【技术实现步骤摘要】
本技术涉及医疗康复助力器械，尤其涉及一种助力关节结构及采用该结构的外骨骼装置。
技术介绍
1、人口老龄化问题是世界各国高度关注问题之一，而随着老龄化现象的不断加剧，生理机能老化或脑卒等疾病导致的下肢功能衰退给高龄人群的生活带来了巨大困扰。现有的医疗资源和传统康复器械已经无法满足他们对健康的需求。因此，市场迫切需要一种装置，能够增强他们的下肢运动能力，并辅助进行科学的康复训练。
2、随着现代科技的不断进步和人们对健康需求的提高，下肢外骨骼机器人技术在近年来取得了显著的发展。下肢外骨骼机器人是一种智能穿戴装置，通过与人体协同运动来辅助行走，减少疲劳和损伤，提高身体机能。此外，下肢外骨骼技术在军事、工业生产等领域也具有广阔的发展前景。
3、目前外骨骼机器人研发生产成本较高，在整体结构设计方面，大多集中在髋关节、膝关节和踝关节的一体化设计，在增加成本的同时，对某些特殊需求患者来说多关节一体化装置复杂且难以控制；且在驱动装置方面，大多采用多电机驱动，结构复杂也增加了控制难度的问题。
技术实现思路
1、本技术提供了一种助力关节结构及采用该助力组件的外骨骼装置，解决了现有技术中存在的问题。
2、为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案是：
3、一种助力关节结构，经腰部驱动组件驱动，包括助力组件和膝关节组件，所述助力组件包括拉动套索及人工肌肉，拉动套索的顶端与腰部驱动组件的输出端相连，拉动套索的底端与膝关节组件相连；所述人工肌肉包括夹头导向支架、连接
4、所述膝关节组件包括大腿固定板、膝关节轴、套索挡板、第一套索盘、角度传感器和小腿活动杆；大腿固定板包括第一大腿板和第二大腿板，膝关节轴设于第一、第二大腿板之间，第二大腿板底部固定套设于膝关节轴上，在膝关节轴外侧固定套接套索挡板，第二大腿板顶部与上臂底部固接；在膝关节轴外部连接角度传感器，在角度传感器的转轴上靠近套索挡板一侧设第一套索盘，在第一套索盘外侧固接小腿活动杆。
5、进一步地，所述膝关节组件还包括大腿盖板和小腿盖板，在膝关节轴和角度传感器的转轴上套接所述小腿盖板，小腿盖板与小腿活动杆相连；膝关节轴的一端转动相连于所述第一大腿板上；所述大腿盖板包覆人工肌肉并转动连接于膝关节转轴和角度传感器的转轴之间。
6、进一步地，角度传感器的转轴与膝关节轴同轴连接。
7、进一步地，角度传感器的转轴外端经小腿盖板的侧壁支撑。
8、进一步地，所述人工肌肉设于膝关节组件的大腿盖板内侧。
9、进一步地，在身体两侧对称设置上述联动的助力组件和膝关节组件。
10、进一步地，所述拉动套索包括鲍登线芯和设于鲍登线芯外侧的鲍登线套，拉动套索设置两组，各组拉动套索由与腰部驱动组件相连的上拉动套索和与膝关节组件相连的下拉动套索组成，上、下拉动套索分别与所述人工肌肉相连。
11、进一步地，在人体两侧的助力关节结构上均设置上述两组拉动套索。
12、进一步地，上、下拉动套索均包括两条鲍登线。
13、进一步地，所述夹头导向支架包括设于上臂上的上座和下座，在上座和下座之间并联设置所述钢棒，在钢棒外侧套接弹簧，钢棒及其上的弹簧在夹头导向支架的两侧两两相对设置，在同侧的两弹簧顶部外侧设置所述连接件，连接件经螺栓紧固，在各连接件内侧固定相互连接的扭转件和模拟夹头，同侧的两条上拉动套索分别穿过上座、连接件和下座设置，在下座底端设置套管，同侧的两上拉动套索在套管内固连；在各连接件底部均固定一下拉动套索，各下拉动套索向下绕过并固定于膝关节组件的第一套索盘上。
14、进一步地，连接件内的扭转件及模拟夹头设置，方便上、下拉动套索动作过程中的平稳和顺畅。
15、进一步地，各下拉动套索的底端经套索固定块固定于第一套索盘上设置的绕线凹槽内，各下拉套索的顶端经套索固定块固定于所述连接件底部。
16、进一步地，在腰部驱动组件底部设置套索夹具，上拉动套索的上部穿过所述套索夹具设置。
17、进一步地，所述腰部驱动组件包括外壳，在外壳内设驱动电机、传动组件和执行组件，所述驱动电机经传动组件与执行组件传动相连；传动组件包括对称设于驱动电机的输出端两侧的两套齿轮传动组件和套索拉动机构；执行组件包括设于各套索拉动机构端部的上拉动套索，同侧的两上拉动套索在驱动电机驱动传动组件时，在人工肌肉的夹头导向支架上移动并经连接件带动两下拉动套索和第一套索盘动作。
18、进一步地，各上拉动套索穿过人工肌肉的夹头导向支架，经连接件实现弹簧分别拉伸和收缩，进而带动下拉动套索拉动第一套索盘转动，小腿活动板随第一套索盘动作，实现对单侧膝关节组件的牵动。
19、进一步地，在外壳内还设置pcba主控制板，在pcba主控制板后侧设置调速器，pcba主控制板与驱动电机及调速器电连接。
20、进一步地，所述调速器为c620无刷电机调速器。
21、进一步地，所述驱动电机经一减速机与一第一锥齿轮相连，在第一锥齿轮两侧设置所述齿轮传动组件；所述齿轮传动组件包括与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮和第三锥齿轮，第二锥齿轮和第三锥齿轮分别连接锥齿轮轴；在各锥齿轮轴上设置第一直齿轮，在锥齿轮轴上方的外壳内设置直齿轮轴，在直齿轮轴上设置与所述第一直齿轮啮合的第二直齿轮；
22、所述套索拉动机构包括设于第二直齿轮外侧的直齿轮轴上的牙嵌式离合器、扭簧和第二套索盘，在第二套索盘上设置上拉动套索；所述牙嵌式离合器一侧与第二直齿轮相连接，牙嵌式离合器另一侧与扭簧的一侧连接，扭簧的另一侧与第二套索盘相连；设于同一第二套索盘上的两条上拉动套索的顶端经套索固定块与第二套索盘上设置的绕线凹槽固定，上拉动套索的底端向下穿出外壳穿过人工肌肉设置。
23、进一步地，牙嵌式离合器在啮合、非啮合状态下，实现驱动电机传动第二直齿轮转动时，带动或不带动与牙嵌式离合器另一侧相连的第二套索盘的转动。
24、进一步地，在直齿轮轴的两端及锥齿轮轴的外端均设置轴承。
25、进一步地，牙嵌式离合器可采用电磁式、机械式、气动式、液压式操纵结构控制。
26、进一步地，在其中一锥齿轮轴外端的轴承外侧连接电池组。
27、进一步地，在外壳内设置两竖向隔板，两竖向隔板对称设于所述驱动电机的两侧；所述直齿轮轴的一端与竖向隔板相连，直齿轮轴的另一端与外壳侧壁相连；所述锥齿轮轴与竖向隔板相连；在外壳内底部还设置所述套索夹具，套索夹具用于使第二套索盘上的上拉动套索穿过并连接人工肌肉。
28、进一步地，所述套索夹具为4个，4个套索夹具两两对称设于外壳内左、右两侧，同侧的两套索夹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种助力关节结构，经腰部驱动组件驱动，其特征在于，包括助力组件和膝关节组件，所述助力组件包括拉动套索及人工肌肉，拉动套索的顶端与腰部驱动组件的输出端相连，拉动套索的底端与膝关节组件相连；所述人工肌肉包括夹头导向支架、连接件、钢棒、弹簧和上臂，钢棒设于夹头导向支架上，夹头导向支架与上臂相连，弹簧的顶端经连接件固定，弹簧的底端与夹头导向支架底部相连；拉动套索在腰部驱动组件驱动下，穿过人工肌肉并实现对单侧膝关节组件的牵动，牵动过程中，人工肌肉起到对膝关节动作的缓冲作用；
2.根据权利要求1所述的助力关节结构，其特征在于，所述拉动套索包括鲍登线芯和设于鲍登线芯外侧的鲍登线套，拉动套索设置两组；各组拉动套索由与腰部驱动组件相连的上拉动套索和与膝关节组件相连的下拉动套索组成，上、下拉动套索分别与所述人工肌肉相连。
3.根据权利要求2所述的助力关节结构，其特征在于，所述夹头导向支架包括设于上臂上的上座和下座，在上座和下座之间并联设置所述钢棒，在钢棒外侧套接弹簧，钢棒及其上的弹簧在夹头导向支架的两侧两两相对设置，在同侧的两弹簧顶部外侧设置所述连接件，各连接件经螺栓紧固
4.根据权利要求2所述的助力关节结构，其特征在于，所述腰部驱动组件包括外壳，在外壳内设驱动电机、传动组件和执行组件，所述驱动电机经传动组件与执行组件传动相连；传动组件包括对称设于驱动电机的输出端两侧的两套齿轮传动组件和套索拉动机构；执行组件包括设于各套索拉动机构端部的上拉动套索，同侧的两上拉动套索在驱动电机驱动传动组件时，在人工肌肉的夹头导向支架上移动并经连接件带动两下拉动套索和第一套索盘动作。
5.根据权利要求4所述的助力关节结构，其特征在于，所述驱动电机经一减速机与一第一锥齿轮相连，在第一锥齿轮两侧设置所述齿轮传动组件；所述齿轮传动组件包括与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮和第三锥齿轮，第二锥齿轮和第三锥齿轮分别连接锥齿轮轴；在各锥齿轮轴上设置第一直齿轮，在锥齿轮轴上方的外壳内设置直齿轮轴，在直齿轮轴上设置与所述第一直齿轮啮合的第二直齿轮；
6.根据权利要求5所述的助力关节结构，其特征在于，在外壳内设置两竖向隔板，两竖向隔板对称设于驱动电机的两侧；所述直齿轮轴的一端与竖向隔板相连，直齿轮轴的另一端与外壳侧壁相连；所述锥齿轮轴与竖向隔板相连；在外壳内底部还设置套索夹具，套索夹具用于使第二套索盘上的上拉动套索穿过并连接人工肌肉。
7.根据权利要求1所述的助力关节结构，其特征在于，在靠近套索挡板一侧的角度传感器的转轴上设第一滚动轴承，在第一滚动轴承外侧套设所述第一套索盘，在小腿活动杆外侧设置第二滚动轴承。
8.一种外骨骼装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的助力关节结构。
9.根据权利要求8所述的外骨骼装置，其特征在于，在腰部驱动组件的后侧设置腰部柔性绑带和背部柔性绑带，在大腿固定板内侧设置大腿穿戴件，在小腿盖板内侧设置小腿穿戴件。
...【技术特征摘要】
1.一种助力关节结构，经腰部驱动组件驱动，其特征在于，包括助力组件和膝关节组件，所述助力组件包括拉动套索及人工肌肉，拉动套索的顶端与腰部驱动组件的输出端相连，拉动套索的底端与膝关节组件相连；所述人工肌肉包括夹头导向支架、连接件、钢棒、弹簧和上臂，钢棒设于夹头导向支架上，夹头导向支架与上臂相连，弹簧的顶端经连接件固定，弹簧的底端与夹头导向支架底部相连；拉动套索在腰部驱动组件驱动下，穿过人工肌肉并实现对单侧膝关节组件的牵动，牵动过程中，人工肌肉起到对膝关节动作的缓冲作用；
2.根据权利要求1所述的助力关节结构，其特征在于，所述拉动套索包括鲍登线芯和设于鲍登线芯外侧的鲍登线套，拉动套索设置两组；各组拉动套索由与腰部驱动组件相连的上拉动套索和与膝关节组件相连的下拉动套索组成，上、下拉动套索分别与所述人工肌肉相连。
3.根据权利要求2所述的助力关节结构，其特征在于，所述夹头导向支架包括设于上臂上的上座和下座，在上座和下座之间并联设置所述钢棒，在钢棒外侧套接弹簧，钢棒及其上的弹簧在夹头导向支架的两侧两两相对设置，在同侧的两弹簧顶部外侧设置所述连接件，各连接件经螺栓紧固，在各连接件内侧固定相互连接的扭转件和模拟夹头，同侧的两条上拉动套索分别穿过上座、连接件和下座设置，在下座底端设置套管，同侧的两上拉动套索在套管内固连；在各连接件底部均固定一下拉动套索，各下拉动套索向下绕过并固定于膝关节组件的第一套索盘上。
4.根据权利要求2所述的助力关节结构，其特征在于，所述腰部驱动组件包括外壳，在外壳内设驱动电机、传动组件和执行组件，所述驱动电机经传动组...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟豪，周涛，汪红亮，尤国胜，董立杰，王正宇，
申请(专利权)人：马鞍山市人民医院，
类型：新型
国别省市：
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