本發(fā)明屬于康復(fù)外骨骼領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式髖關(guān)節(jié)助力外骨骼。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今社會，人口老齡化現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，伴隨著人們生活水平提升和對生活質(zhì)量的要求提高，肌少癥和重癥肌無力這兩類疾病越來越受到人們關(guān)注。當(dāng)肌少癥和重癥肌無力累及下肢時，會導(dǎo)致患者下肢肌肉力量減少，肌肉質(zhì)量欠佳，無法充分發(fā)力，造成行走困難和不穩(wěn)定，甚至對于日常的平地行走、上下樓梯和上下坡等基礎(chǔ)動作會完成得十分困難甚至不可能完成。便攜式下肢外骨骼可以為患者提供助力，輔助其日常生活中的多種場景。

2、髖關(guān)節(jié)是連接人體上軀干和下肢的重要關(guān)節(jié)，是人日常行走等活動不可缺少的關(guān)節(jié)之一。在助力過程中，髖關(guān)節(jié)輔助外骨骼和人之間會產(chǎn)生頻繁交互，因此，其動作的柔順性和穿戴的舒適性對患者來說十分重要。在人的步態(tài)運動中，髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心位置并非是一直固定不變的，會在矢狀面上有一定范圍的移動。而現(xiàn)有的髖關(guān)節(jié)輔助外骨骼設(shè)計大多沒有考慮到這一點，在實際助力過程中會發(fā)生髖關(guān)節(jié)外骨骼旋轉(zhuǎn)中心與人體髖關(guān)節(jié)中心不重合的問題，這一問題不但會降低患者的穿戴舒適性，還會影響助力效果，浪費一部分主動助力能量。如現(xiàn)有專利cn114227650b，提出了“一種髖關(guān)節(jié)助力外骨骼”，該發(fā)明可以解決髖關(guān)節(jié)助力外骨骼助力結(jié)構(gòu)能量利用不充分的問題，但是該發(fā)明的下肢外骨骼髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心只能繞定點進行旋轉(zhuǎn)，忽略了髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心無法對齊造成的能量浪費，同時降低了患者的穿戴舒適性；此外，該發(fā)明還使用了氣動肌肉對鮑登線進行牽引，氣動肌肉有很好的柔順性，但價格昂貴，且使用過程中需要氣泵進行充氣，不適用于普通家庭患者的日常便攜使用。

3、綜上所述，設(shè)計一種助力效果好、舒適性高、便攜性高、經(jīng)濟性好的髖關(guān)節(jié)輔助外骨骼機器人具有一定的實用價值和現(xiàn)實研究意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種助力效果好、舒適性高、便攜性高、經(jīng)濟性好的自適應(yīng)調(diào)整關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的髖關(guān)節(jié)輔助外骨骼機器人，在輔助過程中能夠使外骨骼髖關(guān)節(jié)中心自動對齊人體髖關(guān)節(jié)中心，提升患者穿戴舒適性，同時減少能量損耗，提高輔助效率。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種自適應(yīng)調(diào)整關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的髖關(guān)節(jié)輔助外骨骼機器人，包括動力和控制模塊、變心驅(qū)動模塊、自適應(yīng)調(diào)整模塊以及綁縛模塊，所述動力和控制模塊、變心驅(qū)動模塊、自適應(yīng)調(diào)整模塊以及綁縛模塊均呈左右對稱安裝；所述綁縛模塊包括腰部綁縛模塊和大腿綁縛模塊。變心驅(qū)動模塊與動力和控制模塊間通過空間連接件剛性連接，變心驅(qū)動模塊中的彈簧固定座和可變中心滑輪分別與腰部綁縛模塊和大腿綁縛模塊固定，自適應(yīng)調(diào)整模塊與動力和控制模塊間通過剪式自適應(yīng)連桿和圓柱形滑塊連接，自適應(yīng)調(diào)整模塊中的腰部底座居中安裝于腰部綁縛模塊中的腰部弧形綁縛件上；

4、所述自適應(yīng)調(diào)整模塊包括腰部底座、彈簧、豎向滑塊、剪式自適應(yīng)連桿、橫向滑塊、橫向?qū)к?、轉(zhuǎn)動桿和圓柱形滑塊，所述彈簧包括重力補償彈簧和自適應(yīng)調(diào)整彈簧，腰部底座上設(shè)有彈簧固定掛鉤，在其正下方還設(shè)有豎向滑槽，所述豎向滑塊可在豎向滑槽內(nèi)滑動，所述重力補償彈簧一端與彈簧固定掛鉤連接，另一端與豎向滑塊連接，保持豎向滑塊在初始時處于豎向滑槽內(nèi)中間位置；豎向滑塊上固定有橫向?qū)к?，橫向?qū)к壣显O(shè)有橫向滑塊，橫向滑塊可在橫向?qū)к壣线M行橫向移動，橫向滑塊上設(shè)有鉸鏈連接處，轉(zhuǎn)動桿一端位于橫向滑塊鉸鏈連接處，轉(zhuǎn)動桿另一端與位于腰部底座上豎向滑槽右下方的固定鉸鏈連接處相連，轉(zhuǎn)動桿轉(zhuǎn)動時橫向滑塊會發(fā)生橫向移動，同時帶動豎向滑塊滑動；豎向滑塊上還設(shè)有橫向滑槽，橫向滑槽內(nèi)有兩個可自由滑動的圓柱形滑塊，兩根剪式自適應(yīng)連桿的一端分別與兩個圓柱形滑塊相連，圓柱形滑塊可帶動剪式自適應(yīng)連桿移動；兩根剪式自適應(yīng)連桿中間通過圓銷連接，形成剪式結(jié)構(gòu)；剪式自適應(yīng)連桿的另一端同樣通過圓柱形滑塊，與背包前座外側(cè)凸臺上的橫向滑槽連接，剪式自適應(yīng)連桿相互之間還有自適應(yīng)調(diào)整彈簧連接。

5、進一步，所述動力和控制模塊包括背包外殼、軸承座上蓋、滾珠絲桿副、移動座、鮑登繩、拉力傳感器、萬向鋼珠滾輪、同步帶輪、同步帶、直流無刷電機、編碼器、驅(qū)控一體板和鋰電池，所述鮑登繩包括鋼絲繩和鮑登繩外鞘，鋼絲繩可在鮑登繩外鞘中移動，用于傳輸動力，鮑登繩外鞘可起到保護鋼絲繩的作用；所述滾珠絲桿副安裝于背包前座，所述滾珠絲桿副包括滾珠絲桿和絲桿螺母，所述直流無刷電機與滾珠絲桿平行安裝于同一水平面，直流無刷電機通過同步帶輪和同步帶傳送動力給滾珠絲桿；所述移動座與絲桿螺母通過螺絲固定，移動座上設(shè)有小孔，可穿過鋼絲繩，鋼絲繩一端用鎖線器固定于小孔；所述拉力傳感器兩端均與鋼絲繩通過頭部帶孔的螺絲和鎖線器連接，用于測量運動過程中鋼絲繩內(nèi)張力；移動座上交錯裝有兩個萬向滾珠滾輪，萬向鋼珠滾輪與移動座螺紋連接，滾珠與背包殼內(nèi)底部相切，形成滾動摩擦；所述編碼器用于測量直流無刷電機轉(zhuǎn)過的位置，將電機轉(zhuǎn)過角度轉(zhuǎn)為滾珠絲桿轉(zhuǎn)過的角度，進而間接測量絲桿螺母移動的距離，計算鋼絲繩變化長度；所述驅(qū)控一體板、鋰電池固定于背包后蓋。

6、再進一步，所述變心驅(qū)動模塊包括可變中心滑輪、彈簧、彈簧固定座和空間連接件，所述可變中心滑輪外側(cè)設(shè)有彈簧連接部位，呈圓周均布，所述彈簧固定座內(nèi)圈設(shè)有彈簧連接部位，呈圓周均布，所述彈簧前端連接在所述可變中心滑輪的彈簧連接部位，所述彈簧后端連接在所述彈簧固定座上，兩部分彈簧連接部位在徑向方向呈一定角度均布錯開；所述可變中心滑輪上還設(shè)有繞線槽，鋼絲繩一端通過螺釘固定在所述可變中心滑輪上，并繞在繞線槽上通過摩擦驅(qū)動可變中心滑輪轉(zhuǎn)動。所述可變中心滑輪外側(cè)通過螺釘連接大腿桿，內(nèi)側(cè)在轉(zhuǎn)動中心位置與空間連接件相連，空間連接件另一端與背包連接，所述空間連接件上有若干個鮑登繩外鞘固定座。

7、優(yōu)選的，所述綁縛模塊包括腰部綁縛模塊和大腿綁縛模塊，所述腰部綁縛模塊包括腰部弧形綁縛件、綁帶和塑料插口，所述腰部弧形綁縛件分為左右兩部分，分別固定于腰部底座的左右兩邊，腰部底座與腰部弧形綁縛件均設(shè)有調(diào)節(jié)孔；綁帶和塑料插口位于患者前部，腰部弧形綁縛件側(cè)邊設(shè)有螺紋孔，與彈簧固定座連接，為變心驅(qū)動模塊中的彈簧提供固定連接點；所述大腿綁縛模塊包括大腿桿、大腿綁縛件和塑料插口。所述大腿桿與大腿綁縛件通過螺釘連接，大腿桿上設(shè)有調(diào)節(jié)孔。

8、本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

9、1.變心驅(qū)動模塊和自適應(yīng)調(diào)整模塊，共同作用用于解決患者運動過程中髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心偏移問題，提高患者舒適性。由于人體髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的偏移量是未知的，因此采用彈簧固定可變中心滑輪，在一定范圍內(nèi)不限制其移動，即可實現(xiàn)外骨骼髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心與患者髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心對齊。

10、2.變心驅(qū)動模塊內(nèi)的拉伸彈簧具有釋放能量和存儲能量的功能，在患者屈曲運動時主動縮短，將彈性勢能轉(zhuǎn)為可變中心滑輪的動能，減少電機耗能；伸展運動時被拉長，存儲人腿因重力下落產(chǎn)生的能量，重力勢能緩慢轉(zhuǎn)換為彈性勢能，進行能量回收，同時也使患者放腿過程更加穩(wěn)定，提高使用安全性。

11、3.采用電機驅(qū)動，滾珠絲桿副減速，鮑登繩傳遞力。用滾珠絲桿副減速，且由鋰電池直接提供動力，避免需要額外動力源的缺陷，經(jīng)濟性高、整體重量較輕、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于患者日常行走等活動的輔助。