本实用新型专利技术公开一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构,其包括关节基座、关节转臂、卷簧部、棘轮部和棘爪锁定部，关节基座和关节转臂之间具有一个自由度，该自由度所在的轴线与人体关节同轴，卷簧部设置于关节基座和所述关节转臂之间，卷簧部至少部分嵌设于关节基座内与之转动连接；棘轮部设置于关节基座的外部，并且与卷簧部位于关节基座内部的侧面固定连接；棘爪锁定部设置于关节基座的上方，用于将卷簧部具有扭矩力传递至关节基座，本关节结构可以在符合人体外骨骼运动学的正常行走下，对关节结构的辅助力可调节，从而可以适应不同的应用场景和不同的使用者，另外，在一定程度上可缓解使用者的做往复蹲起负重工作的关节损伤。关节损伤。关节损伤。
【技术实现步骤摘要】
一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构及机器人
[0001]本技术涉及人体穿戴的无源外骨骼机器人
，具体涉及一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构及机器人，该设备通过在下肢膝关节和腰关节处提供可以适配调节的辅助转矩以增强穿戴者下肢力量和耐性，缓解穿戴者长时间工作造成重复性劳损，对于执行工作面在底面上的重复任务非常有效，可应用于军事、工业、救援、医疗、商业等领域。
技术介绍
[0002]随着社会发展，全球老龄化、医疗康复以及抢险救灾等问题愈发突出，外骨骼机器人作为一种能够辅助并增强人体机能的穿戴式机器人，其可以将人体的智力与机器人的体力进行完美结合，实现单纯机器人完成不了的复杂运动，具有非常广泛的应用前景。
[0003]面向蹲起负重的下肢膝关节和腰关节外骨骼是外骨骼机器人研究的重要分支，主要用于辅助人体负重起立、搬运物资起立等方面。目前外骨骼按其能量来源可分为：电机驱动、气动驱动、液压驱动以及被动储能。
[0004]上述驱动源主要利用传感器感知人体运动意图，并通过控制程序驱动执行机构将力施加于穿戴者，均属于主动有源外骨骼。现阶段由于意图感知、柔顺控制等的技术瓶颈，经常会引起穿戴者的不适，同时由于其系统复杂，存在可靠性低、成本高、续航短、穿戴体验差的缺点。为解决上述问题，被动无源的外骨骼慢慢成为主流方案之一。
[0005]现有下肢腰关节和膝关节助力无源外骨骼主要通过机械装置在下肢蹲起运动过程为其提供固定大小辅助力，但由于尺寸、重量的限制，其输出转矩都固定值，仅能针对已知轻小负载，提供一定比例的助力，无法满足不同工作场景的转矩助力的需求，需要为特别人群和特别应用场景预定生产，这会导致产量降低，无法普及，实用性交底，另外，由于特别预定，还会增加成本。根据需求分析，下肢膝关节和腰关节助力外骨骼需要根据不同的穿戴者和不同的搬运起立场景的不同驱动力来保证驱动关节合理输出符合人体承受极限的转矩力，需要较小的质量和体积功率比来实现外骨骼在室外等复杂环境中独立工作的能力。如在医疗康复领域应用于患者穿戴时，患者做蹲起训练时或者辅助老年人起立时，由于膝关节和腰关节的转矩力无法调整，较小时，无法具有辅助力量受限的患者或老年人起立，较大时，蹲起训练效果无法达到，并且蹲下的时候由于关节的反作用力较大，会对穿戴者腿部及关节造成损伤；在运输工业中应用于操作工人穿戴时，由于膝关节和腰关节的转矩力无法调整，对于需要做往复蹲起工作的工人来说，小转矩的辅助力无法满足需求，导致操作工人十分疲累。因此，对尺寸、重量、输出转矩、穿戴舒适性有严格要求的下肢膝关节和腰关节助力外骨骼来说，可调节的转矩助力问题亟待解决。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种无源外骨骼的下肢可按需调配助力大小的关节结构，为适配增强不同穿戴者在不同应用场景、不同腿部力量和耐性需求提供结
构简单、运动灵活的解决方案，能够实现对穿戴者较为舒适助力的重量负载的蹲起起立。
[0007]一方面，本技术提供一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其包括关节基座、关节转臂、卷簧部、棘轮部和棘爪锁定部；
[0008]所述关节基座和所述关节转臂之间具有一个自由度，该自由度所在的轴线与人体关节同轴，使得关节基座和关节转臂所连接的外骨骼下肢的大小腿之间的符合人体运动学的反关节转动；
[0009]所述卷簧部设置于所述关节基座和所述关节转臂之间，用于在所述自由度的轴线方向上固定所述关节基座和所述关节转臂；优选的，所述卷簧部至少部分嵌设于所述关节基座内与之转动连接；
[0010]所述棘轮部设置于所述关节基座的外部，并且与所述卷簧部位于所述关节基座内部的侧面固定连接，用于带动卷簧部转动调整预紧力；
[0011]所述棘爪锁定部设置于所述关节基座的上方，用于将卷簧部具有预紧力传递至关节基座转化为转矩力，使得关节基座和关节转臂之间形成反关节扭矩力。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述关节基座至少设置有一个，并且位于所述关节转臂至少一侧；
[0013]和/或，所述关节基座设置有一个，所述关节基座位于所述关节转臂远离人体关节内侧的一侧；
[0014]和/或，所述关节基座设置有两个，两个所述关节基座按所述自由度的轴线分布并位于所述关节转臂远离人体关节内侧的一侧；
[0015]和/或，所述关节基座设置有两个，两个所述关节基座按所述自由度的轴线分布并对称布置于所述关节转臂的两侧。
[0016]在一些优选的实施方式中，所述关节基座至少一侧面上形成有凹槽。
[0017]在一些优选的实施方式中，所述关节基座两侧均设有凹槽，所述凹槽呈圆形，两个所述凹槽在所述自由度上同轴线但直径大小不同；大直径所述的凹槽用于安装所述卷簧部并且与之转动连接，小直径所述的凹槽用于安装所述棘轮部，使得卷簧部与所述棘轮部连接为一体。
[0018]在一些优选的实施方式中，所述关节转臂中心形成有一加强部，所述加强部与所述凹槽内转动连接的卷簧部固定连接。
[0019]在一些优选的实施方式中，所述加强部为铝合金、铁、碳钢材质的多边形。
[0020]在一些优选的实施方式中，所述加强部的形状为正方形或者圆形或者六边形或者三角形。
[0021]在一些优选的实施方式中，所述卷簧部包括与所述自由度在同轴线上的关节端盖、卷簧旋转轴、卷簧及卷簧座，所述卷簧座用于包裹式卡接卷簧的外圈端部,并且可转动的安装于大直径的所述凹槽内，所述卷簧的中心圈端部与所述卷簧旋转轴卡接，所述关节端盖用于套接式径向固定所述卷簧旋转轴并且与所述关节基座的侧面固定连接，所述卷簧旋转轴伸出至所述关节端盖外部的一端与所述加强部中心固定连接。
[0022]在一些优选的实施方式中，所述卷簧旋转轴上形成有一阶梯段，该阶梯段的直径大于所述卷簧旋转轴的直径，使得卷簧旋转轴与所述关节端盖和所述卷簧座之间的定位卡接。
[0023]在一些优选的实施方式中，在所述卷簧旋转轴上套接有位于所述阶梯段两侧的自润滑轴承套，该自润滑轴承套分别用于承接所述关节端盖和所述卷簧座。
[0024]在一些优选的实施方式中，所述卷簧旋转轴与所述加强部连接处形成有一多边嵌塞部，该多边嵌塞部包括设置于所述卷簧旋转轴端部的多边轴和贯穿在所述加强部中心与所述多边轴相适配的多边孔。
[0025]在一些优选的实施方式中，所述棘轮部包括与所述自由度的轴线同轴的固定盘、棘轮和棘轮转盘，所述固定盘通过嵌塞式可转动地安装于小直径所述的凹槽中，用于固定连接所述卷簧部，所述固定盘侧面上设有中心对称的多个卡槽，所述卡槽贯穿至所述固定盘的外轮廓线，所述棘轮盘中部套接整个所述固定盘与之卡接，所述棘轮内部设有与所述卡槽相适配的凸出部，所述棘轮转盘固定连接在所述棘轮的一侧。
[0026]在一些优选的实施方式中，所述固定盘与所述卷簧部之间、所述棘轮与所述固定盘之间、及所述固定盘与所述棘轮转盘之间分别通过螺钉固定连接。
[0027]在一些优选的实施方式中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，其包括关节基座、关节转臂、卷簧部、棘轮部和棘爪锁定部；所述关节基座和所述关节转臂之间具有一个自由度，该自由度所在的轴线与人体关节同轴，使得关节基座和关节转臂所连接的外骨骼下肢的大小腿之间的符合人体运动学的关节转动；所述卷簧部设置于所述关节基座和所述关节转臂之间，用于在所述自由度的轴线方向上固定所述关节基座和所述关节转臂；所述卷簧部至少部分嵌设于所述关节基座内与之转动连接；所述棘轮部设置于所述关节基座的外部，并且与所述卷簧部位于所述关节基座内部的侧面固定连接，用于带动卷簧部转动调整预紧力；所述棘爪锁定部设置于所述关节基座的上方，用于将卷簧部具有预紧力传递至关节基座并转化为转矩力，使得关节基座和关节转臂之间形成反关节扭矩力。2.根据权利要求1所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述关节基座至少设置有一个，并且位于所述关节转臂至少一侧；和/或，所述关节基座设置有一个，所述关节基座位于所述关节转臂远离人体关节内侧的一侧；和/或，所述关节基座设置有两个，两个所述关节基座按所述自由度的轴线分布并位于所述关节转臂远离人体关节内侧的一侧；和/或，所述关节基座设置有两个，两个所述关节基座按所述自由度的轴线分布并对称布置于所述关节转臂的两侧。3.根据权利要求2所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述关节基座至少一侧面上形成有凹槽，所述关节基座两侧均设有凹槽，所述凹槽呈圆形，两个所述凹槽在所述自由度上同轴线但直径大小不同；大直径所述的凹槽用于安装所述卷簧部并且与之转动连接，小直径所述的凹槽用于安装所述棘轮部，使得卷簧部与所述棘轮部连接为一体；所述关节转臂中心形成有一加强部，所述加强部与所述凹槽内转动连接的卷簧部固定连接。4.根据权利要求3所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述加强部为铝合金、铁、碳钢材质的多边形，所述加强部的形状为正方形或者圆形或者六边形或者三角形。5.根据权利要求3所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述卷簧部包括与所述自由度在同轴线上的关节端盖、卷簧旋转轴、卷簧及卷簧...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁林超，杨鹏，张晗彬，赵忠乾，谢孙耘翰，
申请(专利权)人：杭州太希智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。