一種人體關節運動輔助裝置及人體運動助力裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及運動輔助、康復，以及殘疾人輔助裝置領域，具體涉及一種人體關節運動輔助裝置及人體運動助力裝置。
【背景技術】
[0002]戶外運動人群、老人和殘疾人群需要一種簡潔、靈活、高效的關節運動輔助和助力裝置。當前的關節運動輔助和助力裝置的原理主要包括兩類，一類是通過動力機構的旋轉帶動關節的旋轉，另一類是通過額外支撐桿的伸長和收縮帶動關節旋轉。現有解決方案主要存在笨重、不宜實現多自由度的運動、結構形狀不靈活等缺點。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種體積較小且能夠實現多自由度運動的人體關節運動輔助裝置。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:該人體關節運動輔助裝置，包括拉索機械結構、拉索動力部件，所述拉索機械結構包括第一支撐架、第二支撐架、旋轉軸、第一柔性拉索、第二柔性拉索，所述第一支撐架、第二支撐架均套設在旋轉軸上且能夠繞旋轉軸自由轉動，所述旋轉軸固定在左髖關節轉軸或右髖關節轉軸或左膝關節轉軸或右膝關節轉軸上且二者的軸心線重合，第一支撐架設置在旋轉軸的下方，第一支架的左側與右側均設置有導向槽，第二支撐架設置在旋轉軸的上方，第二支撐架的左側、右側以及頂部均設置有導向槽，所述第一柔性拉索的一端固定在第一支撐架的底部，另一端依次繞過第一支撐架右側設置的導向槽、第二支撐架右側設置的導向槽、第二支撐架頂部設置的導向槽后與拉索動力部件相連，所述第二柔性拉索的一端固定在第一支撐架的底部，另一端依次繞過第一支撐架左側設置的導向槽、第二支撐架左側設置的導向槽、第二支撐架頂部設置的導向槽后與拉索動力部件相連，所述拉索動力部件用于分別拉伸第一柔性拉索與第二柔性拉索。
[0005]進一步的是，所述第一支撐架、第二支撐架為三角形支架。
[0006]進一步的是，所述第一支撐架與第二支撐架之間設置有雙向復位扭簧，所述雙向復位扭簧的兩個支臂分別固定在第一支撐架與第二支撐架上。
[0007]本發明還提供了一種人體運動助力裝置，該人體運動助力裝置包括左小腿耦合裝置、右小腿耦合裝置、左大腿耦合裝置、右大腿耦合裝置、髖部耦合裝置，所述左小腿耦合裝置與左大腿耦合裝置通過左膝關節轉軸相連，所述左大腿耦合裝置與髖部耦合裝置左側通過左髖關節轉軸相連，所述右小腿耦合裝置與右大腿耦合裝置通過右膝關節轉軸相連，所述右大腿耦合裝置與髖部耦合裝置右側通過右髖關節轉軸相連，所述左膝關節轉軸、右膝關節轉軸上均安裝有至少一個驅動其轉動的拉索機械結構，還包括拉索動力部、拉索感知控制部件、人機接口系統、控制系統，拉索感知控制部件通過人機接口系統感知人體的運動狀態和運動意圖并將其發送給控制系統，控制系統將信息處理后發送指令給拉索動力部件，拉索動力部件驅動拉索機械結構使左膝關節轉軸或右膝關節轉軸轉動，所述拉索機械結構包括第一支撐架、第二支撐架、旋轉軸、第一柔性拉索、第二柔性拉索，所述第一支撐架、第二支撐架均套設在旋轉軸上且能夠繞旋轉軸自由轉動，所述旋轉軸固定在左髖關節轉軸或右髖關節轉軸或左膝關節轉軸或右膝關節轉軸上且二者的軸心線重合，第一支撐架設置在旋轉軸的下方，第一支撐架的左側與右側均設置有導向槽，第二支撐架設置在旋轉軸的上方，第二支撐架的左側、右側以及頂部均設置有導向槽，所述第一柔性拉索的一端固定在第一支撐架的底部，另一端依次繞過第一支撐架右側設置的導向槽、第二支撐架右側設置的導向槽、第二支撐架頂部設置的導向槽后與拉索動力部件相連，所述第二柔性拉索的一端固定在第一支撐架的底部，另一端依次繞過第一支撐架左側設置的導向槽、第二支撐架左側設置的導向槽、第二支撐架頂部設置的導向槽后與拉索動力部件相連，所述拉索動力部件用于分別拉伸第一柔性拉索與第二柔性拉索。
[0008]進一步的是，所述左髖關節轉軸、右髖關節轉軸上均安裝有驅動其轉動的拉索機械結構，拉索感知控制部件通過人機接口系統感知人體的運動狀態和運動意圖并將其發送給控制系統，控制系統將信息處理后發送指令給拉索動力部件，拉索動力部件驅動拉索機械結構使左髖關節轉軸或右髖關節轉軸轉動。
[0009]進一步的是，所述第一支撐架、第二支撐架為三角形支架。
[0010]進一步的是，所述第一支撐架與第二支撐架之間設置有雙向復位扭簧，所述雙向復位扭簧的兩個支臂分別固定在第一支撐架與第二支撐架上。
[0011]進一步的是，所述左小腿耦合裝置包括第一半圓形護板以及第一 C形環帶，所述第一半圓形護板與第一 C形環帶圍成一個圓形的空間，所述第一半圓形護板的上端固定有第一支撐板，所述左大腿耦合裝置包括第二半圓形護板以及第二 C形環帶，所述第二半圓形護板與第二 C形環帶圍成一個圓形的空間，所述第二半圓形護板的下端固定有第二支撐板，上端固定有第三支撐板，所述髖部耦合裝置包括腰帶，第二支撐板的下端與第一支撐板的上端通過左膝關節轉軸相連，第三支撐板的上端與腰帶的左側通過左髖關節轉軸相連，所述右小腿耦合裝置包括第三半圓形護板以及第三C形環帶，所述第三半圓形護板與第三C形環帶圍成一個圓形的空間，所述第三半圓形護板的上端固定有第四支撐板，所述右大腿耦合裝置包括第四半圓形護板以及第四C形環帶，所述第四半圓形護板與第四C形環帶圍成一個圓形的空間，所述第四半圓形護板的下端固定有第五支撐板，上端固定有第六支撐板，第五支撐板的下端與第四支撐板的上端通過右膝關節轉軸相連，第六支撐板的上端與腰帶的右側通過右髖關節轉軸相連。
[0012]進一步的是，所述人機接口系統包括信息感知設備、輸入輸出設備、信息傳輸網絡、信息處理部件，所述信息感知設備包括壓力傳感器、慣性傳感器、關節編碼器、接觸式應變片、光纖傳感器、肌電傳感器、腦電傳感器、位移傳感器，旋轉編碼器、壓力開關、測距傳感器，所述輸入輸出設備包括鍵盤、麥克風、耳機、表情識別系統、眼球跟蹤系統。
[0013]進一步的是，所述控制系統針對人體運動狀態，并根據運動動力學特征，將人體運動動作分解為關節在各自由度上的轉動，并建立對應的關節角度、關節角速度、關節力矩在運動中隨時間變化的規律數據庫，作為反饋控制系統的期望輸入信號，根據人機接口系統感知人體的運動狀態或運動意圖，選擇數據庫中的期望輸入信號，通過設計的協同控制律驅動每個關節處的拉索機械結構工作。
[0014]本發明的有益效果:該人體關節運動輔助裝置通過拉索的收縮牽引模擬人體肌肉的運動方式，實現關節的自由彎曲和伸展，相對于傳統的關節運動輔助裝置，柔性的拉索更易安裝和布置，能夠多個關節運動由一組執行機構驅動，減輕了驅動單元數量和系統體積、重量，且機構空間占用量小，并局部提高了機構結構強度，能實現多用途的人工機械骨骼運動，而且通過拉索配置的數量和方位，能夠模擬不同肌肉、不同方向的收縮，從而實現多自由度多方向的運動，該人體關節運動輔助裝置可以運用在膝關節、髖關節、肩關節、肘關節和踝關節等其他關節，實現關節運動輔助。人體運動助力裝置通過在左膝關節轉軸、右膝關節轉軸、左髖關節轉軸、右髖關節轉軸上安裝驅動其轉動的拉索機械結構，拉索感知控制部件通過人機接口系統感知人體的運動狀態和運動意圖并將其發送給控制系統，控制系統將信息處理后發送指令給拉索動力部件，拉索動力部件驅動拉索機械結構使左膝關節轉軸或右膝關節轉軸或左髖關節轉軸或右髖關節轉軸轉動，從而為關節運動提供輔助支撐，并能大大降低穿戴者的能量消耗、關節磨損，進而實現輔助穿戴者運動的目的。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明人體關節運動輔助裝置的拉索機械結構示意圖；
[0016]圖2是本發明人體運動助力裝置的結構示意圖；
[0017]圖中標記說明:左小腿耦合裝置1、第一半圓形護板101、第一 C形環帶102、第一支撐板103、右小腿耦合裝置2、第三半圓形護板201、第三C形環帶202、第四支撐板203、左大腿耦合裝置3、第二半圓形護板301、第二 C形環帶302、第二支撐板303、第三支撐板304、右大腿耦合裝置4、第四半圓形護板401、第四C形環帶402、第五支撐板403、第六支撐板404、髖部耦合裝置5、腰帶501、左膝關節轉軸6、左髖關節轉軸7、右膝關節轉軸8、右髖關節轉軸9、拉索機械結構10、第一支撐架1001、第二支撐架1002、旋轉軸1003、第一柔性拉索1004、第二柔性拉索1005、導向槽1006、雙向復位扭簧1007、拉索動力部11。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0019]如圖1所示，人體關節運動輔助裝置，其特征在于:包括拉索機械結構10、拉索動力部件11，所述拉索機械結構10包括第一支撐架1001、第二支撐架1002、旋轉軸1003、第一柔性拉索1004、第二柔性