一种轻量化下肢康复外骨骼制造技术

本发明专利技术涉及医疗保健康复器械的技术领域，更具体地，涉及一种轻量化下肢康复外骨骼，包括腰部固定组件及设置于腰部固定组件两侧的外骨骼组件，外骨骼组件包括髋关节运动组件、大腿连杆组件、膝关节运动组件、小腿连杆组件、踝关节组件，髋关节运动组件与腰部固定组件连接，大腿连杆组件连接于髋关节运动组件与膝关节运动组件之间，小腿连杆组件连接于膝关节运动组件与踝关节组件之间；外骨骼还包括鲍登线传动机构，腰部固定组件安装有驱动机构，驱动机构的输出轴连接有共轭凸轮，鲍登线传动机构连接于共轭凸轮与小腿连杆组件之间。本发明专利技术中，鲍登线与共轭凸轮相配合，使得鲍登线时刻处于张紧状态，提高系统的传动效率和启动速度，保证传动过程的稳定性。保证传动过程的稳定性。保证传动过程的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化下肢康复外骨骼


[0001]本专利技术涉及医疗保健康复器械的
，更具体地，涉及一种轻量化下肢康复外骨骼。

技术介绍

[0002]在现有的外骨骼技术中，通过传动线进行动力传输的下肢外骨骼存在以下问题：驱动部件与传动部件的数量及重量并未得到实质性的减少与降低，难以保证其轻量化设计问题；传动线传动的下肢外骨骼难以保证其传动性符合个体的运动参数，即难以保证传动过程的高顺应性问题；传动系统刚度过大，传动线柔性不足导致的拉力骤增引起的运动损伤等安全性问题；传动线张紧度不足，传动线与人体膝关节传动角度的对应性与人体运动的协调性不足导致的传动效率低，启动速度慢，稳定性差，难以保证其动态特性等问题。
[0003]中国专利CN109227521A公开了一种被动储能式重力支撑下肢外骨骼，包括腰部支撑组件及对称设置于所述腰部支撑组件两侧的两下肢外骨骼组件，所述下肢外骨骼组件包括通过髋关节运动组件与所述腰部支撑组件连接的股骨支撑杆、与所述股骨支撑杆通过膝关节运动组件连接的胫骨支撑杆、与所述胫骨支撑杆通过踝关节运动组件连接的足底支撑板组件、髋关节储能组件、膝关节储能组件及踝关节储能组件。该方案中，通过关节主动运动拉动拉绳，从而压缩无级变刚度弹簧储能元件进行储能，在一个步态周期内释放储存的能量辅助带动关节运动，但拉绳张紧度不足，导致系统启动速度慢，稳定性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轻量化下肢康复外骨骼，使传动线时刻处于张紧状态，提高了传动效率和启动速度，传动稳定。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]提供一种轻量化下肢康复外骨骼，包括腰部固定组件及设置于所述腰部固定组件两侧的外骨骼组件，所述外骨骼组件包括髋关节运动组件、大腿连杆组件、膝关节运动组件、小腿连杆组件、踝关节组件，所述髋关节运动组件与所述腰部固定组件连接，所述大腿连杆组件连接于所述髋关节运动组件与所述膝关节运动组件之间，所述小腿连杆组件连接于所述膝关节运动组件与踝关节组件之间；外骨骼组件还包括鲍登线传动机构，所述腰部固定组件安装有驱动机构，所述驱动机构的输出轴连接有共轭凸轮，所述鲍登线传动机构连接于所述共轭凸轮与所述小腿连杆组件之间。
[0007]本专利技术的轻量化下肢康复外骨骼，通过鲍登线传动机构将驱动力矩传递至膝关节运动组件，实现下肢的屈曲伸展运动，鲍登线传动机构与共轭凸轮连接，驱动机构可驱动共轭凸轮运动，带动鲍登线传动机构的传动线缠绕共轭凸轮进行拉紧，使传动线时刻处于张紧状态，提高传动效率和启动速度，且共轭凸轮可以依据不同的个体参数进行设计，保证鲍登线传动机构在传动过程中的传动符合人体的运动参数，实现人机运动的高顺应性。本专利技术的下肢外骨骼传动效率高、启动速度快、传动稳定，且能实现人机运动的高顺应性。
[0008]进一步地，所述鲍登线传动机构包括屈曲传动线和伸展传动线，所述共轭凸轮包括同轴连接的第一凸轮和第二凸轮，所述屈曲传动线的一端和伸展传动线的一端分别连接第一凸轮和第二凸轮，所述屈曲传动线的另一端和伸展传动线的另一端分别连接小腿连杆组件。
[0009]进一步地，所述屈曲传动线包括与第一凸轮连接的第一屈曲线及与小腿连杆组件连接的第二屈曲线，所述第一屈曲线与第二屈曲线之间连接有屈曲储能组件。
[0010]进一步地，所述伸展传动线包括与第二凸轮连接的第一伸展线及与小腿连杆组件连接的第二伸展线，所述第一伸展线与第二伸展线之间连接有伸展储能组件。
[0011]进一步地，所述屈曲储能组件和伸展储能组件均为滑块弹簧组件，所述滑块弹簧组件包括第一挡块、第二挡块、连接柱和弹簧，所述连接柱的两端分别与第一挡块和第二挡块连接，所述弹簧缠绕于所述连接柱的外周，所述弹簧的两端分别连接于所述第一挡块和第二挡块；所述第一屈曲线的另一端穿过所述屈曲储能组件的第一挡块与第二挡块连接，第一伸展线的另一端穿过伸展储能组件的第一挡块与第二挡块连接，所述第二屈曲线的一端穿过所述屈曲储能组件的第二挡块与所述第一挡块连接，第二伸展线的一端穿过所述伸展储能组件的第二挡块与所述第一挡块连接。
[0012]进一步地，所述小腿连杆组件固定有调节组件，所述屈曲传动线和伸展传动线分别与所述调节组件连接。
[0013]进一步地，所述鲍登线传动机构还包括设于髋关节运动组件的第一滑轮组件和位于膝关节运动组件的第二滑轮组件，所述屈曲传动线和伸展传动线均绕于第一滑轮组件和第二滑轮组件。
[0014]进一步地，所述髋关节运动组件包括与所述腰部固定组件连接的髋关节移动块及与所述髋关节移动块铰接的髋关节固定器，所述大腿连杆组件与所述髋关节固定器连接。
[0015]进一步地，所述膝关节运动组件包括大腿骨、小腿骨、直连杆和曲连杆，所述直连杆的一端和曲连杆的一端分别与大腿骨铰接，直连杆的另一端和曲连杆的另一端分别与小腿骨铰接，所述大腿骨与大腿连杆组件连接，所述小腿骨与小腿连杆组件连接。
[0016]进一步地，所述小腿骨设有若干第一通孔，所述直连杆的另一端与曲连杆的另一端分别开设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔通过柱销配合，使直连杆和曲连杆分别与小腿骨铰接。
[0017]进一步地，所述小腿骨上设有三角板，三角板开设有若干与第一通孔对应的第三通孔，所述柱销穿接于第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第二滑轮组件部分安装于三角板。
[0018]本专利技术的轻量化下肢康复外骨骼与
技术介绍
相比，产生的有益效果为：
[0019]采用共轭凸轮的设计，实现了利用单一驱动源同时控制屈曲和伸展两个动作，将屈曲控制与伸展控制合并，减少了驱动和传动部件，简化了控制传动环节，实现了外骨骼的轻量化；共轭凸轮可以依据不同的个体参数进行设计，保证鲍登线传动机构在传动过程中的传动符合人体的运动参数，实现人机运动的高顺应性；
[0020]采用鲍登线传动，和其它驱动和传动形式相比，减小了关节处的重量和尺寸，降低了转动惯量，提高了动态响应特性；
[0021]鲍登线传动机构与共轭凸轮缠绕连接，传动线时刻处于张紧状态，提高了传动效
率和启动速度，保障了传动过程的稳定；且伸展储能组件和屈曲储能组件的设置，防止传动线断裂及传动线刚度过大导致的穿戴者受伤等安全问题，保证了下肢外骨骼的传动柔性、安全性和稳定性，并能辅助人体的屈曲伸展运动，提高下肢外骨骼的传动效率；
[0022]直连杆和曲连杆与小腿骨的连接部位可调，实现对膝关节运动组件四杆结构杆长的调节，提高了膝关节处穿戴的舒适性和人机的高顺应性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中轻量化下肢康复外骨骼的立体图；
[0024]图2为本专利技术实施例中腰部固定组件与髋关节运动组件的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例中共轭凸轮在第一视角的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例中共轭凸轮在第二视角的结构示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例中滑块弹簧组件的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化下肢康复外骨骼，包括腰部固定组件(1)及设置于所述腰部固定组件(1)两侧的外骨骼组件，所述外骨骼组件包括髋关节运动组件(2)、大腿连杆组件(3)、膝关节运动组件(4)、小腿连杆组件(5)、踝关节组件(6)，所述髋关节运动组件(2)与所述腰部固定组件(1)连接，所述大腿连杆组件(3)连接于所述髋关节运动组件(2)与所述膝关节运动组件(4)之间，所述小腿连杆组件(5)连接于所述膝关节运动组件(4)与踝关节组件(6)之间；其特征在于，外骨骼组件还包括鲍登线传动机构(8)，所述腰部固定组件(1)安装有驱动机构(14)，所述驱动机构(14)的输出轴连接有共轭凸轮(15)，所述鲍登线传动机构(8)连接于所述共轭凸轮(15)与所述小腿连杆组件(5)之间。2.根据权利要求1所述的轻量化下肢康复外骨骼，其特征在于，所述鲍登线传动机构(8)包括屈曲传动线(81)和伸展传动线(82)，所述共轭凸轮(15)包括同轴连接的第一凸轮(151)和第二凸轮(152)，所述屈曲传动线(81)的一端和伸展传动线(82)的一端分别连接第一凸轮(151)和第二凸轮(152)，所述屈曲传动线(81)的另一端和伸展传动线(82)的另一端分别连接小腿连杆组件(5)。3.根据权利要求2所述的轻量化下肢康复外骨骼，其特征在于，所述屈曲传动线(81)包括与第一凸轮(151)连接的第一屈曲线(811)及与小腿连杆组件(5)连接的第二屈曲线(812)，所述第一屈曲线(811)与第二屈曲线(812)之间连接有屈曲储能组件。4.根据权利要求3所述的轻量化下肢康复外骨骼，其特征在于，所述伸展传动线(82)包括与第二凸轮(152)连接的第一伸展线(821)及与小腿连杆组件(5)连接的第二伸展线(822)，所述第一伸展线(821)与第二伸展线(822)之间连接有伸展储能组件。5.根据权利要求4所述的轻量化下肢康复外骨骼，其特征在于，所述屈曲储能组件和伸展储能组件均为滑块弹簧组件(83)，所述滑块弹簧组件(83)包括第一挡块(831)、第二挡块(832)、连接柱(833)和弹簧(834)，所述连接柱(833)的两端分别与第一挡块(831)和第二挡块(832)连接，所述弹簧(834)缠绕于所述连接柱(833)的外周，且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭小波，黄浩杰，曾勇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：