/弯曲关节的水平通孔的两端穿设，使得伸展/弯曲关节下端和外展/内收关节上端之间铰接；旋内/旋外关节下端穿过外展/内收关节U形的下端并开有水平通孔，大腿连接杆上端开有水平通孔和端面孔，水平通孔和端面孔相连通，旋内/旋外关节下端伸入到大腿连接杆的端面孔中后，通过第二连接轴穿设于旋内/旋外关节下端的水平通孔和大腿连接杆上端的水平通孔，使得旋内/旋外关节下端和大腿连接杆上端铰接。

所述的液压缸推动连接耳片A，进而推动连接耳片B驱动伸展/弯曲关节绕髋关节连接板旋转，实现髋关节的伸展/弯曲的主动自由度；所述的外展/内收关节和伸展/弯曲关节之间相对转动，实现髋关节的外展/内收的被动自由度；所述的外展/内收关节和旋内/旋外关节之间相对转动，实现髋关节的旋内/旋外的被动自由度。

所述伸展/弯曲关节的下端面设有由两个高度不同的半圆表面组成的台阶结构，旋内/旋外关节上端的两侧分别和台阶结构的两个半圆表面形成不同的间隙，使得旋内/旋外关节在被外展/内收关节带动绕第一连接轴旋转时，被高度较低的半圆表面阻挡，且不被高度较高的半圆表面阻挡，从而实现外展/内收关节和伸展/弯曲关节外展/内收的运动限位；

所述的旋内/旋外关节上端设有圆形凸缘，圆形凸缘为3/4圆的扇形结构，具有1/4圆的扇形缺口，并且在外展/内收关节U形下端的上表面上边缘处设有限位销，限位销位于圆形凸缘的1/4圆的扇形缺口处，使得旋内/旋外关节限位在1/4圆的角度内转动。

通过上述结构共同实现髋关节控制灵活、运动接近真实的自由度运动，实现关节在三个自由度上的符合人体运动需求的限位，避免外骨骼对穿戴者造成损伤，提高穿戴者的舒适性和安全性。