基于柔性驱动器的踝关节假肢.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CN107349036A(43)申请公布日2017.11.17(21)申请号201710468178.2(22)申请日2017.06.20(71)申请人南京工程学院地址211167江苏省南京市江宁科学园弘景大道1号(72)发明人韩亚丽朱松青沈培吴振宇张猛(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人王素琴(51)Int.Cl.A61F2/66(2006.01)B25J9/00(2006.01)A61F2/68(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称基于柔性驱动器的踝关节假肢(57)摘要本发明提供一种基于柔性驱动器的踝关节假肢，包括外部框架、踝关节主驱动电机、曲柄摇杆机构、丝杆滚珠传动机构、锥齿轮传动机构、滑块驱动电机驱动锥齿轮传动机构，并带动曲柄摇杆机构运动，曲柄摇杆机构运动时带动滑块压缩弹簧，使弹簧产生弹性形变，从而使踝关节获得弹性势能，实现踝关节屈伸；同时丝杆电机驱动丝杆转动，滚珠作前移运动压缩弹簧，增大弹簧弹性形变，提高弹簧预紧力得以适应在不同行走模式下切换驱动模式。本发明采用主被动相结合的方式，充分利用弹簧在行走阶段储能、释能的功能，实现脚踝屈伸，主动驱动电机仅在适时阶段实施驱动，具有低功耗的特点。CN107349036ACN107349036A权利要求书1/1页1.一种基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：所述踝关节假肢包括外部框架、曲柄摇杆机构、丝杆滚珠传动机构、锥齿轮传动机构（2）、滑块（7）、踝关节主驱动电机（1），所述丝杆滚珠传动机构包括弹簧（9），所述踝关节主驱动电机（1）驱动锥齿轮传动机构（2）并带动曲柄摇杆机构运动，曲柄摇杆机构运动时带动滑块（7）压缩所述弹簧（9），使所述弹簧（9）产生弹性形变，从而使踝关节获得弹性势能，实现踝关节屈伸。2.如权利要求1所述基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：所述外部框架由脚底板（10）、小基座（11）、大基座（12）、核心外壳（13）以及主电机支撑上板（22）组成，所述踝关节主驱动电机（1）设置在所述主电机支撑上板（22）上。3.如权利要求1所述基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：曲柄摇杆机构由力臂a（21）和连杆a（5）连接，力臂b（3）和连杆b（6）连接而成。4.如权利要求1所述基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：丝杆滚珠传动机构由所述弹簧（9）串联丝杆（4），滚珠（8）以及丝杆电机（15）组合而成，丝杆（4）的顶端与丝杆电机（15）相连，所述丝杆电机（15）驱动所述丝杆（4）转动。5.如权利要求1所述基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：所述锥齿轮传动机构（2）由锥齿轮A（18）和锥齿轮B（17）啮合而成，所述锥齿轮A（18）通过键槽与关节轴a（19）连接，所述关节轴a（19）与外部框架通过螺纹连接，关节轴a（19）通过轴承与力臂a（21）连接，所述主驱动电机（1）驱动锥齿轮B（17）转动，锥齿轮A（18）静止，锥齿轮B（17）在锥齿轮A（18）上啮合转动时带动曲柄摇杆机构转动。6.如权利要求2或3所述基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：核心外壳（13）与力臂b（3）通过关节轴b（14）连接，关节轴b（14）与力臂b（3）通过轴承连接。7.如权利要求4所述的基于柔性驱动器的踝关节假肢，其特征在于：在正常的行走情况下，踝关节主驱动电机（1）工作；在行走模式切换，到平地行走变为楼梯行走，丝杆电机（15）驱动丝杆（4）转动，滚珠（8）在丝杆（4）上向前滑动压缩弹簧，改变弹簧（9）的形变量，以便对弹簧（9）进行预紧力调整，改变系统刚度，为行走提供额外的能量。2CN107349036A说明书1/4页基于柔性驱动器的踝关节假肢技术领域[0001]本发明属于机器人领域,具体的说是涉及一种踝关节假肢，特别涉及一种基于柔性驱动器的踝关节假肢。背景技术[0002]早期的假肢多采用一些简单的弹性结构被动的辅助截肢患者行走，随着微电子技术、计算机控制技术及传感器技术的发展及相互融合，人们尝试在早期的踝关节假肢的基础上恢复人体踝关节的主动摆动的功能，制造出能够实现任意步态轨迹的踝关节假肢，这种假肢一般由电机作为驱动装置，通过控制算法实现对穿戴者的运动协调，称为主动式假肢。尽管主动式假肢能有效的辅助截肢者实现行走运动，但这类假肢也存在能量消耗大，效率不高，步态不自然，对驱动器的性能要求较高等缺陷。人体的肌肉骨骼系统在长期的自然进化中，形成了卓越非凡的运动控制能力。人体在进行各种动作中而遇到外界环境模式变化时，肌肉的粘弹性特征使得肌肉带动关节做出灵活的调整以适应外部环境的变化，也就是肌肉具有调节其刚度以适应环境变化的能力，而假肢要实现与使用者良好匹配，也应