一种单源-双关节驱动的腿部外骨骼制造技术

本发明专利技术属于外骨骼技术领域，具体为一种单源

【技术实现步骤摘要】
一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼


[0001]本专利技术属于外骨骼
，具体为一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼。

技术介绍

[0002]外骨骼设备可用于医疗康复、辅助人体负重等，根据仿生对象的关节，现有外骨骼的每个关节需要一个电机组件驱动，这不仅会增加设备成本，而且会导致设备笨重，不便使用，当前存在一些通过一个电机组件驱动来驱动两个关节联动的方案，但是结构异常复杂，故障率高，难以推广使用，例如一项现有技术“用于无动力多关节同步训练器的凸轮、非圆齿轮副、其制造方法、使用其的传动机构及无动力多关节同步训练器”(国际公开号为WO2021003835A1)公开的技术方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼，用以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼，该腿部外骨骼包括总架、大臂和小臂。所述大臂上部通过第一关节连接总架，该第一关节具有中心轴I，且该腿部外骨骼具有控制大臂以中心轴I为中心轴进行摆动的驱动电机；所述小臂的上部通过第二关节连接大臂的下部，该第二关节具有与中心轴I平行的中心轴II，且小臂能够以中心轴II为中心轴进行偏转，且小臂上部固定设置与中心轴II同轴的驱动齿轮；该总架还包括活动设置的传动齿条以及固定设置在腿部外骨骼前部的辅助臂，且辅助臂相对于总架位置固定；所述辅助臂上设置具有封闭的运动轨迹的导向结构部分，所述传动齿条通过安装座安装在大臂上，该安装座具有限位机构，传动齿条在限位机构的导向作用下能够在大臂的长度方向上往复移动；所述传动齿条上端通过导向轮机构连接导向结构部分，下部与驱动齿轮啮合，且当大臂摆动时，导向轮机构在导向轮结构部分的约束下按照运动轨迹逆时针运动，并使小臂随上臂协调摆动。
[0005]在上述技术方案中，运动轨迹是仿真模拟人体步态获得的，并基于该运动轨迹在辅助臂上设置导向结构部分。该方案中，传动齿条滑动安装在大臂上，且只能相对于大臂做长度方向的往复平移，由于其上端通过导向轮机构连接导向结构部分，当大臂摆动时，传动齿条相对于大臂具有运动趋势，但在导向结构部分的导向及限制下，导向轮机构只能沿着导向结构部分移动，此时传动齿条相对于大臂平移，在这个过程中，传动齿条驱动第二关节处的驱动齿轮，从而实现小臂随动摆动，由于大臂完成一个摆动周期的过程中导向轮机构也沿着导向结构部分运动一个周期，且这个周期中发生了传动齿条相对于大臂向上及向下的运动，因此在大臂摆动时候，小臂与大臂之间的夹角呈现周期性的变大、变小，从而模拟出人体下肢的运动轨迹，这种腿部外骨骼以一个驱动电机和简单的传动结构实现双关节的同步驱动，可以有效降低腿部外骨骼设备的成本，并可以控制设备重量，提高其普遍推广的可行性。
[0006]优选地，所述辅助臂安装在总架上，导向结构部分包括在辅助臂前部设置的导向轨槽，所述导向轮机构包括与导向轨槽配合的导轮，该导轮具有轮轴，并通过该轮轴连接传动齿条。导轮设置于导向轨槽中，并在大臂运动时通过滚动的方式顺着导向轨槽运动，通过减小设备之间的摩擦来提高整个运动机构的灵活性。
[0007]优选地，所述辅助臂为选配结构，能够拆卸并能够更换整个辅助臂或者辅助臂的导向结构部分，且不同的导向结构部分具有不同的运动轨迹。运动轨迹是根据某一特定身高的人体步态运动参数得到，而不同身高的人体步态存在一定差别，因此具有不同的运动轨迹，本方案通过更换不同的导向结构部分来满足不同用户的使用需求，提高该腿部外骨骼的适用范围。
[0008]优选地，所述导向结构部分包括一个独立设置在辅助臂前部的导向盘，所述导向轨槽设置在导向盘上，不同的导向盘具有相同的安装结构，并通过安装结构安装在辅助臂上。在辅助臂前部构造出可拆卸安装且具有相同外形规格的导向盘，并将导向轨槽设置在，因此仅通过更换导向盘就可以实现更换导向轨槽的目的。
[0009]优选地，所述导轮为导向齿轮，导向轨槽的外槽壁为与导向齿轮啮合的啮合齿，导向轨槽的内槽壁为光滑的曲面，且导向齿轮与内槽壁接触。在大臂摆动过程中，导向轨槽光滑的内槽壁对导向齿轮进行限位，且导向齿轮与导向轨槽的外槽壁啮合，因此导向齿轮与导向轨槽之间有精准的相对运动关系。
[0010]优选地，对于采用导向齿轮作为导轮的方案，所述导向轮机构还包括棘轮机构，该棘轮机构使得导向齿轮只能顺着运动轨迹单向转动。导轮在导向轨槽做闭环运动，这个过程中大臂会因做往复摆动而使得导轮运动至导向轨槽的某一处时大臂运动至换向运动的边界点，而棘轮机构可以有效避免齿轮结构的导轮反向转动，从而确保导轮具有稳定的单向运动性能，以防止该腿部外骨骼卡死。
[0011]优选地，安装座上的限位机构为沿着大臂的长度方向延伸的滑槽或滑轨，所述传动齿条与滑槽或滑轨配合安装。
[0012]优选地，限位机构为沿着大臂的长度方向延伸的滑槽，在滑槽两侧的侧壁上横向贯穿设置若干组插销孔，并在插销孔中安装限位销；在传动齿条上沿长度方向设置限位口，所述插销孔穿过限位口。传动齿条安装在滑槽中，通过滑槽侧壁设置的限位销与传动齿条上设置的插销孔的配合来保证插销孔不会脱落，且确保插销孔具有平稳的滑动过程。
[0013]优选地，所述安装座靠近大臂的一侧为背面，为具有指向后方的凸台结构，且在凸台结构上设置横向贯穿的螺栓孔，对应地，在大臂上设置与凸台结构配合的安装槽口，且在安装槽口侧壁同样设置横向贯穿的螺栓孔，并通过安装螺栓将凸台结构固定在安装槽口中。
[0014]优选地，该单源
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双关节驱动的腿部外骨骼还包括对传动齿条助力的弹簧，该弹簧一端连接传动齿条，另一端连接传动齿条以外的结构，且在大臂的整个摆动周期中，至少当大臂从竖直位置向后摆动的过程中弹簧给传动齿条指向沿着传动齿条向下的弹力。大臂从竖直位置向后摆动的过程中，小臂在随大臂向后移动的同时还会以更快的角速度绕着中心轴II向后摆动，此时传动齿条相对于驱动齿轮向下移动，而在大臂摆动至最后侧并反向向前摆动时，传动齿条开始相对于驱动齿轮向上移动，弹簧的弹力可以避免导向轮机构顺着运动轨迹反向移动，从而避免机构卡死。另外，小臂本身具有一定的重量，因此传动齿条驱
动驱动齿轮使小臂向后摆动的过程需要克服小臂的重力，而弹簧的弹力使传动齿条具有向下移动的趋势，因此可以使该腿部外骨骼中的小臂更容易被驱动，同时，在小臂向下摆动时，小臂的重力也会反向推动传动齿条向上移动，此时的弹簧可以起到缓冲小臂的重力的作用，使该腿部外骨骼的摆动更加平稳。
[0015]优选地，该腿部外骨骼还包括齿轮限位机构，该齿轮限位机构能够限制驱动齿轮只能在预设角度范围内转动。在该腿部外骨骼中，小臂与驱动齿轮组成的机构相当于一个费力杠杆结构，因此传动齿条需要用很大的力才能使小臂摆动，同样，小臂的摆动也会给传动齿条反向施加很大的力，如果设置齿轮限位机构可以避免小臂过度摆动，从而防止传动齿条、导向轮机构或导向结构部分引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼，包括总架、大臂和小臂，其特征在于：所述大臂上部通过第一关节连接总架，该第一关节具有中心轴I，且该单源
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双关节驱动的腿部外骨骼具有控制大臂以中心轴I为中心轴进行摆动的驱动电机；所述小臂的上部通过第二关节连接大臂的下部，该第二关节具有与中心轴I平行的中心轴II，且小臂能够以中心轴II为中心轴进行偏转，且小臂上部固定设置与中心轴II同轴的驱动齿轮；该总架还包括活动设置的传动齿条以及固定设置在腿部外骨骼前部的辅助臂，且辅助臂相对于总架位置固定；所述辅助臂上设置具有封闭的运动轨迹的导向结构部分，所述传动齿条通过安装座安装在大臂上，该安装座具有限位机构，传动齿条在限位机构的导向作用下能够在大臂的长度方向上往复移动；所述传动齿条上端通过导向轮机构连接导向结构部分，下部与驱动齿轮啮合，且当大臂摆动时，导向轮机构在导向轮结构部分的约束下按照运动轨迹逆时针运动，并使小臂随上臂协调摆动。2.如权利要求1所述的一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼，其特征在于：所述辅助臂安装在总架上，导向结构部分包括在辅助臂前部设置的导向轨槽，所述导向轮机构包括与导向轨槽配合的导轮，该导轮具有轮轴，并通过该轮轴连接传动齿条。3.如权利要求2所述的一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼，其特征在于：所述辅助臂为选配结构，能够拆卸并能够更换整个辅助臂或者辅助臂的导向结构部分，且不同的导向结构部分具有不同的运动轨迹。4.如权利要求3所述的一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼，其特征在于：所述导向结构部分包括一个独立设置在辅助臂前部的导向盘，所述导向轨槽设置在导向盘上，不同的导向盘具有相同的安装结构，并通过安装结构安装在辅助臂上。5.如权利要求2所述的一种单源
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双关节驱动的腿部外骨骼...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天，郭小宝，吉金鹏，
申请(专利权)人：杭州程天科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：