CN111360867A - 一种扭簧型助力关节以及助行机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扭簧型助力关节。包括:弹性驱动装置、驱动装置外壳、腰部固定装置以及周向固定装置;弹性驱动装置设置在驱动装置外壳内;驱动装置外壳包括关节外盖和关节内盖,关节内盖的外周上设置有多个与周向固定装置配合的插销孔;腰部固定装置包括腰部调节板和圆轴,驱动装置外壳设置在圆轴上,并可相对圆轴转动;周向固定装置插入至关节内盖外周的圆孔中,周向固定装置包括:插销、推力弹簧以及插销固定板,推力弹簧套设在插销上,并一端抵顶插销固定板的内壁,以常推动的形式使插销伸出插销固定板并配合在插销孔中。还公开了一种助行机器人。可有效解决电驱动助力关节所无法解决的自重大、可靠性低、成本高、噪音大等诸多问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备领域,特别涉及一种扭簧型助力关节以及助行机器人。
背景技术
目前国内外在康复医疗领域的机器人设备逐渐增多,助力关节是一类可以帮助具有行走障碍的患者恢复独立行走能力的康复医疗设备。
目前存在的助力关节,绝大多数是采用电机进行驱动,电驱动助力关节采用电机作为驱动元件,导致助力关节自重较大、结构复杂,由于电机的引入,使助力关节的成本显著升高,维护及保养难度增加,关节工作可靠性降低。由于电机工作时产生一定噪音,当用户穿戴助力关节时,其穿戴的舒适性将大大折扣。由于电机工作需要消耗电能,电驱动助力关节的续航能力也存在较大缺陷。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷,本发明采用以下技术方案:
一方面,本发明提供了一种扭簧型助力关节。所述扭簧型助力关节包括:弹性驱动装置、驱动装置外壳、腰部固定装置以及周向固定装置;
所述弹性驱动装置设置在所述驱动装置外壳内;
所述驱动装置外壳包括关节外盖和关节内盖,所述弹性驱动装置一端设置在关节外盖上,另一端设置在关节内盖上,所述关节内盖的外周上设置有多个与所述周向固定装置配合的插销孔;
所述腰部固定装置包括腰部调节板和设于所述腰部调节板一端的圆轴,所述驱动装置外壳设置在所述圆轴上,并可相对所述圆轴转动;
所述周向固定装置固定设置在所述腰部调节板上,并插入至所述关节内盖外周的圆孔中,所述周向固定装置包括:插销、推力弹簧以及插销固定板,
所述推力弹簧套设在所述插销上,并一端抵顶所述插销固定板的内壁,以常推动的形式使所述插销伸出所述插销固定板并配合在所述插销孔中。
在一些实施例中,所述弹性驱动装置为扭簧。
在一些实施例中,所述关节外盖和关节内盖上分别设置有固定所述扭簧的凹槽。
在一些实施例中,所述插销孔均匀分布在所述关节内盖的外周上。
在一些实施例中,所述关节外盖通过轴承套在所述腰部调节板的圆轴上。
在一些实施例中,所述关节内盖通过轴承套在所述腰部调节板的圆轴上。
在一些实施例中,所述插销固定板包括插销外侧盖板和与所述插销外侧盖板配合的插销内侧盖板,所述插销外侧盖板和所述插销内侧盖板通过螺钉紧固连接。
另一方面,本发明提供了一种助行机器人,所述助行机器人包括腰部固定架,腿部固定装置以及如前所述的扭簧型助力关节;所述扭簧型助力关节为两个,分别设置在所述腰部固定架的两侧,所述扭簧型助力关节一端固定设置在所述腰部固定架的一侧,另一端固定设置在腿部固定装置上。
在一些实施例中,所述扭簧型助力关节通过螺钉固定在所述腰部固定架的两侧。
在一些实施例中,所述腿部固定装置包括大腿侧板,所述大腿侧板与所述扭簧型助力关节之间通过蝶形螺钉夹紧。
本发明的技术效果:本发明公开的扭簧型助力关节和助行机器人采用扭簧作为驱动元件,完全采用被动行走原理为依据,利用弹性元件能够储能并释放能量的特点,进行结构设计,使用过程中无需消耗外部能源,结构简单轻便,成本低廉,工作可靠,穿戴舒适性好,可以有效解决电驱动助力关节所无法解决的自重大、可靠性低、成本高、噪音大等诸多问题,具有十分广阔的市场前景。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的扭簧型助力关节的正视图;
图2为根据本发明一个实施例的扭簧型助力关节的剖视图;
图3为根据本发明一个实施例的扭簧型助力关节的爆炸图;
图4为根据本发明一个实施例的助行机器人的结构示意图;
图5为根据本发明一个实施例的助行机器人的穿戴示意图。
本发明实施例涉及的附图标记如下所示:
1-侧板盖,2-轴端盖,4-插销,5-关节外盖,6-插销外侧盖板,7-腰部调节板,8-关节内盖,9-插销内侧盖板,10-推力弹簧,12-超短头螺钉,13-小蝶形螺钉,14-大蝶形螺钉,15-轴承,16-弹性驱动装置,19-腰部固定架,20-扭簧型助力关节,21-大腿侧板;71-圆轴;81-插销孔;90-腿部固定装置;100-助行机器人。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,而不构成对本发明的限制。
参考图1至图3所示,示意出了根据本发明一个实施例的扭簧型助力关节20。所述扭簧型助力关节20包括:弹性驱动装置16、驱动装置外壳、腰部固定装置以及周向固定装置;
所述弹性驱动装置16设置在所述驱动装置外壳内;
所述驱动装置外壳包括关节外盖5和关节内盖8,所述弹性驱动装置16一端设置在关节外盖5上,另一端设置在关节内盖8上,所述关节内盖8的外周上设置有多个与所述周向固定装置配合的插销孔81;
所述腰部固定装置包括腰部调节板7和设于所述腰部调节板7一端的圆轴71,所述驱动装置外壳设置在所述圆轴71上,并可相对所述圆轴71转动;
所述周向固定装置固定设置在所述腰部调节板7上,并插入至所述关节内盖8外周的圆孔中,所述周向固定装置包括:插销4、推力弹簧10以及插销4固定板,
所述推力弹簧10套设在所述插销4上,并一端抵顶所述插销4固定板的内壁,以常推动的形式使所述插销4伸出所述插销4固定板并配合在所述插销孔81中。
在一些实施例中,所述弹性驱动装置16为扭簧。
在一些实施例中,所述关节外盖5和关节内盖8上分别设置有固定所述扭簧的凹槽。
在一些实施例中,所述插销孔81均匀分布在所述关节内盖8的外周上。
在一些实施例中,所述关节外盖5通过轴承15套在所述腰部调节板7的圆轴71上。轴承15外端还设置有轴承盖2,所述轴承盖2通过超短头螺钉12固定设置在圆轴71上。
在一些实施例中,所述关节内盖8通过轴承15套在所述腰部调节板7的圆轴71上。
在一些实施例中,所述插销4固定板包括插销外侧盖板6和与所述插销外侧盖板6配合的插销内侧盖板9,所述插销外侧盖板6和所述插销内侧盖板9通过螺钉紧固连接。
另一方面,本发明提供了一种助行机器人100,如图4-图5所示,所述助行机器人100包括腰部固定架19,腿部固定装置90以及如前所述的扭簧型助力关节20;所述扭簧型助力关节20为两个,分别设置在所述腰部固定架19的两侧,所述扭簧型助力关节20一端固定设置在所述腰部固定架19的一侧,另一端固定设置在腿部固定装置90上。
在一些实施例中,所述扭簧型助力关节20通过螺钉固定在所述腰部固定架19的两侧。
在一些实施例中,所述腿部固定装置90包括大腿侧板21,所述大腿侧板21与所述扭簧型助力关节20之间通蝶形螺钉夹紧。所述蝶形螺钉包括:小蝶形螺钉13和大蝶形螺钉14。
所述助力关节在穿戴时,腰部固定装置固定在用户腰部,大腿侧板21盖1固定在用户大腿侧面,关节内盖8的周向侧壁上有均匀分布的插销孔81,用户调节插销4所对应的关节内盖8上的插销孔81,通过不同位置的插销孔81与插销4配合,使关节内盖8与关节外盖5产生初始角度,由于扭簧的两个自由端分别固定在关节内盖8和关节外盖5内部的凹槽内,当关节内盖8与关节外盖5产生初始角度时,扭簧具即可产生初始变形,从而在初始位置提供不同大小的助力。周向固定装置布置在驱动装置外壳的圆周方向,既节省了空间,又方便用户在不使用任何专门工具的情况下也可以自行对关节助力大小进行调节。插销4上端配合推力弹簧10,形成了插销4自回弹的效果,方便用户进行调节。本实施例中弹性驱动装置16、驱动装置外壳、腰部固定装置、周向固定装置等几个关键部分共同组成一个整体,通过专门针对扭簧形状进行加工的关节内盖8和关节外盖5,配合独有的插销4式周向固定方式以及推力弹簧10形成的自回弹插销4,使整个结构具有唯一性和独创性。
在穿戴助行机器人100时,腰部固定架19紧紧固定在用户腰部,腿部固定装置90利用弹性带仅仅固定在用户大腿上,关节内盖8的周向侧壁上有均匀分布的插销孔81,用户可以调节插销4所对应的关节内盖8上的插销孔81,使不同位置的插销孔81与插销4配合,扭簧上下两端初始安装位置在竖直平面内,当插销4与不同位置插销孔81配合时,扭簧的上下两端所在平面与竖直平面产生夹角,此时大腿侧板21也与竖直平面产生夹角。当用户穿戴外骨骼时,在站立状态下,会强制将大腿侧板21扳回回竖直平面内,此时扭簧便有了形变,当用户抬腿时,扭簧在回复力的作用下给用户大腿一个力,从而达到助力的效果。
本发明公开的扭簧型助力关节和助行机器人能够在没有电能等能源消耗的情况下,为用户腿部关节提供一定的助力效果,由于本专利结构中不涉及电机、减速器等部件,相对已有的电驱动助力关节,其结构简单,自重较轻,维护及保养容易、可有效降低产品加工成本,缩短加工周期,降低维护及保养成本,无需专业人士即可装配及使用,具有十分庞大的用户群体。
由于自重较轻,使得该助力关节穿戴舒适性较好,还可以有效避免由于电机工作所带来的噪声干扰。电驱动助力关节由于其中包含较多电气部件,导致产品整体工作故障率较高,而本专利中的助力关节,属于纯被动助力关节,无电气部件,产品工作可靠性有显著提升。由于专利中的关节采用周向插销式固定方式,在可靠固定的基础上,既减轻了重量,有有效保证了用户可以不使用任何专业工具就能自行进行调节,插销配合推力弹簧,形成自回弹固定插销,使用户调整关节助力更加方便快捷。
本领域内的技术人员应该还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种扭簧型助力关节,其特征在于,包括:弹性驱动装置、驱动装置外壳、腰部固定装置以及周向固定装置;
所述弹性驱动装置设置在所述驱动装置外壳内;
所述驱动装置外壳包括关节外盖和关节内盖,所述弹性驱动装置一端设置在关节外盖上,另一端设置在关节内盖上,所述关节内盖的外周上设置有多个与所述周向固定装置配合的插销孔;
所述腰部固定装置包括腰部调节板和设于所述腰部调节板一端的圆轴,所述驱动装置外壳设置在所述圆轴上,并可相对所述圆轴转动;
所述周向固定装置固定设置在所述腰部调节板上,并插入至所述关节内盖外周的圆孔中,所述周向固定装置包括:插销、推力弹簧以及插销固定板,
所述推力弹簧套设在所述插销上,并一端抵顶所述插销固定板的内壁,以常推动的形式使所述插销伸出所述插销固定板并配合在所述插销孔中。
2.根据权利要求1所述的扭簧型助力关节,其特征在于,所述弹性驱动装置为扭簧。
3.根据权利要求2所述的扭簧型助力关节,其特征在于,所述关节外盖和关节内盖上分别设置有固定所述扭簧的凹槽。
4.根据权利要求1所述的扭簧型助力关节,其特征在于,所述插销孔均匀分布在所述关节内盖的外周上。
5.根据权利要求1所述的扭簧型助力关节,其特征在于,所述关节外盖通过轴承套在所述腰部调节板的圆轴上。
6.根据权利要求1所述的扭簧型助力关节,其特征在于,所述关节内盖通过轴承套在所述腰部调节板的圆轴上。
7.根据权利要求1所述的扭簧型助力关节,其特征在于,所述插销固定板包括插销外侧盖板和与所述插销外侧盖板配合的插销内侧盖板,所述插销外侧盖板和所述插销内侧盖板通过螺钉紧固连接。
8.一种助行机器人,其特征在于,包括腰部固定架,腿部固定装置以及如权利要求1-7任一项所述的扭簧型助力关节;所述扭簧型助力关节为两个,分别设置在所述腰部固定架的两侧,所述扭簧型助力关节一端固定设置在所述腰部固定架的一侧,另一端固定设置在腿部固定装置上。
9.根据权利要求8所述的助行机器人,其特征在于,所述扭簧型助力关节通过螺钉固定在所述腰部固定架的两侧。
10.根据权利要求8所述的助行机器人,其特征在于,所述腿部固定装置包括大腿侧板,所述大腿侧板与所述扭簧型助力关节之间通过蝶形螺钉夹紧。
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Cited By (2)
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CN112589830A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-04-02 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种被动缓冲装置和跳跃机器人 |
CN113558942A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-29 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种用于小腿及踝关节康复的支撑助力装置 |
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- 2018-12-26 CN CN201811604000.7A patent/CN111360867A/zh active Pending
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