【技術實現步驟摘要】
本公開涉及外骨骼領域，具體為一種無動力的髖部助力外骨骼及其性能檢測方法。
技術介紹
1、在外骨骼研究領域中，無動力外骨骼和主動式骨骼均已證明可以顯著降低人類行走的代謝。主動外骨骼的動力源一般為電機或液壓驅動，借助傳感器將使用者的意圖反饋給主動外骨骼，主動外骨骼在控制策略下完成對使用者的助力，在使用上會有續航、體積大、使用場景受限等問題。
2、無動力可穿戴外骨骼一般由彈性元件和連接結構進行驅動，為人體行走提供助力。主要收集人體自身行走產生的能量，利用彈性元件和傳動機構實現能量的即時收集、即時轉化、即時釋放的助力效果。無動力可穿戴外骨骼在使用上不受驅動源的限制，可以在多場景和復雜環境使用下不受續航的限制使用。直接利用人的方式，對人體行走時能量的及時收集和轉化助力的綠色轉化方式使得無源人體下肢助力裝置既可以在各式各樣的場景使用，又可以不受驅動源的限制無限次的使用。因此，無動力穿戴助力外骨骼可以作為一個新的發展方向。
技術實現思路
1、本公開實施例旨在提供一種無動力的髖部助力外骨骼和性能檢測方法，以解決現有技術中存在的技術問題。
2、為實現上述目的，本公開實施例采用以下技術方案：提供一種無動力的髖部助力外骨骼，包括髖部連接組件、中間連接組件和腿部連接組件，通過光學捕捉設備獲取髖關節運動參數，根據變化趨勢數據進行性能檢測。
3、所述髖部連接組件包括剛性支架、滑塊、滑塊擋板和柔性皮帶。
4、其中，髖部連接組件采取剛柔結合的方式，通過環繞人體后部的
5、所述中間連接組件包括連接塊、能量收集轉化機構、可伸縮桿和平行四連桿，連接塊連接滑塊和可伸縮桿，平行四連桿連接能量收集轉化機構和可伸縮桿，進行傳動。
6、其中，能量收集轉化機構包括上外殼、平面渦卷彈簧、卷簧轉動塊、轉軸和下外殼，下外殼與可伸縮桿固連，下外殼內部設計有凹槽，用于固定平面渦卷彈簧，可以直接放入平面渦卷彈簧，不需要額外的卷簧盒進行放置，卷簧轉動塊套在轉軸上，由卷簧轉動塊帶動平面渦卷彈簧轉動，進行彈性勢能的存儲和釋放。
7、所述腿部連接組件包括大腿桿件、可調節固定件和綁帶，大腿桿件內側開有導向滑槽，外側開有均勻分布的孔位，可以通過可調節固定件調節可伸縮桿的位置，以便于不同人群進行佩戴。
8、優選的，可調節固定件包括固定桿、外殼、彈簧和頂蓋。
9、優選的，可調節固定件的固定桿、外殼和彈簧固連，頂蓋通過彈簧帶動固定桿移動。
10、當人體穿戴外骨骼下壓腿部連接組件時，可伸縮桿發生相對轉動，平行四連桿帶動平面渦卷彈簧旋轉，完成初始機械能的存儲。接著到了人體行走支撐相的前35％，外骨骼將初始的機械能轉化為彈性勢能，在人體屈曲抬腿時助力，完成能量的第一次釋放。
11、之后為人體行走支撐相的后期，通過人體腿部伸展，帶動腿部連接組件下壓，平面渦卷彈簧壓縮，將人體行走的機械能轉化為彈性勢能，完成能量的收集階段；無動力的髖關節助力外骨骼在人體行走時的擺動相前期，人體腿部做屈曲動作，卷簧伸展，釋放彈性勢能，完成對人體的抬腿助力。
12、以此為周期，無動力的髖關節助力外骨骼隨著使用者行走步態周期中的伸展和屈曲動作的變化完成周期性助力效果，通過能量收集轉化結構及時收集人體產生的機械能，及時轉化彈性勢能，達到能量的及收及放、實時助力的作用。
13、一種無動力的髖部助力外骨骼的性能檢測方法，其特征在于：
14、通過光學捕捉設備獲取軀干和足部的質心位移軌跡數據，進一步計算得到髖關節角度、髖關節力矩、髖關節動能和勢能的變化趨勢數據，以及髖關節所做功，根據上述一系列運動參數進行性能檢測。
15、將下肢看作一個七連桿機構，下肢的動能表達式為：
16、
17、其中i＝1，2，…，7，分別為軀干、左右股骨、左右脛骨、左右踝的質心，ji為相應部分繞其質心的轉動慣量，αi為下肢相應部位與豎直方向的夾角，為與之對應的角速度，xi和yi為位移軌跡數據的橫縱坐標，
18、下肢的勢能表達式為：
19、
20、其中，hi為質心變化高度，
21、關節角度變化θi的表達式為：
22、θi＝αi-αi-1
23、根據關節角度，得到相應關節的力矩t：
24、
25、其中，表示慣性矩陣，表示該系統的離心力和哥氏力項，g(θ)表示重力項，
26、通過求得支撐腿和擺動腿的髖關節角度變化、髖關節力矩變化，得到髖關節功率pk：
27、
28、其中，tk為髖關節力矩，θk為髖關節角度，
29、進而得到髖關節的做功w為：
30、w＝pk·tk
31、其中，pk為髖關節功率，tk為髖關節做功時間。
32、與現有技術相比較，本公開實施例的優點及有益效果是：該無動力的髖部助力外骨骼，能夠收集人體自身行走產生的能量，利用平面渦卷彈簧和傳動機構實現能量的即時收集、即時轉化、即時釋放的助力效果。同時，該外骨骼在使用上不受驅動源的限制，可以在多場景和復雜環境使用下不受續航的限制使用，綠色的轉化形式對環境也不會造成污染。
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1.一種無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于，包括髖部連接組件、中間連接組件和腿部連接組件；
2.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述髖部連接組件采取剛柔結合的方式，通過環繞人體后部的剛性支架將髖部助力外骨骼的重量均攤到整個腰部；
3.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述中間連接組件中的連接塊連接滑塊和可伸縮桿，平行四連桿連接能量收集轉化機構和可伸縮桿，進行傳動。
4.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述腿部連接組件中的大腿桿件內側開有導向滑槽，外側開有均勻分布的孔位，可以通過可調節固定件調節可伸縮桿的位置，以便于不同人群進行佩戴。
5.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述能量收集轉化機構包括上外殼、平面渦卷彈簧、卷簧轉動塊、轉軸和下外殼；
6.根據權利要求4所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述可調節固定件包括固定桿、外殼、彈簧和頂蓋；
7.根據權利要求3所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述導向滑
8.一種權利要求1～7任一所述的無動力的髖部助力外骨骼的性能檢測方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的性能檢測方法，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.一種無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于，包括髖部連接組件、中間連接組件和腿部連接組件；
2.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述髖部連接組件采取剛柔結合的方式，通過環繞人體后部的剛性支架將髖部助力外骨骼的重量均攤到整個腰部；
3.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述中間連接組件中的連接塊連接滑塊和可伸縮桿，平行四連桿連接能量收集轉化機構和可伸縮桿，進行傳動。
4.根據權利要求1所述的無動力的髖部助力外骨骼，其特征在于：所述腿部連接組件中的大腿桿件內側開有導向滑槽，外側開有均勻分布的孔位，可以通過可調節固定件調節可伸縮桿的位置，以便于不同...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊靚，喻昌毛，
申請(專利權)人：江蘇標固科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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