專利名稱：一種助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械元器件，尤其涉及一種用于助力型外骨骼的實現(xiàn)背架和髖部穩(wěn)定連接且能抗傾覆的助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器。
背景技術(shù)：
外骨骼技術(shù)是近年來智能機(jī)器人學(xué)科研究的重要熱點(diǎn)之一。外骨骼的概念就是模擬人體的骨骼、肌肉和關(guān)節(jié)系統(tǒng)為之配備相應(yīng)的金屬外骨骼，使負(fù)重主要通過外骨骼傳遞至地面，在機(jī)械、動力和控制系統(tǒng)的協(xié)同工作下，提高人體運(yùn)動時的負(fù)重能力，增強(qiáng)人的耐力，可有效的解決負(fù)荷與人體承載能力有限之間的矛盾。目前包括美國、日本和俄羅斯等國在內(nèi)的多家科研機(jī)構(gòu)和高等院校均將外骨骼技術(shù)列為重點(diǎn)研究內(nèi)容。
依據(jù)人體結(jié)構(gòu)而設(shè)計的外骨骼主要分為背架、髖部和下肢結(jié)構(gòu)，分別模擬人體的軀干骨、髖骨和下肢骨。背架和髖部之間為款關(guān)節(jié)點(diǎn)，該關(guān)節(jié)自由度眾多，既有相對的平動自由度也有轉(zhuǎn)動自由度，是外骨骼研究中的難點(diǎn)之一。背架主要用于支撐各種形狀、各種重量的外載荷，為了將外載荷能有效地傳遞至髖部，在背架和髖部之間必須設(shè)置聯(lián)結(jié)裝置。由于人體髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動很靈活，為了使外骨骼的結(jié)構(gòu)不妨礙人體的運(yùn)動，因此聯(lián)結(jié)裝置必須既能傳遞載荷，也要有一定的自由度。同時，人機(jī)攜行期間，負(fù)重隨人體運(yùn)動的速度和加速度會造成振動和沖擊現(xiàn)象。當(dāng)人機(jī)攜行行走時，在支撐相和擺動相的周期運(yùn)動中，人機(jī)質(zhì)心有一個上下起伏的運(yùn)動特征，在起或沉的階段，負(fù)重都會由加速度引起動載荷，并隨人機(jī)質(zhì)心曲線反復(fù)作用于外骨骼，隨著行走速度的增加，步頻的加快和步幅的增大，此動載荷作用周期的頻率也會增加，幅值會變大，造成對外骨骼的振動沖擊。
因此，通過對外骨骼傳遞載荷和人機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動的功能分析，要求外骨骼的背架和髖部結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計既要能滿足承載要求，又要能實現(xiàn)左右髖部的解耦，滿足人機(jī)運(yùn)動協(xié)調(diào)性的要求。在目前的外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究中，往往忽略了背架和髖部之間的問題，且從公布的研究成果來看，通常將背架、左右髖部連接為一個整體，能夠?qū)崿F(xiàn)人體直立、靜態(tài)條件下的承載，但對于諸如行走等運(yùn)動姿態(tài)的承載則沒有解決，且人機(jī)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動沒有實現(xiàn)；即使增加了彈性聯(lián)結(jié)裝置，也僅僅是設(shè)置圓柱螺旋彈簧，沒有阻尼的作用；且背架和髖部結(jié)構(gòu)之間的空間位置有限，僅采用圓柱螺旋彈簧或橡膠簧會導(dǎo)致支撐力不足，不能有效地起到背架及其外載荷抗傾覆的作用。發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于外骨骼背架和髖部聯(lián)結(jié)的新型助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，其目的是為了通過在背架和髖部之間左、右各設(shè) 置一只阻尼器，在阻尼的作用下減緩?fù)廨d荷的左右傾覆，增強(qiáng)穩(wěn)定性，并能有效降低負(fù)重在人機(jī)運(yùn)動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，實現(xiàn)外骨骼左右兩側(cè)的解耦，有效提聞人機(jī)運(yùn)動的協(xié)調(diào)性。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，用于背架和髖部穩(wěn)定連接，其特征在于，包括:一內(nèi)套筒3，內(nèi)套筒的一端與左側(cè)連接座I聯(lián)接，另一端套置在與右側(cè)連接座5相連的外套筒4內(nèi)，內(nèi)套筒與外套筒4間隙配合呈可軸向滑動狀態(tài)；外套筒4內(nèi)軸向固定有一中段具有多頭螺桿的中心軸12，中心軸的另一端穿過內(nèi)套筒3的中心通孔13，由螺母6封住中心軸左端頭，從而使中心軸在受到右側(cè)軸向力時可作軸向串動；二推力軸承對稱設(shè)置在中心軸上，其間設(shè)置有與所述中心軸多頭螺桿相配合的多頭內(nèi)螺紋的多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體10 ;各推力軸承與套筒間設(shè)置有彈性體；阻尼器的右側(cè)連接座和左側(cè)連接座分別用于與助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)背架和髖部結(jié)構(gòu)相連。本發(fā)明的用于助力型外骨骼的實現(xiàn)背架和髖部穩(wěn)定連接且能抗傾覆的助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，安裝在背架和髖部之間，可將二者進(jìn)行可靠連接，通過阻尼器的抗壓作用，可以增強(qiáng)負(fù)重的穩(wěn)定性，防止其產(chǎn)生左右的擺動，并能通過阻尼有效降低負(fù)重在人機(jī)運(yùn)動期間對外骨骼造成的沖擊載荷，有效提高人機(jī)運(yùn)動的協(xié)調(diào)性。本發(fā)明阻尼器主要的工作部件是兩只聚氨酯彈性體和多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體。將多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體安裝于兩只彈性體之間，在彈性體與旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)置推力軸承，既能使二者之間可以相對旋轉(zhuǎn)，也能通過推力軸承有效傳遞大負(fù)荷軸向載荷。彈性體將受到的壓力通過推力軸承傳遞給多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體，彈性體自身的壓縮變形可為支撐外載荷和吸能減震提供一定的彈性支撐力和阻尼；而多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體在壓力的作用下，產(chǎn)生相對于中間多頭螺紋桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向的平移運(yùn)動，通過內(nèi)外螺紋之間的摩擦力提供軸向支撐力和為吸能減震提供阻尼作用。在彈性體和多頭螺紋的共同作用下，為外載荷提供抵抗其左右傾倒的支撐力，且能為運(yùn)動過程中的沖擊載荷提供吸能緩沖作用。


圖1是本發(fā)明多頭螺紋阻尼器的外觀圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。
具體實施例方式
結(jié)合圖1和圖2可以看到，助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，用于背架和髖部穩(wěn)定連接，阻尼器的兩端分別與背架和髖部結(jié)構(gòu)相連。包括:一內(nèi)套筒3，內(nèi)套筒的一端與左側(cè)連接座I聯(lián)接，另一端套置在與右側(cè)連接座5相連的外套筒4內(nèi)，內(nèi)套筒與外套筒4間隙配合呈可軸向滑動狀態(tài)。外套筒4內(nèi)軸向固定有一中段具有多頭螺桿的中心軸12，中心軸的另一端穿過內(nèi)套筒3的中心通孔13，由螺母6封住中心軸左端頭，從而使中心軸在受到右側(cè)軸向力時可作軸向串動。二推力軸承14和11對稱設(shè)置在中心軸上，其間設(shè)置有與所述中心軸多頭螺桿相配合的多頭內(nèi)螺紋的多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體10。各推力軸承與套筒間設(shè)置有彈性體，中心軸12的末端設(shè)置鎖緊螺母6、防松墊圈7和平墊圈8，平墊圈起到局部增強(qiáng)的作用，鎖緊螺母與防松墊圈配合起到鎖緊的作用，且通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母可起到預(yù)緊的作用，并能夠調(diào)整整個阻尼器的安裝距。阻尼器的右側(cè)連接座和左側(cè)連接座分別用于與助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)背架和髖部結(jié)構(gòu)相連。安裝時先將一只彈性體穿過中心軸12放置在外套筒底部，再依次將推力軸承墊板15、推力軸承11、多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體10、推力軸承14、推力軸承墊板9、另一彈性體疊在一起，然后將內(nèi)套筒套在這些零件的外緣，通過鎖緊螺母鎖緊，最后在外套筒和內(nèi)套筒的兩個外端面通過螺栓連接左側(cè)連接座和右側(cè)連接座；外套筒內(nèi)腔的外圓與內(nèi)套筒的外徑為間隙配合，用于加強(qiáng)阻尼器的徑向受力；通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母可起到預(yù)緊的作用，并能夠調(diào)整整個阻尼器的安裝距。
當(dāng)阻尼器受壓時，力通過左側(cè)和右側(cè)連接座、內(nèi)套筒、外套筒、右側(cè)連接座同時傳遞給彈性體、推力軸承墊板、多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體、推力軸承。由于彈性體采用聚氨酯橡膠制造，在壓力的作用下產(chǎn)生彈性變形，彈性支撐力可起到外載荷抗傾覆的作用，而且聚氨酯橡膠的彈性模數(shù)小，具有較大的阻尼，對突然沖擊以及高頻振動可起到良好的吸能作用；同時，由于中心軸和多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體之間的螺紋規(guī)格為多頭螺紋，多頭螺紋升角較大且不能自鎖，當(dāng)受力時，內(nèi)外螺紋之間克服摩擦力產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動，外界傳遞的運(yùn)動能量轉(zhuǎn)換為內(nèi)外螺紋之間的摩擦而消失，起到吸振減能的作用，而且摩擦力通過軸向傳遞可起到外載荷抗傾覆的作用。
通過這種在助力型外骨骼的背架和髖部之間設(shè)置多頭螺紋阻尼器的方式，在聚氨酯彈性體和多頭螺紋摩擦力的共同作用下，通過彈性體的壓縮和多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，為外載荷提供抵抗其左右傾倒的支撐力，且能為運(yùn)動過程中的沖擊載荷提供吸能緩沖作用。
實施例一
圖1示出，本發(fā)明的一種實施例為:
在外骨骼背架和左右髖部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一種助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，阻尼器的兩端分別與背架和髖部結(jié)構(gòu)相連，阻尼器主要由左側(cè)連接座(I)、彈性體(2)、內(nèi)套筒(3)、多頭螺桿外套筒(4)、右側(cè)連接座(5)、鎖緊螺母￠)、防松墊圈(7)、平墊圈(8)、推力軸承墊板(9)、多頭螺紋體(10)、推力軸承(11)組成。彈性體⑵、推力軸承墊板(9)為兩只，安裝時先將一只彈性體裝于多頭螺桿外套筒的內(nèi)腔底部，再依次將推力軸承墊板、推力軸承、多頭螺紋體、推力軸承、推力軸承墊板、彈性體疊在一起，然后將內(nèi)套筒套在這些零件的外緣 ，通過鎖緊螺母鎖緊，最后在多頭螺桿外套筒和內(nèi)套筒的兩個外端面通過螺栓連接左側(cè)連接座和右側(cè)連接座。
實施例二
圖1示出，本發(fā)明的一種實施例為:
當(dāng)阻尼器受壓時，力通過左側(cè)和右側(cè)連接座、內(nèi)套筒、多頭螺桿外套筒、右側(cè)連接座同時傳遞給彈性體、推力軸承墊板、多頭螺紋體、推力軸承。由于彈性體采用聚氨酯橡膠制造，在壓力的作用下產(chǎn)生彈性變形，彈性支撐力可起到外載荷抗傾覆的作用，而且聚氨酯橡膠的彈性模數(shù)小，具有較大的阻尼，對突然沖擊以及高頻振動可起到良好的吸能作用；同時，由于多頭螺桿外套筒和多頭螺紋體之間的螺紋規(guī)格為多頭螺紋，多頭螺紋升角較大且不能自鎖，當(dāng)受力時，內(nèi)外螺紋之間克服摩擦力產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動，外界傳遞的運(yùn)動能量轉(zhuǎn)換為內(nèi)外螺紋之間的摩擦而消失，起到吸振減能的作用，而且摩擦力通過軸向傳遞可起到外載荷抗傾覆的作用。
權(quán)利要求
1.一種助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，用于背架和髖部穩(wěn)定連接，其特征在于，包括:一內(nèi)套筒(3)，內(nèi)套筒的一端與左側(cè)連接座(I)聯(lián)接，另一端套置在與右側(cè)連接座(5)相連的外套筒(4)內(nèi)，內(nèi)套筒與外套筒(4)間隙配合呈可軸向滑動狀態(tài)；外套筒(4)內(nèi)軸向固定有一中段具有多頭螺桿的中心軸(12)，中心軸的另一端穿過內(nèi)套筒(3)的中心通孔(13)，由螺母(6)封住中心軸左端頭，從而使中心軸在受到右側(cè)軸向力時可作軸向串動；二推力軸承對稱設(shè)置在中心軸上，其間設(shè)置有與所述中心軸多頭螺桿相配合的多頭內(nèi)螺紋的多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體(10);各推力軸承與套筒間設(shè)置有彈性體；阻尼器的右側(cè)連接座和左側(cè)連接座分別用于與助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)背架和髖部結(jié)構(gòu)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，其特征在于，彈性體(2)采用聚氨酯橡膠制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器，其特征在于中心軸(12)的末端設(shè)置鎖緊螺母￠)、防松墊圈(7)和平墊圈(8)，平墊圈起到局部增強(qiáng)的作用，鎖緊螺母與防松墊圈配合起到鎖緊的作用，且通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母可起到預(yù)緊的作用，并能夠調(diào) 整整個阻尼器的安裝距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種助力型外骨骼用背負(fù)系統(tǒng)抗傾覆多頭螺紋阻尼器。該多頭螺紋阻尼器具有抗傾覆、吸振減能的功能，且具有行程小、承載高、吸能減震快速、高度集成化、安裝維護(hù)簡便快捷等特點(diǎn)。阻尼器主要的工作部件是兩只聚氨酯彈性體和多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體，將多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體安裝于兩只彈性體之間，在彈性體與旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)置推力軸承，既能使二者之間可以相對旋轉(zhuǎn)，也能通過推力軸承有效傳遞大負(fù)荷軸向載荷。彈性體自身的壓縮變形和多頭螺紋旋轉(zhuǎn)體相對于多頭螺紋桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向的平移運(yùn)動而產(chǎn)生的摩擦力可為外載荷提供抵抗其左右傾倒的支撐力，且能為運(yùn)動過程中的沖擊載荷提供吸能緩沖作用。
文檔編號A61F2/60GK103169554SQ20131005919
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者劉放, 程文明, 周宏 , 張則強(qiáng), 朱家元, 吳曉 申請人:西南交通大學(xué)