專利名稱：一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及一種踝關(guān)節(jié)，特別是關(guān)于一種適用于智能機(jī)器人及人體假肢的直驅(qū)踝關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
目前，在機(jī)器人的機(jī)械腿中使用的踝關(guān)節(jié)，有采用蓄電池提供動(dòng)力，并以液壓元件作為執(zhí)行器的液壓踝關(guān)節(jié)，也有通過轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來代替踝關(guān)節(jié)的，但是還未見有電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)減速器的踝關(guān)節(jié)及相關(guān)的研究或產(chǎn)品。在人體膝下假肢產(chǎn)品中，傳統(tǒng)的被動(dòng)式膝下假肢的踝關(guān)節(jié)采用單軸踝或者萬向踝關(guān)節(jié)等被動(dòng)式踝關(guān)節(jié)，其存在的問題是步行速度不能自然、隨意地跟隨截肢者步行速度的變化而變化，患者經(jīng)常被迫通過身體前傾來彌補(bǔ)推進(jìn)能力的不足，使截肢者更容易感覺疲勞；目前已有的由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)式膝下假肢，能夠?yàn)樯眢w前進(jìn)提供足夠的能量，從而實(shí)現(xiàn)人體自然步態(tài)，但是關(guān)于踝關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不能很好的滿足使用者的需求，而且也沒有通過電機(jī)能夠直接驅(qū)動(dòng)的踝關(guān)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足人體自然步態(tài)需求，實(shí)現(xiàn)類似人體踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈動(dòng)作的直驅(qū)踝關(guān)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于它包括一假肢腳板，所述假肢腳板的后部頂面設(shè)置有兩支架，每一所述支架通過一轉(zhuǎn)軸連接一擺動(dòng)框的一側(cè)，所述擺動(dòng)框內(nèi)設(shè)置有一減速器，所述減速器的殼體頂部與所述擺動(dòng)框的頂部固定連接；所述擺動(dòng)框固定連接一電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端驅(qū)動(dòng)所述減速器的各級(jí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述減速器的輸出齒輪為一不完全齒輪，所述不完全齒輪通過一與所述轉(zhuǎn)軸同心的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述減速器殼體內(nèi)，且所述不完全齒輪的底端穿出所述減速器殼體與所述假肢腳板固定連接。所述不完全齒輪的中心軸穿出所述減速器殼體，作為相應(yīng)一側(cè)的所述支架的轉(zhuǎn)軸。所述不完全齒輪的中心軸設(shè)置在所述減速器殼體內(nèi)，且與所述兩側(cè)支架上的轉(zhuǎn)軸同心。連接所述支架和擺動(dòng)框的轉(zhuǎn)軸為銷釘。所述支架內(nèi)設(shè)置有軸承，所述轉(zhuǎn)軸支撐在所述軸承內(nèi)。所述減速器的殼體與所述擺動(dòng)框側(cè)壁固定連接。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于在假肢腳板的后部通過一對(duì)支架交接了一電機(jī)和一由該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪減速器，齒輪減速器的輸出齒輪為一固定連接在假肢腳板上的不完全齒輪，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪減速器輸入端的齒輪正向或反向旋轉(zhuǎn)，可以帶動(dòng)假肢腳板繞著不完全齒輪的中心軸在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，不但可以模仿人腳踝的背屈和跖屈運(yùn)動(dòng)，而且電機(jī)能夠在行走時(shí)為患者提供前進(jìn)的動(dòng)力，以減少患者的能量消耗，使患者行動(dòng)更加省力，以滿足人體自然步態(tài)需求。2、本發(fā)明由于將電機(jī)和減速器通過擺動(dòng)框鉸接在假肢腳板的腳踝處，使得整個(gè)踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)變得緊湊，大大降低了帶踝關(guān)節(jié)假肢的高度，因此可以將應(yīng)用本發(fā)明的小腿假肢肢桿做的很短，使得殘肢較長(zhǎng)的截肢患者也能夠使用。3、本發(fā)明由于設(shè)置了獨(dú)立的電機(jī)，電機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速低扭矩經(jīng)過多級(jí)齒輪減速器的變速，能夠轉(zhuǎn)變成為低轉(zhuǎn)速大扭矩，而且電機(jī)控制還可以提高腳踝部位的控制精度，因此本發(fā)明可以最大限度地發(fā)揮電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，為使用者提供前進(jìn)的動(dòng)力，以減少使用者的能量消耗，使使用者行動(dòng)更加省力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，且能夠?qū)崿F(xiàn)類似人體踝關(guān)節(jié)的背屈和跖屈動(dòng)作，它可以廣泛應(yīng)用于人體假肢和智能機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)生產(chǎn)過程中。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的俯視示意3是本發(fā)明的側(cè)視示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I 3所示，本發(fā)明包括一假肢腳板1，假肢腳板I可以根據(jù)需要采用各結(jié)構(gòu)和材料制作的假肢腳板。假肢腳板I的后部頂面設(shè)置有兩支架2，每一支架2通過一轉(zhuǎn)軸3連接一擺動(dòng)框4的一側(cè)，擺動(dòng)框4內(nèi)設(shè)置有一減速器5，減速器5的殼體頂部與擺動(dòng)框4的頂部固定連接。擺動(dòng)框4的一側(cè)固定連接一轉(zhuǎn)角板6，轉(zhuǎn)角板6上固定連接一電機(jī)7，電機(jī)7的輸出端穿過擺動(dòng)框4與減速器5的輸入軸8連接。輸入軸8通過主動(dòng)齒輪9嚙合一從動(dòng)齒輪10，與從動(dòng)齒輪10同軸設(shè)置有一過渡齒輪11，過渡齒輪11嚙合一不完全齒輪12，不完全齒輪12通過一中心軸13轉(zhuǎn)動(dòng)連接在減速器5殼體內(nèi)，中心軸12與兩支架2上的轉(zhuǎn)軸
3同心或直接作為一側(cè)支架2上的轉(zhuǎn)軸3，不完全齒輪12的底端穿出減速器5殼體的底部與假肢腳板I固定連接。上述實(shí)施例中，電機(jī)7具有獨(dú)立的供電設(shè)備，電機(jī)7的輸出端可以進(jìn)行正向或反向旋轉(zhuǎn)。另外減速器的減速級(jí)數(shù)除上述采取的兩級(jí)以外，還可以根據(jù)需要有所增加，但是最后一級(jí)的輸出齒輪應(yīng)為不完全齒輪12。上述實(shí)施例中，擺動(dòng)框4與兩支架2之間可以采用銷釘或其它桿件作為轉(zhuǎn)軸，還可以在兩支架2上設(shè)置軸承，在軸承內(nèi)連接固定在擺動(dòng)框4上的轉(zhuǎn)軸3。上述實(shí)施例中，為了使連接在一起的減速器5的殼體和擺動(dòng)框13的連接更加穩(wěn)固，還可以在減速器5殼體與擺動(dòng)框4側(cè)壁再設(shè)置固定連接點(diǎn)。上述實(shí)施例中，可以在擺動(dòng)框4的頂部固定連接各種小腿假肢(圖中未示出)。本發(fā)明使用時(shí)，電機(jī)7的輸出端帶動(dòng)主動(dòng)齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪9通過從動(dòng)齒輪10和過渡齒輪11帶動(dòng)不完全齒輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，由于不完全齒輪12固定連接在假肢腳板I上，而不完全齒輪12的中心軸13轉(zhuǎn)動(dòng)連接在減速器5殼體內(nèi)，且與兩支架2上的轉(zhuǎn)軸3同心，因此不完全齒輪12帶動(dòng)的假肢腳板I會(huì)相對(duì)于擺動(dòng)框4和減速器繞著轉(zhuǎn)軸3擺動(dòng)，形成一由電機(jī)7驅(qū)動(dòng)的小腿假肢與假肢腳板I相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的踝關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)模仿人腳踝背屈和跖屈運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角軌跡。
上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技 術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于它包括一假肢腳板，所述假肢腳板的后部頂面設(shè)置有兩支架，每一所述支架通過一轉(zhuǎn)軸連接一擺動(dòng)框的一側(cè)，所述擺動(dòng)框內(nèi)設(shè)置有一減速器，所述減速器的殼體頂部與所述擺動(dòng)框的頂部固定連接；所述擺動(dòng)框固定連接一電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端驅(qū)動(dòng)所述減速器的各級(jí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述減速器的輸出齒輪為一不完全齒輪，所述不完全齒輪通過一與所述轉(zhuǎn)軸同心的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述減速器殼體內(nèi)，且所述不完全齒輪的底端穿出所述減速器殼體與所述假肢腳板固定連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述不完全齒輪的中心軸穿出所述減速器殼體，作為相應(yīng)一側(cè)的所述支架的轉(zhuǎn)軸。
3.如權(quán)利要求I所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述不完全齒輪的中心軸設(shè)置在所述減速器殼體內(nèi)，且與所述兩側(cè)支架上的轉(zhuǎn)軸同心。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于連接所述支架和擺動(dòng)框的轉(zhuǎn)軸為銷釘。
5.如權(quán)利要求I或2或3所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述支架內(nèi)設(shè)置有軸承，所述轉(zhuǎn)軸支撐在所述軸承內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述支架內(nèi)設(shè)置有軸承，所述轉(zhuǎn)軸支撐在所述軸承內(nèi)。
7.如權(quán)利要求I或2或3或6所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述減速器的殼體與所述擺動(dòng)框側(cè)壁固定連接。
8.如權(quán)利要求4所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述減速器的殼體與所述擺動(dòng)框側(cè)壁固定連接。
9.如權(quán)利要求5所述的一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于所述減速器的殼體與所述擺動(dòng)框側(cè)壁固定連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直驅(qū)踝關(guān)節(jié)，其特征在于它包括一假肢腳板，所述假肢腳板的后部頂面設(shè)置有兩支架，每一所述支架通過一轉(zhuǎn)軸連接一擺動(dòng)框的一側(cè)，所述擺動(dòng)框內(nèi)設(shè)置有一減速器，所述減速器的殼體頂部與所述擺動(dòng)框的頂部固定連接；所述擺動(dòng)框固定連接一電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端驅(qū)動(dòng)所述減速器的各級(jí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述減速器的輸出齒輪為一不完全齒輪，所述不完全齒輪通過與所述轉(zhuǎn)軸同心的一中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述減速器殼體內(nèi)，且所述不完全齒輪的底端穿出所述減速器殼體與所述假肢腳板固定連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，且能夠?qū)崿F(xiàn)類似人體踝關(guān)節(jié)的背屈和跖屈動(dòng)作，它可以廣泛應(yīng)用于人體假肢和智能機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)生產(chǎn)過程中。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102897244SQ20121040984
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者王啟寧, 王龍 申請(qǐng)人:北京大學(xué)