CN116442193A - 一种关节对中复位机构及外骨骼系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种关节对中复位机构及外骨骼系统，涉及机械关节的技术领域，包括转动连接的第一构件与第二构件，第一导向件连接于第一构件的周侧部，并可沿第一构件沿的轴向运动，第二导向件固定于第二构件，第二导向件可随第二构件转动，弹性复位件用于作用在第一导向件以使第一导向件与第二导向件保持抵顶配合，第二导向件设有第二导向结构，第二导向结构用于导向第一导向件沿第一转动轴线的轴向运动，从而消除机械关节的自由间隙，提高其对中性，确保了其穿戴状态下具有良好的人机同步率，降低穿戴者的负担，以达到提高穿戴者穿戴体验的效果。

Description

一种关节对中复位机构及外骨骼系统

技术领域

本公开涉及机械关节的技术领域，尤其涉及一种关节对中复位机构及外骨骼系统。

背景技术

机械外骨骼，是一种可让人体穿上的机器装置，机械外骨骼主要用于辅助穿戴者肢体进行运动。

现有的外骨骼中，一般采用两活动构件铰接的方式为穿戴者关节提供相应的活动自由度，为了确保两个活动构件之间能够实现较好的对中复位，通常会在两活动构件之间设置扭簧，扭簧能够在穿戴者对应肢体回复到对中位置的过程中提供回复力，以让活动构件实现对中复位。

但是，采用在机械关节设置扭簧的方式，两活动构件之间的转动会存在较大的自由间隙，使得机械关节在回复到对中位置或接近对中位置时，扭簧基本不会产生回复力，对中性差，这就降低了外骨骼在穿戴状态下与人体关节结构的拟合性，大大影响了穿戴体验；同时，在脱下外骨骼的状态下，由于自有间隙较大，扭簧此时基本不提供对中的回复力，两活动构件之间很容易相对晃动，进而导致摆挂或提携时，稳定性差。

公开内容

本公开实施例的目的之一在于：提供一种关节对中复位机构，解决构件之间自有间隙较大、复位对中性差的问题。

本公开实施例的目的之二在于：提供一种外骨骼系统，解决外骨骼系统中机械关节复位对中性差、穿戴体验差的问题。

为达上述目的之一，本公开采用以下技术方案：

第一方面，提供一种关节对中复位机构，包括：

第一构件与第二构件，所述第一构件与所述第二构件转动连接；

第一导向件，连接于所述第一构件的周侧部，并设置成可沿所述第一构件的轴向移动；

第二导向件，固定设置于所述第二构件，所述第二导向件具有第二导向结构，所述第二导向结构与所述第一导向件抵顶配合；

弹性复位件，沿所述第一构件或所述第二构件的轴向方向作用于所述第一导向件，使得所述第一导向件与所述第二导向结构保持抵顶配合；

所述第二导向件可随所述第二构件绕所述第一构件周向转动，所述第二导向结构作用于所述第一导向件，使得所述第一导向件沿所述第一构件的轴向远离所述第二导向结构，所述第一导向件驱使所述弹性复位件变形。

为达上述目的之二，本公开采用以下技术方案：

第二方面，提供一种外骨骼系统，包括：

如上所述的关节对中复位机构。

本公开的有益效果为：该关节对中复位机构，通过在转动连接的第一构件与第二构件之间设置第一导向件与第二导向件，弹性复位件保持作用于第一导向件，以使第一导向件与第二导向件在相对转动过程中均能够保持紧密配合，消除了构件之间的自由间隙，以使构件之间在外力作用下相对转动时，第二导向结构在导向第一导向件的同时即驱使弹性复位件形变蓄能；并且，在构件之间旋转复位过程中，第一导向件也能够通过弹性复位件所释放的能量对第二导向结构施加反作用力，确保第一导向件与第二导向件能够被导向复位至两构件对中的静态位置，让机械关节的复位对中性得以提高。

同时，区别于现有技术中的扭簧(扭簧存在两个方向的扭曲变形，其中一个转动方向的变形不符合正常的形变形态)，本公开中的弹性复位件沿第一构件或第二构件的轴向方向发生形变，符合正常的形变形态，大大提高了弹性复位件的使用寿命。

在外骨骼的应用中，能够提高机械关节能够与穿戴者关节结构的拟合性，提高人机顺应性，以达到提高穿戴者穿戴体验的效果。

附图说明

下面根据附图和实施例对本公开作进一步详细说明。

图1为本公开实施例所述关节对中复位机构整体结构示意图之一；

图2为本公开实施例所述关节对中复位机构整体结构示意图之二；

图3为图2的A部放大视图；

图4为图2的A-A方向剖视图；

图5为图4的B部放大视图；

图6为本公开实施例所述关节对中复位机构第一构件与第二构件静态位置示意图；

图7为本公开实施例所述关节对中复位机构第一构件与第二构件动态位置示意图之一；

图8为本公开实施例所述关节对中复位机构第一构件与第二构件动态位置示意图之二；

图9为本公开实施例所述关节对中复位机构在外骨骼系统中的应用状态示意图。

图中：10、第一构件；11、第一导向件；111、第一导向结构；1111、第三导向面；1112、第四导向面；1113、第二定位面；112、活动通孔；1121、第一抵台；113、导向槽；12、弹性复位件；13、第一连接部；14、限位件；15、轴套；16、导向块；17、第二抵台；20、第二构件；21、第二导向件；211、第二导向结构；2111、第一导向面；2112、第二导向面；2113、第一定位面；22、第二连接部；23、限位槽；30、髋关节活动件；40、大腿杆组件；50、护罩。

具体实施方式

为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供一种关节对中复位机构，旨意在于提高外骨骼系统中，机械关节结构与人体关节结构拟合性较差，导致外骨骼系统运动过程人机同步率低的问题。

参考图1-图2，为本实施例所述的关节对中复位机构，在外骨骼系统中的应用状态下的局部示意图，本实施方式的关节对中复位机构为外骨骼系统中机械关节的一部分，用于提供穿戴者躯干与肢体之间，或肢体与肢体之间活动的自由度。

本实施方式的外骨骼系统以无源外骨骼为例，其可以配置为穿戴在穿戴者上身的上肢外骨骼，也可以配置为穿戴在人体下身的下肢外骨骼，所述的外骨骼系统包括第一构件10与第二构件20，第一构件10与第二支撑构件通过转动连接限定出第一转动轴线L1以提供任意关节的活动自由度，可以理解的是，第一构件10与第二构件20可分别穿戴在穿戴者的躯干与肢体之间，或穿戴在穿戴者任意关节上两相邻的肢体上，以使第一构件10与第二构件20之间可在静态位置和运动位置之间转动。静态位置对应上述对中位置。本实施方式中，关节对中复位机构作为下肢外骨骼系统的髋关节部分，第一构件10随穿戴者的躯干活动，第二构件20随穿戴者的大腿活动，从而为穿戴者髋关节的内旋、外旋方向提供相应的活动自由度，并在外骨骼系统的穿戴组件的协同下，穿戴固定于穿戴者的髋部以及大腿。

具体的，为了提供穿戴者髋部以及大腿的穿戴空间，外骨骼系统还包括髋关节活动件30以及大腿杆组件40，髋关节活动件30呈弯曲/折弯状的杆件结构、管件结构、板件结构中的一种或多种的结合，髋关节活动件30的一端与第一构件10连接，在穿戴状态下，髋关节活动件30与第一构件10连接的一端穿戴在穿戴者髋关节的左侧或右侧，髋关节活动件30的另一端延伸至对准穿戴者髋关节后方的位置，弯曲/折弯结构的髋关节活动件30本体部分能够提供穿戴者髋部的穿戴空间，而髋关节活动件30远离第一构件10的一端被配置为与外骨骼系统中的其他部件连接，从而可以为穿戴者的髋关节提供外展、内收方向的活动自由度。而大腿杆组件40一般采用直杆或近似于直杆的结构，从而让其匹配于人体的大腿骨结构，大腿杆组件40一端与第二构件20连接，在穿戴状态下，大腿杆组件40与第二构件20连接的一端靠近穿戴在靠近穿戴者髋部的位置，或处于穿戴者的大腿根处，大腿杆组件40的另一端沿穿戴者的大腿所延伸的方向延伸至穿戴者的膝关节处，其被配置为可与小腿杆组件连接，以为穿戴者的膝关节提供相应的活动自由度。

进一步说明，髋关节活动件30与第一构件10之间转动连接以限定出第二转动轴线L2，髋关节活动件30与第一构件10之间可绕第二转动轴线L2相对转动，以提供穿戴者髋关节前屈、后伸方向的自由度。根据以上描述，可以理解的是，第一转动轴线L1与穿戴者髋关节的外旋、内旋转动轴线重合，第二转动轴线L2与穿戴者的髋关节前屈、后伸转动轴线重合，第一转动轴线L1与第二转动轴线L2相互垂直，当然，转动轴线重合为一种理想状态，在实际穿戴状态下，一般情况下只能保证尽可能接近重合的状态。

当然，在其他实施方式中，第一构件10与第二构件20之间形成的关节对中复位机构也可以穿戴在人体的其他关节处，并且，第一构件10与第二构件20之间可以采用周向旋转、在一定角度内摆动的转动方式，从而达到提供穿戴者对应关节的活动自由度。

上述的静态位置，指的是穿戴者处于正常站立的状态，在此状态下，第一构件10与第二构件20之间的偏转角度为0°；本实施方式所述的运动位置，指的是穿戴者腿部由正常站立状态往外旋或内旋方向运动后所处的位置，在运动位置状态下，第一构件10与第二构件20之间的的偏转角度大于或小于0°。

可以理解的是，本实施方式采用两个关节对中复位机构配合使用，两关节对中复位机构在穿戴状态下以穿戴者的矢状面为界左右对称设置，这样，在穿戴状态下，两关节对中复位机构能够分别穿戴在人体髋部的左右两侧，以提供穿戴者左右两髋关节对应方向的活动自由度。

以上述第一构件10与第二构件20提供穿戴者髋关节内旋、外旋活动自由度的方式为例，外骨骼系统上可以设置穿戴组件以配合外骨骼系统中各构件、组件绑定穿戴者的肢体以及躯干，穿戴组件可以包括肩带、腰部绑带、腿部绑带等用于绑定在对应人体部位上的穿戴结构，穿戴组件可以设置在作为外骨骼系统整体支撑结构的背架(图未示)上，髋关节活动件30可与该背架连接，背架用于穿戴在穿戴者的躯干，穿戴组件还可以设置在大腿杆组件40上以及髋关节活动件30靠近第一构件10的一端，背架其作为外骨骼系统的核心部分，能够让外骨骼系统与穿戴者之间具有较高的同步率，从而够决定穿戴者的各肢体与外骨骼系统之间的顺应性。一般而言，髋关节活动件30通过与背架活动连接等方式，从而提供穿戴者髋关节外展、内收方向的活动自由度，助力上肢模块也可通过背架进行安装支撑，在穿戴状态下，位于穿戴者左右两侧的肩带由上往下从穿戴者的肩部环绕至穿戴者的腋下或腰部两侧，而腰带则可从穿戴者的一侧腰部环绕至其另一侧腰部，达到配合背架以及助力上肢模块形成围合穿戴者肢体的穿戴空间。

当然，在一些实施方式中，也可以直接将各穿戴组件相连接，从而包覆于穿戴者的背部，达到类似于背架的支撑、定位效果。

可以理解的是，外骨骼系统中，第一构件10、第二构件20及上述的髋关节活动件30与大腿杆组件40，为了达到一定的助力效果，其需要具有一定刚性，以达到可供力传递的目的，具体的，两构件可以采用金属材质，例如：铝质材料，铝合金材料、铜质材料、铜合金材料、铁质材料、不锈钢材料，也可以采用塑料、碳纤维材料等一种或多种的结合，一般采用刚性较高，具备一定抵抗切向扭矩能力，质量较小，适用于无源外骨骼的轻便要求的材料。同时，外骨骼系统中还包括有软质材料，软质材料一般用于上述的穿戴组件中，以使穿戴组件能够适于不同身材体型的穿戴者肢体，从而让穿戴者肢体与外骨骼系统之间具有良好的顺应性。

如上述外骨骼系统，一般采用两构件铰接的方式为穿戴者关节提供相应的活动自由度，为了确保两个活动构件之间能够实现较好的对中复位，通常会在两活动构件之间设置扭簧，扭簧能够在穿戴者对应肢体回复到对中位置的过程中提供回复力，以让活动构件实现对中复位。但是，采用在机械关节设置扭簧的方式，两活动构件之间的转动会存在较大的自由间隙，使得机械关节在回复到对中位置或接近对中位置时，扭簧基本不会产生回复力，对中性差，这就降低了外骨骼在穿戴状态下与人体关节结构的拟合性，大大影响了穿戴体验；同时，在脱下外骨骼的状态下，由于自有间隙较大，扭簧此时基本不提供对中的回复力，两活动构件之间很容易相对晃动，进而导致摆挂或提携时，稳定性差。并且，该扭簧存在两个不同转动方向的形变，以上述第一构件10与第二构件20提供穿戴者髋关节内旋、外旋活动自由度的方式为例，扭簧存在两个不同方向上的变形，进而大大影响了扭簧的使用寿命。故，本实施方式提供以下方案。

参考图1，为了便于理解，各部件位于图示上方一侧为各部件的上部，即为附图中箭头所指示的“上”的方向，各部件位于图示下方一侧为各部件的下部，即为附图中箭头所指示的“下”的方向。

如图所示1-图5，本实施例提供的关节对中复位机构中还设置有第一导向件11，第一导向件11连接于第一构件10的周侧部，在第一构件10与第二构件20相对转动的过程中，第一导向件11随第一构件10转动，并且，第一导向件11具有相对于第一构件10沿第一转动轴线L1的轴向(第一构件10的轴向)运动的自由度。在第一构件10作为连接髋关节活动件30的部件，第二构件20作为连接大腿杆组件40的部件的情况下，第一构件10与穿戴者处于相对静止的状态，而当穿戴者腿部由正常状态往内旋、外旋方向运动时，第二构件20随穿戴者大腿活动，穿戴者大腿对第二构件20施加外部作用力，以带动第二构件20相对于第一构件10转动。

在第二构件20上固定有第二导向件21，第二导向件21可随第二构件20绕第一转动轴线L1周向转动，即第一构件10与第二构件20相对转动的过程中，第二导向件21也会随第二构件20相对于第一构件10以及第一导向件11转动。第一导向件11与第二导向件21之间在周向方向上具有稳定配合的静态位置，接上述，在第一导向件11与第二导向件21的偏转角度为0°时，穿戴者的髋关节内旋、外旋方向处于常规的放松状态，第一构件10与第二构件20之间能够分别随第一导向件11与第二导向件21保持在相应的偏转角度上，或保持在一定的偏转角度范围内。可以理解的是，在第一导向件11与第二导向件21位于静态位置稳定配合的状态下，第一构件10与第二构件20之间在一定的外力作用范围内能够保持在稳定配合的状态，而当外力作用大于预设值，第一导向件11与第二导向件21之间即会脱离静态位置，进而往动位置方向相对转动。

为了实现复位机构的精准对中，在关节对中复位机构上还设有弹性复位件12，本实施方式中的弹性复位件12与传统的关节储能件不同，该弹性复位件12被配置为沿直线方向形变储能以及释放能量，并且，弹性复位件12设置为沿第一转动轴线L1的轴向作用于第一导向件11，第一导向件11在受弹性复位件12的作用力后，在第二构件20无外力作用状态下，第一导向件11与第二导向件21保持在稳定配合的静态位置。进一步地，弹性复位件12设置有初始弹性力，初始弹性力的大小对应一个预设值，在第二构件20所受外力小于预设值时，第一导向件11与第二导向件21保持在稳定配合的静态位置。当弹性复位件12设置有初始弹性力时，一方面能够使得关节对中复位机构能够较为稳定的维持在静态位置，另一方面，还能够确保关节在回复至静态位置的过程中始终接受到助力。

同时，该弹性复位件12被配置为沿直线方向形变储能以及释放能量，相较于扭簧的两个转动方向上的形变储能，使用寿命更长。

接上述，第二导向件21设有第二导向结构211，第二导向结构211用于导向第一导向件11沿第一转动轴线L1的轴向运动，第二导向结构211与第一导向件11抵顶配合。

即，第二导向件21可随第二构件20绕第一构件10周向转动，第二导向结构211作用于第一导向件11，使得第一导向件11沿第一构件10的轴向远离第二导向结构211，第一导向件11驱使弹性复位件12变形。示例性的，当外力作用大于弹性复位件12的弹力，以使第一构件10与第二构件20之间脱离静态位置并开始相对转动时，第二构件20会带动第二导向件21绕第一转动轴线L1转动，由于第一导向件11持续受到弹性复位件12的作用力影响，会保持与第二导向件21的紧密配合，进而让第二导向件21上的第二导向结构211对第一导向件11施加一定的反向作用力，而随着第二导向件21的转动，第二导向结构211会作用于第一导向件11，从而让第一导向件11往远离第二导向件21的方向运动并驱使弹性复位件12变形，弹性复位件12在变形过程中进一步储蓄能量，待第二构件20在失去外力作用后，弹性复位件12所释放的能量推动第一导向件11运动复位，在第一导向件11的复位过程中，第一导向件11会作用于第二导向结构211，随之第二导向结构211与第一导向件11之间的导向配合会使得第二导向件21往静态位置方向转动复位，进而实现良好的对中。

根据以上描述可以理解的是，第一导向件11与第二导向件21之间的导向配合，除了能够提高第一构件10与第二构件20相对转动过程中的稳定性以外，通过第二导向件21对第一导向件11的驱动，还能够让第一导向件11起到带动弹性储能件蓄能的作用，弹性复位件12保持作用于第一导向件11，以使第一导向件11与第二导向件21在静态位置以及运动过程中均保持紧密配合，消除了构件之间的自由间隙，以使构件之间在外力作用下相对转动时，第二导向结构211在导向第一导向件11的同时即驱使弹性复位件12形变蓄能；并且，在构件之间旋转复位过程中，第一导向件11也能够通过弹性复位件12所释放的能量对第二导向结构211施加反作用力，确保第一导向件11与第二导向件21能够被导向复位至两构件对中的静态位置，让机械关节的复位对中性得以提高。

在外骨骼的应用中，通过采用关节对中复位机构作为其机械关节，能够提高机械关节能够与穿戴者关节结构的拟合性，提高人机顺应性，确保了其穿戴状态下具有良好的人机同步率，降低穿戴者的负担，以达到提高穿戴者穿戴体验的效果。在用户穿戴外骨骼时，该对中复位机构使得外骨骼能够维持在一个对中状态，方便使用者穿戴，且穿戴的过程中，外骨骼不轻易转动或晃动，提升了穿戴效率和穿戴体验。在脱下外骨骼进行摆放和陈列时，外骨骼保持对中状态，以呈现良好的展示效果。

而为了让关节对中复位机构在作为髋关节内旋、外旋机械关节的情况下，负重物以及外骨骼系统的重力能够更高效地传递至地面大腿组件以及地面，在第一构件10与第二构件20配合实现提供穿戴者髋关节内旋、外旋方向的活动自由度的情况下，第一构件10与第二构件20依次由上往下设置，第一构件10可以设置在第二构件20的上部，反之，第二构件20也可以设置在第一构件10的上部，只需上述的髋关节活动件30以及大腿杆组件40的设置位置对应互换即可。

上述，第二导向件21可以为相对于第二构件20独立的结构件，也可以为与第二构件20一体成型的结构，而第一导向件11由于需要与第一构件10之间产生相对位移的效果，第一导向件11则被配置为与第一构件10相互独立的两个结构件。

如图2-图5所示，为了提高第一导向件11与第二导向件21之间在相对运动过程中的传动稳定性，以下提供第一导向件11的进一步结构，第一导向件11上还设有第一导向结构111，第一导向结构111与第二导向结构211相对设置以确保两者能够实现导向配合。

当第一构件10与第二构件20由静态位置往动态位置方向相对转动时，第二导向结构211会作用于第一导向结构111，以通过与第一导向结构111的导向配合，驱动第一导向件11沿第一转动轴线L1轴向的方向运动，以使第一导向件11能够驱使弹性复位件12变形储蓄能量；

当第一构件10与第二构件20由动态位置往静态位置方向相对转动复位时，第一导向件11受弹性复位件12的作用力往靠近第二导向件21的方向运动，第一导向结构111会作用于第二导向结构211，进而通过第二导向结构211驱动第二导向件21往静态位置转动。

第一导向件11与第二导向件21之间设置有导向配合的导向结构，能够提高两导向件之间，以及两构件之间相对运动过程中的稳定性，并且，通过导向结构的导向，能够让第一构件10与第二构件20在相对运动过程中能够保持，或尽可能保持在对中的状态，即第一构件10的转动轴线与第二构件20的转动轴线能够保持或接近在重合的状态上，提高穿戴者关节与机械关节的拟合性，提高了人机同步率以及顺应性。

进一步的，第一导向件11与第二导向件21之间通过第一导向结构111与第二导向结构211的配合实现定位在静态位置上，这里，第一导向结构111或第二导向结构211形成有定位面，定位面用于限制第一导向结构111与第二导向结构211的相对运动，以使第一导向结构111与第二导向结构211通过定位面相配合的状态下保持在静态位置。

可以理解的是，第一导向结构111与第二导向结构211中的一个必须设置有用于约束另一导向结构相对旋转的定位面，当第一导向结构111与第二导向结构211之间处于静态位置时，两导向结构之间通过定位面配合实现在外力作用未超过预设值的情况下保持稳定的状态。

为了让第一导向件11能够沿第一转动轴线L1轴向运动，第一构件10与第二构件20之间形成有活动间隙，活动间隙提供第一导向件11装配以及沿第一转动轴线轴向活动的空间。弹性复位件12设置于活动间隙内，弹性复位件12的两端分别作用于第一构件10以及第一导向件11。

本实施方式的弹性复位件12可以为压簧，弹性复位件12设置在第一构件10与第一导向件11之间，而第一导向件11则位于第一构件10与第二构件20之间，采用这样的设置方式能够有效提高关节对中复位机构的结构紧凑性，让各部件之间的集成配合度更高，在有限的安装空间内实现让弹性复位件12能够对第一导向件11施加朝第二构件20方向运动的压力的效果。

当然，在其他实施方式中，弹性复位件12还可以为拉簧，在弹性复位件12为拉簧的实施方式中，拉簧可设置在第二构件20与第一导向件11之间，以对第一导向件11施加朝第二构件20方向运动的拉力。

本实施方式中，为了提高第一构件10与第二构件20之间的对中性，并且减少两构件之间所采用的物料数量，第一构件10设置有第一连接部13，第二构件20设置有与第一连接部13转动连接的第二连接部22，第一连接部13与第二连接部22之间转动连接，根据上述所提出的效果可以理解的是，第一连接部13与第一构件10之间为一体成型结构，第二连接部22与第二构件20之间为一体成型结构，从而减少连接部与构件之间需要独立加工以及加工成型后需要采用相应装配手段以及装配零件的繁琐。

本实施方式中，为了保证第一构件10与第二构件20之间的转动稳定性，第一连接部13与第二连接部22之间采用轴孔配合的连接方式。

如图5所示，一实施方式中，第二连接部22为开设在第二构件20上的轴孔，第一连接部13为凸出于第一构件10的转轴，第二连接部22套设于第一连接部13以形成所述的第一转动轴线L1，即第一连接部13可转动地插接于第二连接部22，以实现第一构件10与第二构件20之间的转动连接；

另一实施方式中，第一连接部13为开设在第一构件10上的轴孔，第二连接部22为凸出于第二构件20的转轴，第一连接部13套设于第二连接部22以形成所述的第一转动轴线L1，即第二连接部22可转动地插接于第一连接部13，以实现第一构件10与第二构件20之间的转动连接。

为了限制第一构件10与第二构件20之间的偏转角度范围，对第一构件10与第二构件20之间的转动角度实施限制，除了能够保护关节对中复位机构中的部件，避免部件之间因两构件之间的过度偏转而发生磨损、损坏，还能够对穿戴者的关节实施保护，在穿戴者关节转动至一定角度时进行限位，避免穿戴者关节的过度偏转。第一连接部13与第二连接部22之间设置有限位结构。

以上述第一连接部13与第二连接部22之间采用轴孔配合的实施方式为例，限位结构包括限位槽23以及限位柱，限位槽23与限位件14分别连接第一连接部13以及第二连接部22。限位槽23绕第一转动轴线设置，并沿第一构件10与第二构件20相对转动的方向延伸；限位件14至少部分活动设置于限位槽23内，当第一构件10与第二构件20相对转动时，限位件14沿限位槽23所延伸的方向运动。

如图3及图5所示，第二连接部22套设于第一连接部13的实施方式中，限位槽23设置于第二连接部22，相应的，限位件14设置于第一连接部13，限位槽23沿第二连接部22的内壁绕第一转动轴线L1设置，可以理解的是，限位槽23的槽口与第二连接部22内的轴孔连通，而限位槽23可以为贯通第二构件20外部的通槽，也可以为具有一定深度的沉槽结构，而限位件14则凸出于第一连接部13，当第一构件10与第二构件20相对转动时，限位件14沿限位槽23所延伸的方向运动，限位槽23绕第一转动轴线L1方向上的相对两端用于限制限位件14继续运动，从而避免限定出第一构件10与第二构件20之间的转动角度范围。

一些实施例中，限位槽(外展不超过60度，内展不超过15度)，进一步，外展对应的定位面的坡度小于内展对应的定位面的坡度。内展对应定位面的坡度更陡，确保压簧或者拉簧的形变较大，提供对中回复力较大，确保对中回复效果。

定位面沿周向延伸的弧度所对应的圆周角，外展至少大于60度，内展至少大于15度，确保上、下定位面至少部分保持紧密抵接。

本实施方式中，为了便于关节对中复位机构的装配，限位槽23为贯通第二构件20的通槽结构，在实际装配过程中，第一连接部13上可设置用于固定限位件14的安装部，第一构件10在与限位件14分离的状态下，第一连接部13可先插装于第二连接部22内，在插装至预设位置后，安装部会正对于限位槽23，这样，限位件14就可以从第二构件20外部通过限位槽23插入至第二连接部22内，进而与第一连接部13上的安装部进行装配连接。

反之，在第一连接部13套设于第二连接部22的实施方式中，限位槽23设置于第一连接部13，相应的，限位件14设置于第二连接部22。

接上述方案，为了提高第一导向件11在第一构件10上的装配及运动稳定性，本实施方式的第一导向件11为套筒结构，第一导向件11内贯通形成有活动通孔112，活动通孔112提供第一连接部13或第二连接部22活动插接的空间。

如图5所示，在第二连接部22套设于第一连接部13的实施方式中，第一连接部13从活动通孔112穿出第一导向件11并与第二连接部22转动连接。

反之，在第一连接部13套设于第二连接部22的实施方式中，第二连接部22从活动通孔112穿出第一导向件11并与第一连接部13转动连接。

通过活动套设的配合方式，能够让第一导向件11稳定的装配在第一构件10与第二构件20之间，并能够沿第一连接部13或第二连接部22所延伸的方向(第一转动轴线L1所限定的方向)运动，避免了构件之间转动过程中零件脱出的问题，也提高了第一导向件11相对于第一构件10运动过程中的稳定性。

基于上述弹性复位件12为压簧的实施方式，在活动通孔112内凸出孔壁设置有第一抵台1121，第一构件10相对于第一导向件11的一侧设有对应于第一抵台1121的第二抵台17，第一抵台1121与第二抵台17之间形成用于安装弹性复位件12的空间，这样，作为压簧的弹性复位件12能够套设在第一连接部13或第二连接部22内，其两端也能够分别通过抵在第一地台以及第二抵台17上的方式从而对第一构件10与第一导向件11施加其弹性作用力。

进一步的，在第一构件10与第一导向件11之间设置有第三导向结构，第三导向结构用于导向第一导向件11沿第一转动轴线轴向的运动，第三导向结构能够限制第一导向件11与第一构件10之间的相对转动，避免第一导向件11与第二导向件21相对转动过程中，第二导向件21带动第一导向件11一同转动的情况。

如图3所示，第一导向件11在相对第一构件10运动的过程中，第三导向结构好起到稳定第一导向件11运动状态的作用，第三导向结构包括导向槽113以及导向块16，导向槽113沿第一转动轴线L1所延伸的方向设置在第一导向件11上，并在第一导向件11靠近第一构件10的一侧开设有提供导向块16进入位置的槽口，对应的，导向块16设置在第一构件10上，在第一构件10与第二构件20处于静态位置的状态下，导向块16至少部分插入至导向槽113内，以在静态位置即对第一导向件11的轴向自由度进行限制。在第一导向件11沿第一转动轴线L1轴向运动靠近第一构件10时，导向槽113也会往靠近导向块16的方向运动，以使导向块16能够进一步插入至导向槽113内，同时，导向槽113的槽壁与导向块16的外壁之间的配合，也能够对第一导向件11的运动方向进行导向。

在其他实施方式中，导向块16与导向槽113的设置位置也可以为，导向槽113沿第一转动轴线L1所延伸的方向设置在第一构件10上，并在第一构件10靠近第一导向件11的一侧开设有提供导向块16进入位置的槽口，对应的，导向块16设置在第一导向件11上。

一实施例中，第一连接部13与第二连接部22之间设置有轴套15，轴套15能够降低第一连接部13与第二连接部22之间的摩擦力，其中，轴套15可以为自润滑轴套15，也可以为内圈与外圈配合的轴套15结构。

以下为导向结构的具体结构，第二导向结构211包括第一导向面2111与第二导向面2112，第一导向面2111与第二导向面2112分别用作不同转动方向的导向面，一实施方式中，第一导向面2111与第二导向面2112对称设置，第一导向面2111与第二导向件21之间通过第一定位面2113连接，第一定位面2113限定出第一构件10与第二构件20之间的静态位置。第一导向面2111、第一定位面2113以及第二导向面2112相互衔接配合，以使相对转动过程中能够平滑从与一面的配合过渡到与另一面上。

这里，第一构件10第二构件之20间设置有限位结构，限位结构被配置为限制第一构件10与第二构件20之间的相对转动角度，限位结构的角度行程设置为-α～β，第一导向面2111或第二导向面2112在第二导向结构211轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角设置为大于α和β中的较大值。

具体的，如图6-图8所示，第一导向面2111与第二导向面2112分别由靠近第一定位面2113的一端往远离定位面的方向延伸，并且，由靠近第一导向件11的一侧往第二构件20方向倾斜设置，从而呈近似于“^”形的凸起结构。这里，第一导向结构111可以为与第二导向结构211相互匹配的槽结构，也可以为一个块状的结构或导向轮结构，在第一导向结构111为导向轮时，导向轮的转动轴线过第一转动轴线L1并垂直于第一转动轴线L1，第一导向结构111与第二导向结构211上的面可滑动地贴合，在弹性复位件12的作用下，第一导向结构111能可沿第二导向结构211上的各个面往复滑移，从而根据第一导向面2111以及第二导向面2112所倾斜的高度实现靠近或远离第一构件10的运动。

如图7-图8所示，在此实施方式中，第一导向结构111包括第三导向面1111与第四导向面1112，第三导向面1111与第四导向件之间通过第二定位面1113连接，第三导向面1111、第二定位面1113、第四导向面1112的结构分别与第一导向面2111、第一定位面2113、第二导向面2112一一对应匹配设置，从而形成与第二导向结构211相匹配的V型槽结构。

当第一构件10与第二构件20处于静态位置时，第一导向结构111嵌置于第二导向结构211，此状态下，第一定位面2113与第三定位面抵贴配合，第一定位面2113与第二定位面1113抵贴配合，第二定位面1113与第四定位面抵贴配合，从而提供第一导向件11与第二导向件21在周向自由度上的限制。

当第一构件10与第二构件20脱离静态位置并往其中一侧动态位置方向转动时，第一定位面2113与第三定位面会脱离配合，第二定位面1113与第四定位面也同时脱离配合，而第二定位面1113则会根据第二构件20的转动方向往第一导向面2111或第二导向面2112的方向滑移并抵在第一导向面2111或第二导向面2112上，随着第二构件20的进一步转动，第二定位面1113会沿着第一导向面2111或第二导向面2112往靠近第一构件10的方向滑移，从而推动第一导向件11往靠近第一构件10的方向运动。

当第二构件20失去外力作用后，弹性复位件12会抵推第一导向件11往靠近第二构件20的方向运动，此时，第二定位面1113会对第一导向面2111或第二导向面2112施加平行于第一转动轴线L1方向的作用力，由于第一导向面2111与第二导向面2112为斜面，当竖直方向的作用力传递至第二导向结构211时，第一导向面2111或第二导向面2112上会产生驱动第二构件20周向转动的作用力，从而通过第一导向件11推动第二构件20往静态位置方向转动复位，最终复位至第一导向结构111与第二导向结构211契合的静态位置上。

其他实施方式中，第一导向面2111与第二导向面2112分别由靠近第二构件20的一侧往第一导向件11方向倾斜设置，从而形成V型槽结构。对应的，在此状态下，第一导向结构111上，第三导向面1111、第二定位面1113以及第四导向面1112连接形成与第二导向结构211匹配的“^”形结构。

当然，第一导向面2111与第二导向面2112的设置，或第三导向面1111与第四导向面1112的设置，目的是为了让第一构件10与第二构件20之间在两个方向上的旋转均能够驱动第一构件10运动，而在一些单向转动的机械关节中，导向结构可仅设置一侧导向面即可。

如图9所示，最后，为了延长关节对中复位机构的使用寿命，有效保护各零部件，关节对中复位机构在外骨骼系统的应用中，关节对中复位机构外还设置有护罩50，具体的，护罩50设置在髋关节活动件30与第二构件20之间，并环绕罩设于第一导向件11以及第一构件10的周部，第一构件10至少部分穿出护罩50并与髋关节活动件30连接，护罩50与第二构件20之间间隙配合，从而在确保第一构件10能够与髋关节活动件30连接的同时，又不会影响第一构件10与第二构件20之间的连接。

在其他实施方式中，第一导向面2111与第二导向面2112还可以为非对称的结构，这里，第一导向面2111在第二导向结构211轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角小于第二导向面2112在第二导向结构211轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角，第一导向面2111的倾斜角度设置成大于与第二导向面2112的倾斜角度。

进一步，第一构件10和第二构件之20间设置有限位结构，限位结构被配置为限制所述第一构件10与第二构件20之间的相对转动角度，限位结构的角度行程设置为-α～β，第一导向面2111在第二导向结构211轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角大于α；第二导向结构211轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角大于β。本实施方式中，将α设置为15°，β设置为60°。

通过将髋关节外展角度设置为小于60°，内收角度设置为小于15°，确保转动到极限位置时(包括内展和外展)，确保上下两个配合的定位面不会脱离抵顶接触，避免该对中复位机构失效。

综上，在外骨骼系统中通过采用本实施方式的关节对中复位机构，能够有效提高人机同步率，进而降低穿戴者的负担，以达到提高穿戴者穿戴体验的效果。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本公开的技术原理。这些描述只是为了解释本公开的原理，而不能以任何方式解释为对本公开保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本公开的其它具体实施方式，这些方式都将落入本公开的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种关节对中复位机构，其特征在于，包括：

第一构件(10)与第二构件(20)，所述第一构件(10)与所述第二构件(20)转动连接；

第一导向件(11)，连接于所述第一构件(10)的周侧部，并设置成可沿所述第一构件(10)的轴向移动；

第二导向件(21)，固定设置于所述第二构件(20)，所述第二导向件(21)具有第二导向结构(211)，所述第二导向结构(211)与所述第一导向件(11)抵顶配合；

弹性复位件(12)，沿所述第一构件(10)或所述第二构件(20)的轴向方向作用于所述第一导向件(11)，使得所述第一导向件(11)与所述第二导向结构(211)保持抵顶配合；

所述第二导向件(21)可随所述第二构件(20)绕所述第一构件(10)周向转动，所述第二导向结构(211)作用于所述第一导向件(11)，使得所述第一导向件(11)沿所述第一构件(10)的轴向远离所述第二导向结构(211)，所述第一导向件(11)驱使所述弹性复位件(12)变形。

2.根据权利要求1所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第二导向结构(211)包括第一导向面(2111)与第二导向面(2112)，所述第一导向面(2111)与第二导向面(2112)反向倾斜设置于所述第二导向结构(211)，所述第一导向面(2111)与第二导向面(2112)分别用作不同转动方向的导向面。

3.根据权利要求2所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一导向面(2111)与第二导向面(2112)对称设置。

4.根据权利要求3所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一构件(10)和第二构件之(20)间设置有限位结构，所述限位结构被配置为限制所述第一构件(10)与所述第二构件(20)之间的相对转动角度，所述限位结构的角度行程设置为-α～β，所述第一导向面(2111)或所述第二导向面(2112)在所述第二导向结构(211)轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角设置为大于α和β中的较大值。

5.根据权利要求2所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一导向面(2111)在所述第二导向结构(211)轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角小于所述第二导向面(2112)在所述第二导向结构(211)轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角，所述第一导向面(2111)的倾斜角度设置成大于所述与第二导向面(2112)的倾斜角度。

6.根据权利要求5所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一构件(10)和第二构件之(20)间设置有限位结构，所述限位结构被配置为限制所述第一构件(10)与所述第二构件(20)之间的相对转动角度，所述限位结构的角度行程设置为-α～β，所述第一导向面(2111)在所述第二导向结构(211)轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角大于α；所述第二导向结构(211)轴向方向投影所得的弧长所对应的圆周角大于β。

7.根据权利要求4或6所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述α为15°，所述β为60°。

8.根据权利要求4或6所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述限位结构包括：

限位槽(23)，沿所述第一构件(10)与所述第二构件(20)相对转动的周向延伸；

限位件(14)，至少部分活动设置于所述限位槽(23)内，当所述第一构件(10)与所述第二构件(20)相对转动时，所述限位件(14)沿所述限位槽(23)所延伸的方向运动；

所述限位槽(23)与所述限位件(14)分别连接所述第一构件(10)以及所述第二构件(20)。

9.根据权利要求2-6中任一项所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一导向件(11)设有第一导向结构(111)，所述第一导向结构(111)与所述第二导向结构(211)相对设置；所述第一导向结构(111)包括第三导向面(1111)与第四导向面(1112)，所述第三导向面(1111)与第四导向面(1112)分别与所述第一导向面(2111)、所述第二导向面(2112)一一对应匹配设置。

10.根据权利要求1所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一导向件(11)设有第一导向结构(111)，所述第一导向结构(111)与所述第二导向结构(211)相对设置，所述第一导向结构(111)与所述第二导向结构(211)抵顶配合；

所述第一导向结构(111)或所述第二导向结构(211)形成有定位面，所述定位面用于限制所述第一导向结构(111)与所述第二导向结构(211)的相对运动。

11.根据权利要求1所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一构件(10)与第二构件(20)之间形成有活动间隙，所述活动间隙提供所述第一导向件(11)沿所述第一构件(10)轴向活动的空间；

所述弹性复位件(12)至少部分设置于所述活动间隙内，所述弹性复位件(12)的两端分别作用于所述第一构件(10)以及所述第一导向件(11)；或所述弹性复位件(12)的两端分别作用于第二构件(20)以及第一导向件(11)。

12.根据权利要求11所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述弹性复位件(12)为压簧，所述压簧的两端分别作用于所述第一构件(10)以及所述第一导向件(11)；或，所述弹性复位件(12)为拉簧，所述拉簧的两端分别作用于第二构件(20)以及第一导向件(11)。

13.根据权利要求1所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一构件(10)与所述第一导向件(11)之间设置有第三导向结构，所述第三导向结构用于导向所述第一导向件(11)沿所述第一构件(10)的轴向移动。

14.根据权利要求1所述的关节对中复位机构，其特征在于，所述第一构件(10)设置有第一连接部(13)，所述第二构件(20)设置有与所述第一连接部(13)转动连接的第二连接部(22)；

所述第二连接部(22)套设于所述第一连接部(13)；或

所述第一连接部(13)套设于所述第二连接部(22)；

所述第一连接部(13)与所述第二连接部(22)之间设置有轴套(15)。

15.一种外骨骼系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-14中任一项所述的关节对中复位机构。

16.根据权利要求15所述的外骨骼系统，其特征在于，所述第一构件(10)与所述第二构件(20)分别用于随穿戴者的躯干及大腿活动，以提供穿戴者髋关节内旋、外旋方向的活动自由度。