一种无源外骨骼髋关节力矩可调节装置

技术领域

本发明涉及外骨骼调节装置技术领域，尤其涉及一种无源外骨骼髋关节力矩可调节装置。

背景技术

无源外骨骼近几年来快速发展，髋关节系统作为外骨骼领域关键技术之一，基于髋关节系统助力效果、舒适性、贴合性、可靠性的需求，应采用集人机协调、高助力效果于一体的设计途径，高集成的髋关节装置实现人体髋关节被动助力。目前无源外骨骼的主要髋关节无助力效果，要求髋关节装置将传动系统、助力效果一体化设计，提升无源外骨骼髋关节助力效果及集成度。

随着外骨骼技术发展要求——特别是可靠性、人机工程、助力效率，迫切要求无源外骨骼髋关节装置向集成化、舒适度和高效助力的方向发展。

近几年国内无源外骨骼研究刚起步，相比国际外骨骼高技术水平，工程化与实用化程度低，离实用尚有较大差距。国内研制的无源外骨骼髋关节装置集成度不高，可靠性差，助力效果差，整机的穿戴舒适度和助力效率都急需提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无源外骨骼髋关节力矩可调节装置，用于解决国内研制的无源外骨骼髋关节装置集成度不高，可靠性差，助力效果差，整机的穿戴舒适度和助力效率都急需提高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供一种无源外骨骼髋关节力矩可调节装置，包括：壳体、盖板、外壳、电位计座、涡轮、蜗卷弹簧以及用于驱动所述涡轮转动的扭矩调节装置；

所述壳体朝向所述盖板的一侧设置有安装台，所述壳体通过所述安装台安装在所述盖板上，所述壳体的本体与所述盖板的本体分离，所述外壳转动式安装在所述壳体和所述盖板之间，所述电位计座安装在所述壳体的另一侧，所述涡轮转动式安装在所述外壳内，所述蜗卷弹簧的两端分别固定在所述涡轮和所述外壳上，所述扭矩调节装置转动式安装在所述电位计座上，所述扭矩调节装置与所述涡轮传动连接。

本发明提供的无源外骨骼髋关节力矩可调节装置的壳体和盖板组合安装，外壳安装在壳体和盖板之间，电位计座安装在壳体上，蜗卷弹簧安装在外壳内，扭矩调节装置转动式安装在电位计座，使得可调节装置围成了一个整体结构，蜗卷弹簧的两端分别安装在涡轮和外壳上，在扭矩调节装置驱动涡轮转动式，会带动蜗卷弹簧收紧或放松，实现对外壳输出力矩的调节。整个装置集成度高，承载能力强，能够有效的对力矩进行调节，力矩可调节性强，使得髋关节被动助力效果好，增加了人机协调性，提高了外骨骼动作灵活性，提升了外骨骼的助力效率，增加外骨骼的可靠性，具有很高的实用性。

较优的，在上述技术方案中，所述可调节装置还包括传动轴；

所述传动轴为柱状空心结构，所述传动轴的周侧设置有内外展铜套，所述传动轴固定安装在所述外壳的内侧，其两端分别伸入所述壳体和所述盖板，并与所述壳体和所述盖板转动连接。

较优的，在上述技术方案中，所述传动轴的纵截面为U形，所述蜗卷弹簧安装在所述传动轴内，所述涡轮的两端分别转动式安装在所述传动轴和所述电位计座的中部。

较优的，在上述技术方案中，所述传动轴还包括第一轴套和第二轴套；

所述第一轴套和所述第二轴套分别安装在所述壳体和所述盖板内侧，所述传动轴的两端分别与所述第一轴套和所述第二轴套转动连接。

较优的，在上述技术方案中，所述涡轮还包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承分别安装在所述涡轮的两端，所述涡轮通过所述第一轴承和所述第二轴承转动式安装在所述传动轴和所述电位计座上。

较优的，在上述技术方案中，所述扭矩调节装置包括调节芯轴、传动杆以及第一锥齿轮；

所述调节芯轴转动式安装在所述电位计座上，所述调节芯轴的固定端与所述第一锥齿轮固定连接，其调节端穿出所述电位计座，所述传动杆转动式安装在所述电位计座朝向所述涡轮的一侧，所述第一锥齿轮与所述传动杆一端的第二锥齿轮啮合，所述传动杆的另一端与所述涡轮啮合。

较优的，在上述技术方案中，所述电位计座还包括蜗杆压板和第一铜套，所述第一铜套套装在所述传动杆的中部，所述传动杆通过所述蜗杆压板和所述第一铜套转动式安装在所述电位计座上。

较优的，在上述技术方案中，所述调节芯轴还包括第一垫片、第二铜套和第三铜套；

所述第二铜套固定安装在所述电位计座上，所述第三铜套和所述第一垫片套装在所述调节芯轴上，所述第三铜套的两端分别与所述第一锥齿轮和所述第一垫片相抵，所述第一垫片与所述电位计座朝向所述涡轮的一侧相抵，所述调节芯轴的调节端与所述第二铜套转动连接。

较优的，在上述技术方案中，所述调节芯轴还包括旋钮，所述旋钮安装在所述调节芯轴的调节端。

较优的，在上述技术方案中，所述可调节装置还包括第二垫片和第三垫片；

所述第二垫片套装在所述涡轮上，位于所述蜗卷弹簧与所述传动轴之间，所述第三垫片为两个，分别位于所述传动轴与所述第一轴承和所述第二轴承之间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的无源外骨骼髋关节力矩可调节装置结构示意图；

图2为图1中无源外骨骼髋关节力矩可调节装置局部展开图；

图3为图1的纵截面图；

图4为图1中扭矩调节装置位置的纵截面图；

图5为图1中无源外骨骼髋关节力矩可调节装置的分解图。

附图标记：

1-内外展铜套、2-外壳、3-壳体、4-电位计座、5-盖板、6-蜗卷弹簧、7-蜗轮、8-传动轴、9-第一轴套、10-第二轴套、11-第一轴承、12-第二轴承、13-调节芯轴、14-传动杆、15-第一锥齿轮、16-蜗杆压板、17-第一铜套、18-第一垫片、19-第二铜套、20-第三铜套、21-旋钮、22-第二垫片、23-第三垫片、24-大腿。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

详见图1至图5，本发明提供的无源外骨骼髋关节力矩可调节装置，包括：壳体3、盖板5、外壳2、电位计座4、涡轮、蜗卷弹簧6以及用于驱动涡轮转动的扭矩调节装置；

壳体3朝向盖板5的一侧设置有安装台，壳体3通过安装台安装在盖板5上，壳体3的本体与盖板5的本体分离，外壳2转动式安装在壳体3和盖板5之间，电位计座4安装在壳体3的另一侧，涡轮转动式安装在外壳2内，蜗卷弹簧6的两端分别固定在涡轮和外壳2上，扭矩调节装置转动式安装在电位计座4上，扭矩调节装置与涡轮传动连接。

具体实施时：

壳体3与电位计座4固定连接，调节芯轴13)一端与旋钮21固定，另一端与第一锥齿轮15连接，第一锥齿轮15与传动轴8上的第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮与蜗轮7啮合，蜗卷弹簧6的内圈末端卡入蜗轮7的开口槽内，并固定，传动轴8与外壳2用螺钉固定，蜗卷弹簧6的外圈末端通过传动轴8的槽口固定于外壳2的凹槽中。旋转旋钮21，通过调节芯轴13带动第一锥齿轮15、传动轴8、蜗轮7转动，蜗轮7的传动使得蜗卷弹簧6的初始压缩量发生变化，从而达到调节髋关节力矩的目的。

壳体3一端与大腿24结构连接，另一端与电位计座4固定连接，大腿24摆动时带动壳体3、传动系统与蜗轮7转动，随传动系统与蜗轮7转动，蜗卷弹簧6发生压缩与舒张，储能与放能，从而实现髋关节被动助力的目的。

上述无源外骨骼髋关节力矩可调节装置的壳体和盖板组合安装，外壳安装在壳体和盖板之间，电位计座安装在壳体上，蜗卷弹簧安装在外壳内，扭矩调节装置转动式安装在电位计座，使得可调节装置围成了一个整体结构，蜗卷弹簧的两端分别安装在涡轮和外壳上，在扭矩调节装置驱动涡轮转动式，会带动蜗卷弹簧收紧或放松，实现对外壳输出力矩的调节。整个装置集成度高，承载能力强，能够有效的对力矩进行调节，力矩可调节性强，使得髋关节被动助力效果好，增加了人机协调性，提高了外骨骼动作灵活性，提升了外骨骼的助力效率，增加外骨骼的可靠性，具有很高的实用性。

作为一种可实施方式，可调节装置还包括传动轴8；传动轴8为柱状空心结构，传动轴8的周侧设置有内外展铜套1，传动轴8固定安装在外壳2的内侧，其两端分别伸入壳体3和盖板5，并与壳体3和盖板5转动连接。

柱状空心结构的传动轴8，方便了对蜗卷弹簧6的安装，蜗卷弹簧6收纳在传动轴8的空腔内，蜗卷弹簧6的一端安装在涡轮上，其另一端穿过传动轴8上的缺口，安装在外壳2上，使得蜗卷弹簧6的动力能够更好的传输到外壳2上；传动轴8安装在外壳2内侧，其两端分别伸入壳体3和盖板5并转动连接，实现了传动轴8对外壳2的固定，也确保了外壳2在壳体3和盖板5间的转动效果，使得无源外骨骼髋关节力矩可调节装置的整体结构更强。

作为一种可实施方式，传动轴8的纵截面为U形，蜗卷弹簧6安装在传动轴8内，涡轮的两端分别转动式安装在传动轴8和电位计座4的中部。

纵截面为U形的传动轴8，能够更好的将蜗卷弹簧6收纳在传动轴8的空间内，涡轮两端转动式安装在传动轴8和电位计座4上，减小了涡轮转动时的摩擦力，也使得无源外骨骼髋关节力矩可调节装置的结构更加的紧凑。

作为一种可实施方式，传动轴8还包括第一轴套9和第二轴套10；第一轴套9和第二轴套10分别安装在壳体3和盖板5内侧，传动轴8的两端分别与第一轴套9和第二轴套10转动连接。

第一轴套9和第二轴套10的设置，减小了传动轴8转动时的摩擦力，使得传动轴8转动时灵敏度更高。

作为一种可实施方式，涡轮还包括第一轴承11和第二轴承12，第一轴承11和第二轴承12分别安装在涡轮的两端，涡轮通过第一轴承11和第二轴承12转动式安装在传动轴8和电位计座4上。

涡轮采用第一轴承11和第二轴承12转动安装的形式，进一步的减小了涡轮转动时的摩擦力，提高了涡轮带动蜗卷弹簧6收缩或张开时的效果。

作为一种可实施方式，扭矩调节装置包括调节芯轴13、传动杆14以及第一锥齿轮15；调节芯轴13转动式安装在电位计座4上，调节芯轴13的固定端与第一锥齿轮15固定连接，其调节端穿出电位计座4，传动轴8转动式安装在电位计座4朝向涡轮的一侧，第一锥齿轮15与传动杆14一端的第二锥齿轮啮合，传动杆14的另一端与涡轮啮合。

调节芯轴13的设置，能够更好的对涡轮的转动进行调整，第一锥齿轮15和传动轴8的设置，能够更好的将调节芯轴13的驱动力传递到涡轮，通过涡轮的转动，对蜗卷弹簧6进行调整。

作为一种可实施方式，电位计座4还包括蜗杆压板16和第一铜套17，第一铜套17套装在传动杆14的中部，传动杆14通过蜗杆压板16和第一铜套17转动式安装在电位计座4上

蜗杆压板16的设置，方便了对传动杆14的安装，而第一铜套17的设置，减小了传动杆14转动式的摩擦力，确保了动能的传输效果。

作为一种可实施方式，调节芯轴13还包括第一垫片18、第二铜套19和第三铜套20；第二铜套19固定安装在电位计座4上，第三铜套20和第一垫片18套装在调节芯轴13上，第三铜套20的两端分别与第一锥齿轮15和第一垫片18相抵，第一垫片18与电位计座4朝向涡轮的一侧相抵，调节芯轴13的调节端与第二铜套19转动连接。

作为一种可实施方式，调节芯轴13还包括旋钮21，旋钮21安装在调节芯轴13的调节端。

旋钮21的设置，能够更好的对调节芯轴13进行转动调节，进而实现对涡轮的调节。

作为一种可实施方式，可调节装置还包括第二垫片22和第三垫片23；第二垫片22套装在涡轮上，位于蜗卷弹簧6与传动轴8之间，第三垫片23为两个，分别位于传动轴8与第一轴承11和第二轴承12之间。

第二垫片22的设置，能够更好的避免蜗卷弹簧6与传动轴8间的摩擦，提高了涡轮的传动效果；两个第三垫片23的设置，减小了传动轴8与壳体3和盖板5间的摩擦力，提高了传动轴8的转动效果。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。