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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111452026A(43)申请公布日2020.07.28(21)申请号202010417556.6(22)申请日2020.05.18(71)申请人南京杨树穿戴智能科技有限公司地址210000江苏省南京市江北新区长芦街道宁六路606号(72)发明人杨小龙(74)专利代理机构北京卓特专利代理事务所(普通合伙)11572代理人段宇(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J17/02(2006.01)A61H3/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种被动膝关节外骨骼(57)摘要本发明公开了一种被动膝关节外骨骼,包括膝关节组件、踝关节组件和穿戴于腰间的腰带,所述膝关节组件与踝关节组件通过转轴相连接,所述腰带上设有两个吊带,两个所述吊带分别与两个对称的大腿杆的上端设有的吊带槽相固定连接,所述膝关节组件包括大腿凸轮、大腿杆和小腿杆,所述大腿杆的下端、大腿凸轮的圆心处和小腿杆的上端均设有大小相同的通孔,依次通过膝关节转轴活动连接实现一定弧度内的旋转运动,所述大腿凸轮的环形边缘设有限位槽。本发明具有外骨骼的助力可以通过机构综合和优化,模拟出人体膝关节的生物力学特性,实现最佳助力效果,以主动辅助变为被动支撑,更加具有舒适感。CN111452026ACN111452026A权利要求书1/2页1.一种被动膝关节外骨骼,包括膝关节组件、踝关节组件和穿戴于腰间的腰带(1),其特征在于,所述膝关节组件与踝关节组件通过转轴相连接,所述腰带(1)上设有两个吊带(2),两个所述吊带(2)分别与两个对称的大腿杆(4)的上端设有的吊带槽(301)相固定连接,所述膝关节组件包括大腿凸轮(5)、大腿杆(4)和小腿杆(12),所述大腿杆(4)的下端、大腿凸轮(5)的圆心处和小腿杆(12)的上端均设有大小相同的通孔,依次通过膝关节转轴(11)活动连接实现一定弧度内的旋转运动,所述大腿凸轮(5)的环形边缘设有限位槽。2.根据权利要求1所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述大腿杆(4)的中端还设有大腿支撑板(301)和大腿绑带(3)。3.根据权利要求1所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述小腿杆(12)还设有小腿杆支撑板(1201)和移动限位孔(1202),所述小腿杆(12)的一侧连接阻尼器(8),所述阻尼器(8)包括推杆(13)和硬质弹簧(6),所述推杆(13)的上端设有滑块,与所述小腿杆(12)内侧开设的滑槽相适配使得推杆(13)实现上下往复运动;所述硬质弹簧(6)的顶端还设有球体的凸块。4.根据权利要求1或3所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述凸块设置在所述大腿凸轮(5)的限位槽内且紧邻所述限位槽的边缘轨迹移动。5.根据权利要求3所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述推杆(13)的下端与脚踏板(10)通过踝关节转轴(9)相连接。6.根据权利要求1所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述膝关节组件的刚度变化系数为其中,k是膝关节外骨骼的刚度,θ是膝关节转角,μ是助力比例,根据需要设定。7.根据权利要求1所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述的大腿凸轮(5)的运动轨迹满足下述条件K=kδe,其中,根据弹簧压缩量δ,弹簧刚度k和凸轮偏心距e。8.根据权利要求1所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,当偏心距一定的情况下,弹簧压缩量的运动轨迹如下:2CN111452026A权利要求书2/2页由给定弹簧刚度k和偏心距e的定值时,大腿凸轮(5)的轮廓参数δ1、δ2和δ3。9.根据权利要求1所述的一种被动膝关节外骨骼,其特征在于,所述弹簧(6)和阻尼器(8),所述弹簧(6)的凸块到小腿杆的距离与凸轮偏心距相等,阻尼器的相对运动方向与弹簧的伸缩方向相同。3CN111452026A说明书1/4页一种被动膝关节外骨骼技术领域[0001]本发明属于外骨骼机器人领域,具体涉及到一种被动膝关节外骨骼。背景技术[0002]膝关节外骨骼具有增强正常人运动时的负载能力、防止肌肉疲劳等方面的作用,也可以辅助下肢受损人群的正常行走,防止膝关节炎等疾病的恶化。尽管已有很多不同的膝关节外骨骼被开发出来,但是上述的根本目标仍没有被很好地实现,阻碍了膝关节外骨骼的产业化。现有的膝关节外骨骼按照能量来源可以分为主动和被动式两类。[0003]主动外骨骼的研发涉及能源、驱动、传感、机构设计、控制算法等方面,这类外骨骼的优点是可以通过改变控制律让外骨骼生成任意形式的辅助力矩,但是也具有很多缺陷,包含成本高,重量大,使用时间短,受限于电池技术。[0004]人体膝关节在行走和下蹲过程中体现出分段线性变刚度的特性,目前仍没有被动膝关节外骨骼能实现这种特性。特