一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，旨在實現(xiàn)依靠一些列機械傳動完成腿部機械對人體履步過程的模擬仿真，包括大腿機械桿件，小腿機械桿件，足部支撐架，圓柱凸輪機構(gòu)，齒輪機構(gòu)，滑塊搖桿機構(gòu)。其技術(shù)方案的要點是，通過齒輪機構(gòu)控制大腿機械桿件的轉(zhuǎn)動，同時通過圓柱凸輪機構(gòu)和滑塊搖桿機構(gòu)控制小腿機械桿件與大腿機械桿件之間角度的變化，最終實現(xiàn)腿部機械對人體履步過程的模擬仿真。本機構(gòu)僅使用一個電機實現(xiàn)了腿部機械對人體履步過程的模擬仿真，機構(gòu)穩(wěn)定，控制方便，配合性好。
【專利說明】
一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及腿部支撐機構(gòu)領(lǐng)域，具體是一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于一些老年人或經(jīng)歷意外事故導(dǎo)致下肢運動有障礙的人，希望能夠通過一種全自動機構(gòu)的輔助，，這種機構(gòu)需要能夠模擬人體正常的步態(tài)過程，帶動人體下肢運動，進行下肢康復(fù)訓(xùn)練。
[0003]目前國內(nèi)外已經(jīng)有該類機構(gòu)，國外的該類產(chǎn)品雖然技術(shù)成熟，但是價格昂貴，在國內(nèi)的實用性不高。國內(nèi)有多所大學(xué)也已經(jīng)研制出不同的下肢康復(fù)機構(gòu)，但基本上著重于控制，成本昂貴，或者對于人體正常步態(tài)模擬過程有嚴重失真。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，實現(xiàn)僅通過一對電機就可以實現(xiàn)腿部機械機構(gòu)對人體步態(tài)過程的模擬仿真，輔助下肢運動障礙人士進行康復(fù)訓(xùn)練的目的。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:包括一對對稱夾持在人體大腿部分的大腿機械桿件，大腿機械桿件上端分別延伸至對應(yīng)人體髖部位置，每個大腿機械桿件外側(cè)上部分別開有矩形槽，矩形槽長邊平行于大腿機械桿件延伸方向，矩形槽內(nèi)固定有與矩形槽長邊平行的圓柱形導(dǎo)軌，圓柱形導(dǎo)軌上滑動安裝有滑塊，滑塊上轉(zhuǎn)動連接有連桿，每個大腿機械桿件外側(cè)位于矩形槽上端上方分別通過支撐架轉(zhuǎn)動安裝有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸軸向與大腿機械桿件延伸方向平行，轉(zhuǎn)軸上同軸固定有圓柱凸輪，所述滑塊上還轉(zhuǎn)動連接有凸輪從動桿，且凸輪從動桿桿端通過曲面接觸與圓柱凸輪連接；
每個大腿機械桿件上端內(nèi)側(cè)分別通過垂直于大腿機械桿件的髖骨轉(zhuǎn)軸同軸轉(zhuǎn)動安裝有不完全大齒輪、不完全小齒輪，每個大腿機械桿件內(nèi)側(cè)對應(yīng)圓柱凸輪上端上方位置分別通過垂直于大腿機械桿件的主動轉(zhuǎn)軸同軸轉(zhuǎn)動安裝有完全大齒輪、完全小齒輪，其中完全大齒輪與不完全大齒輪傳動嚙合，完全小齒輪與不完全小齒輪之間通過惰齒輪傳動嚙合，主動轉(zhuǎn)軸一端穿出至大腿機械桿件外側(cè)，且主動轉(zhuǎn)軸穿出端在大腿機械桿件外側(cè)同軸固定有錐齒輪，所述圓柱凸輪上端加工成錐齒輪，且圓柱凸輪上端錐齒輪與主動轉(zhuǎn)軸上錐齒輪之間垂直傳動嗤合；
還包括一對對稱夾持在人體小腿部分的小腿機械桿件，每個小腿機械桿件分別由開有凸形槽的桿件和設(shè)有多個通孔的多孔桿件構(gòu)成，其中開有凸形槽的桿件中其凸形槽沿桿件延伸方向設(shè)置，開有凸形槽的桿件上端一一對應(yīng)與大腿機械桿件下端轉(zhuǎn)動連接，開有凸形槽的桿件后側(cè)上部分別設(shè)有連接臺，每個大腿機械桿件中滑塊上的連桿下端分別轉(zhuǎn)動連接在對應(yīng)的小腿機械桿件中連接臺上，所述多孔桿件中多個通孔沿多孔桿件延伸方向一字排列，多孔桿件一一對應(yīng)滑動安裝在開有凸形槽的桿件的凸形槽內(nèi)，且多孔桿件與對應(yīng)的開有凸形槽的桿件之間通過螺栓固定連接，通過改變通孔的對應(yīng)位置可改變小腿機械桿件的長度，可適應(yīng)不同腿長的使用者，小腿機械桿件內(nèi)側(cè)對稱安裝開有通孔的軟夾板，軟夾板與開有凸形槽的桿件通過松緊螺栓固定鏈接，轉(zhuǎn)動螺母可調(diào)節(jié)對稱軟夾板之間的距離，實現(xiàn)固定人體小腿的作用，多孔桿件下端之間轉(zhuǎn)動連接有足部支撐架。
[0006]所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:所述圓柱凸輪上錐齒輪與主動轉(zhuǎn)軸上錐齒輪之間傳動比為1: 2，圓柱凸輪表面導(dǎo)軌軌跡根據(jù)人體步態(tài)過程中大小腿之間的角度變化經(jīng)計算加工而得，表面導(dǎo)軌為半球形槽，所述凸輪從動桿與凸輪接觸端為半球形。
[0007]所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:所述滑塊在矩形槽內(nèi)滑動時，連桿一端隨著滑塊移動，連桿另一端帶動小腿機械桿件轉(zhuǎn)動，從而改變大腿機械桿件與小腿機械桿件之間的角度α，滑塊在矩形槽內(nèi)移動的極限距離對應(yīng)α變化180度?135度。
[0008]所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:所述主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動兩周完成一個履步周期，主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第一周，完全大齒輪與不完全大齒輪有齒段嚙合，傳動比為4:1，帶動髖骨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，不完全小齒輪此時在無齒段，僅隨髖骨轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動，主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第二周，完全小齒輪通過惰齒輪與不完全小齒輪有齒段嚙合，傳動比為4:1，帶動髖骨轉(zhuǎn)軸反向轉(zhuǎn)動，不完全大齒輪此時在無齒段，僅隨髖骨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，所述大腿機械桿件與髖骨轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了一個履步周期中大腿機械桿件的擺動。
[0009]所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:在一個履步周期內(nèi)，α初始為180度，當主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第一周，大腿機械桿件向前擺動，同時圓柱凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪從動桿帶動滑塊在矩形槽內(nèi)移動，同時滑塊帶動連桿，使小腿機械桿件轉(zhuǎn)動，α變化為135度，當主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第二周，大腿機械桿件向后擺動，同時圓柱凸輪轉(zhuǎn)動，使α再次變回180度，完成個履步周期。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于，僅通過一對電機實現(xiàn)了腿部機械機構(gòu)對人體步態(tài)過程的模擬仿真，控制簡單方便，極大的降低了下肢康復(fù)機構(gòu)的成本，同時本發(fā)明機械結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，保證使用者的安全性。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本發(fā)明的整體效果圖圖2為本發(fā)明大腿桿件細節(jié)圖圖3為本發(fā)明齒輪機構(gòu)隔離工作圖圖4為本發(fā)明開有凸形槽的桿件機構(gòu)示意圖圖5為本發(fā)明整體機構(gòu)運動簡圖圖6為本發(fā)明齒輪機構(gòu)運動簡圖。
【具體實施方式】
[0012]參見圖1-圖6所示，一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，包括一對對稱夾持在人體大腿部分的大腿機械桿件I，大腿機械桿件I上端分別延伸至對應(yīng)人體髖部位置，每個大腿機械桿件I外側(cè)上部分別開有矩形槽，矩形槽長邊平行于大腿機械桿件I延伸方向，矩形槽內(nèi)固定有與矩形槽長邊平行的圓柱形導(dǎo)軌，圓柱形導(dǎo)軌上滑動安裝有滑塊4，滑塊4上轉(zhuǎn)動連接有連桿5，每個大腿機械桿件I外側(cè)位于矩形槽上端上方分別通過支撐架轉(zhuǎn)動安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸軸向與大腿機械桿件I延伸方向平行，轉(zhuǎn)軸上同軸固定有圓柱凸輪2，滑塊4上還轉(zhuǎn)動連接有凸輪從動桿3，且凸輪從動桿3桿端通過曲面接觸與圓柱凸輪2連接；
每個大腿機械桿件I上端內(nèi)側(cè)分別通過垂直于大腿機械桿件I的髖骨轉(zhuǎn)軸18同軸轉(zhuǎn)動安裝有不完全大齒輪17、不完全小齒輪16，每個大腿機械桿件I內(nèi)側(cè)對應(yīng)圓柱凸輪2上端上方位置分別通過垂直于大腿機械桿件I的主動轉(zhuǎn)軸19同軸轉(zhuǎn)動安裝有完全大齒輪13、完全小齒輪14，其中完全大齒輪13與不完全大齒輪傳動17嚙合，完全小齒輪14與不完全小齒輪16之間通過惰齒輪15傳動嚙合，主動轉(zhuǎn)軸19 一端穿出至大腿機械桿件I外側(cè)，且主動轉(zhuǎn)軸19穿出端在大腿機械桿件I外側(cè)同軸固定有錐齒輪12，圓柱凸輪2上端加工成錐齒輪11，且圓柱凸輪2上端錐齒輪11與主動轉(zhuǎn)軸19上錐齒輪12之間垂直傳動嚙合；
還包括一對對稱夾持在人體小腿部分的小腿機械桿件[Al]，每個小腿機械桿件10分別由開有凸形槽的桿件6和設(shè)有多個通孔的多孔桿件7構(gòu)成，其中開有凸形槽的桿件6中其凸形槽沿桿件延伸方向設(shè)置，開有凸形槽的桿件6上端一一對應(yīng)與大腿機械桿件I下端轉(zhuǎn)動連接，開有凸形槽的桿件6后側(cè)上部分別設(shè)有連接臺，每個大腿機械桿件I中滑塊4上的連桿5下端分別轉(zhuǎn)動連接在對應(yīng)的小腿機械桿件10中連接臺上，多孔桿件7中多個通孔沿多孔桿件延伸方向一字排列，多孔桿件7 對應(yīng)滑動安裝在開有凸形槽的桿件6的凸形槽內(nèi)，且多孔桿件7與對應(yīng)的開有凸形槽的桿件6之間通過螺栓固定連接，通過改變通孔的對應(yīng)位置可改變小腿機械桿件的長度，可適應(yīng)不同腿長的使用者，小腿機械桿件內(nèi)側(cè)對稱安裝開有通孔的軟夾板10，軟夾板與開有凸形槽的桿件通過松緊螺栓固定鏈接，轉(zhuǎn)動螺母可調(diào)節(jié)對稱軟夾板10之間的距離，實現(xiàn)固定人體小腿的作用，多孔桿件7下端之間轉(zhuǎn)動連接有足部支撐架8，足部支撐架8上設(shè)有綁帶9。
[0013]圓柱凸輪上錐齒輪與主動轉(zhuǎn)軸上錐齒輪之間傳動比為1:2，圓柱凸輪表面導(dǎo)軌軌跡根據(jù)人體步態(tài)過程中大小腿之間的角度變化經(jīng)計算加工而得，表面導(dǎo)軌為半球形槽，所述凸輪從動桿與凸輪接觸端為半球形。
[0014]滑塊4在矩形槽內(nèi)滑動時，連桿5—端隨著滑塊移動，連桿5另一端帶動小腿機械桿件10轉(zhuǎn)動，從而改變大腿機械桿件I與小腿機械桿件10之間的角度α，滑塊4在矩形槽內(nèi)移動的極限距離對應(yīng)α變化180度?135度。
[0015]主動轉(zhuǎn)軸19轉(zhuǎn)動兩周完成一個履步周期，主動轉(zhuǎn)軸19轉(zhuǎn)動第一周，完全大齒輪13與不完全大齒輪17有齒段嚙合，傳動比為4:1，帶動髖骨轉(zhuǎn)軸18轉(zhuǎn)動，不完全小齒輪16此時在無齒段，僅隨髖骨轉(zhuǎn)軸18同步轉(zhuǎn)動，主動轉(zhuǎn)軸19轉(zhuǎn)動第二周，完全小齒輪14通過惰齒輪15與不完全小齒輪16有齒段嚙合，傳動比為4:1，帶動髖骨轉(zhuǎn)軸18反向轉(zhuǎn)動，不完全大齒輪17此時在無齒段，僅隨髖骨轉(zhuǎn)軸18轉(zhuǎn)動，大腿機械桿件I與髖骨轉(zhuǎn)軸18同步轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了一個履步周期中大腿機械桿件I的擺動。
[0016]在一個履步周期內(nèi)，α初始為180度，當主動轉(zhuǎn)軸19轉(zhuǎn)動第一周，大腿機械桿件I向前擺動，同時圓柱凸輪2轉(zhuǎn)動，凸輪從動桿3帶動滑塊4在矩形槽內(nèi)移動，同時滑塊4帶動連桿5，使小腿機械桿件10轉(zhuǎn)動，α變化為135度，當主動轉(zhuǎn)軸19轉(zhuǎn)動第二周，大腿機械桿件I向后擺動，同時圓柱凸輪2轉(zhuǎn)動，使α再次變回180度，完成一個履步周期。
【主權(quán)項】
1.一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:包括一對對稱夾持在人體大腿部分的大腿機械桿件，大腿機械桿件上端分別延伸至對應(yīng)人體髖部位置，每個大腿機械桿件外側(cè)上部分別開有矩形槽，矩形槽長邊平行于大腿機械桿件延伸方向，矩形槽內(nèi)固定有與矩形槽長邊平行的圓柱形導(dǎo)軌，圓柱形導(dǎo)軌上滑動安裝有滑塊，滑塊上轉(zhuǎn)動連接有連桿，每個大腿機械桿件外側(cè)位于矩形槽上端上方分別通過支撐架轉(zhuǎn)動安裝有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸軸向與大腿機械桿件延伸方向平行，轉(zhuǎn)軸上同軸固定有圓柱凸輪，所述滑塊上還轉(zhuǎn)動連接有凸輪從動桿，且凸輪從動桿桿端通過曲面接觸與圓柱凸輪連接； 每個大腿機械桿件上端內(nèi)側(cè)分別通過垂直于大腿機械桿件的髖骨轉(zhuǎn)軸同軸轉(zhuǎn)動安裝有不完全大齒輪、不完全小齒輪，每個大腿機械桿件內(nèi)側(cè)對應(yīng)圓柱凸輪上端上方位置分別通過垂直于大腿機械桿件的主動轉(zhuǎn)軸同軸轉(zhuǎn)動安裝有完全大齒輪、完全小齒輪，其中完全大齒輪與不完全大齒輪傳動嚙合，完全小齒輪與不完全小齒輪之間通過惰齒輪傳動嚙合，主動轉(zhuǎn)軸一端穿出至大腿機械桿件外側(cè)，且主動轉(zhuǎn)軸穿出端在大腿機械桿件外側(cè)同軸固定有錐齒輪，所述圓柱凸輪上端加工成錐齒輪，且圓柱凸輪上端錐齒輪與主動轉(zhuǎn)軸上錐齒輪之間垂直傳動嗤合； 還包括一對對稱夾持在人體小腿部分的小腿機械桿件，每個小腿機械桿件分別由開有凸形槽的桿件和設(shè)有多個通孔的多孔桿件構(gòu)成，其中開有凸形槽的桿件中其凸形槽沿桿件延伸方向設(shè)置，開有凸形槽的桿件上端一一對應(yīng)與大腿機械桿件下端轉(zhuǎn)動連接，開有凸形槽的桿件后側(cè)上部分別設(shè)有連接臺，每個大腿機械桿件中滑塊上的連桿下端分別轉(zhuǎn)動連接在對應(yīng)的小腿機械桿件中連接臺上，所述多孔桿件中多個通孔沿多孔桿件延伸方向一字排列，多孔桿件一一對應(yīng)滑動安裝在開有凸形槽的桿件的凸形槽內(nèi)，且多孔桿件與對應(yīng)的開有凸形槽的桿件之間通過螺栓固定連接，通過改變通孔的對應(yīng)位置可改變小腿機械桿件的長度，可適應(yīng)不同腿長的使用者，小腿機械桿件內(nèi)側(cè)對稱安裝開有通孔的軟夾板，軟夾板與開有凸形槽的桿件通過松緊螺栓固定鏈接，轉(zhuǎn)動螺母可調(diào)節(jié)對稱軟夾板之間的距離，實現(xiàn)固定人體小腿的作用，多孔桿件下端之間轉(zhuǎn)動連接有足部支撐架。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:所述圓柱凸輪上錐齒輪與主動轉(zhuǎn)軸上錐齒輪之間傳動比為1:2，圓柱凸輪表面導(dǎo)軌軌跡根據(jù)人體步態(tài)過程中大小腿之間的角度變化經(jīng)計算加工而得，表面導(dǎo)軌為半球形槽，所述凸輪從動桿與凸輪接觸端為半球形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:所述滑塊在矩形槽內(nèi)滑動時，連桿一端隨著滑塊移動，連桿另一端帶動小腿機械桿件轉(zhuǎn)動，從而改變大腿機械桿件與小腿機械桿件之間的角度α，滑塊在矩形槽內(nèi)移動的極限距離對應(yīng)α變化180度?135度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:所述主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動兩周完成一個履步周期，主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第一周，完全大齒輪與不完全大齒輪有齒段嚙合，傳動比為4:1，帶動髖骨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，不完全小齒輪此時在無齒段，僅隨髖骨轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動，主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第二周，完全小齒輪通過惰齒輪與不完全小齒輪有齒段嚙合，傳動比為4:1，帶動髖骨轉(zhuǎn)軸反向轉(zhuǎn)動，不完全大齒輪此時在無齒段，僅隨髖骨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，所述大腿機械桿件與髖骨轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了一個履步周期中大腿機械桿件的擺動。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種可實現(xiàn)履步功能的腿部機械機構(gòu)，其特征在于:在一個履步周期內(nèi)，α初始為180度，當主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第一周，大腿機械桿件向前擺動，同時圓柱凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪從動桿帶動滑塊在矩形槽內(nèi)移動，同時滑塊帶動連桿，使小腿機械桿件轉(zhuǎn)動，α變化為135度，當主動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動第二周，大腿機械桿件向后擺動，同時圓柱凸輪轉(zhuǎn)動，使α再次變回180度，完成一個履步周期。
【文檔編號】A61H1/02GK105853145SQ201610228752
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】張利, 劉恒, 趙健韜, 吳壯, 潘巧, 陳建軍, 劉征宇, 徐娟, 畢翔
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)