CN107020619B - 一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，包括动力机构、保护机构、助力杆件，保护机构包括具有球形结构的第一壳体、第一防护垫、铰链以及锁定机构；动力机构包括第二壳体、转轴；助力杆件包括第一杆件、第二杆件、第三杆件；所述第二杆件与转轴连接的一端设有电机、弧形导向杆件以及套设于弧形导向杆件上的传动弹簧，传动弹簧是与电机相互传动连接，且传动弹簧是与齿轮相互传动连接。本发明所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全可靠、智能化程度高等优点，有效解决现有助力机械过分制约使用者关节以及灵活度不足的问题。

Description

一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统
技术领域
本发明涉及智能助力机械骨骼装置领域，尤其是涉及一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统。
背景技术
在已知技术中，外骨骼技术已经有二十多年的历史。通过仿生学原理，旨在设计一种能够增强人体能力的机电一体化装置，可穿戴在操作人员体外，提供诸如动力、支撑、保护等功能。人们在生活中经常会进行上楼梯、爬山、骑自行车等运动，而这些运行都会使得关节承受很大的力量，长时间会损伤关节，而且容易引起人体疲劳，对于老年人或者负重行走的人员更是如此。随着科技水平的不断进步，出现了可穿戴式辅助机械装置，此类装置可以在一定程度上辅助老人和体弱者短途行走和解决在日常生活中遇到的力量不足的问题，但这些助力机械的关节在提供助力的同时也制约了使用者本身关节的灵活度，且运动速度缓慢，当发生紧急情况需要快速移动时反而容易绊倒使用者，助力机械关节的受力固定无法实时调节，因而可能对使用者身体造成压迫伤害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供了一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全可靠、智能化程度高等优点，有效解决现有助力机械过分制约使用者关节以及灵活度不足的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，包括动力机构、保护机构、助力杆件，所述的保护机构包括具有球形结构的第一壳体、设置于第一壳体内的第一防护垫、对称设置于第一壳体两侧的铰链以及锁定机构；
所述的动力机构是分别通过铰链、锁定机构对称连接在保护机构两侧,所述的动力机构包括n字形结构的第二壳体、转轴；所述的转轴包括主轴以及与主轴相互转动连接的套筒，主轴的两端分别与第二壳体相互转动连接；
所述的锁定机构包括设置于第一壳体上具有T字形结构的挂钩、设置于第二壳体上的锁体；所述的锁体上设有中空内腔,中空内腔的底部设有按压式开关，中空内腔上端对称滑动设置有一对滑块，滑块与中空内腔之间设有张紧弹簧，滑块上设置有穿出锁体的拉索；所述的锁体上设有封堵中空内腔的挡板；
所述的助力杆件包括第一杆件、第二杆件、第三杆件，所述的第一杆件的一端与套筒相互转动连接，第二杆件的一端与套筒固定连接，第三杆件的一端设有齿轮，齿轮与主轴相互转动连接；第一杆件、第二杆件、第三杆件的另一端分别设置有固定束带、环扣以及活动束带，固定束带上设有第二防护垫；所述第二杆件与转轴连接的一端设有电机、弧形导向杆件以及套设于弧形导向杆件上的传动弹簧，传动弹簧是与电机相互传动连接，且传动弹簧是与齿轮相互传动连接。
进一步的，所述的第一壳体内设置有第一压力传感器,且第一压力传感器是薄片式压力传感器。
进一步的，所述的第二防护垫内设有第二压力传感器，且第二压力传感器是薄片式压力传感器。
进一步的，所述的第二壳体上固定设置有角度传感器，主轴的一端是与角度传感器相互转动连接。
进一步的，所述的第二杆件、第三杆件上分别设置有第一陀螺仪、第二陀螺仪。
进一步的，所述的第二壳体上设有控制器，控制器分别与电机、第一压力传感器、第二压力传感器、角度传感器、第一陀螺仪、第二陀螺仪相互电性连接。
进一步的，所述的第一杆件、第二杆件设置于同一端，且第二杆件上的固定束带是与第一杆件上的固定束带相互抵接，第三杆件是设置于另一端。
进一步的，所述的活动束带的一端是固定设置在其中一根第三杆件上，活动束带的活动端穿过另一根第三杆件上的环扣，并通过魔术贴固定连接。
本发明的有益效果是：一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，包括动力机构、保护机构、助力杆件，保护机构、助力杆件与膝/肘关节连接时对整体结构进行定位，动力机构用于保护机构、助力杆件的相互连接，并通过控制器和各传感器配合下为膝肘关节提供助力，此外电机通过传动弹簧传动，发生紧急情况时传动弹簧拉伸避免束缚使用者自身关节灵活度，其传动灵活、可靠、速度快，同时也能避免助力机械压迫使用者身体而造成伤害；其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全可靠、智能化程度高等优点，有效解决现有助力机械制约使用者关节灵活度的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的整体结构示意图；
图2是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的动力机构、助力杆件正面连接结构示意图；
图3是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的动力机构、助力杆件侧面连接结构示意图；
图4是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的动力机构、保护机构连接结构示意图；
图5是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的保护机构剖面结构示意图；
图6是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的锁定机构剖面结构示意图；
图7是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的转轴结构示意图；
图8是本发明所述一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统的助力杆件侧视结构示意图。
附图中标记分述如下：1、动力机构，11、第二壳体，12、电机，13、弧形导向杆件，14、传动弹簧，15、控制器，16、转轴，161、主轴，162、套筒，17、角度传感器，2、保护机构，21、铰链，22、锁定机构，23、第一壳体，24、第一防护垫，241、第一压力传感器，25、挂钩，26、锁体，261、中空内腔，262、滑块，263、张紧弹簧，27、按压式开关，28、拉索，29、挡板，3、助力杆件，31、第一杆件，32、第二杆件，321、第一陀螺仪，33、第三杆件，330、齿轮，331、固定束带，332、环扣，333、活动束带，3331、魔术贴，334、第二陀螺仪，335、第二防护垫，336、第二压力传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，包括动力机构1、保护机构2、助力杆件3。
如图4、图5所示，所述的保护机构2包括具有球形结构的第一壳体23、设置于第一壳体23内的第一防护垫24、对称设置于第一壳体23两侧的铰链21以及锁定机构22；第一壳体23扣置于膝关节或者肘关节的外侧，第一防护垫24用于关节与第一壳体23之间的缓冲。
如图2、图3所示，所述的动力机构1是分别通过铰链21、锁定机构22对称连接在保护机构2两侧,所述的动力机构1包括n字形结构的第二壳体11、转轴16。
如图7所示，所述的转轴16包括主轴161以及与主轴161相互转动连接的套筒162，主轴161的两端分别与第二壳体11相互转动连接。
如图6所示，所述的锁定机构22包括设置于第一壳体23上具有T字形结构的挂钩25、设置于第二壳体11上的锁体26；所述的锁体26上设有中空内腔261,中空内腔261的底部设有按压式开关27，中空内腔261上端对称滑动设置有一对滑块262，滑块262与中空内腔261之间设有张紧弹簧263，滑块262上设置有穿出锁体26的拉索28；所述的锁体26上设有封堵中空内腔261的挡板29；作为一种优选的方案，挂钩25与第一壳体23通过具有柔性、弹性的材料连接，如块状弹性带。
如图2、图3所示，所述的助力杆件3包括第一杆件31、第二杆件32、第三杆件33，所述的第一杆件31的一端与套筒162相互转动连接，第二杆件32的一端与套筒162固定连接，第三杆件33的一端设有齿轮330，齿轮330与主轴161相互转动连接。
如图8所示，第一杆件31、第二杆件32、第三杆件33的另一端分别设置有固定束带331、环扣332以及活动束带333，固定束带331上设有第二防护垫335；固定束带331、环扣332与活动束带333相互配合将整体结构固定到关节上，第二防护垫335用于固定束带331与使用者身体之间的缓冲；
所述第二杆件32与转轴16连接的一端设有电机12、弧形导向杆件13以及套设于弧形导向杆件13上的传动弹簧14，传动弹簧14是与电机12相互传动连接，且传动弹簧14是与齿轮330相互传动连接。当发生紧急情况时，助力杆件3被使用者身体压迫，压力传导到传动弹簧14上导致其被拉伸而不制约使用者本身关节，进而使得传动弹簧14暂时脱离齿轮330，进一步解放使用者本身的关节，避免影响使用者关节灵活度而在紧急情况下绊倒使用者。
在如图5所示的一种实施例中，所述的第一壳体23内设置有与控制器15连接的第一压力传感器241,且第一压力传感器241是薄片式压力传感器。
在如图8所示的一种实施例中，所述的第二防护垫335内设有与控制器15连接的第二压力传感器336，且第二压力传感器336是薄片式压力传感器。
第一压力传感器241、第二压力传感器336用于检测关节的姿态，如第一压力传感器241、第二压力传感器336同时检测到压力则关节处于弯曲状态，第一压力传感器241没检测到压力、第二压力传感器336检测到压力则关节处于伸直或者未完全弯曲状态。
在如图7所示的一种实施例中，所述的第二壳体11上固定设置有角度传感器17，主轴161的一端是与角度传感器17相互转动连接，角度传感器17用于检测关节的弯曲角度。
在如图1所示的一种实施例中，所述的第二杆件32、第三杆件33上分别设置有第一陀螺仪321、第二陀螺仪334，第一陀螺仪321、第二陀螺仪334用于检测身体的相对姿态，如第一陀螺仪321、第二陀螺仪334位置相对水平则使用者躺着或者平举着手臂，第一陀螺仪321、第二陀螺仪334位置相对垂直则使用者站立或者手臂下垂。
所述的第二壳体11上设有控制器15，控制器15分别与电机12、第一压力传感器241、第二压力传感器336、角度传感器17、第一陀螺仪321、第二陀螺仪334相互电性连接，控制器15统筹各传感器传入的数据，并依照传感器传入的数据做出预设控制。
在如图1所示的一种实施例中，所述的第一杆件31、第二杆件32设置于同一端，且第二杆件32上的固定束带331是与第一杆件31上的固定束带331相互抵接，第三杆件33是设置于另一端。
可能的预设控制包括当检测到关节弯曲超过一定角度时断开电机12；当检测到关节弯曲且第二压力传感器336压力减小时，启动电机12提供助力；当检测到关节伸直时启动电机使得第二杆件32与第一杆件31分离，然后关闭电机12；以上只是列举了部分常见的预设控制动作，其他可依靠本发明整体结构实现的预设控制也应包括在内。
在如图8所示的一种实施例中，所述的活动束带333的一端是固定设置在其中一根第三杆件33上，活动束带333的活动端穿过另一根第三杆件33上的环扣332，并通过魔术贴3331固定连接。
本发明所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，包括动力机构、保护机构、助力杆件，保护机构、助力杆件与膝/肘关节连接时对整体结构进行定位，动力机构用于保护机构、助力杆件的相互连接，并通过控制器和各传感器配合下为膝肘关节提供助力，此外电机通过传动弹簧传动，发生紧急情况时传动弹簧拉伸避免束缚使用者自身关节灵活度，其传动灵活、可靠、速度快，同时也能避免助力机械压迫使用者身体而造成伤害；其结构合理，具有结构简单、使用方便、安全可靠、智能化程度高等优点，有效解决现有助力机械过分制约使用者关节灵活度的问题。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：包括动力机构(1)、保护机构(2)、助力杆件(3)，所述的保护机构(2)包括具有球形结构的第一壳体(23)、设置于第一壳体(23)内的第一防护垫(24)、对称设置于第一壳体(23)两侧的铰链(21)以及锁定机构(22)；
所述的动力机构(1)是分别通过铰链(21)、锁定机构(22)对称连接在保护机构(2)两侧,所述的动力机构(1)包括n字形结构的第二壳体(11)、转轴(16)；所述的转轴(16)包括主轴(161)以及与主轴(161)相互转动连接的套筒(162)，主轴(161)的两端分别与第二壳体(11)相互转动连接；
所述的助力杆件(3)包括第一杆件(31)、第二杆件(32)、第三杆件(33)，所述的第一杆件(31)的一端与套筒(162)相互转动连接，第二杆件(32)的一端与套筒(162)固定连接，第三杆件(33)的一端设有齿轮(330)，齿轮(330)与主轴(161)相互转动连接；第一杆件(31)、第二杆件(32)、第三杆件(33)的另一端均设置有固定束带(331)、环扣(332)以及活动束带(333)，固定束带(331)上设有第二防护垫(335)；所述第二杆件(32)与转轴(16)连接的一端设有电机(12)、弧形导向杆件(13)以及套设于弧形导向杆件(13)上的传动弹簧(14)，传动弹簧(14)是与电机(12)相互传动连接，且传动弹簧(14)是与齿轮(330)相互传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的锁定机构(22)包括设置于第一壳体(23)上具有T字形结构的挂钩(25)、设置于第二壳体(11)上的锁体(26)；所述的锁体(26)上设有中空内腔(261),中空内腔(261)的底部设有按压式开关(27)，中空内腔(261)上端对称滑动设置有一对滑块(262)，滑块(262)与中空内腔(261)之间设有张紧弹簧(263)，滑块(262)上设置有穿出锁体(26)的拉索(28)；所述的锁体(26)上设有封堵中空内腔(261)的挡板(29)。
3.根据权利要求2所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的第一壳体(23)内设置有第一压力传感器(241),且第一压力传感器(241)是薄片式压力传感器。
4.根据权利要求3所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的第二防护垫(335)内设有第二压力传感器(336)，且第二压力传感器(336)是薄片式压力传感器。
5.根据权利要求4所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的第二壳体(11)上固定设置有角度传感器(17)，主轴(161)的一端是与角度传感器(17)相互转动连接。
6.根据权利要求5所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的第二杆件(32)、第三杆件(33)上分别设置有第一陀螺仪(321)、第二陀螺仪(334)。
7.根据权利要求6所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的第二壳体(11)上设有控制器(15)，控制器(15)分别与电机(12)、第一压力传感器(241)、第二压力传感器(336)、角度传感器(17)、第一陀螺仪(321)、第二陀螺仪(334)相互电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的第一杆件(31)、第二杆件(32)、第三杆件(33)的自由端上均设有固定束带(331)、环扣(332)以及活动束带(333)，第一杆件(31)、第二杆件(32)的自由端同向设置，且第二杆件(32)上的固定束带(331)是与第一杆件(31)上的固定束带(331)相互抵接，第三杆件(33)是设置在与第一杆件(31)、第二杆件(32)自由端设置方向相对的另一端。
9.根据权利要求1所述的一种压感式智能膝肘关节保护电传动助力导向系统，其特征在于：所述的活动束带(333)的一端是固定设置在其中一根第三杆件(33)上，活动束带(333)的活动端穿过另一根第三杆件(33)上的环扣(332)，并通过魔术贴(3331)固定连接。
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