外骨骼助力康復(fù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及外骨骼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及外骨骼關(guān)節(jié)處動(dòng)力傳動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
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[0002]目前助力康復(fù)外骨骼裝置的主要驅(qū)動(dòng)方式主要有三種:伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)由于氣體的可壓縮性比較大從而導(dǎo)致控制精度相對較低；液壓驅(qū)動(dòng)由于要有液壓油作為介質(zhì)，并且其密封難度相對較大，另外高壓液壓油泄露會(huì)對人體構(gòu)成潛在威脅。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制精度相對較高，結(jié)構(gòu)簡潔。
[0003]已有的采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的外骨骼助力康復(fù)裝置，大都把采用把伺服電機(jī)橫向放置，這樣對伺服電機(jī)的長度就會(huì)有很高的要求，如果電機(jī)太長橫向放置就可能會(huì)對人體正常行走產(chǎn)生阻礙?？墒侨绻姍C(jī)太小，又會(huì)因?yàn)闊o法產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩而無法實(shí)現(xiàn)助力功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有外骨骼動(dòng)力傳輸部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積和重量較大以及使用電機(jī)作為動(dòng)力源時(shí)對電機(jī)的特殊要求的問題。
[0005]本發(fā)明包括大腿外骨骼、小腿外骨骼，腳部外骨骼、外骨骼關(guān)節(jié)、L型固定板、外骨骼支撐板、直流電機(jī)、主動(dòng)錐齒輪，從動(dòng)錐齒輪，直齒輪，內(nèi)齒條，筋，傳動(dòng)軸，固定傳動(dòng)軸的板，固定直流電機(jī)的L型板，電磁插銷。所述的外骨骼關(guān)節(jié)包括外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件，外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件。所述的外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件和大腿外骨骼外側(cè)支撐板固定在一起，外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件和小腿外骨骼外側(cè)支撐板固定在一起，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件和大腿外骨骼內(nèi)側(cè)支撐板固定在一起，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件和小腿外骨骼內(nèi)側(cè)支撐板固定在一起。所述的內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件和內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件通過連接軸組成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)；所述的外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件通過連接軸組成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)；所述的內(nèi)齒條其下端和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件相固定，其另一端穿過外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件的弧形孔和筋的一端相固定；所述的筋的另一端固定在中心軸上并可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的直流電機(jī)還包括減速器，編碼器；直流電機(jī)通過L型固定板豎直固定在大腿外骨骼外側(cè)，電機(jī)輸出軸和主動(dòng)錐齒輪固定在一起，主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪相互配合；所述的從動(dòng)錐齒輪通過傳動(dòng)軸和直齒輪組成同軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的直齒輪和內(nèi)齒條相互嚙合；所述的傳動(dòng)軸通過固定板定位。
[0006]本發(fā)明具有以下有益效果:一、本發(fā)明由于將電機(jī)豎直方向放置并通過一對錐齒輪將豎直方向的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為水平方向，這樣就可以降低對電機(jī)體積的要求，使得電機(jī)的選擇范圍大大擴(kuò)展。二、采用齒輪傳動(dòng)相比蝸桿、扇形齒輪傳動(dòng)可以獲得更大的轉(zhuǎn)矩。三、相比液壓、氣動(dòng)動(dòng)力裝置該結(jié)構(gòu)更加簡潔可靠。
【附圖說明】
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[0007]圖1是整體裝置的側(cè)視圖；
[0008]圖2是圖1分解視圖；
[0009]圖3是關(guān)節(jié)處具體圖；
[0010]圖4是關(guān)節(jié)處防止反關(guān)節(jié)出現(xiàn)的限位結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
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[0011]結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，該外骨骼助力康復(fù)裝置由大腿外骨骼(11)、外骨骼關(guān)節(jié)(12)、小腿外骨骼(13)、腳部外骨骼(14)、固定連接裝置、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、電磁插銷(215)組成。所述的動(dòng)力傳動(dòng)裝置包括直流電機(jī)(21)、主動(dòng)傘齒輪
(22)、從動(dòng)傘齒輪(23)、傳動(dòng)軸(24)、直齒輪(25)、內(nèi)齒條(26);主動(dòng)傘齒輪(22)和從動(dòng)傘齒輪(23)相互嚙合，從動(dòng)傘齒輪通過傳動(dòng)軸(24)和直齒輪(25)組成同軸轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，直齒輪(25)和內(nèi)齒條(26)相互嚙合。內(nèi)齒條(26)下端和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)相固定，另一端穿過外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)上的弧形孔(217)和筋(210)的一端相固定。筋(210)的另一端和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)固定在一起；中心軸(19)穿過筋(210)的一端的中心孔從而可以使筋(210)在一定范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的直流電機(jī)還包括編碼器(31)，電機(jī)部分(32)、減速器(33)。直流電機(jī)(21)通過L型固定板(36)于豎直方向上固定在大腿外骨骼(11)上，電機(jī)輸出軸和主動(dòng)傘齒輪(22)固定在一起。所述的固定連接裝置包括:L型固定板(36)、傳動(dòng)軸定位板(34)、中心軸(28)、筋(210)。所述的外骨骼關(guān)節(jié)包括:外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)、外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(213)、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(212)、電磁插銷(215)、支撐板(27)、中心軸(28);外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(16)和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(11)通過中心(28)組成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(213)和內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(212)通過中心軸(28)組成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)；內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(213)和大腿外骨骼內(nèi)側(cè)支撐板(35)相固定，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(212)和小腿外骨骼內(nèi)側(cè)支撐板(211)相固定，外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)和大腿外骨骼外側(cè)支撐鋼板(216)固定在一起，外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)和小腿外骨骼外側(cè)支撐板(218)固定在一起。支撐板分別固定在相應(yīng)的大腿外骨骼(11)和小腿外骨骼(13)上。所述的外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件
(29)還包括防止出現(xiàn)反關(guān)節(jié)危險(xiǎn)的限位結(jié)構(gòu)(41)。所述的大腿外骨骼(11)由按大腿形狀加工成的外殼組成。所述的小腿外骨骼(13)、腳部外骨骼(14)由按小腿形狀和腳的形狀加工成的外殼組成。
[0012]工作原理:
[0013]本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將電機(jī)豎直固定于大腿外骨骼(11)上，通過主動(dòng)錐齒輪(22)和從動(dòng)錐齒輪(23)巧妙的將豎直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過傳動(dòng)軸(24)帶動(dòng)直齒輪
(25)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)內(nèi)齒條(26)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒條(26)的下端和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)固定在一起，當(dāng)內(nèi)齒條(26)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)齒條(26)就會(huì)帶動(dòng)外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29) —起運(yùn)動(dòng)，而外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)和相應(yīng)支撐板(27)固定在一起，支撐板(27)和小腿外骨骼(13)固定在一起，因此外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)運(yùn)動(dòng)就會(huì)帶動(dòng)小腿外骨骼(13) —起運(yùn)動(dòng)。這樣假如當(dāng)內(nèi)齒條(26)沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)小腿彎屈，那么當(dāng)內(nèi)齒條(26)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)是就會(huì)帶動(dòng)小腿伸直。直流電機(jī)(21)何時(shí)沿何方向轉(zhuǎn)動(dòng)是由控制裝置控制的，控制裝置通過信號(hào)采集裝置采集人體行走時(shí)的步態(tài)信息，經(jīng)過處理判斷人體是正在伸出小腿還是收縮小腿，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)(21)使其發(fā)生沿相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣便實(shí)現(xiàn)了人體行走時(shí)的助力功能。本機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一個(gè)特點(diǎn)是為防止出現(xiàn)人體反關(guān)節(jié)的危險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的，這主要是指的外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)設(shè)計(jì)時(shí)采用的限位結(jié)構(gòu)(41)，當(dāng)人體腿部擺動(dòng)到支撐期時(shí)，由于限位結(jié)構(gòu)(41)的阻擋，小腿外骨骼(13)不會(huì)繼續(xù)向相同方向繼續(xù)擺動(dòng)，即使此時(shí)直流電機(jī)(21)出現(xiàn)控制故障到支撐期時(shí)沒能及時(shí)停下來，但是由于關(guān)節(jié)處有限位結(jié)構(gòu)(41)也同樣可以很好的保護(hù)人體，防止反關(guān)節(jié)危險(xiǎn)的出現(xiàn)。
[0014]以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的實(shí)施例，其目的并非用于對本發(fā)明所提出的系統(tǒng)及方法的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對其進(jìn)行的關(guān)于形式和細(xì)節(jié)的種種顯而易見的修改或變化均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.外骨骼助力康復(fù)裝置，其特征在于:包括大腿外骨骼(11)外骨骼關(guān)節(jié)(12)、小腿外骨骼(13)、腳部外骨骼(14)、固定連接裝置、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、電磁插銷(215);所述的動(dòng)力傳動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)外骨骼完成腿部擺動(dòng)動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力傳動(dòng)裝置包括:直流電機(jī)(21)、主動(dòng)錐齒輪(22)、從動(dòng)錐齒輪(23)、傳動(dòng)軸(24)、直齒輪(25)、內(nèi)齒條(26);主動(dòng)錐齒輪(22)和從動(dòng)錐齒輪(23)通過固定裝置相互嚙合，從動(dòng)錐齒輪(23)通過傳動(dòng)軸(24)和直齒輪(25)組成同軸轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，直齒輪(25)和內(nèi)齒條(26)相互嚙合。內(nèi)齒條(26)下端和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)固定在一起。筋(210)的一端固定在中心軸(28)上，另一端穿過外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(216)上的弧形孔(217)和筋(210)的另一端相固定。中心軸(28)穿過筋的中心從而可以使筋(210)在一定范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的固定連接裝置包括:筋(210)、中心軸(28)、傳動(dòng)軸定位板(34)、L型固定板(36);通過固定連接裝置主動(dòng)錐齒輪(22)和從動(dòng)錐齒輪(23)相互嚙合，從動(dòng)錐齒輪(23)又通過傳動(dòng)軸(24)和直齒輪(25)組成同軸傳動(dòng)裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的直流電機(jī)包括:編碼器(31)、電機(jī)部分(32)、減速器(33);直流電機(jī)通過L型固定板(36)于豎直方向上固定在大腿上，電機(jī)輸出軸和主動(dòng)錐齒輪(22)固定在一起。
5.如權(quán)利要求1所述的外骨骼關(guān)節(jié)包括:外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(212)、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(213)、外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)、電磁插銷(215)、中心軸(28)、支撐板(27);外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)通過中心軸(28)組成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(213)和內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(212)通過中心軸(28)組成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)；內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(213)和大腿外骨骼內(nèi)側(cè)上端支撐板(35)固定，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(212)和小腿外骨骼內(nèi)側(cè)支撐板(211)固定，外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)和大腿外骨骼外側(cè)支撐板(216)固定，外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)和小腿外骨骼外側(cè)支撐板(218)固定。支撐板(27)分別固定在相應(yīng)大腿外骨骼(11)和小腿外骨骼(13)上。
6.如權(quán)利要求5所述外側(cè)關(guān)節(jié)上端零件(214)和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件(29)還包括防止出現(xiàn)反關(guān)節(jié)的限位結(jié)構(gòu)(41)。
7.如權(quán)利要求1所述的大腿外骨骼(11)由按大腿形狀加工成的外殼組成。
8.如權(quán)利要求1所述的小腿外骨骼(13)由按小腿形狀加工成的外殼組成。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種外骨骼助力康復(fù)裝置的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包含：直流電機(jī)，一對錐齒輪，直齒輪，內(nèi)齒條，傳動(dòng)軸，固定板。所述的一對錐齒輪用于改變動(dòng)力傳輸?shù)姆较?；所述的直齒輪和一個(gè)錐齒輪組成同軸傳動(dòng)裝置；所述的直齒輪和內(nèi)齒條相互嚙合；所述的內(nèi)齒條的一端和外側(cè)關(guān)節(jié)下端零件相固定；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電機(jī)采用豎直放置，減小了以往對電機(jī)體積的要求；另外本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，傳動(dòng)力矩大，安全性高。
【IPC分類】A61F2-60, A61F2-70, A61H3-00
【公開號(hào)】CN104546238
【申請?zhí)枴緾N201310416077
【發(fā)明人】段峰, 王春偉, 康培培, 司付慶
【申請人】南開大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月24日