專利名稱：一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的制作方法
一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的假肢和矯形器技術(shù)中，許多的膝踝假肢和矯形器都有承重自鎖的功能， 能保證患者在進(jìn)入站立階段時(shí)保持一定的穩(wěn)定性。膝踝假肢中主要通過調(diào)節(jié)氣壓缸的阻尼系數(shù)來調(diào)整，而在矯形器中為了輕便易穿戴的效果，則采用的是機(jī)械鎖的方式。但是這些結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，在穿戴者進(jìn)入擺動(dòng)階段時(shí)，不能提供主動(dòng)擺動(dòng)的助力效果，而是只能通過訓(xùn)練利用大腿的擺動(dòng)來帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)患者行走和不同地形的適應(yīng)性帶來很大的影響。
在現(xiàn)有的外骨骼機(jī)器人技術(shù)中，大多數(shù)膝關(guān)節(jié)都是帶有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的，驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓缸和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種方式。不管是在軍事應(yīng)用的負(fù)重外骨骼，還是醫(yī)療康復(fù)應(yīng)用的外骨骼機(jī)器人中，進(jìn)入站立階段后，膝關(guān)節(jié)需要提供很大的力矩來保證穿戴者的平衡性，這樣就需要消耗更多的能源來達(dá)到負(fù)重或者康復(fù)行走的效果。而對(duì)于穿戴式的外骨骼機(jī)器人來說，能源問題恰恰是一個(gè)不可小視的問題。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，既能夠通過鎖死機(jī)構(gòu)保證站立階段穿戴者的平衡性，又能夠在擺動(dòng)階段對(duì)穿戴者產(chǎn)生助力的作用，既提高了能源的使用效率，又增強(qiáng)了患者穿戴者對(duì)不同地形的適應(yīng)性。
其技術(shù)方案如下
一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，主要包括，大腿連桿、小腿連桿、與大腿和小腿固定的連桿繃帶、膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)及限位機(jī)構(gòu)、小腿連接結(jié)構(gòu)、電機(jī)及諧波減速器、自鎖彈片、自鎖彈片卡死結(jié)構(gòu)、油壓緩沖器、自恢復(fù)扭簧
膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)及限位機(jī)構(gòu)和大腿連桿固聯(lián)在一起；
小腿連接機(jī)構(gòu)通過花鍵連接的方式和膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)連接；
膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩個(gè)面，內(nèi)側(cè)面分為兩層，靠近穿戴者的一層上有弧形槽，遠(yuǎn)離穿戴者的一層上有自鎖彈片卡死結(jié)構(gòu)；外側(cè)面連接電機(jī)及諧波減速器；
限位機(jī)構(gòu)出小腿連接機(jī)構(gòu)靠近穿戴者的一面上有凸出的圓柱型機(jī)構(gòu)和膝關(guān)節(jié)連接結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的弧形槽組成；圓柱型機(jī)構(gòu)上裝有自鎖彈片的下端裝有自恢復(fù)扭簧，自恢復(fù)扭簧的一端固定在自鎖彈片上，另一端固定在小腿連接結(jié)構(gòu)的下方圓臺(tái)上，自鎖彈片的左下端與鋼絲繩的一端固聯(lián)，鋼絲繩的另一端與小腿連桿進(jìn)行固聯(lián)，小腿連接機(jī)構(gòu)的下方圓臺(tái)與油壓緩沖器的頂桿通過連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行固聯(lián)，油壓緩沖器出頂桿和底座兩部分構(gòu)成，油壓緩沖器的底座上有調(diào)節(jié)油壓緩沖阻尼系數(shù)的旋鈕，油壓緩沖器的底座通過外螺紋的方式與小腿連桿進(jìn)行固聯(lián)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，既能夠通過鎖死機(jī)構(gòu)保證站立階段穿戴者的平衡性，又能夠在擺動(dòng)階段對(duì)穿戴者產(chǎn)生助力的作用，既提高了能源的使用效率，又增強(qiáng)了患者穿戴者對(duì)不同地形的適應(yīng)性。當(dāng)穿戴者進(jìn)入擺動(dòng)階段時(shí)，出于穿戴者小腿的重力作用，作用于小腿連桿，導(dǎo)致與小腿連桿固聯(lián)的油壓緩沖器受到重力作用而有了一小段位移，此位移距離可以通過調(diào)節(jié)油壓緩沖器的阻尼系數(shù)來進(jìn)行調(diào)整。固聯(lián)于小腿連桿的鋼絲繩拉動(dòng)自鎖彈片，自鎖彈片通過壓縮裝在其下方的自恢復(fù)扭簧， 繞小腿連接機(jī)構(gòu)上的圓柱型機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得膝關(guān)節(jié)進(jìn)入自由活動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，電機(jī)開始工作，通過諧波減速器的減速效果，提供力矩以驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，達(dá)到助力的效果。當(dāng)穿戴者進(jìn)入站立階段時(shí)，由于受到腳底反作用力的作用，鋼絲繩上的力自動(dòng)釋放，使得在擺動(dòng)階段受到壓縮的自恢復(fù)扭簧進(jìn)入自恢復(fù)狀態(tài)。自恢復(fù)扭簧儲(chǔ)存的扭矩使得自鎖彈片繞小腿連接機(jī)構(gòu)上的圓柱型機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，與膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)面遠(yuǎn)離穿戴者的一層配合，使膝關(guān)節(jié)進(jìn)入鎖死狀態(tài)。此時(shí)，電機(jī)停止工作，所有的負(fù)重及瞬時(shí)沖擊力通過膝關(guān)節(jié)傳至油壓緩沖器，在通過油壓緩沖器進(jìn)行緩沖之后傳至地面，節(jié)省了站立階段電機(jī)工作所需的能源消耗，也在受到?jīng)_擊較大的情況下起到了保護(hù)電機(jī)及穿戴者的作用。


請(qǐng)?zhí)峁?br> 圖I為本發(fā)明具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的整體示意圖2為本發(fā)明具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)部分外側(cè)剖視圖3為本發(fā)明具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)部分內(nèi)側(cè)剖視圖4為本發(fā)明具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的小腿連桿部分剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
參見圖1，一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)通過大腿和小腿的連桿及連桿繃帶1、7與人體固聯(lián)在一起，膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)及限位機(jī)構(gòu)3和大腿連桿2固聯(lián)在一起。小腿連接機(jī)構(gòu)通過花鍵9連接的方式和膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)連接，兩者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上裝有受力軸承。
膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩個(gè)面，內(nèi)側(cè)為靠近穿戴者的面，內(nèi)側(cè)面的主要功能是完成機(jī)械結(jié)構(gòu)的限位和與自鎖彈片15的結(jié)合，使膝關(guān)節(jié)具有承重自鎖功能；內(nèi)側(cè)面分為兩層，靠近穿戴者的一層上有弧形槽8，用于機(jī)械限位，遠(yuǎn)離穿戴者的一層上有自鎖彈片卡死結(jié)構(gòu)13，能使自鎖彈片15在受力的情況下鎖死膝關(guān)節(jié)；外側(cè)面連接電機(jī)及諧波減速器4，使膝關(guān)節(jié)能夠主動(dòng)驅(qū)動(dòng)達(dá)到助力效果。
限位機(jī)構(gòu)由小腿連接機(jī)構(gòu)靠近穿戴者的一面上有凸出的圓柱型機(jī)構(gòu)14和膝關(guān)節(jié)連接結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的弧形槽8組成；圓柱型機(jī)構(gòu)14上裝有自鎖彈片15，自鎖彈片15與圓柱型機(jī)構(gòu)14可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)自鎖彈片15和膝關(guān)節(jié)連接結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)面遠(yuǎn)離穿戴者的一層通過不同的配合，可以鎖死和解鎖膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)限制。自鎖彈片15的下端裝有自恢復(fù)扭簧16，自恢復(fù)扭簧16的一端固定在自鎖彈片15上，另一端固定在小腿連接結(jié)構(gòu)10的下方圓臺(tái)上， 自鎖彈片15的左下端與鋼絲繩11的一端固聯(lián)，鋼絲繩11的另一端與小腿連桿6進(jìn)行固聯(lián)。 小腿連接機(jī)構(gòu)的下方圓臺(tái)與油壓緩沖器5的頂桿12通過連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行固聯(lián)，油壓緩沖器5 出頂桿12和底座17兩部分構(gòu)成，頂桿12和底座17可以相對(duì)滑動(dòng)。油壓緩沖器5在受到?jīng)_擊力時(shí)能夠起到緩沖的作用，同時(shí)也能-小段相對(duì)位移來改變自鎖彈片15的狀態(tài)。油壓緩沖器5的底座17上有調(diào)節(jié)油壓緩沖阻尼系數(shù)的旋鈕，通過調(diào)節(jié)油壓緩沖器5的阻尼系數(shù)適應(yīng)不同的負(fù)重以及不同的穿戴者。油壓緩沖器5的底座17通過外螺紋的方式與小腿連桿6進(jìn)行固聯(lián)。
以上所述，僅為本發(fā)明最佳實(shí)施方式，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，主要包括，與大腿和小腿固定的連桿繃帶、膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)及限位機(jī)構(gòu)、小腿連接結(jié)構(gòu)、電機(jī)及諧波減速器、自鎖彈片、油壓緩沖器、自恢復(fù)扭簧 膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)及限位機(jī)構(gòu)和大腿連桿固聯(lián)在一起； 小腿連接機(jī)構(gòu)通過花鍵連接的方式和膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)連接； 膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩個(gè)面，內(nèi)側(cè)面分為兩層，靠近穿戴者的一層上有弧形槽，遠(yuǎn)離穿戴者的一層上有自鎖彈片卡死結(jié)構(gòu)；外側(cè)面連接電機(jī)及諧波減速器； 限位機(jī)構(gòu)由小腿連接機(jī)構(gòu)靠近穿戴者的一面上有凸出的圓柱型機(jī)構(gòu)和膝關(guān)節(jié)連接結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的弧形槽組成；圓柱型機(jī)構(gòu)上裝有自鎖彈片的下端裝有自恢復(fù)扭簧，自恢復(fù)扭簧的一端固定在自鎖彈片上，另一端固定在小腿連接結(jié)構(gòu)的下方圓臺(tái)上，自鎖彈片的左下端與鋼絲繩的一端固聯(lián)，鋼絲繩的另一端與小腿連桿進(jìn)行固聯(lián)，小腿連接機(jī)構(gòu)的下方圓臺(tái)與油壓緩沖器的頂桿通過連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行固聯(lián)，油壓緩沖器由頂桿和底座兩部分構(gòu)成，油壓緩沖器的底座上有調(diào)節(jié)油壓緩沖阻尼系數(shù)的旋鈕，油壓緩沖器的底座通過外螺紋的方式與小腿連桿進(jìn)行固聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有承重自鎖功能的主動(dòng)式膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，主要包括，與大腿和小腿固定的連桿繃帶、膝關(guān)節(jié)連接機(jī)構(gòu)及限位機(jī)構(gòu)、小腿連接結(jié)構(gòu)、電機(jī)及諧波減速器、自鎖彈片、油壓緩沖器、自恢復(fù)扭簧，該結(jié)構(gòu)既能夠通過鎖死機(jī)構(gòu)保證站立階段穿戴者的平衡性，又能夠在擺動(dòng)階段對(duì)穿戴者產(chǎn)生助力的作用，既提高了能源的使用效率，又增強(qiáng)了患者穿戴者對(duì)不同地形的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)A61F2/64GK102973337SQ20121035782
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者程洪, 陳益, 黃瑞, 林西川 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué), 布法羅機(jī)器人科技(蘇州)有限公司