一种柔性膝关节外骨骼.pdf

(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CN108852746A(43)申请公布日2018.11.23(21)申请号201810462666.7(22)申请日2018.05.15(71)申请人刘方圆地址261061山东省潍坊市奎文区高新区凤凰山庄19号楼一单元601(72)发明人焦彪彪(51)Int.Cl.A61H1/02(2006.01)B25J9/14(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种柔性膝关节外骨骼(57)摘要本发明涉及一种医疗器械或机器人工业，具体涉及一种辅助用户行走的柔性膝关节外骨骼,主体分为柔性驱动模块和踝关节旋转驱动补偿模块，两模块共用一个机架，构成了具有柔性驱动和位移补偿功能的膝关节外骨骼，可以实现膝关节柔性驱动、小腿骨架位移补偿、踝关节旋转补偿的功能。柔性驱动模块由液压驱动杆和弹性关节构成，其中弹性关节由步进电机、滑动轴、机架、前弹簧、滑动蜗杆、涡轮、后弹簧、端盖和大腿骨架构成；踝关节旋转驱动补偿模块由机架、直线油缸、推力杆、小腿骨架、滑动销、滑动轴承、铰链一、铰链二、铰链三、支撑器和推力杆构成。CN108852746ACN108852746A权利要求书1/1页1.一种柔性膝关节外骨骼，其特征在于，具有柔性驱动模块，所述柔性驱动模块由液压驱动杆和弹性关节构成，其中弹性关节由步进电机、滑动轴、机架、前弹簧、滑动蜗杆、涡轮、后弹簧、端盖和大腿骨架构成，滑动轴、前弹簧、滑动蜗杆、涡轮、后弹簧均位于机架内部，步进电机连接滑动轴，滑动轴外表面具有花键，滑动蜗杆通过花键滑动装配在滑动轴上，并与涡轮啮合产生扭矩，滑动蜗杆两端安装有前弹簧和后弹簧，所述前弹簧和后弹簧均用螺母固定，涡轮通过两侧的端盖利用滚珠夹紧安装在机架上，大腿骨架通过头部的夹紧机构固定在涡轮的输出轴两端。2.根据权利要求1所述的柔性膝关节外骨骼，其特征在于，还具有踝关节旋转驱动补偿模块，所述踝关节旋转驱动补偿模块由机架、直线油缸、推力杆、小腿骨架、滑动销、滑动轴承、铰链一、铰链二、铰链三、支撑器和推力杆构成，其中直线油缸装配在小腿骨架内部，其末端通过铰链二固定在机架上，直线油缸连接推力杆，推力杆的头部通过螺旋齿与小腿骨架内部的螺旋槽啮合；小腿骨架外部具有环形滑槽，所述滑动轴承安装在小腿骨架的环形滑槽内；所述支撑器分别通过铰链一和铰链三与机架和滑动轴承连接；小腿骨架上还设有弧形滑槽，所述滑动销设置在直线油缸的尾部，与所述弧形滑槽配合形成凸轮机构。2CN108852746A说明书1/5页一种柔性膝关节外骨骼技术领域[0001]本发明涉及一种医疗器械或机器人工业，具体涉及一种辅助用户行走的柔性膝关节外骨骼。背景技术[0002]人类依靠自身身体条件所能承受负重很有限，并且在有较大负重的同时要能够比较灵活的行动显得尤为困难，在外加助力的帮助下，这种情况可以得到很大程度的改善。外骨骼系统是一个极好的选择。在医疗方面，鉴于我国人口老年化趋势明显，同时也有相当数量的伤残人士。他们的行动能力受到了极大限制，外骨骼系统无疑可以解决这个问题；其能发挥机械能量动力的优势，辅助人类完成自身无法完成的任务。为人类提供了身体支撑、保护、助力。外骨骼机器人发展迅速，很多康复医疗外骨骼机器人已经在商业化发展，但外骨骼技术要在工业、民用、医疗上取得广泛使用，需要解决很多技术难题，如外骨骼的大腿部件和小腿部件相对弯曲时，小腿部件会产生侧向人体的转矩，若小腿部件长度无法改变，则必须有一个力平衡掉转矩；膝关节部位的驱动方式问题；踝关节的旋转补偿问题等。如何让外骨骼系统与人体完美协调统一、控制柔顺以及穿戴方便，将是未来外骨骼机器人发展需要克服的难题。发明内容[0003]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多级助力的混合柔性驱动的外骨骼，以实现膝关节柔性驱动、小腿骨架位移补偿、踝关节旋转补偿的功能。[0004]本发明采用的技术方案是：主体分为柔性驱动模块和踝关节旋转驱动补偿模块；两模块共用一个机架，构成了具有柔性驱动和位移补偿功能的膝关节外骨骼。柔性驱动模块由液压驱动杆和弹性关节构成，其中弹性关节由步进电机、滑动轴、机架、前弹簧、滑动蜗杆、涡轮、后弹簧、端盖和大腿骨架构成，滑动轴、前弹簧、滑动蜗杆、涡轮、后弹簧均位于机架内部，步进电机连接滑动轴，滑动轴外表面具有花键，滑动蜗杆通过花键滑动装配在滑动轴上，并与涡轮啮合产生扭矩，滑动蜗杆两端安装有前弹簧和后弹簧，所述前弹簧和后弹簧均用螺母固定，涡轮通过两侧的端盖利用滚珠夹紧安装在机架上，大腿骨架通过头部的夹紧机构固定在涡轮的输出轴两端。步进电机驱动滑动轴转动带动滑动蜗杆转动，进而驱动涡轮产生转矩驱动大腿骨架。柔性驱动模块是由液压驱动杆和弹性关节构成混合驱动模式，液压驱动杆为非自锁液