[发明专利]一种地表失重训练下肢主动外骨骼

说明书

本发明公开一种地表失重训练下肢主动外骨骼，包括胫骨连杆、股骨连杆以及用于用于固定脚部的足底踏板，所述胫骨连杆的一端与股骨连杆的一端通过第一直流伺服电机连接，所述股骨连杆另一端与辅助支撑连接连杆的一端通过第二直接伺服电机连接，所述胫骨连杆上设有形成C形状结构的胫骨传感模块，所述股骨连杆上设有形成C形状结构的股骨传感模块；所述足底踏板与胫骨连杆通过转轴联接，所述胫骨传感模块以及股骨传感模块分别用于配合束缚带将胫骨连杆、股骨连杆对应的连接到人体大腿以及小腿上。本发明外骨骼连杆连杆以及传感器尺寸形状可根据不同的训练人员身形体貌进行设计，具有较高的普遍适用性。

技术领域

本发明涉及技术领域，特别是涉及一种地表失重训练下肢主动外骨骼。

背景技术

人在地球时会受到对球的引力作用，即为重力作用。而宇航员在外太空作业时，将处于失重或者低重力状态，所以为实现在该状态下进行高效作业和其他生理活动需要对宇航员进行系统的失重训练。

宇航员在进入外太空作业之前，会在地球表面进行低重力的训练。世界各国科研机构常用的地表训练方法有高空自由落体法、水浮力模拟法等，但都会受到成本，时间或者空间的制约。

发明内容

本发明的目的是为了实现宇航员在地面的失重训练，同时解决传统训练方式成本高，训练效率低的问题，而提供一种地表失重训练下肢主动外骨骼，是一种基于电机驱动的机械下肢外骨骼，旨在宇航员在地表实现低重力状态或者失重状态的下肢训练，可以实现低成本，高效率，随时随地进行失重训练。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种地表失重训练下肢主动外骨骼，包括胫骨连杆、股骨连杆以及用于用于固定脚部的足底踏板，所述胫骨连杆的一端与股骨连杆的一端通过第一直流伺服电机连接，所述股骨连杆另一端与辅助支撑连接连杆的一端通过第二直接伺服电机连接，所述胫骨连杆上设有形成C形状结构的胫骨传感模块，所述股骨连杆上设有形成C形状结构的股骨传感模块；所述足底踏板与胫骨连杆通过转轴联接，所述胫骨传感模块以及股骨传感模块分别用于配合束缚带将胫骨连杆、股骨连杆对应的连接到人体大腿以及小腿上。

其中，所述胫骨传感模块以及股骨传感模块的结构相同，均包括两个成对使用的弧形模块，每个弧形模块包括外层支撑层以及位于所述外层支撑层的内侧的薄膜传感层。

其中，每个所述弧形模块的外层支撑层的一端设有绑绳卡扣、另一端形成骨骼连杆接口。

其中，所述薄膜传感层包括外硅胶软层、内硅胶软层以及位于所述外硅胶软层、内硅胶软层间的薄膜压阻式传感器。

其中，所述第一直流伺服电机以及第二直流伺服电机，为关节专用的扁平横向长度较短、转速低且提供大力矩的内置驱动器、编码器、减速器的电机，均具有固定端面，输出端面、电源输入与控制接口，所述固定端面上的固定端面接口，所述输出端面上的输出端面接口。

其中，所述第一直流伺服电机的输出端面与胫骨连杆通过输出端面接口连接，从而在胫骨连杆施加转矩，所述第一直流伺服电机的固定端面与股骨连杆通过固定端面接口连接，从而实现对第一直流伺服电机的固定。

其中，所述第二直流伺服电机的输出端面与股骨连杆通过输出端面接口连接，从而在股骨连杆施加转矩，所述第二直流伺服电机的固定端面与辅助支撑连接连杆通过固定端面接口连接，从而实现对第二直流伺服电机的固定。

本发明的失重训练下肢外骨骼具有以下有益效果：

1.相比于传统的模拟失重训练方法(高空自由落体法、水浮力模拟法)所具有的优势是更低的设备成本，更高的安全性，更高的效率，更少的时间和空间限制。

2.驱动系统采用直流伺服电机，驱动能源易获得，且结构简单，占用体积小。传感系统采用多个柔性力传感器采集信息，对下肢位姿的确定更加准确。