一種可自動補償長度的外骨骼膝關節的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人技術領域，特別是一種可自動補償長度的外骨骼膝關節。
【背景技術】
[0002]近年來，我國的可穿戴外骨骼機器人(外骨骼)在國外一些產品的刺激下有了長足的發展，各大高校幾乎都有所涉及，也取得了非常不錯的成果，但是在人機交互方面的研宄還是有一定的欠缺。而外骨骼與人體的交互非常緊密并且頻繁，這就使得可穿戴外骨骼機器人的人機交互研宄刻不容緩。現在國內的外骨骼機器人主要還是以實現功能為主要的研宄目標，膝關節一般都直接采用普通旋轉副的形式，例如南京工程學院的專利《一種基于氣動肌肉的膝關節外骨骼助力機構》(申請號:201420671314.X)，采用兩根汽缸作為動力源，直接驅動膝關節處的圓盤(膝關節)轉動，但事實上人體的膝關節運動并不是簡單的旋轉副的形式。如圖1為opensim中的一個人體骨骼圖，從圖中不難發現膝關節骨頭的大腿部分的形狀是不規則的，也可以明顯地看到，人體站立狀態和半蹲狀態的膝關節骨頭旋轉點是不一樣的，或者說人體腿部從伸直狀態到彎曲狀態膝關節骨頭發生了滑移，膝關節的旋轉中心發生了轉變，從圖中I我們可以明顯地看出OA的距離小于OB的距離。如果不考慮這個距離的變化，外骨骼的膝關節旋轉中心和人體的膝關節旋轉中心將會不重合，這將會導致外骨骼與人體變得很差，更有甚者會導致應力集中，大大的影響了外骨骼舒適性，并且現行的外骨骼機器人幾乎全部忽視了這個問題。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種可自動補償長度的外骨骼膝關
-K-T。
[0004]本發明的目的通過以下技術方案來實現:一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，它包括大腿以及動力部分固定支架、動力元件、膝關節補償結構和小腿以及動力部分固定支架，所述的膝關節補償結構分別與大腿以及動力部分固定支架和小腿以及動力部分固定支架連接，且大腿以及動力部分固定支架和小腿以及動力部分固定支架之間通過動力元件連接，所述的膝關節補償結構包括銷釘頭、銷釘、補償滑軌和固定滑塊組成，所述的補償滑軌位于固定滑塊內，且通過銷釘頭與銷釘的連接使固定滑軌可在補償滑軌內滑動。
[0005]所述的大腿以及動力部分固定支架包括大腿連桿、法蘭和電機，所述的大腿連桿與補償滑軌連接，所述的法蘭安裝在大腿連桿上，且動力元件的一端通過一銷軸安裝在法蘭上，所述的電機連接有一聯軸器，聯軸器與銷軸連接，且電機只能通過聯軸器使銷軸順時針轉動。
[0006]所述的小腿以及動力部分固定支架與大腿以及動力部分固定支架結構相同，且其小腿連桿與固定滑塊連接。
[0007]所述的動力元件為液壓缸或氣壓缸或直線電機。
[0008]本發明具有以下優點:本發明的創新性的改變了我國傳統外骨骼膝關節的設計方法，使得外骨骼膝關節的設計更加合理；解決了人體膝關節運動過程中膝關節骨頭滑移所產生的長度變化，使得外骨骼與人體之間的交互更加合理，穿戴著感覺更加舒適；而且結構簡單，非常容易加工，大大的減少了加工周期。
【附圖說明】
[0009]圖1為圖1為opensim中的一個人體骨骼圖；
圖2為圖2為本發明專利所涉及的外骨骼膝關節的原理圖；
圖3為圖3為本發明所涉及的外骨骼膝關節的總體圖；
圖4為圖4為大腿以及動力部分固定支架的細節展示；
圖5是膝關節補償結構的爆炸圖；
圖6為補償結構運動到兩個極限時的示意圖
圖中，1-大腿以及動力部分固定支架，2-動力元件，3-膝關節補償結構，4-小腿以及動力部分固定支架，5-大腿連桿，6-法蘭，7-銷軸，8-銷釘，9-聯軸器，10-電機，11-銷釘頭，12-補償滑軌，13-固定滑塊。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護范圍不局限于以下所述: 如圖2所示，OA作為補償膝關節的長度，當膝關節彎曲到最大值的時候補償長度達到最大值；當膝關節伸直的時候，將補償長度變為0，即將A點收縮到O點，如圖3和圖6所示，一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，它包括大腿以及動力部分固定支架1、動力元件2、膝關節補償結構3和小腿以及動力部分固定支架4，所述的膝關節補償結構3分別與大腿以及動力部分固定支架I和小腿以及動力部分固定支架連接4，且大腿以及動力部分固定支架I和小腿以及動力部分固定支架4之間通過動力元件2連接，如圖5所示，所述的膝關節補償結構3包括銷釘頭11、銷釘8、補償滑軌12和固定滑塊13組成，所述的補償滑軌12位于固定滑塊13內，且通過銷釘頭11與銷釘8的連接使固定滑軌13可在補償滑軌12內滑動。
[0011]在本實施例中，如圖4所示，所述的大腿以及動力部分固定支架I包括大腿連桿5、法蘭6和電機10，所述的大腿連桿5與補償滑軌12連接，所述的法蘭6安裝在大腿連桿5上，且動力元件2的一端通過一銷軸7安裝在法蘭5上，所述的電機10連接有一聯軸器9，聯軸器9與銷軸7連接，且電機10只能通過聯軸器9使銷軸7順時針轉動。
[0012]所述的小腿以及動力部分固定支架4與大腿以及動力部分固定支架I結構相同，且其小腿連桿14與固定滑塊13連接。
[0013]所述的動力元件2為液壓缸或氣壓缸或直線電機。
【主權項】
1.一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，其特征在于:它包括大腿以及動力部分固定支架(1)、動力元件(2)、膝關節補償結構(3)和小腿以及動力部分固定支架(4)，所述的膝關節補償結構(3)分別與大腿以及動力部分固定支架(I)和小腿以及動力部分固定支架連接(4)，且大腿以及動力部分固定支架(I)和小腿以及動力部分固定支架(4)之間通過動力元件(2)連接，所述的膝關節補償結構(3)包括銷釘頭(11)、銷釘(8)、補償滑軌(12)和固定滑塊(13)組成，所述的補償滑軌(12)位于固定滑塊(13)內，且通過銷釘頭(11)與銷釘(8)的連接使固定滑軌(13)可在補償滑軌(12)內滑動。2.根據權利要求1所述的一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，其特征在于:所述的大腿以及動力部分固定支架(I)包括大腿連桿(5)、法蘭(6)和電機(10)，所述的大腿連桿(5)與補償滑軌(12)連接，所述的法蘭(6)安裝在大腿連桿(5)上，且動力元件(2)的一端通過一銷軸(7)安裝在法蘭(5)上，所述的電機(10)連接有一聯軸器(9)，聯軸器(9)與銷軸(7 )連接，且電機(10 )只能通過聯軸器(9 )使銷軸(7 )順時針轉動。3.根據權利要求2所述的一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，其特征在于:所述的小腿以及動力部分固定支架(4)與大腿以及動力部分固定支架(I)結構相同，且其小腿連桿(14)與固定滑塊(13)連接。4.根據權利要求1所述的一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，其特征在于:所述的動力元件(2)為液壓缸或氣壓缸或直線電機。
【專利摘要】本發明公開了一種可自動補償長度的外骨骼膝關節，它包括大腿以及動力部分固定支架（1）、動力元件（2）、膝關節補償結構（3）和小腿以及動力部分固定支架（4），膝關節補償結構（3）分別與大腿以及動力部分固定支架（1）和小腿以及動力部分固定支架連接（4），且大腿以及動力部分固定支架（1）和小腿以及動力部分固定支架（4）之間通過動力元件（2）連接。本發明的有益效果是：創新性的改變了我國傳統外骨骼膝關節的設計方法，使得外骨骼膝關節的設計更加合理；解決了人體膝關節運動過程中膝關節骨頭滑移所產生的長度變化，使得外骨骼與人體之間的交互更加合理，穿戴著感覺更加舒適。
【IPC分類】A61F2/64
【公開號】CN104887363
【申請號】CN201510225853
【發明人】程洪, 潘有緣, 邱靜, 殷紫光
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月6日