一種膝關節(jié)外骨骼助力裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膝關節(jié)外骨骼助力裝置，包括小腿桿件、凸輪機構、鎖定機構、大腿桿件以及液壓機構，所述小腿桿件與凸輪機構的一端轉動連接，所述鎖定機構套設于大腿桿件上，所述凸輪機構的另一端位于鎖定機構與大腿桿件之間且與大腿桿件滑動連接，所述液壓機構的兩端分別與小腿桿件、大腿桿件鉸接。本發(fā)明提供的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，通過在大腿桿件和小腿桿件之間設置凸輪機構，是外骨骼運動與人體腿部運動更加接近，減少兩者之間的干涉成都。通過在大腿桿件和凸輪機構之間設置鎖定機構，可以方便根據實際需求調整外骨骼腿桿尺寸。
【專利說明】
一種膝關節(jié)外骨骼助力裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于外骨骼結構設計技術領域，具體涉及一種膝關節(jié)外骨骼助力裝置。
【背景技術】
[0002]當前下肢外骨骼助力機器人大多數(shù)采用半擬人化的結構設計，例如針對人體的膝關節(jié)運動采用簡化的定軸轉動副，實際上人體膝關節(jié)運動是脛骨和大腿骨在韌帶和肌肉帶動下，兩者相對滑動與轉動，因而是變軸轉動的；另一方面，理想的外骨骼關節(jié)與人體關節(jié)兩者的轉動中心是對齊的，但由于個人關節(jié)尺寸存在差異，因而希望設計的外骨骼關節(jié)尺寸能夠調整，傳統(tǒng)的調整機構大多通過螺母鎖定，屬于有級可調，且需要工具，操作麻煩。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種結構簡單、操作簡便的膝關節(jié)外骨骼助力裝置。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:一種膝關節(jié)外骨骼助力裝置，包括小腿桿件、凸輪機構、鎖定機構、大腿桿件以及液壓機構，所述小腿桿件與凸輪機構的一端轉動連接，所述鎖定機構套設于大腿桿件上用于鎖定凸輪機構和大腿桿件之間的相對位置，，所述凸輪機構的另一端位于鎖定機構與大腿桿件之間且與大腿桿件滑動連接，所述液壓機構的兩端分別與小腿桿件、大腿桿件鉸接。
[0005]優(yōu)選地，所述凸輪機構包括一體成型的凸輪本體、底座及固定板，所述固定板和凸輪本體位于底座兩側，所述固定板與大腿桿件滑動連接，所述凸輪本體轉動中心處固定設有長桿二，所述長桿二的兩端與小腿桿件轉動連接，所述凸輪本體上位于長桿二外緣處還設有弧形通槽，所述弧形通槽內放置有長桿一，所述長桿一兩端與小腿桿件固定連接。
[0006]優(yōu)選地，所述長桿一上套設有軸承一。
[0007]優(yōu)選地，所述小腿桿件與凸輪機構的連接端為中間凹陷兩側凸起結構，所述兩側凸起上由上至下設有通槽和通孔，所述長桿一兩端穿設于通孔中并與通孔固定連接，所述長桿二的兩端穿設于通孔中并與通孔轉動連接。
[0008]優(yōu)選地，所述鎖定機構包括未閉合的環(huán)形本體，所述環(huán)形本體未閉合處的兩端分別設有端座一和端座二，所述端座一上設有可轉動的壓蓋，所述端座一和端座二之間穿設有可上下移動的鎖芯組件，所述鎖芯組件一端與壓蓋連接，所述壓蓋下壓后另一端可扣住端座二的底面，同時帶動鎖芯組件下移時環(huán)形本體收縮從而鎖緊凸輪機構和大腿桿件。
[0009]優(yōu)選地，所述鎖芯組件包括若干個拉桿以及套設于拉桿上的彈簧，所述彈簧一端與長桿固定連接，所述端座一設有凹槽二，所述凹槽二左右兩側壁之間設有可上下移動的長桿三，所述若干個拉桿均勻掛設于長桿三上，彈簧位于長桿三與凹槽底面之間，所述壓蓋端部穿設于長桿三上，并與長桿三轉動連接。
[0010]優(yōu)選地，所述固定板外表面設有若干個凹槽一。
[0011]優(yōu)選地，所述液壓機構包括相互連接的液壓缸和液壓桿，所述液壓缸的末端與大腿桿件鉸接，所述液壓桿的末端與小腿桿件鉸接。
[0012]優(yōu)選地，所述大腿桿件外表面設有滑槽，所述固定板與滑槽滑動連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，通過在大腿桿件和小腿桿件之間設置凸輪機構，使大腿桿件和小腿桿件實現(xiàn)更貼近人體實際的轉動。通過在大腿桿件和凸輪機構之間設置鎖定機構，可以方便根據實際需求調整外骨骼腿桿尺寸。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明膝關節(jié)外骨骼助力裝置結構示意圖；
[0015]圖2是實施例中凸輪機構與小腿桿件爆炸示意圖；
[0016]圖3是實施例鎖定機構結構示意圖；
[0017]圖4是實施例鎖定機構爆炸示意圖。
[0018]附圖標記說明:1、小腿桿件;2、凸輪機構；3、鎖定機構;4、大腿桿件;5、液壓缸;6、液壓桿;7、凹槽一 ;8、通槽;9、軸承一 ；I O、長桿一 ；11、螺母；12、長桿二 ； 13、軸承二 ； 14、端蓋;15、彈簧;16、拉桿。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的膝關節(jié)外骨骼助力裝置結構示意圖，包括小腿桿件1、凸輪機構2、鎖定機構3、大腿桿件4以及液壓機構，小腿桿件I與凸輪機構2的一端轉動連接，鎖定機構3套設于大腿桿件4上用于鎖定凸輪機構2和大腿桿件4之間的相對位置，，凸輪機構2的另一端位于鎖定機構3與大腿桿件4之間且與大腿桿件4滑動連接，液壓機構的兩端分別與小腿桿件、大腿桿件鉸接。
[0021]如圖2所示，本發(fā)明凸輪機構與小腿桿件爆炸示意圖。凸輪機構2包括一體成型的凸輪本體、底座和固定板。凸輪本體和固定板位于底座的兩側。在本實施例中，固定板共有兩個，與底座形成中間凹陷兩側凸起的U型結構。固定板外表面設有若干個凹槽一 7。凸輪本體與底座形成中間凸起兩側凹陷的T型結構。凸輪本體轉動中心處設有圓孔，圓孔中通過過盈配合固定設有長桿二 12，長桿二 12通過兩個螺母進一步固定其與凸輪本體相對位置。為便于裝配，兩個螺母分別采用六角螺母和圓形螺母。凸輪本體上位于長桿二 12外緣處設有弧形通槽，該弧形凹槽輪廓模擬人體膝關節(jié)中脛骨和大腿骨滑動軌跡，其軌跡函數(shù)可通過分析不同年齡與身高的人群膝關節(jié)擬合而得，可使外骨骼運動與人體更加接近，減少兩者干涉程度?；⌒瓮ú蹆却┰O有長桿一 10，長桿一 10可沿弧形凹槽輪廓滾動。為減少長桿一 10與弧形凹槽之間的摩擦，延長長桿一 10的使用壽命，在長桿一 10上套設有軸承一 9。小腿桿件I與凸輪機構的連接端處為兩側凸起中間凹陷結構。兩側的凸起上邊緣為圓弧形結構。凸起上對應長桿一 10處設有通孔，長桿一 10兩端穿設于通孔中，同時，長桿一 10兩端設置螺母11，螺母11通孔過盈配。使長桿一 10與小腿桿件I固定連接。為便于裝配，長桿一 10兩端的螺母11采用六角螺母和圓形螺母。凸起上對應長桿二 12位置處設有通槽8，長桿二 12兩端穿設于通槽8中，且可在通槽8中轉動。通槽8為橢圓形結構，用于限制長桿二 12的轉動位置。為減少長桿二 12與通槽8之間的摩擦，在長桿二 12的兩端套設軸承二 13。值得說明的是，軸承一 9和軸承二 13并非一定要采用軸承，也可使用其他圓筒型物件套設于長桿一 10/長桿二 12上以減少摩擦。大腿桿件外表面出設有滑槽，固定桿與滑槽滑動連接。
[0022]如圖3-4所示，本發(fā)明鎖定機構結構示意圖。鎖定機構3包括未閉合的環(huán)形本體，未閉合處分別設有端座一和端座二。端座一設有凹槽二。凹槽二的左、右兩側壁上設有長形凹槽，凹槽二的左、右兩側壁之間設有長桿三，長桿三兩端位于長形凹槽中，且可沿凹槽上下移動。長桿三上穿設有壓蓋14，壓蓋與長桿三轉動連接。在端座一和端座而之間設有鎖芯組件。在本實施例中，鎖芯組件包括若干個拉桿16以及套設于拉桿上的彈簧15，彈簧15—端與長桿固定連接。若干個拉桿16均勻掛設于長桿三上，彈簧15位于長桿三與凹槽底面之間。壓蓋14可轉動端為弧形結構。彈簧15用于增大壓力。需要鎖定時，壓蓋14下壓，導致彈簧15壓縮，因而帶動拉桿16拉緊環(huán)形本體收縮，達到壓緊凸輪機構2與大腿桿件4的作用。在本實施例中，環(huán)形本體內表面與凸輪機構2接觸部分還設有細小凹槽，增大滑動摩擦力。鎖定機構3可采用韌性較大的金屬材料構成，與凸輪機構2固定板的凹槽一相貼合，通過預緊壓力與大腿桿固定。值得說明的是，鎖定機構主要用于凸輪機構與大腿桿件之間的鎖緊定位，因而并不限定于本實施例所述的結構，也可采用如扣件式來進行。
[0023]液壓機構包括相互連接的液壓缸5和液壓桿6。液壓缸5的末端與大腿桿件4通過銷軸連接。液壓桿6的末端與小腿桿件I通過銷軸連接。液壓機構主要用于為小腿桿件I提供動力，完成屈伸動作。
[0024]整體而言，本發(fā)明提供的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，凸輪機構上開設弧形凹槽，該弧形通槽使外骨骼運動與人體腿桿運動更加接近，減少了兩者干涉程度。凸輪機構與大腿桿件滑動連接，即可根據穿戴者的實際情況調整腿桿件的長度，進而再使用鎖定機構鎖定相對位置，操作簡單，實用性好。
[0025]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:包括小腿桿件(I)、凸輪機構(2)、鎖定機構(3)、大腿桿件(4)以及液壓機構，所述小腿桿件(I)與凸輪機構(2)的一端轉動連接，所述鎖定機構(3)套設于大腿桿件(4)上用于鎖定凸輪機構(2)和大腿桿件(4)之間的相對位置，所述凸輪機構(2)的另一端位于鎖定機構(3)與大腿桿件(4)之間且與大腿桿件(4)滑動連接，所述液壓機構的兩端分別與小腿桿件(I)、大腿桿件(4)鉸接。2.根據權利要求1所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述凸輪機構(2)包括一體成型的凸輪本體、底座及固定板，所述固定板和凸輪本體位于底座兩側，所述固定板與大腿桿件(4)滑動連接，所述凸輪本體轉動中心處固定設有長桿二(12)，所述長桿二(12)的兩端與小腿桿件(I)轉動連接，所述凸輪本體上位于長桿二(12)外緣處還設有弧形通槽，所述弧形通槽內放置有長桿一 (1)，所述長桿一 (1)兩端與小腿桿件(1)固定連接。3.根據權利要求2所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述長桿一(10)上套設有軸承一(9)。4.根據權利要求2所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述小腿桿件(I)與凸輪機構的連接端為中間凹陷兩側凸起結構，所述兩側凸起上由上至下設有通槽(8)和通孔，所述長桿一(10)兩端穿設于通孔中并與通孔固定連接，所述長桿二(12)的兩端穿設于通槽(8)中并與通槽(8)轉動連接。5.根據權利要求1所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述鎖定機構(3)包括未閉合的環(huán)形本體，所述環(huán)形本體未閉合處的兩端分別設有端座一和端座二，所述端座一上設有可轉動的壓蓋(14)，所述端座一和端座二之間穿設有可上下移動的鎖芯組件，所述鎖芯組件一端與壓蓋(14)連接，所述壓蓋(14)下壓后另一端可扣住端座二的底面，同時帶動鎖芯組件下移使環(huán)形本體收縮從而鎖緊凸輪機構(2)和大腿桿件(4)。6.根據權利要求5所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述鎖芯組件包括若干個拉桿(16)以及套設于拉桿上的彈簧(15)，所述彈簧(15)—端與長桿固定連接，所述端座一設有凹槽二，所述凹槽二左右兩側壁之間設有可上下移動的長桿三，所述若干個拉桿(16)均勻掛設于長桿三上，彈簧(15)位于長桿三與凹槽底面之間，所述壓蓋(14)端部穿設于長桿三上，并與長桿三轉動連接。7.根據權利要求2-6任一所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述固定板外表面設有若干個凹槽一。8.根據權利要求2-6任一所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述大腿桿件(4)外表面設有滑槽，所述固定板與滑槽滑動連接。9.根據權利要求1-6任一所述的膝關節(jié)外骨骼助力裝置，其特征在于:所述液壓機構包括相互連接的液壓缸(5)和液壓桿(6)，所述液壓缸(5)的末端與大腿桿件(4)鉸接，所述液壓桿(6)的末端與小腿桿件(I)鉸接。
【文檔編號】B25J9/00GK105856196SQ201610335226
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】戴躍洪, 唐鵬, 唐逵, 鄧程心
【申請人】成都潤惠科技有限公司