一种无动力源膝关节机构制造技术

本发明专利技术涉及一种无动力源膝关节机构，包括大腿支撑组件、连接基座、小腿支撑组件和锁止机构，大腿支撑组件固定在外骨骼机器人大腿处并在髋部安装有第一角度传感器，通过髋部提供动力，连接基座安装有第二角度传感器，锁止机构包括电机、蜗轮蜗杆装置、锁止件以及解锁件和第一限位件，解锁件和第一限位件将锁止件牢牢固定，使大腿支撑组件、连接基座和小腿支撑组件保持在人体工程学角度，支撑人体重量，电机通过蜗轮蜗杆装置带动解锁件旋转，实现解锁，患者可以完成屈膝摆动，直至患者抬起的腿落地前再次形成上述角度后，第二角度传感器控制解锁件对锁止块锁止，该膝关节机构整体结构简单、轻便，体积小，能耗低，续航能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种无动力源膝关节机构
本专利技术涉及康复助行器械
，特别涉及一种无动力源膝关节机构。
技术介绍
在康复助行器械
，现有部分膝关节机构选用电机加谐波减速器来实现驱动，参考专利申请公布号：CN110123589A，一种针对偏瘫患者的轻质可穿戴下肢康复助行外骨骼，其中膝关节驱动机构包括第二限位端盖、第二柔性法兰、第二联轴器、第二刚轮法兰、第二谐波减速器、第二电机法兰和第二电机，该膝关节驱动机构需要一左一右两个膝关节驱动器，成本高昂，同时增加了外骨骼整机的重量和体积，使用过程中需要持续给两个膝关节驱动器供电，能耗较高，一般需要配备大容量电池，而选用大容量电池亦会带来成本和重量的增加；另外，也有部分膝关节通过液压缸来实现转动，参考专利申请公布号CN110465924A，一种四连杆膝关节的下肢外骨骼机器人，其膝关节包括膝关节上支撑块和膝关节下支撑块，两者通过第一膝关节摆动板和第二膝关节摆动板连成四连杆结构，通过液压缸驱动膝关节下支撑块的运动，整体体积和重量都较大，成本较高；还有一种通过鲍登线的方式实现膝关节的转动，参考专利申请公布号：CN110193819A，用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构及装置，其膝关节机构包括大腿杆、小腿杆、柔性膝关节、膝鲍登线、膝鲍登线卷筒和膝关节驱动电机，整体结构较为复杂，使用过程中产生的能耗高，且随着使用时间的累计，鲍登线存在断裂的风险；也有一种无动力源膝关节，参考专利申请公布号：CN110744526A，一种被动式下肢运动助力外骨骼装置，通过扭簧储存和释放能量起到缓冲省力的效果，虽然该装置体积小，重量轻，但是在人体行走时负重支撑效果较差。在人体站立或行走的过程中，当整条外骨骼的腿部受力时，其膝关节没有完全锁死，仍可以沿轴向转动，如患者腿部无力或者不慎，容易支撑失控而摔倒，带来二次损伤。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种无动力源膝关节机构，通过外骨骼机器人的髋部提供动力，第一角度传感器或第二角度传感器控制驱动组件驱动解锁件，使锁止件解锁或被锁止，小腿在重力作用下通过小腿支撑组件带动锁止件旋转或形成支撑，避免了在膝关节处设置动力源，整体结构轻便，体积小，续航时间长，可有效提高外骨康复机器人的实用性。实现上述目的的技术方案是：本专利技术提供一种无动力源膝关节机构，包括：大腿支撑组件，所述大腿支撑组件被固定于外骨骼机器人的大腿处，且所述大腿支撑组件靠近外骨骼机器人髋部的一端安装有第一角度传感器；小腿支撑组件，所述小腿支撑组件被固定于外骨骼机器人的小腿处；连接基座，位于外骨骼机器人的膝关节侧，所述连接基座的上部固定连接所述大腿支撑组件，所述连接基座的下部转动连接所述小腿支撑组件，所述连接基座安装有第二角度传感器；以及锁止机构，所述锁止机构安装于所述连接基座上，所述锁止机构包括锁止件、解锁件、第一限位件和驱动组件；所述锁止件被锁止于所述解锁件和所述第一限位件之间，所述小腿支撑组件连接于所述锁止件，所述驱动组件连接于所述解锁件，所述驱动组件被驱动控制于所述第一角度传感器和所述第二角度传感器，在第一角度传感器感应到髋部的转动后，驱动组件控制解锁件远离锁止件，实现锁止机构的解锁，便于人体在一定的范围内屈膝摆动，当人体腿部完成摆动落地之前，第二角度传感器感应到大腿支撑组件、连接基座和小腿支撑组件形成预定的人体工程学角度后，驱动组件控制解锁件靠近锁止件，实现锁止机构的锁止，此时起支撑人体重量的作用。进一步地，所述锁止件包括锁止凸轮和第一转轴，所述锁止凸轮贴设于所述连接基座的后侧面，所述第一转轴转动设于所述连接基座内，并固定连接所述锁止凸轮；所述锁止凸轮设有活动插设于所述解锁件和所述第一限位件之间的锁止块，所述连接基座内设有套设于所述第一转轴的第一轴承，通过第一轴承使第一转轴的转动更加灵活，便于患者屈膝摆动。进一步地，所述锁止块靠近所述解锁件的一侧设有弧形面或斜面，在解锁件有效控制锁止件的同时，使锁止块和解锁件之间的结构更加紧凑，节约空间。进一步地，所述锁止凸轮的下端开设有U型槽，所述小腿支撑组件位于所述U型槽内，并固定安装于所述第一转轴，将小腿支撑组件锁付在第一转轴上，然后再通过U型槽确保小腿支撑组件在锁止凸轮上没有相对转动，使小腿支撑组件和连接基座的连接更加稳定，同时结构更加紧凑，缩小占用空间。进一步地，所述解锁件包括解锁块和第二转轴，所述解锁块贴设于所述连接基座的后侧面，所述第二转轴转动设于所述连接基座内，并固定连接所述解锁块；所述解锁块与所述锁止件相配合，所述连接基座内设有套设于所述第二转轴的第二轴承，所述第二转轴穿过所述连接基座后连接所述驱动组件，通过驱动组件驱动第二转轴在第二轴承内旋转，使第二转轴的转动更加灵活。进一步地，所述驱动组件包括蜗轮蜗杆装置、第三转轴和电机，所述蜗轮蜗杆装置包括互相配合的涡轮和蜗杆；所述涡轮同轴固定连接于所述第二转轴的端部，所述连接基座的前侧面安装有固定支架，所述第三转轴转动安装于所述固定支架内；所述蜗杆套设于所述第三转轴，所述固定支架的下端设有沉孔，所述电机安装于所述沉孔内，且所述电机的电机转轴与所述第三转轴同轴固定连接。进一步地，所述连接基座的后侧面还固定设有限制所述解锁件转动范围的第二限位件，所述第二限位件位于所述解锁件远离所述锁止件的转动方向的一侧，防止因电机通过蜗轮蜗杆装置带动第二转轴和解锁件转动的过程中出现故障，导致锁止件旋转角度过大而脱离解锁件的控制范围。进一步地，所述连接基座的后侧面设有安装所述大腿支撑组件的仿形凹槽，确保大腿支撑组件与连接基座之间连接得牢固，避免大腿支撑组件在连接基座上发生相对转动。进一步地，所述连接基座的后侧面安装有后盖，所述后盖靠近所述连接基座的上端，并与所述锁止件相配合形成密封，用于保护安装在连接基座后侧面的各零部件，同时可使外观更加美观，提高观赏性。进一步地，所述连接基座的前侧面安装有前盖，所述第二角度传感器安装于所述前盖的内侧，用于保护安装在连接基座前侧面的各零部件，同时可使外观更加美观，提高观赏性。有益效果：同现有技术相比，本专利技术的不同之处在于，本专利技术提供的无动力源膝关节机构，包括大腿支撑组件、连接基座、小腿支撑组件和锁止机构，大腿支撑组件固定在外骨骼机器人大腿处，并在髋部安装有第一角度传感器，连接基座安装有第二角度传感器，锁止机构包括电机、蜗轮蜗杆装置、固定连接小腿支撑组件的锁止件以及限制锁止件转动范围的解锁件和第一限位件，在该机构支撑人体负重时，解锁件和第一限位件将锁止件牢牢固定，使大腿支撑组件、连接基座和小腿支撑组件保持在人体工程学角度支撑人体重量，通过蜗轮蜗杆装置和电机自锁解锁件，负重支撑效果好，在外骨骼机器人通过髋部带动大腿支撑组件转动时，第一角度传感器控制电机旋转，进而通过蜗轮蜗杆装置带动解锁件旋转，实现小腿支撑组件的解锁，髋部动力带动大腿向上摆动，大腿带动小腿向上摆动，在大腿向上摆动到极限后开始向下摆动，小腿在惯性作用下仍有向上的趋势，而后开始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无动力源膝关节机构，其特征在于，包括：/n大腿支撑组件，所述大腿支撑组件被固定于外骨骼机器人的大腿处，且所述大腿支撑组件靠近外骨骼机器人髋部的一端安装有第一角度传感器；/n小腿支撑组件，所述小腿支撑组件被固定于外骨骼机器人的小腿处；/n连接基座，位于外骨骼机器人的膝关节侧，所述连接基座的上部固定连接所述大腿支撑组件，所述连接基座的下部转动连接所述小腿支撑组件，所述连接基座安装有第二角度传感器；以及/n锁止机构，所述锁止机构安装于所述连接基座上，所述锁止机构包括锁止件、解锁件、第一限位件和驱动组件；所述锁止件被锁止于所述解锁件和所述第一限位件之间，所述小腿支撑组件连接于所述锁止件，所述驱动组件连接于所述解锁件，所述驱动组件被驱动控制于所述第一角度传感器和所述第二角度传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种无动力源膝关节机构，其特征在于，包括：
大腿支撑组件，所述大腿支撑组件被固定于外骨骼机器人的大腿处，且所述大腿支撑组件靠近外骨骼机器人髋部的一端安装有第一角度传感器；
小腿支撑组件，所述小腿支撑组件被固定于外骨骼机器人的小腿处；
连接基座，位于外骨骼机器人的膝关节侧，所述连接基座的上部固定连接所述大腿支撑组件，所述连接基座的下部转动连接所述小腿支撑组件，所述连接基座安装有第二角度传感器；以及
锁止机构，所述锁止机构安装于所述连接基座上，所述锁止机构包括锁止件、解锁件、第一限位件和驱动组件；所述锁止件被锁止于所述解锁件和所述第一限位件之间，所述小腿支撑组件连接于所述锁止件，所述驱动组件连接于所述解锁件，所述驱动组件被驱动控制于所述第一角度传感器和所述第二角度传感器。


2.如权利要求1所述的无动力源膝关节机构，其特征在于，所述锁止件包括锁止凸轮和第一转轴，所述锁止凸轮贴设于所述连接基座的后侧面，所述第一转轴转动设于所述连接基座内，并固定连接所述锁止凸轮；
所述锁止凸轮设有活动插设于所述解锁件和所述第一限位件之间的锁止块，所述连接基座内设有套设于所述第一转轴的第一轴承。


3.如权利要求2所述的无动力源膝关节机构，其特征在于，所述锁止块靠近所述解锁件的一侧设有弧形面或斜面。


4.如权利要求2所述的无动力源膝关节机构，其特征在于，所述锁止凸轮的下端开设有U型槽，所述小腿支撑组件位于所述U型槽内，并固定安装于所述第一转轴。


5.如权利要求1所述的无动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，张星光，肖丹萍，董凯，顾捷，
申请(专利权)人：上海傅利叶智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31