CN110302036A - 一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，包括：大腿连接件，顶端为大腿部齿轮，下端处具有第一连接轴，该第一连接轴上开有第一槽口；小腿连接件，顶端为小腿部齿轮且与大腿部齿轮啮合，下端处具有第二连接轴，该第二连接轴上开有第二槽口；关节连接支撑件，用于连接大腿连接件和小腿连接件，两端分别位于在大腿部齿轮的轴心位置与小腿部齿轮的轴心位置；运动缓冲限位组件，包括壳体、对称安装在壳体中的第一齿条与第二齿条、设置在第一齿条与第二齿条之间且与第一齿条以及第二齿条均啮合的齿轮、连接在第一齿条上的第一导轨、连接在第二齿条上的第二导轨以及套设在第一导轨与第二导轨上的弹簧。

Description

一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构
技术领域
本发明属于医疗器械康复领域，具体涉及一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构。
背景技术
从运动学角度分析，膝关节在屈伸时，其股骨远端与胫骨平台形成关节面，造成在矢状面的转动运动，同时其旋转瞬心可随着膝盖屈伸角度的增加而发生平动运动。
然而，现有仿生膝关节装置多为定轴旋转的刚体机构，其运动的原理与真正人体解剖学意义上的膝关节运动不相吻合，使得定轴式膝关节在使用时与人体膝关节不能吻合，不具有友好的穿戴性，且在膝关节屈伸运动中，无法实现膝关节动态免荷。
经对现有的相关技术进行搜索发现，中国专利申请号为：201711194266.4，名称为：一种康复用的并联膝关节外骨骼机构。该发明技术由小腿外骨骼，底座，柔性部件，大腿外骨刚性部件依次连接构成。其可实现转动时旋转瞬心可变，主要机构原理为连杆机构，且无法做到对膝关节免荷作用。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构。
本发明提供了一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，具有这样的特征，包括：大腿连接件，顶端为大腿部齿轮，下端处具有第一连接轴，该第一连接轴上开有第一槽口；小腿连接件，顶端为小腿部齿轮且与大腿部齿轮啮合，下端处具有第二连接轴，该第二连接轴上开有第二槽口；关节连接支撑件，用于连接大腿连接件和小腿连接件，两端分别位于在大腿部齿轮的轴心位置与小腿部齿轮的轴心位置；运动缓冲限位组件，包括壳体、对称安装在壳体中的第一齿条与第二齿条、设置在第一齿条与第二齿条之间且与第一齿条以及第二齿条均啮合的齿轮、连接在第一齿条上的第一导轨、连接在第二齿条上的第二导轨以及套设在第一导轨与第二导轨上的弹簧，其中，壳体上还开设有第一导槽与第二导槽，第一连接轴置于第一导槽中，第二连接轴置于第二导槽中，且第一导轨插入第一槽口，第二导轨插入第二槽口，从而完成大腿连接件和小腿连接件与运动缓冲限位组件之间的连接。
在本发明提供的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构中，还可以具有这样的特征：其中，第一导轨与第二导轨均为圆柱状。
在本发明提供的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构中，还可以具有这样的特征：其中，第一齿条与第二齿条均呈L形，第一齿条的短边连接有第一导轨，第二齿条的短边连接有第二导轨，第一齿条的长边与第二齿条的长边均与齿轮啮合。
在本发明提供的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构中，还可以具有这样的特征：其中，第一连接轴与第二连接轴在第一导轨与第二导轨上进行滑动时，与大腿连接件和小腿连接件产生相对转动。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，因为大腿连接件与小腿连接件之间采用了齿轮啮合转动，模拟了膝关节中上下关节面的面接触转动与平动，所以，能够使齿轮旋转轴心始终与人体解剖学中膝关节的转动轴心贴合；因为设有运动缓冲限位组件来模拟髌骨韧带对股骨与胫骨的限位及膝关节转动的缓冲，所以，进行屈伸动作时能够良好的与人体膝关节吻合；因为关节连接支撑件为刚体部件，所以，在整个膝关节屈伸过程中对膝关节起到免荷作用，达到应力屏蔽效果。因此，本发明的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构在使用时能与人体膝关节吻合，具有良好的穿戴性，且在膝关节屈伸运动中，能够实现膝关节的动态免荷。
附图说明
图1是本发明的实施例中的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构屈曲时的结构示意图；
图2是本发明的实施例中的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构伸直时的结构示意图；
图3是本发明的实施例中的运动缓冲限位组件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图1是本发明的实施例中的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构屈曲时的结构示意图，图2是本发明的实施例中的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构伸直时的结构示意图。
如图1和图2所示，本实施例的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构100，包括大腿连接件10、小腿连接件20、关节连接支撑件30以及运动缓冲限位组件40。
大腿连接件10顶端为大腿部齿轮11，下端处具有第一连接轴12，该第一连接轴12上开有第一槽口。
小腿连接件20顶端为小腿部齿轮21且与大腿部齿轮11啮合，下端处具有第二连接轴22，该第二连接轴22上开有第二槽口。
关节连接支撑件30，用于连接大腿连接件10和小腿连接件20，两端分别位于在大腿部齿轮11的轴心位置与小腿部齿轮21的轴心位置，关节连接支撑件30与大腿连接件10以及小腿连接件20之间通过铰链连接。
本实施例中，关节连接支撑件30为刚体部件，在整个膝关节屈伸过程中对膝关节起到免荷作用，达到应力屏蔽效果。
图3是本发明的实施例中的运动缓冲限位组件的结构示意图。
如图3所示，运动缓冲限位组件40包括壳体41、对称安装在壳体41中的第一齿条42与第二齿条43、设置在第一齿条42与第二齿条43之间且与第一齿条42以及第二齿条43均啮合的齿轮44、连接在第一齿条42上的第一导轨45、连接在第二齿条43上的第二导轨46以及套设在第一导轨45与第二导轨46上的弹簧47。
第一导轨45与第二导轨46均为圆柱状。
第一齿条42与第二齿条43均呈L形，第一齿条42的短边连接有第一导轨45，第二齿条43的短边连接有第二导轨46，第一齿条42的长边与第二齿条43的长边均与齿轮44啮合。
第一连接轴12与第二连接轴22在第一导轨45与第二导轨46上进行滑动时，与大腿连接件10和小腿连接件20产生相对转动。
壳体41上还开设有第一导槽48与第二导槽49，第一连接轴12置于第一导槽48中，第二连接轴22置于第二导槽49中，且第一导轨45插入第一槽口，第二导轨46插入第二槽口，从而完成大腿连接件10和小腿连接件20与运动缓冲限位组件40之间的连接。
本实施例的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构100的工作过程如下：当人处于站立状态时及下肢处于伸直状态时，大腿连接件10和小腿连接件20保持竖直状态，关节连接支撑件30和运动缓冲限位组件40处于相同竖直状态。当膝关节弯曲时，大腿连接件10和小腿连接件20发生相对转动，开有第一槽口的第一连接轴12沿着第一导轨45移动，开有第二槽口的第二连接轴22沿着第二导轨46移动，当第一连接轴12和第二连接轴22与弹簧47接触时，弹簧47进行缓冲，并通过齿轮44来移动第一齿条42与第二齿条43，来对第一连接轴12和第二连接轴22进行限位，从而限制整个机构的最大转角。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，因为大腿连接件与小腿连接件之间采用了齿轮啮合转动，模拟了膝关节中上下关节面的面接触转动与平动，所以，能够使齿轮旋转轴心始终与人体解剖学中膝关节的转动轴心贴合；因为设有运动缓冲限位组件来模拟髌骨韧带对股骨与胫骨的限位及膝关节转动的缓冲，所以，进行屈伸动作时能够良好的与人体膝关节吻合；因为关节连接支撑件为刚体部件，所以，在整个膝关节屈伸过程中对膝关节起到免荷作用，达到应力屏蔽效果。因此，本实施例的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构在使用时能与人体膝关节吻合，具有良好的穿戴性，且在膝关节屈伸运动中，能够实现膝关节的动态免荷。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，其特征在于，包括：
大腿连接件，顶端为大腿部齿轮，下端处具有第一连接轴，该第一连接轴上开有第一槽口；
小腿连接件，顶端为小腿部齿轮且与所述大腿部齿轮啮合，下端处具有第二连接轴，该第二连接轴上开有第二槽口；
关节连接支撑件，用于连接所述大腿连接件和所述小腿连接件，两端分别位于在所述大腿部齿轮的轴心位置与所述小腿部齿轮的轴心位置；
运动缓冲限位组件，包括壳体、对称安装在所述壳体中的第一齿条与第二齿条、设置在所述第一齿条与所述第二齿条之间且与所述第一齿条以及所述第二齿条均啮合的齿轮、连接在所述第一齿条上的第一导轨、连接在所述第二齿条上的第二导轨以及套设在所述第一导轨与所述第二导轨上的弹簧，
其中，所述壳体上还开设有第一导槽与第二导槽，
所述第一连接轴置于所述第一导槽中，所述第二连接轴置于所述第二导槽中，且所述第一导轨插入所述第一槽口，所述第二导轨插入所述第二槽口，从而完成所述大腿连接件和所述小腿连接件与所述运动缓冲限位组件之间的连接。
2.根据权利要求1所述的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，其特征在于：
其中，所述第一导轨与所述第二导轨均为圆柱状。
3.根据权利要求1所述的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，其特征在于：
其中，所述第一齿条与所述第二齿条均呈L形，
所述第一齿条的短边连接有所述第一导轨，
所述第二齿条的短边连接有所述第二导轨，
所述第一齿条的长边与所述第二齿条的长边均与所述齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述的旋转瞬心可变的膝关节运动仿生机构，其特征在于：
其中，所述第一连接轴与所述第二连接轴在所述第一导轨与所述第二导轨上进行滑动时，与所述大腿连接件和所述小腿连接件产生相对转动。
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