CN109276412A - 一种下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其包括第一固定座、第二固定座、输出轴、紧固件、驱动机构，第一固定轴和第二固定轴固定连接，输出轴的一端通过第一弹性元件与第一固定座连接，第二固定座套设于输出轴上并与输出轴滑动连接，输出轴上还套设有滑动件，滑动件与第一固定座之间设有第二弹性元件，紧固件与滑动件连接；驱动机构用于驱动紧固件与输出轴紧固，在输出轴受力时，带动紧固件和滑动件同时运动，同时压缩第一弹性元件和第二弹性元件；驱动机构还用于驱动紧固件与输出轴分离，在输出轴受力时，只压缩第一弹性元件。本发明结构简单，可提高行走柔顺性，帮助穿戴者行走以及康复。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴式外骨骼技术领域，特别涉及一种下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置。
背景技术
外骨骼是一种能维持或增强人体生理机能的可穿戴设备，在军事、医疗、助老助残等方面具有广阔应用前景。下肢外骨骼作为其中一种，旨在助力人体行走。在军事领域中，下肢外骨骼可增长徒步距离，提升负重能力，降低肌肉损伤风险，从而提升单兵作战能力。在医疗领域，下肢外骨骼可以用于患者的步态康复和残疾人的辅助行走。在助老领域，下肢外骨骼可以帮助老年人恢复行走能力。
正常人在行走过程中下肢经历站立阶段(standing phase)与摆动阶段(swingphase)，在站立阶段，下肢承受上肢的重量，下肢肌肉需要对膝关节与踝关节提供较大的扭矩，在摆动阶段，下肢离开地面，膝关节与踝关节需要的扭矩较小。近几年，由于中风引起的下肢瘫痪人群明显增加，可穿戴式下肢外骨骼的出现能够为穿戴者提供正常行走过程中下肢关节所需要的扭矩，帮助穿戴者行走以及康复。但是，在正常行走步态周期过程中，下肢站立阶段与摆动阶段膝关节与踝关节所需要的扭矩大小不同，所以需要为下肢助力外骨骼设计一种能够改变刚度大小的调节装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种结构简单，可输出两种不同刚度值的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，，其采用如下技术方案：
一种下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其包括第一固定座、第二固定座、输出轴、紧固件、驱动机构，所述第一固定轴和第二固定轴固定连接，所述输出轴的一端通过第一弹性元件与所述第一固定座连接，所述第二固定座套设于所述输出轴上并与所述输出轴滑动连接，所述输出轴上还套设有滑动件，所述滑动件与所述第一固定座之间设有第二弹性元件，所述紧固件与滑动件连接；
所述驱动机构用于驱动所述紧固件与所述输出轴紧固，在所述输出轴受力时，带动所述紧固件和滑动件同时运动，同时压缩所述第一弹性元件和第二弹性元件；
所述驱动机构还用于驱动所述紧固件与所述输出轴分离，在所述输出轴受力时，只压缩所述第一弹性元件。
作为本发明的进一步改进，所述驱动机构包括第一驱动组件和第二驱动组件，所述第一驱动组件包括第一驱动件和第一抵接件，所述第一驱动件驱动所述第一抵接件与紧固件抵接，所述第二驱动组件包括第二驱动件和第二抵接件，所述第二驱动件驱动所述第二抵接件，所述第二抵接件带动所述紧固件与所述输出轴分离。
作为本发明的进一步改进，所述第二驱动件包括驱动电机、蜗杆、蜗轮，所述蜗杆的一端与所述驱动电机的旋转轴连接，所述蜗轮与蜗杆连接，所述第二抵接件设于所述蜗轮上。
作为本发明的进一步改进，所述滑动件上设有固定板，所述固定板与所述滑动件固定连接，所述蜗杆的另一端与所述固定板转动连接。
作为本发明的进一步改进，所述驱动电机与蜗杆之间还设有减速器。
作为本发明的进一步改进，所述驱动电机为直流电机。
作为本发明的进一步改进，所述第一驱动件为弹簧。
作为本发明的进一步改进，所述紧固件套设于所述输出轴上，所述紧固件的一端与所述滑动件转动连接，所述紧固件的另一端与所述驱动机构连接。
作为本发明的进一步改进，所述滑动件内设有滑动轴承，所述滑动轴承套设于所述输出轴上。
作为本发明的进一步改进，所述第一弹性元件和第二弹性元件均为弹簧，所述第一弹性元件的刚度小于所述第二弹性元件的刚度。
本发明的有益效果：
本发明的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置结构简单，其根据下肢站立阶段与摆动阶段膝关节与踝关节所需要的扭矩大小不同，其输出轴可输出两种不同刚度值，可提高行走柔顺性，帮助穿戴者行走以及康复。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例中下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置的结构分解示意图。
标记说明：10、第一固定座；20、第二固定座；30、连接板；40、输出轴；41、第一弹性元件；50、紧固件；60、滑动件；61、第一安装板；62、固定板；63、第二弹性元件；70、第二安装板；71、驱动电机；72、减速器；73、蜗杆；74、蜗轮；75、第二抵接件；76、第一驱动件；77、第一抵接件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-2所示，为本实施例中下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置的结构示意图。该装置包括第一固定座10、第二固定座20、连接板30、输出轴40、紧固件50和驱动机构，第一固定轴10和第二固定轴20通过连接板30固定连接，输出轴40的一端通过第一弹性元件41与第一固定座连接，第二固定座20套设于输出轴40上并与输出轴40滑动连接，输出轴40上还套设有滑动件60，滑动件60与第一固定座10之间设有第二弹性元件63，紧固件50与滑动件60连接。可选的，滑动件60内设有滑动轴承，该滑动轴承套设于输出轴40上。
在本实施例中，该装置还包括第一安装板61和第二安装板70，滑动件60与第一安装板61固定连接，该驱动机构与第二安装板70固定连接，该驱动机构包括第一驱动组件和第二驱动组件，该第一驱动组件包括第一驱动件76和第一抵接件77，第一驱动件76驱动第一抵接件77与紧固件50抵接，该第二驱动组件包括第二驱动件和第二抵接件75，该第二驱动件驱动第二抵接件75，第二抵接件75带动紧固件50与输出轴40分离。
可选的，第一驱动件76为可以为弹簧，除此之外还可以是弹片，或者其他能持续给第一抵接件75施压的结构。
具体的，该第二驱动件包括驱动电机71、蜗杆73、蜗轮74，驱动电机71和蜗杆73之间还设有减速器72，蜗杆73的一端与驱动电机71的旋转轴连接，蜗轮74与蜗杆73连接，第二抵接件75设于蜗轮74上。可选的，驱动电机71为直流电机。
可选的，滑动件60上设有固定板62，固定板62与滑动件60固定连接，蜗杆73的另一端与固定板62转动连接，蜗轮74的旋转轴与固定板62转动连接。
可选的，紧固件50套设于输出轴40上，紧固件50的一端与滑动件60转动连接，紧固件50的另一端与驱动机构连接。具体的，紧固件50的另一端与第一驱动件76抵接。
可选的，第一弹性元件42和第二弹性元件63均为弹簧，除此之外还可以是弹片，或者其他弹性结构。第二弹性元件63套设于第一弹性元件42上且与第一弹性元件42之间留有间隙，使得第一弹性元件42在压缩时，不会与第二弹性元件63接触。可选的，第一弹性元件42的刚度小于第二弹性元件63的刚度。
当驱动电机71沿第一方向旋转时，蜗杆73旋转带动蜗轮74转动，蜗轮74上的第二抵接件75与紧固件50抵接，第二抵接件75与第一抵接件77同时从两边将紧固件50的上端夹紧，随着蜗轮74的转动，紧固件50的上端绕滑动件60转动，紧固件50与输出轴40分离，此时，输出轴40受力时，输出轴40只压缩第一弹性元件42，输出轴40输出第一刚度值。
当驱动电机71沿与上述第一方向的相反方向旋转时，蜗杆73旋转带动蜗轮74转动，随着蜗轮74的转动，紧固件50的上端绕滑动件60转动，第二抵接件75与紧固件50分离，在第一驱动件76和第一抵接件77的作用下，紧固件50与输出轴40抵紧，将输出轴40与滑动件60紧固，此时，输出轴40受力时，输出轴40和滑动件60同时运动，输出轴40压缩第一弹性元件42，滑动件60压缩第二弹性单元63，输出轴40输出第二刚度值。
本发明的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置结构简单，其根据下肢站立阶段与摆动阶段膝关节与踝关节所需要的扭矩大小不同，其输出轴可输出两种不同刚度值，可提高行走柔顺性，帮助穿戴者行走以及康复。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，包括第一固定座、第二固定座、输出轴、紧固件、驱动机构，所述第一固定轴和第二固定轴固定连接，所述输出轴的一端通过第一弹性元件与所述第一固定座连接，所述第二固定座套设于所述输出轴上并与所述输出轴滑动连接，所述输出轴上还套设有滑动件，所述滑动件与所述第一固定座之间设有第二弹性元件，所述紧固件与滑动件连接；
所述驱动机构用于驱动所述紧固件与所述输出轴紧固，在所述输出轴受力时，带动所述紧固件和滑动件同时运动，同时压缩所述第一弹性元件和第二弹性元件；
所述驱动机构还用于驱动所述紧固件与所述输出轴分离，在所述输出轴受力时，只压缩所述第一弹性元件。
2.如权利要求1所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述驱动机构包括第一驱动组件和第二驱动组件，所述第一驱动组件包括第一驱动件和第一抵接件，所述第一驱动件驱动所述第一抵接件与紧固件抵接，所述第二驱动组件包括第二驱动件和第二抵接件，所述第二驱动件驱动所述第二抵接件，所述第二抵接件带动所述紧固件与所述输出轴分离。
3.如权利要求2所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述第二驱动件包括驱动电机、蜗杆、蜗轮，所述蜗杆的一端与所述驱动电机的旋转轴连接，所述蜗轮与蜗杆连接，所述第二抵接件设于所述蜗轮上。
4.如权利要求3所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述滑动件上设有固定板，所述固定板与所述滑动件固定连接，所述蜗杆的另一端与所述固定板转动连接。
5.如权利要求3所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述驱动电机与蜗杆之间还设有减速器。
6.如权利要求3所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述驱动电机为直流电机。
7.如权利要求2所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述第一驱动件为弹簧。
8.如权利要求1所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述紧固件套设于所述输出轴上，所述紧固件的一端与所述滑动件转动连接，所述紧固件的另一端与所述驱动机构连接。
9.如权利要求1所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述滑动件内设有滑动轴承，所述滑动轴承套设于所述输出轴上。
10.如权利要求1所述的下肢膝关节与踝关节助力外骨骼刚度大小调节装置，其特征在于，所述第一弹性元件和第二弹性元件均为弹簧，所述第一弹性元件的刚度小于所述第二弹性元件的刚度。
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215100 South 3rd and 4th Floors of Huanxiu Lake Building, Xiangcheng High-speed Railway New Town, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant after: Jiangsu Ji Ju micro automation system and equipment Technology Research Institute Co., Ltd. Address before: 215100 F003 workstation, 3rd floor, 58 South Tiancheng Road, Xiangcheng High-speed Railway New Town, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant before: Jiangsu Ji Ju micro automation system and equipment Technology Research Institute Co., Ltd. |
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