一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115836934A(43)申请公布日2023.03.24(21)申请号202210856610.6(22)申请日2022.07.20(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人孙园喜高凯强陈晓红柏龙(74)专利代理机构深圳泛航知识产权代理事务所(普通合伙)44867专利代理师邓爱军(51)Int.Cl.A61F2/60(2006.01)A61F2/64(2006.01)A61F2/70(2006.01)A61F2/66(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置(57)摘要本发明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。CN115836934ACN115836934A权利要求书1/1页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.根据权利要求3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。6.根据权利要求3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。7.根据权利要求3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。8.根据权利要求3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。9.根据权利要求3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：所述非圆齿轮机构小齿轮与大腿连接件之间的连接部分为中空结构。2CN115836934A说明书1/3页一种基于人体膝关节结构的仿生外骨骼装置技术领域[0001]本发明属于仿生外骨骼技术领域，具体涉及一种高效率高仿生性轻质的外骨骼装置。背景技术[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]本发明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，发明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。发明内容[0004]本发明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