CN102897244B - 一种直驱踝关节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直驱踝关节，其特征在于：它包括一假肢脚板，所述假肢脚板的后部顶面设置有两支架，每一所述支架通过一转轴连接一摆动框的一侧，所述摆动框内设置有一减速器，所述减速器的壳体顶部与所述摆动框的顶部固定连接；所述摆动框固定连接一电机，所述电机的输出端驱动所述减速器的各级齿轮转动，所述减速器的输出齿轮为一不完全齿轮，所述不完全齿轮通过与所述转轴同心的一中心轴转动连接在所述减速器壳体内，且所述不完全齿轮的底端穿出所述减速器壳体与所述假肢脚板固定连接。本发明结构紧凑，且能够实现类似人体踝关节的背屈和跖屈动作，它可以广泛应用于人体假肢和智能机器人的踝关节生产过程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种踝关节，特别是关于一种适用于智能机器人及人体假肢的直驱踝关节。
背景技术
目前，在机器人的机械腿中使用的踝关节，有采用蓄电池提供动力，并以液压元件作为执行器的液压踝关节，也有通过转轮的转动来代替踝关节的，但是还未见有电机直接驱动减速器的踝关节及相关的研究或产品。在人体膝下假肢产品中，传统的被动式膝下假肢的踝关节采用单轴踝或者万向踝关节等被动式踝关节，其存在的问题是步行速度不能自然、随意地跟随截肢者步行速度的变化而变化，患者经常被迫通过身体前倾来弥补推进能力的不足，使截肢者更容易感觉疲劳；目前已有的由电机驱动的主动式膝下假肢，能够为身体前进提供足够的能量，从而实现人体自然步态，但是关于踝关节的设计相对比较简单，不能很好的满足使用者的需求，而且也没有通过电机能够直接驱动的踝关节。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够满足人体自然步态需求，实现类似人体踝关节背屈和跖屈动作的直驱踝关节。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直驱踝关节，其特征在于：它包括一假肢脚板，所述假肢脚板的后部顶面设置有两支架，每一所述支架通过一转轴连接一摆动框的一侧，所述摆动框内设置有一减速器，所述减速器的壳体顶部与所述摆动框的顶部固定连接；所述摆动框固定连接一电机，所述电机的输出端驱动所述减速器的各级齿轮转动，所述减速器的输出齿轮为一不完全齿轮，所述不完全齿轮通过一与所述转轴同心的中心轴转动连接在所述减速器壳体内，且所述不完全齿轮的底端穿出所述减速器壳体与所述假肢脚板固定连接。
所述不完全齿轮的中心轴穿出所述减速器壳体，作为相应一侧的所述支架的转轴。
所述不完全齿轮的中心轴设置在所述减速器壳体内，且与所述两侧支架上的转轴同心。
连接所述支架和摆动框的转轴为销钉。
所述支架内设置有轴承，所述转轴支撑在所述轴承内。
所述减速器的壳体与所述摆动框侧壁固定连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在假肢脚板的后部通过一对支架交接了一电机和一由该电机驱动的齿轮减速器，齿轮减速器的输出齿轮为一固定连接在假肢脚板上的不完全齿轮，因此电机驱动齿轮减速器输入端的齿轮正向或反向旋转，可以带动假肢脚板绕着不完全齿轮的中心轴在一定角度范围内摆动，不但可以模仿人脚踝的背屈和跖屈运动，而且电机能够在行走时为患者提供前进的动力，以减少患者的能量消耗，使患者行动更加省力，以满足人体自然步态需求。2、本发明由于将电机和减速器通过摆动框铰接在假肢脚板的脚踝处，使得整个踝关节的结构变得紧凑，大大降低了带踝关节假肢的高度，因此可以将应用本发明的小腿假肢肢杆做的很短，使得残肢较长的截肢患者也能够使用。3、本发明由于设置了独立的电机，电机输出的高转速低扭矩经过多级齿轮减速器的变速，能够转变成为低转速大扭矩，而且电机控制还可以提高脚踝部位的控制精度，因此本发明可以最大限度地发挥电机驱动的优势，为使用者提供前进的动力，以减少使用者的能量消耗，使使用者行动更加省力。本发明结构紧凑，且能够实现类似人体踝关节的背屈和跖屈动作，它可以广泛应用于人体假肢和智能机器人的踝关节生产过程中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的俯视示意图
图3是本发明的侧视示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～3所示，本发明包括一假肢脚板1，假肢脚板1可以根据需要采用各结构和材料制作的假肢脚板。假肢脚板1的后部顶面设置有两支架2，每一支架2通过一转轴3连接一摆动框4的一侧，摆动框4内设置有一减速器5，减速器5的壳体顶部与摆动框4的顶部固定连接。摆动框4的一侧固定连接一转角板6，转角板6上固定连接一电机7，电机7的输出端穿过摆动框4与减速器5的输入轴8连接。输入轴8通过主动齿轮9啮合一从动齿轮10，与从动齿轮10同轴设置有一过渡齿轮11，过渡齿轮11啮合一不完全齿轮12，不完全齿轮12通过一中心轴13转动连接在减速器5壳体内，中心轴13与两支架2上的转轴3同心或直接作为一侧支架2上的转轴3，不完全齿轮12的底端穿出减速器5壳体的底部与假肢脚板1固定连接。
上述实施例中，电机7具有独立的供电设备，电机7的输出端可以进行正向或反向旋转。另外减速器的减速级数除上述采取的两级以外，还可以根据需要有所增加，但是最后一级的输出齿轮应为不完全齿轮12。
上述实施例中，摆动框4与两支架2之间可以采用销钉或其它杆件作为转轴，还可以在两支架2上设置轴承，在轴承内连接固定在摆动框4上的转轴3。
上述实施例中，为了使连接在一起的减速器5的壳体和摆动框4的连接更加稳固，还可以在减速器5壳体与摆动框4侧壁再设置固定连接点。
上述实施例中，可以在摆动框4的顶部固定连接各种小腿假肢(图中未示出)。
本发明使用时，电机7的输出端带动主动齿轮9转动，主动齿轮9通过从动齿轮10和过渡齿轮11带动不完全齿轮12转动，由于不完全齿轮12固定连接在假肢脚板1上，而不完全齿轮12的中心轴13转动连接在减速器5壳体内，且与两支架2上的转轴3同心，因此不完全齿轮12带动的假肢脚板1会相对于摆动框4和减速器绕着转轴3摆动，形成一由电机7驱动的小腿假肢与假肢脚板1相对转动的踝关节，实现模仿人脚踝背屈和跖屈运动的转角轨迹。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种直驱踝关节，其特征在于：它包括一假肢脚板，所述假肢脚板的后部顶面设置有两支架，两所述支架分别通过一转轴连接一摆动框的一侧，两所述转轴具有同轴关系，所述摆动框内设置有一减速器，所述减速器的壳体顶部与所述摆动框的顶部固定连接；所述摆动框固定连接一电机，所述电机的输出端驱动所述减速器的各级齿轮转动，所述减速器的输出齿轮为一不完全齿轮，所述不完全齿轮通过一与所述转轴同心的中心轴转动连接在所述减速器壳体内，且所述不完全齿轮的底端穿出所述减速器壳体与所述假肢脚板固定连接。
2.如权利要求1所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述不完全齿轮的中心轴穿出所述减速器壳体，作为相应一侧的所述支架的转轴。
3.如权利要求1所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述不完全齿轮的中心轴设置在所述减速器壳体内，且与所述两侧支架上的转轴同心。
4.如权利要求1或2或3所述的一种直驱踝关节，其特征在于：连接所述支架和摆动框的转轴为销钉。
5.如权利要求1或2或3所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述支架内设置有轴承，所述转轴支撑在所述轴承内。
6.如权利要求4所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述支架内设置有轴承，所述转轴支撑在所述轴承内。
7.如权利要求1或2或3或6所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述减速器的壳体与所述摆动框侧壁固定连接。
8.如权利要求4所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述减速器的壳体与所述摆动框侧壁固定连接。
9.如权利要求5所述的一种直驱踝关节，其特征在于：所述减速器的壳体与所述摆动框侧壁固定连接。
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