一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，包括大腿连接件、丝杠、滑块、连杆组、电机和下肢机构；所述丝杠由电机驱动转动；所述滑块通过螺纹配合连接于丝杠以实现螺旋传动；所述连杆组包括铰接于滑块与大腿连接件之间的连杆Ⅰ和铰接于大腿连接件与下肢机构之间的连杆Ⅱ；所述大腿连接件固定设有非圆齿轮机构小齿轮，所述下肢机构固定设有与所述非圆齿轮机构小齿轮啮合的非圆齿轮机构大齿轮；本发明专利技术的外骨骼装置解决现有的外骨骼装置存在的仿生性不足、结构复杂等问题，具有高效率、高仿生性、轻质等优点。轻质等优点。轻质等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置


[0001]本专利技术属于仿生外骨骼
，具体涉及一种高效率高仿生性轻质的外骨骼装置。

技术介绍

[0002]目前我国国内生产的膝关节外骨骼相关产品主要是以单轴或四杆机构为主的简单被动式膝关节外骨骼，其具有功能单一、仿生性不足、能耗高、穿戴体验效果差等缺点，无法满足残疾者的日常生活需求。单轴膝关节外骨骼虽然具有结构简单的优势，但是由于人体膝关节的运动是转动与滑动的混合运动，因此单轴膝关节外骨骼存在仿生性不足的缺点；四连杆膝关节外骨骼虽然具有一定的仿生性和稳定性，但是其结构较为复杂，导致膝关节外骨骼比较笨重、功耗较大。因此设计一款低质量、高仿生性、能耗低、穿戴效果好的膝关节外骨骼装置显得尤为重要。
[0003]本专利技术提出了一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼方案，其基于人体膝关节运动曲线实现装置的高仿生性、高效率性能，同时采用部分中空结构以及简单连杆运动结构实现装置的低质量、能耗低的性能，专利技术装置的整体效果实现了穿戴效果的良好性能。对我国膝关节外骨骼领域发展起到了一定的促进作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决现有的单轴膝关节外骨骼仿生性不足、四连杆膝关节外骨骼结构较复杂、笨重、功耗较大的问题，提出一种全新的方案来实现低质量、高效率、高仿生性、低能耗的高性能外骨骼装置。
[0005]本专利技术的基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，包括大腿连接件、丝杠、滑块、连杆组、电机和下肢机构；所述丝杠由电机驱动转动；所述滑块通过螺纹配合连接于丝杠以实现螺旋传动；所述连杆组包括铰接于滑块与大腿连接件之间的连杆Ⅰ和铰接于大腿连接件与下肢机构之间的连杆Ⅱ；所述大腿连接件固定设有非圆齿轮机构小齿轮，所述下肢机构固定设有与所述非圆齿轮机构小齿轮啮合的非圆齿轮机构大齿轮；
[0006]进一步，所述电机通过同步带传动机构驱动丝杠转动；
[0007]进一步，所述下肢机构包括小腿杆、固定于小腿杆上的齿轮连接架和固定于齿轮连接架上用于固定安装所述电机的电机安装架；所述非圆齿轮机构大齿轮设置于齿轮连接架上端；
[0008]进一步，所述非圆齿轮机构大齿轮的节曲线与人体膝关节转动理想曲线形状一致；
[0009]进一步，所述非圆齿轮机构小齿轮一体成型于大腿连接件下端，非圆齿轮机构大齿轮一体成型于齿轮连接架上端；
[0010]进一步，所述连杆Ⅱ一端铰接于非圆齿轮机构小齿轮，另一端铰接于电机安装架；
[0011]进一步，所述电机安装架一侧固定设置有丝杠安装架；所述丝杠通过深沟球轴承
支承于丝杠安装架；
[0012]进一步，所述电机为无刷电机，所述无刷电机以输出轴朝下的方式固定于电机安装架并与所述小腿杆保持同轴，无刷电机的输出轴通过联轴器与同步带传动机构的小带轮轴连接，所述小带轮轴通过深沟球轴承支承于小腿杆上端；
[0013]进一步，所述非圆齿轮机构小齿轮与大腿连接件之间的连接部分为中空结构。
[0014]本专利技术的有益效果：
[0015](1)本专利技术的仿生外骨骼装置，其巧妙仿生人体膝关节运动结构，使得运动效果贴近人体运动，极大地提高了运动传动效率，改善了现有外骨骼装置运动仿生的不足，提升了穿戴者使用的舒适度，缓解了穿戴者自身疲劳度；
[0016](2)本专利技术的仿生外骨骼装置，在结构上采用非圆齿轮机构小齿轮机构上端中空及连杆支撑，传动方式采用丝杠与同步带轮结合，驱动方式采用非圆齿轮啮合传动，极大的降低了装置的复杂性，减小了装置自身重量；
[0017](3)本专利技术的仿生外骨骼装置，结构简单，操作方便，便拆卸安装，易于检修；
[0018](4)本专利技术的非圆齿轮机构大齿轮的节曲线与人体膝关节转动理想曲线形状一致，因此非圆齿轮机构小齿轮机构和非圆齿轮机构大齿轮的啮合运动与人体膝关节运动一致，仿生性较高，使用舒适性较好。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0020]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术中非圆齿轮机构小齿轮与大腿连接件之间的连接部分的中空结构示意图；
[0022]图3为人体膝关节理想曲线。
[0023]附图标记：1
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大腿连接件，2
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非圆齿轮机构小齿轮，3
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连杆Ⅰ，4
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滑块，5
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丝杠，6
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丝杠安装架，7
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大同步带轮，8
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小腿杆，9
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非圆齿轮机构大齿轮，10
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连杆Ⅱ，11
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无刷电机，12
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电机安装架，13
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小同步带轮，14
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齿轮连接架。
具体实施方式
[0024]如图1所示，本实施例的一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，包括大腿连接件1、丝杠5、滑块4、连杆组、无刷电机11和下肢机构；
[0025]所述大腿连接件1上端用于连接用户大腿末端，其下端设有“J”形杆，在“J”形杆钩部一体成型有非圆齿轮机构小齿轮2；
[0026]所述下肢机构包括小腿杆8、安装于小腿杆8下端的足部、固定于小腿杆8上端的齿轮连接架14和固定于齿轮连接架14中部用于固定安装所述电机的电机安装架12；所述齿轮连接架14的上端一体成型有与所述非圆齿轮机构大齿轮9啮合的非圆齿轮机构小齿轮2；
[0027]所述无刷电机11以输出轴朝下的方式固定于电机安装架12内并与所述小腿杆8保持同轴，无刷电机11的输出轴通过联轴器与小同步带轮13的轮轴连接，小同步带轮13的轮轴通过深沟球轴承支承于小腿杆8上端；所述电机安装架12外侧固定安装有丝杠安装架6；所述丝杠5通过深沟球轴承支承于丝杠安装架6，其下端固定安装有大同步带轮7；所述滑块
4通过螺纹配合连接于丝杠5以实现螺旋传动；所述连杆组包括连杆Ⅰ3和连杆Ⅱ10；所述连杆Ⅰ3一端铰接于大腿连接件1，另一端铰接于滑块4；所述连杆Ⅱ10一端铰接于非圆齿轮机构小齿轮2，另一端铰接于电机安装架12；所述连杆Ⅰ3为两根且分设在滑块4和非圆齿轮机构小齿轮2的两侧，均通过销轴铰接；所述滑块4通过连杆Ⅰ3带动非圆齿轮机构小齿轮2机构转动；所述连杆Ⅱ10也为两根，并分设在非圆齿轮机构小齿轮2与电机安装架12的两侧，均通过销轴铰接；所述连杆Ⅱ10通过一端铰接在电机安装架12上起到对非圆齿轮机构小齿轮2限位的作用，通过机械限位确保非圆齿轮机构小齿轮2机与非圆齿轮机构大齿轮9的啮合转动范围。所述非圆齿轮机构大齿轮9连接架与下肢机构的小腿杆8固定，为非圆齿轮机构提供稳定的啮合支撑。
[0028]所述无刷电机11输出的动力依次通过小同步带轮13和大同步带轮7传递至丝杠5，以驱动丝杠5绕自身轴线转动，进而推动滑块4沿丝杠5轴线做直线运动，实现连杆Ⅰ3带动非圆齿轮机构小齿轮2与非圆齿轮机构大齿轮9的啮合转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，其特征在于：包括大腿连接件、丝杠、滑块、连杆组、电机和下肢机构；所述丝杠由电机驱动转动；所述滑块通过螺纹配合连接于丝杠以实现螺旋传动；所述连杆组包括铰接于滑块与大腿连接件之间的连杆Ⅰ和铰接于大腿连接件与下肢机构之间的连杆Ⅱ；所述大腿连接件固定设有非圆齿轮机构小齿轮，所述下肢机构固定设有与所述非圆齿轮机构小齿轮啮合的非圆齿轮机构大齿轮。2.根据权利要求1所述的基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，其特征在于：所述电机通过同步带传动机构驱动丝杠转动。3.根据权利要求1所述的基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，其特征在于：所述下肢机构包括小腿杆、固定于小腿杆上的齿轮连接架和固定于齿轮连接架上用于固定安装所述电机的电机安装架；所述非圆齿轮机构大齿轮设置于齿轮连接架上端。4.根据权利要求1所述的基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置，其特征在于：所述非圆齿轮机构大齿轮的节曲线与人体膝关节转动理想曲线形状一致。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙园喜，高凯强，陈晓红，柏龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：