1.本发明涉及一种人体仿工程学运动控制技术，属于运动控制技术领域。
背景技术：2.现有技术中，助力行走的产品通常是手杖、拐杖或轮椅，手杖和拐杖主要是靠手用力来支撑身体，助力重心不在身体的垂直线上，缺乏足够的稳定性和支撑力来减轻脚关节、脚后跟、脚掌的压力，从而影响人们行走时间的持久，助力效果有限，而且，手杖、拐杖或轮椅的使用人群非常有限。
3.目前也有一些器具辅助关节装置，但是重量大且不符合人体工程学，而且无法适应动态调整的膝关节使用习惯。另外关节处的调整角度不够灵活，或者是限定一定角度，限制使用者的活动范围，同时由于运动精度的限制，使用者无法做到随心而动。
4.此外，现有装置一般为整体结构，不利于维护且维护和替换费用昂贵。
技术实现要素：5.本发明为解决上述技术问题，提供一种基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，重量轻便且结构紧凑、旋转精度高可以根据人体调整控制需求、安装和维护简便。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于包括：
8.绑带，间隔设置在大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板的背部；
9.气动肌肉组件，与绑带相对设置，且按左右侧竖向设置于大腿绑带固定板的表面部，左右侧气动肌肉组件底部均设置一个钢丝绳；
10.转台轴承，包括动盘和定盘，设置于大腿绑带固定板底部以及小腿绑带固定板顶部交接处，可旋转地连接大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板以实现相对运动；
11.钢绳固定套，套设在转台轴承上，包括有固定盘和周向用于容纳并对钢丝绳限位的钢丝绳滑动槽；各钢丝绳滑动槽靠近固定盘底部设置连接孔，分别用于连接两侧气动肌肉组件底部的钢丝绳，固定盘中心与小腿绑带固定板顶部固定连接；
12.电路系统，用于控制气动肌肉组件的伸缩以带动钢丝绳，再由钢丝绳拉动小腿绑带固定板来使小腿做弯曲运动。
13.上述技术方案中，气动肌肉组件采用限制变形的支撑材料作为骨架、骨架内部设置可膨胀的气囊结构通过流体驱动以实现柔顺膨胀和收缩动作。
14.上述技术方案中，还包括电路板固定架，包括中心卡扣和u形卡；中心卡扣设置于u形卡的一个端面，覆盖于转台轴承的轴向端面上，u形卡沿径向卡套转台轴承和钢绳固定套。
15.上述技术方案中，电路板为圆形，固定于电路板固定架的中心卡扣处。
16.上述技术方案中，还包括钢丝绳检测元件，钢丝绳检测元件放置在钢绳固定套底端的磁钢限位槽内固定住，用于小腿绑带固定板旋转角度以控制气动肌肉组件的伸缩。
17.上述技术方案中，小腿绑带固定板旋转角度≤45
°
。
18.上述技术方案中，包括气动肌肉固定座，设置于大腿绑带固定板的顶部，为顶部带固定孔的l形支架，两个气动肌肉组件的顶部分别固定于固定孔中并沿着大腿绑带固定板竖向设置。
19.上述技术方案中，小腿绑带固定板和大腿绑带固定板均设置竖向档位调节部和旋转部，两者的旋转部通过转台轴承可旋转地连接设置；绑带通过档位调节部分别设置在大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板上。
20.上述技术方案中，小腿绑带固定板和大腿绑带固定板以非金属材料注塑成型并采用中空轻质结构。
21.上述技术方案中，转台轴承动盘和定盘构成内外圈，外圈刚性固定在大腿绑定固定板上，内圈的中心通过刚性连接螺钉将小腿绑带固定板与钢绳固定套刚性连接。
22.本发明调整钢丝绳的长度(气动肌肉做收缩运动时拉动钢丝绳使小腿绑带固定板旋转，旋转的角度≤45
°
)，并将钢丝绳锁紧。
23.本发明根据每个人大小腿的长度来调整绑带的位置，并将绑带固定在绑带固定板上。
24.本发明的工作原理：一侧的气动肌肉做收缩运动拉动钢丝绳从而拉动钢绳固定套，使小腿绑带固定板发生转动，停止；另一侧气动肌肉开始做收缩运动也来拉动钢丝绳从而拉动钢绳固定套，使小腿绑带固定板发生反向转动，拉动所述一侧的气动肌肉回到起始点的位置。膝关节助力绑腿一直处在不停的做着收缩运动、停止、收缩运动使膝关节助力绑腿连续运转着。电路系统在此过程用于控制气动肌肉组件的压缩或膨胀以带动钢丝绳运动进行助力。
25.相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
26.1：本发明膝关节助力绑腿设计的大、小腿绑带固定板以非金属材料pc注塑成型的，采用中空的结构减轻物体本身的重量来减轻对人体负担；零件周身一圈的加强筋保证了本身的刚性要求，做到经久耐用，不宜损坏。
27.2：气动肌利用限制变形的支撑材料作为骨架，骨架内部是可膨胀与收缩来执行各种柔顺的动作。除具有气压传动技术所具有低成本、清洁、安装简便等优点之外，还具有高功率、质量轻、自然柔顺性、与生物肌肉类似的力学特征。能够更好的协助关节的运转。
28.3：转台轴承是一种即装即用的轴承，能够同时承受轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷的轴承，集支撑、旋转、传动、固定等功能于一身的特殊结构的精密轴承。转台轴承基本采用负游隙带预紧的设计方式，保证轴承较高的刚性及旋转精度；一般情况下，转台轴承自身内外圈带有安装孔、润滑油孔和密封结构，适用于精密工作条件下各类设备的不同安装使用需求；转台轴承具有结构紧凑、旋转精度高、安装和维护简便等特点。保证膝关节助力旋转平稳和设计简单紧凑。
附图说明
29.图1为根据本发明实施的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置整体结构示意图。
30.图2为本发明中的气动肌肉结构图。
31.图3为本发明中的绑带图。
32.图4为本发明的转台轴承结构示意图。
33.图5为本发明的钢绳固定套。
34.图6为本发明膝关节助力绑腿关节放大图。
35.图7为本发明的电路板与电路板固定座。
36.图8为本发明的小腿绑带固定板。
37.图9为本发明的大腿绑带固定板。
38.图10为本发明的气动肌肉固定座。
具体实施方式
39.本发明属于人体仿工程学运动控制技术领域，具体涉及一种人体关节助力装置。
40.根据本发明实施的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置100如图1-10所示，属于安装有气动肌肉的绑腿装置，协助人体的关节运动。主要包括绑带200、大腿绑定固定板300、转台轴承400、小腿绑带固定板500、气动肌肉组件600、电路板700、钢丝绳800等组成。
41.气动肌肉组件600采用限制变形的支撑材料作为骨架602、骨架内部设置可膨胀的气囊结构(如气流通道，未图示)通过流体驱动以实现柔顺膨胀和收缩动作。气动肌肉组件600底部设置钢丝绳固定结构601。
42.电路系统700控制气动肌肉组件600的气囊结构压缩或膨胀以实现伸缩，带动钢丝绳800；再由钢丝绳800拉动固定在小腿绑带固定板500，来使小腿做弯曲运动。
43.转台轴承400外圈401通过螺钉刚性固定在大腿绑定固定板300上，长螺钉穿过转台轴承400内圈402的中心过孔将小腿绑带固定板500与钢绳固定套403刚性连接。
44.气动肌肉固定座800通过螺定刚性固定在大腿绑带固定板300上端，通过防松锁紧螺母将气动肌肉组件600的一端固定住，利用锁扣螺钉将钢丝绳800分别固定在气动肌肉与钢绳固定套403上(由于气动肌肉只能做单向收缩，需要成对使用，来产生双向的力或运动)。
45.钢绳固定套403套设在转台轴承400上，包括有固定盘406和周向用于容纳并对钢丝绳限位的钢丝绳滑动槽404；各钢丝绳滑动槽404靠近固定盘406底部设置连接孔405，分别用于连接两侧气动肌肉组件底部的钢丝绳800，固定盘中心406与小腿绑带固定板500顶部固定连接。
46.磁钢放置在钢绳固定套403底端的磁钢限位槽内固定住，将电路板704刚性固定在电路板固定座701上。电路板固定架701包括中心卡扣702和u形卡703；中心卡扣702设置于u形卡703的一个长端面，覆盖于转台轴承403的轴向端面上，u形卡703沿径向卡套转台轴承400和钢绳固定套403，u形卡703的一个短端面固定于大腿绑定固定板300底部上。
47.电路板固定座701通过螺钉刚性固定在大腿绑带固定板300上。调整钢丝绳800的长度(气动肌肉做收缩运动时拉动钢丝绳使小腿绑带固定板旋转，旋转的角度≤45
°
)，并将钢丝绳800锁紧。
48.根据每个人大小腿的长度来调整绑带的位置，并将绑带200通过可以与不同档位卡置配合的绑带固定结构202固定在各绑带固定板上。在绑带固定结构202两端连接布料或织物带201。
49.小腿绑带固定板500和大腿绑带固定板300均设置竖向档位调节部(502和301)和
旋转结合部(501和302)，两者的旋转结合部通过转台轴承400可旋转地连接设置；绑带200通过绑带固定结构202分别设置在大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板上。
50.本发明其他未有披露的内容，本领域技术人员可以按照常规方式进行实现，在此基础上的常规替换方式均属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于包括：绑带，间隔设置在大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板的背部；气动肌肉组件，与绑带相对设置，且按左右侧竖向设置于大腿绑带固定板的表面部，左右侧气动肌肉组件底部均设置一个钢丝绳；转台轴承，包括动盘和定盘，设置于大腿绑带固定板底部以及小腿绑带固定板顶部交接处，可旋转地连接大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板以实现相对运动；钢绳固定套，套设在转台轴承上，包括有固定盘和周向用于容纳并对钢丝绳限位的钢丝绳滑动槽；各钢丝绳滑动槽靠近固定盘底部设置连接孔，分别用于连接两侧气动肌肉组件底部的钢丝绳，固定盘中心与小腿绑带固定板顶部固定连接；电路系统，用于控制气动肌肉组件的伸缩以带动钢丝绳，再由钢丝绳拉动小腿绑带固定板来使小腿做弯曲运动。2.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于气动肌肉组件采用限制变形的支撑材料作为骨架、骨架内部设置可膨胀的气囊结构通过流体驱动以实现柔顺膨胀和收缩动作。3.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于还包括电路板固定架，包括中心卡扣和u形卡；中心卡扣设置于u形卡的一个端面，覆盖于转台轴承的轴向端面上，u形卡沿径向卡套转台轴承和钢绳固定套。4.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于电路板为圆形，固定于电路板固定架的中心卡扣处。5.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于还包括钢丝绳检测元件，钢丝绳检测元件放置在钢绳固定套底端的磁钢限位槽内固定住，用于小腿绑带固定板旋转角度以控制气动肌肉组件的伸缩。6.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于小腿绑带固定板旋转角度≤45
°
。7.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于包括气动肌肉固定座，设置于大腿绑带固定板的顶部，为顶部带固定孔的l形支架，两个气动肌肉组件的顶部分别固定于固定孔中并沿着大腿绑带固定板竖向设置。8.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于小腿绑带固定板和大腿绑带固定板均设置竖向档位调节部和旋转部，两者的旋转部通过转台轴承可旋转地连接设置；绑带通过档位调节部分别设置在大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板上。9.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于小腿绑带固定板和大腿绑带固定板以非金属材料注塑成型并采用中空轻质结构。10.根据权利要求1所述的基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，其特征在于转台轴承动盘和定盘构成内外圈，外圈刚性固定在大腿绑定固定板上，内圈的中心通过刚性连接螺钉将小腿绑带固定板与钢绳固定套刚性连接。
技术总结本发明涉及一种基于运动控制的膝关节助力绑腿装置，包括：绑带，间隔设置在大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板的背部；气动肌肉组件，与绑带相对设置，且按左右侧竖向设置于大腿绑带固定板的表面部，左右侧气动肌肉组件底部均设置一个钢丝绳；转台轴承，可旋转地连接大腿绑带固定板以及小腿绑带固定板以实现相对运动；钢绳固定套，各钢丝绳滑动槽靠近固定盘底部设置连接孔，分别用于连接两侧气动肌肉组件底部的钢丝绳，固定盘中心与小腿绑带固定板顶部固定连接；电路系统，用于控制气动肌肉组件的伸缩以带动钢丝绳，再由钢丝绳拉动小腿绑带固定板来使小腿做弯曲运动。重量轻便且结构紧凑、旋转精度高可以根据人体调整控制需求、安装和维护简便。安装和维护简便。安装和维护简便。
技术研发人员：赵伟 宋爱国
受保护的技术使用者：南京拓威宜智能科技有限公司
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/11/1
