CN111546318A - 一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置，包括外壳，外壳的内腔中设有弹性储囊，弹性储囊为细长状，弹性储囊的第一端与外壳固定连接，弹性储囊的第二端通过外壳上的通孔Ⅰ伸出至外壳之外，弹性储囊中密封装有磁流变液，弹性储囊的外周绕设有电磁线圈，电磁线圈用于产生电磁场，电磁线圈与弹性储囊同步伸缩；本技术方案的关节分控装置用于柔性助力装备时，将外壳与人体相对固定，将鲍登线与弹性储囊的第二端相连接，可以在一定程度上实现拉力传递的离与合，从而实现对多个关节助力的联动或单独动作，相应速度快，动作连续可逆。

Description

一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置

技术领域

本发明涉及穿戴设备技术领域，具体涉及一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置。

背景技术

穿戴式柔性助力装备用于为人体关节动作提供助力，辅助人体动作，以降低人体代谢消耗、延缓身体疲劳。

现有技术的柔性穿戴设备对人体各关节的控制一般都是联动控制，即采用一个动力源带动髋关节、膝关节和踝关节协同动作；为了实现各关节的单独控制，有的现有技术中采用一个动力源匹配一个关节的形式，这不仅导致了动力元件数量偏多，而且多个关节需要联动时，各动力元件的动作匹配性能也不佳、动作僵硬，达不到较理想的助力效果，从而导致较难被接受。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置。

要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：包括导向管和弹性储囊，弹性储囊置于导向管的内腔中，导向管和弹性储囊均包括第一端和第二端，弹性储囊的第一端与导向管的第一端固定连接，弹性储囊的第二端穿过导向管的第二端的开口伸出至导向管的内腔之外；导向管的外周缠绕设有电磁线圈，电磁线圈用于产生电磁场；弹性储囊中充满磁流变液。

进一步地，所述导向管的形状呈螺旋弹簧状。

进一步地，所述导向管的形状呈发条弹簧状。

进一步地，还包括若干支架，支架与所述导向管固定连接，用于固定导向管。

进一步地，还包括外壳，外壳用于放置缠绕有电磁线圈的导向管，所述支架固定在外壳的内腔中，所述弹性储囊的第二端通过外壳上的通孔伸出至外壳之外；外壳包括1个敞口，敞口通过盖子封装。

进一步地，还包括若干安装座，安装座固定在外壳的外部底端，用于外壳的安装固定。

本发明可以达到的有益效果为：

1）本技术方案的关节分控装置用于柔性助力装备时，将外壳与人体相对固定，将鲍登线与弹性储囊的第二端相连接，可以在一定程度上实现拉力传递的离与合，基本颠覆了传统离合器的概念；

2）磁流变液从液体状态转变为类固体状态所需的时间为毫秒级，相应速度非常快，且连续可逆，这使得多个关节分控装置匹配性能佳，可以实现对多个关节助力的联动或单独动作，从而使助力动作流畅、助力效果好；

3）结构简单，便于装配、维护及维修。

附图说明

图1是本发明实施例1的立体示意图；

图2是本发明实施例1的主视图；

图3是本发明实施例1的左视图；

图4是本发明实施例1中螺旋弹簧状导向管、电磁线圈和弹性储囊的示意图；

图5是本发明实施例2的立体示意图；

图6是本发明实施例2的主视图；

图7是本发明实施例2中发条弹簧状导向管、电磁线圈和弹性储囊的示意图；

图8是实施例1、2的应用示意图；

图中：1-导向管，2-电磁线圈，3-支架，4-安装座，5-弹性储囊，6-外壳，7-盖子；

81-电机，82-第一固定带，83-提升鲍登线髋关节分支，84-第二固定带，85-提升髋关节用关节分控装置，86-第三固定带，87-第四固定带，88-提升鲍登线踝关节分支，89-提升踝关节用关节分控装置，90-第五固定带，91-提升膝关节用关节分控装置，92-提升鲍登线膝关节分支，93-提升鲍登线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1-图4所示，一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置，包括导向管1和弹性储囊5，导向管1的形状呈螺旋弹簧状，弹性储囊5置于导向管1的内腔中，导向管1和弹性储囊5均包括第一端和第二端，弹性储囊5的第一端与导向管1的第一端固定连接，弹性储囊5的第二端穿过导向管1的第二端的开口伸出至导向管1的内腔之外；导向管1的外周缠绕设有电磁线圈2，电磁线圈2用于产生电磁场；弹性储囊5中充满磁流变液。

还包括若干支架3，支架3与导向管1固定连接，用于固定导向管1；关于支架3的具体数量及安装位置本领域技术人员也可以根据导向管1的实际大小进行合理设置，本实施例的附图中支架3的数量及位置具备参考性。

还包括外壳6，外壳6用于放置缠绕有电磁线圈2的导向管1，支架3固定在外壳6的内腔中，弹性储囊5的第二端通过外壳6上的通孔伸出至外壳6之外；外壳6包括1个敞口，敞口通过盖子7封装，如此既可使本装置外形简洁，也可保持内部封装物的清洁。

外壳6的外部底端四角各固定设有1个安装座4，用于外壳6的安装固定。

实施例2

如图5-图7所示，一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置，包括导向管1和弹性储囊5，导向管1的形状呈发条弹簧状，弹性储囊5置于导向管1的内腔中，导向管1和弹性储囊5均包括第一端和第二端，弹性储囊5的第一端与导向管1的第一端固定连接，弹性储囊5的第二端穿过导向管1的第二端的开口伸出至导向管1的内腔之外；导向管1的外周缠绕设有电磁线圈2，电磁线圈2用于产生电磁场；弹性储囊5中充满磁流变液。

还包括若干支架3，支架3与导向管1固定连接，用于固定导向管1；关于支架3的具体数量及安装位置本领域技术人员可以根据导向管1的实际大小进行合理设置，本实施例的附图中支架3的数量及位置具备参考性。

还包括外壳6，外壳6用于放置缠绕有电磁线圈2的导向管1，支架3固定在外壳6的内腔中，弹性储囊5的第二端通过外壳6上的通孔伸出至外壳6之外；外壳6包括1个敞口，敞口通过盖子7封装，如此既可使本装置外形简洁，也可保持内部封装物的清洁。

外壳6的外部底端四角各固定设有1个安装座4，用于外壳6的安装固定。

上述实施例的应用举例：如图8所示，一种穿戴式柔性助力装备，包括电机81、电池、控制器、提升鲍登线93、第一固定带82、第二固定带84、第三固定带86、第四固定带87、第五固定带90和3个关节分控装置，3个关节分控装置分别为提升髋关节用关节分控装置85、提升膝关节用关节分控装置91和提升踝关节用关节分控装置89；第一固定带82用于固定在人体腰肢上，第二固定带84用于固定在人体大腿部，第三固定带86用于固定在人体小腿上半部，第四固定带用于固定在人体小腿下半部，第五固定带90用于固定在人体脚部；电机81、电池和控制器均固定在第一固定带82上，电池用于给电机、控制器和关节分控装置供电；提升髋关节用关节分控装置85的外壳6固定在第二固定带84上，提升膝关节用关节分控装置91的外壳6固定在第四固定带87上，提升踝关节用关节分控装置89的外壳6固定在第五固定带90上；提升鲍登线93的首端缠绕于绕线轮上，绕线轮与电机81的输出轴固定连接，提升鲍登线93的尾部包括三支分叉线，分别为提升鲍登线髋关节分支83、提升鲍登线膝关节分支92和提升鲍登线踝关节分支88，提升鲍登线髋关节分支83的尾端与提升髋关节用关节分控装置85的弹性储囊5的第二端固定连接，提升鲍登线膝关节分支92的尾端与提升膝关节用关节分控装置91的弹性储囊5的第二端固定连接，提升鲍登线踝关节分支88的尾端与提升踝关节用关节分控装置89的弹性储囊5的第二端固定连接；提升鲍登线膝关节分支92在第二固定带84上设有锚固点，提升鲍登线踝关节分支88在第三固定带86上设有锚固点；使用时，提升髋关节用关节分控装置85固定在人体大腿的正面，提升膝关节用关节分控装置91固定在人体小腿的背面，提升踝关节用关节分控装置89固定在脚部靠近脚掌；3个关节分控装置分别通过相对应的电流调节电路与控制器相连。

上述实施例的原理：

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体；这种悬浮体在零磁场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体，其表观粘度很小；在强磁场作用下可在短时间(毫秒级)内表观粘度增加两个数量级以上，并呈现类固体特性;而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后又恢复到原来的状态；

关节分控装置用于柔性助力装备时，将外壳6与人体相对固定，将鲍登线与弹性储囊5的第二端相连接；

当磁流变液呈低粘度液体状态时，牵引鲍登线，关节分控装置会因牵引力而发生动作，且其发生动作所需的牵引力较小，撤销鲍登线的牵引力之后，关节分控装置通过弹性储囊5的自身弹性回复原状；当磁流变液呈高粘度液体状态时，牵引鲍登线，关节分控装置会因牵引力而发生动作，但其发生动作所需的牵引力较大；当磁流变液呈类固体状态时，牵引与其相连的鲍登线，关节分控装置基本不会因牵引力而发生动作；

以控制膝关节的提升动作助力为例进行解释：

当提升膝关节用关节分控装置91中的磁流变液11呈低粘度液体状态时，提升鲍登线93的缠绕会牵引提升膝关节用关节分控装置91的弹性储囊5的第二端，提升膝关节用关节分控装置91动作，导致其不会对人体膝关节进行弯曲动作有任何帮助；

当提升膝关节用关节分控装置91中的磁流变液11呈类固体状态时，提升鲍登线93的缠绕会牵引提升膝关节用关节分控装置91的弹性储囊5的第二端，提升膝关节用关节分控装置91不动作，则发挥对人体膝关节进行弯曲动作的助力作用。

在本发明的描述中，“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语，仅是为了便于描述本发明，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。

以上所述仅是本发明的其中一种实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思路的前提下所做出的若干改进和润饰均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种改进的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：包括导向管（1）和弹性储囊（5），弹性储囊（5）置于导向管（1）的内腔中，导向管（1）和弹性储囊（5）均包括第一端和第二端，弹性储囊（5）的第一端与导向管（1）的第一端固定连接，弹性储囊（5）的第二端穿过导向管（1）的第二端的开口伸出至导向管（1）的内腔之外；导向管（1）的外周缠绕设有电磁线圈（2），电磁线圈（2）用于产生电磁场；弹性储囊（5）中充满磁流变液。

2.根据权利要求1所述的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：所述导向管（1）的形状呈螺旋弹簧状。

3.根据权利要求1所述的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：所述导向管（1）的形状呈发条弹簧状。

4.根据权利要求2或3所述的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：还包括若干支架（3），支架（3）与所述导向管（1）固定连接，用于固定导向管（1）。

5.根据权利要求4所述的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：还包括外壳（6），外壳（6）用于放置缠绕有电磁线圈（2）的导向管（1），所述支架（3）固定在外壳（6）的内腔中，所述弹性储囊（5）的第二端通过外壳（6）上的通孔伸出至外壳（6）之外；外壳（6）包括1个敞口，敞口通过盖子（7）封装。

6.根据权利要求5所述的用于柔性助力装备的关节分控装置，其特征是：还包括若干安装座（4），安装座（4）固定在外壳（6）的外部底端，用于外壳（6）的安装固定。

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