[实用新型]人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备

说明书

本实用新型公开了一种人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备，其中，人机关节转轴偏差补偿装置包括第一杆、托板和绑带，所述第一杆由驱动组件驱动运动；所述托板用于撑托人体的臂部或腿部，所述托板与所述第一杆相连且所述托板可沿所述第一杆的长度方向自由滑动；所述绑带固定在所托板上，用于绑在人体的臂部或腿部。该装置可实时自适应补偿外骨骼关节转轴与人体关节转轴之间的位移偏差，有效减少因人机关节转轴不重合而产生的人体关节内力，提升使用者的穿戴体验，减小人体关节处的磨损。将该装置安装在下肢外骨骼上构成下肢外骨骼人机互连设备，可减少使用者髋、膝关节的内力，提高使用者穿戴行走时的舒适度并减少生理能耗。

技术领域

本实用新型涉及康复领域及外骨骼技术领域，具体涉及一种人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备。

背景技术

在人体康复和人体功能增强等工程中，外骨骼是一种典型的人机一体化系统，使用者穿戴外骨骼之后，下肢外骨骼会与人体下肢构成空间多环封闭运动链。在助行过程中，人机之间通过连接部位处的相互作用实现运动和动力的传递。因此，合理地设计人机互连设备对于人机间的传力效率和外骨骼的使用安全性至关重要。下肢外骨骼与人体下肢之间不应出现过强的约束，并且下肢关节和软组织处也不应出现过大的内力负荷，否则会影响穿戴的舒适性，甚至会对患者造成二次损伤。

人行走过程中，人体的髋、膝关节屈曲/伸展时，关节接触表面既有滚动又有滑动，且膝关节的瞬时转动中心存在位移变化，因而髋、膝关节的旋转轴线相对于大、小腿存在位移变化；此外，人体下肢结构十分复杂，设计时只能粗略地估计人体关节转轴的位置与朝向，由此，使用者实际穿戴外骨骼时，人体与外骨骼的各对应关节轴也存在一定的初始位置偏差。

下肢外骨骼在结构上多采用单轴铰链式关节，人机连接通过紧致穿戴或绑缚等固连的形式实现，传统的人机互连装置相对于外骨骼杆固定，人体关节转轴与外骨骼关节转轴的不重合会使得人机互连点如绑带产生沿人腿方向的滑移，绑带和人腿之间存在滑动摩擦，进而影响人体的关节、软组织内力和外骨骼的关节内力，使人体关节处产生多余的负载力和运动约束，人机之间存在运动干涉与力干涉。

目前，多数外骨骼通过在腿托或绑带处加入柔性材料改善人机关节转轴不重合带来的影响。但是，柔性材料仅能补偿理想情况下人机关节轴线相对重合带来的肉眼可见的偏差，而人体关节的内力和位置不能被准确控制，人机之间仍存在不良的交互力，影响人机传力效率、人机运动协调性，最终反映为使用者在穿戴外骨骼行走时耗能过高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备，可实时自适应补偿外骨骼转轴与人体关节转轴之间的位移偏差，有效减少因外骨骼转轴与人体关节存在偏差而产生的人体关节处的内力，优化提升使用者的穿戴体验，减小人体关节处的磨损，降低使用者穿戴外骨骼行走时的能耗。

根据本实用新型实施例的人机关节转轴偏差补偿装置，包括：

第一杆，所述第一杆由驱动组件驱动运动；

托板，所述托板用于撑托人体的臂部或腿部，所述托板与所述第一杆相连且所述托板可沿所述第一杆的长度方向自由滑动；

绑带，所述绑带固定在所托板上，用于绑在人体的臂部或腿部。