CN114888775B - 一种适于快速拆卸的外骨骼 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种适于快速拆卸的外骨骼，包括：骨架，所述骨架包括第一骨架和第二骨架；所述第一骨架靠近所述第二骨架一端设有开口朝向所述第二骨架的第一滑槽，所述第二骨架靠近所述第一骨架一端设有开口朝向所述第一骨架的第二滑槽；膝关节组件，安装在所述第一骨架和所述第二骨架之间，所述膝关节组件具有与所述第一滑槽插接的第一滑动支端和与所述第二滑槽插接的第二滑动支端；锁定组件，用于锁定所述第一滑动支端与第一骨架之间的相对位置关系，且用于锁定所述第二滑动支端与第二骨架之间的相对位置关系。
Description
技术领域
本公开涉及智能机器人领域，具体涉及一种适于快速拆卸的外骨骼。
背景技术
近年来，我国机器人需求急剧攀升，市场销量遥居世界首位，外骨骼机器人的应用也愈发广泛，在军事、医疗等领域拥有着良好的应用前景，常运用于士兵作战、助老助残、医疗救助中。膝关节作为外骨骼机器人的部件之一，在使用者行走和蹲坐的过程中起到了关键作用。
传统的外骨骼机器人通常采用大腿骨架与小腿骨架通过销轴直接相连，这种传统的连接方式无法更换膝关节，不能根据不同个体进行差异化定制，无法满足不同使用者的运动特性。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种适于快速拆卸的外骨骼。
第一方面，一种适于快速拆卸的外骨骼，包括骨架，所述骨架包括第一骨架和第二骨架；所述第一骨架靠近所述第二骨架一端设有开口朝向所述第二骨架的第一滑槽，所述第二骨架靠近所述第一骨架一端设有开口朝向所述第一骨架的第二滑槽；
膝关节组件，安装在所述第一骨架和所述第二骨架之间，所述膝关节组件具有与所述第一滑槽插接的第一滑动支端和与所述第二滑槽插接的第二滑动支端；
锁定组件，用于锁定所述第一滑动支端与第一骨架之间的相对位置关系，且用于锁定所述第二滑动支端与第二骨架之间的相对位置关系。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一滑槽内设有可滑动地第一限位块，所述第一滑动支端上设有第一限位槽，所述第一限位槽开口方向与所述第一滑槽开口方向垂直；
所述第一限位块可滑至所述第一限位槽内，直至与所述第一限位槽内壁相抵。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述锁定组件包括第一驱动杆，所述第一驱动杆可沿自身轴线旋转的安装在所述第一滑槽内，所述第一驱动杆设有外螺纹，所述第一限位块设有螺纹孔，与所述第一驱动杆螺纹配合。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据权利要求1所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述第二滑槽内设有可滑动地第二限位块，所述第二滑动支端上设有第二限位槽，所述第二限位槽开口方向与所述第二滑槽开口方向垂直；
所述第二限位块可滑至所述第二限位槽内，直至与所述第二限位槽内壁相抵。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述锁定组件包括第二驱动杆，所述第二驱动杆可沿自身轴线旋转的安装在所述第二滑槽内，所述第二驱动杆设有外螺纹，所述第二限位块设有螺纹孔，与所述第二驱动杆螺纹配合。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述膝关节组件为四连杆结构，其包括与所述第一滑动支端固定连接的上膝关节和与所述第二滑动支端固定连接的下膝关节，所述上膝关节与所述下膝关节铰接，所述上膝关节与所述下膝关节之间设有两组铰接杆，每组所述铰接杆的两端分别于所述上膝关节和所述下膝关节铰接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述铰接杆包括交错设置的第一铰接杆和第二铰接杆，所述第一铰接杆内部中空，形成第一让位空间；所述第二铰接杆位于所述第一让位空间内。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一骨架上还设有驱动部，所述驱动部的驱动端与所述第二骨架连接，用于驱动所述第二骨架相对所述第一骨架旋转。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述驱动部包括安装在所述第一骨架上的电机，所述电机输出端设有可沿第一轴线旋转的曲柄，所述曲柄远离所述第一轴线一端与所述第二骨架柔性连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述曲柄与所述第二骨架支架之间通过摇杆连接，其连接处设有万向组件，以使曲柄相对摇杆转动，以及使摇杆相对第二骨架转动。
本发明的有益效果：本申请公开一种适于快速拆卸的外骨骼，以骨架为基础，所述骨架包括第一骨架和第二骨架，所述第一骨架靠近所述第二骨架一端设有第一滑槽，且第一滑槽开口方向朝向第二骨架；所述第二骨架靠近所述第一骨架一端设有第二滑槽，且所述第二滑槽开口方向朝向第一骨架。所述第一骨架与所述第二骨架之间通过膝关节组件连接，所述膝关节组件具有与所述第一滑槽插接的第一滑动支端和与所述第二滑槽插接的第二滑动支端。一种适于快速拆卸的外骨骼还包括锁定组件，所述锁定组件用于将第一骨架与第一滑动支端固定，还用于将第二骨架与第二滑动支端固定。
安装第一骨架时，将所述第一滑动支端伸入至所述第一滑槽内，通过锁定组件固定；安装第二骨架时，将所述第二滑动支端伸入至所述第二滑槽内，再通过锁定组件固定。
可实现膝关节组件与骨架的快速安装，有利于针对不同骨骼结构的人进行差异化定制，提升适配性和便携性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的一种实施例示意图；
图2是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的A的局部示意图；
图3是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的第一骨架示意图；
图4是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的第二骨架示意图；
图5是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的膝关节组件意图；
图6是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的驱动部示意图；
图7是本申请的一种适于快速拆卸的外骨骼的B爆炸示意图；
1、第一骨架；2、第二骨架；3、膝关节组件；3-1、第一滑动支端；3-2、第二滑动支端；30、上膝关节；31、下膝关节；32、第一铰接杆；33、第二铰接杆；4-1、第一限位块；4-2、第二限位块；300、限位槽；40-1、第一驱动杆；40-2、第二驱动杆；5-1、第一滑槽；5-2、第二滑槽；6-1、第一锁槽；6-2、第二锁槽；7、电机；70、连接法兰；71、连接轴；72、减速机；73、扭矩传感器；74、曲柄；75、摇杆；8、绑腿环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参考图1和图2，一种适于快速拆卸的外骨骼，包括骨架，所述骨架包括第一骨架1和第二骨架2；所述第一骨架1靠近所述第二骨架2一端设有第一滑槽5-1，所述第二骨架2靠近所述第一骨架1一端设有第二滑槽5-2；膝关节组件3，安装在所述第一骨架1和所述第二骨架2之间，所述膝关节组件3靠近所述第一骨架1一端设有第一滑动支端3-1，所述第一滑动支端3-1可伸至所述第一滑槽5-1内，且其上设有第一限位槽300；所述膝关节组件3靠近所述第二骨架2一端设有第二滑动支端3-2，所述第二滑动支端3-2可伸至所述第二滑槽5-2内，且其上设有第二限位槽300；锁定组件，包括安装第一骨架1上的第一限位块4-1和安装在所述第二骨架2上的第二限位块4-2，所述第一限位块4-1可滑至所述第一限位槽300内，用于将第一骨架1与所述膝关节组件3连接；所述第二限位块4-2可滑至所述第二限位槽300内，用于将第二骨架2与所述膝关节组件3连接。
其中，所述上膝关节30与大腿腿骨的连接方式和所述下膝关节31和下推腿骨的连接方式结构相同，有利于制造方便，提高零件的互换性。
工作原理：安装第一骨架1时，将所述第一滑动支端3-1伸入至所述第一滑槽5-1内，滑动所述第一限位块4-1，直至所述第一限位块4-1与所述第一滑动支端3-1上的第一限位槽300内壁相抵，将所述第一滑动支端3-1固定在所述第一滑槽5-1内，完成第一骨架1与所述膝关节组件3的安装；安装第二骨架2时，将所述第二滑动支端3-2伸入至所述第二滑槽5-2内，滑动所述第二限位块4-2，直至所述第二限位块4-2与所述第二滑动支端3-2上的第二限位槽300内壁相抵，将所述第二滑动支端3-2固定在所述第二滑槽5-2内，完成第二骨架2与所述膝关节组件3的安装。可实现膝关节组件3与骨架的快速安装，有利于针对不同骨骼结构的人进行差异化定制，提升适配性和便携性。
进一步地，如图所示，所述第一滑槽5-1延伸方向垂直于所述第一限位块4-1滑动方向；所述第二滑槽5-2延伸方向垂直于所述第二限位块4-2滑动方向。
其中，所述第一滑槽5-1内设有与之连通的第一锁槽6-1，用于对所述第一限位块4-1进行周向限位；所述第二滑槽5-2内设有与之连通的第二锁槽6-2，用于对所述第二限位块4-2进行周向限位。
具体地所述第一滑槽5-1形状与所述第一滑动支端3-1形状相契合，所述第一锁槽6-1形状与所述第一限位块4-1形状相契合；所述第二滑槽5-2形状与所述第二滑动支端3-2形状相契合，所述第二锁槽6-2形状与所述第二限位块4-2形状相契合。
进一步地，所述锁定组件包括第一驱动杆40-1，所述第一驱动杆40-1可沿自身轴线旋转的安装在所述第一滑槽5-1内，所述第一驱动杆40-1设有外螺纹，所述第一限位块4-1设有螺纹孔，与所述第一驱动杆40-1螺纹配合。其中，所述第一驱动杆40-1位于所述第一滑槽5-1外部一端设有驱动转盘，所述驱动转盘与所述第一驱动杆40-1螺栓连接。
工作原理：如图所示，所述第一滑动支端3-1插入所述第一滑槽5-1内，旋转第一驱动转盘，带动所述第一驱动杆40-1言自身轴线旋转，通过螺纹传动，进而带动所述第一限位块4-1沿图中左右方向滑动，实现对第一滑动支端3-1的锁紧或者解锁。
进一步地，所述锁定组件包括第二驱动杆40-2，所述第二驱动杆40-2可沿自身轴线旋转的安装在所述第二滑槽5-2内，所述第二驱动杆40-2设有外螺纹，所述第二限位块4-2设有螺纹孔，与所述第二驱动杆40-2螺纹配合
工作原理：如图所示，所述第二滑动支端3-2插入所述第二滑槽5-2内，旋转第二驱动转盘，带动所述第二驱动杆40-2言自身轴线旋转，通过螺纹传动，进而带动所述第二限位块4-2沿图中左右方向滑动，实现对第二滑动支端3-2的锁紧或者解锁。
进一步地，如图所示，所述膝关节组件3为四连杆结构，其包括相互铰接的上膝关节30和下膝关节31，所述上膝关节30与所述下膝关节31之间设有两组铰接杆，每组所述铰接杆的两端分别于所述上膝关节30和所述下膝关节31铰接。
优选地，所述第一骨架1、第二骨架2、上膝关节30和下膝关节31均为镂空结构，有利减小病人穿戴时的负载，提高便携性。
进一步地，所述铰接杆包括交错设置的第一铰接杆32和第二铰接杆33，所述第一铰接杆32内部中空，形成第一让位空间；所述第二铰接杆33位于所述第一让位空间内
其中，所述上膝关节30内部中空，形成第二让位空间。所述第二铰接杆33位于第二让位空间内部，其一端与所述上膝关节30铰接，另一端与所述下膝关节31铰接；所述第一铰接杆32位于所述第二让位空间外部，且所述第一铰接杆32内部中空，形成第一让位空间。所述第二让位空间，用于在运动过程中，防止所述第二铰接杆33与所述上膝关节30发生干涉；所述第一让位空间，用于在运动过程中，防止所述第一铰接杆32与所述第二铰接杆33发生干涉。优选地，所述第一连杆与所述第二连杆交叉设置，如图所示，结构合理，契合人体膝关节结构，增加机构的稳定性。
进一步地，如图所示，所述第一骨架1上还设有驱动部，所述驱动部的驱动端与所述第二骨架2连接，用于驱动所述第二骨架2相对所述第一骨架1旋转。
其中，具体地，所述驱动部包括安装在所述第一骨架1上的电机7，所述电机7输出端设有可沿第一轴线旋转曲柄74，所述曲柄74远离其第一轴线一端与所述第二骨架2柔性连接。
其中，如图所示，所述电机7输出端设有减速机72，所述电机7与所述减速机72之间设有连接法兰70和连接轴71，所述减速机72输出端设有曲柄74。本发明通过由曲柄74、摇杆75、第一骨架1和第二骨架2组成的第一空间四连杆机构，由上膝关节30、第一铰接杆32、第二铰接杆33和下膝关节31组成的第二空间四连杆机构，两组空间四连杆机构，保证了摇杆75在传动过程中的稳定性；有利于增加第一骨架1和第二骨架2在水平方向上受到的最大承载力，提高了整体的刚度；两组双重四连杆均符合人体仿生学，有着相同的运动特性，保证了运动精度，更加契合人体膝关节。
优选地，所述减速机72输出端与所述曲柄74之间设有扭矩传感器73，所述扭矩传感器73可对使用者穿戴行走时的扭转力矩转换成电流值，通过观察转换的电信号，了解穿戴者的使用情况，进而对电机7转速进行合理的调节以满足穿戴者的需要。优选地，所述曲柄74与所述扭矩传感器73通过螺栓连接，可实现曲柄74的快速拆卸，曲柄74可根据病人身体特征进行定制，通过螺栓快速拆卸，进一步提高了便携性。
进一步地，所述曲柄74与所述第二骨架2支架之间通过摇杆75连接，其连接处设有万向组件。
其中，所述万向组件包括第一球头轴承和第二球头轴承，所述摇杆75一端与所述曲柄74输出端之间设有第一球头轴承，所述摇杆75另一端与所述第二骨架2之间设有第二球头轴承。有利于提高自由度、灵活度，防止屈伸膝过程中的卡顿，模仿了人体膝关节在行走时的运动特性，符合人体工程学。
工作原理：所述电机7工作，经过减速机72后，带动所述曲柄74旋转，通过摇杆75传动，进而带动第二骨架2旋转，实现屈伸膝过程。由于电机7直接布置在第一骨架1上，离第二骨架2的距离较短，有效地减少了电机7驱动时第二骨架2的转动惯量，在穿戴者在使用时下肢能较好地控制第二骨架2，提高了第二骨架2的灵活度。
优选地，所述第一骨架1远离所述第二骨架2一端设有绑腿架，所述绑腿架与所述第一骨架1之间通过螺栓连接，所述绑腿架上设有绑腿环8，所述绑腿环8为高分子聚合材料，其上设有送检带，且所述绑腿环8远离电机7一端设有入腿口。
在本实施例中，所述第一骨架1为大腿骨架，所述第二骨架2为小腿骨架。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于，包括：
骨架，所述骨架包括第一骨架(1)和第二骨架(2)；所述第一骨架(1)靠近所述第二骨架(2)一端设有开口朝向所述第二骨架(2)的第一滑槽(5-1)，所述第二骨架(2)靠近所述第一骨架(1)一端设有开口朝向所述第一骨架(1)的第二滑槽(5-2)；
膝关节组件(3)，安装在所述第一骨架(1)和所述第二骨架(2)之间，所述膝关节组件(3)具有与所述第一滑槽(5-1)插接的第一滑动支端(3-1)和与所述第二滑槽(5-2)插接的第二滑动支端(3-2)；所述滑动支端设有限位槽；
锁定组件，用于锁定所述第一滑动支端(3-1)与第一骨架(1)之间的相对位置关系，且用于锁定所述第二滑动支端(3-2)与第二骨架(2)之间的相对位置关系；
所述锁定组件包括：
限位块，所述限位块可滑至所述限位槽内；
驱动杆，所述驱动杆可沿自身轴线旋转的安装在所述滑槽内，所述驱动杆设有外螺纹，所述限位块设有螺纹孔，与所述驱动杆螺纹配合。
2.根据权利要求1所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述第一滑槽(5-1)内设有可滑动地第一限位块(4-1)，所述第一滑动支端(3-1)上设有第一限位槽(300-1)，所述第一限位槽(300-1)开口方向与所述第一滑槽(5-1)开口方向垂直；
所述第一限位块(4-1)可滑至所述第一限位槽(300-1)内，直至与所述第一限位槽(300-1)内壁相抵。
3.根据权利要求2所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述锁定组件包括第一驱动杆(40-1)，所述第一驱动杆(40-1)可沿自身轴线旋转的安装在所述第一滑槽(5-1)内，所述第一驱动杆(40-1)设有外螺纹，所述第一限位块(4-1)设有螺纹孔，与所述第一驱动杆(40-1)螺纹配合。
4.根据权利要求1所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述第二滑槽(5-2)内设有可滑动地第二限位块(4-2)，所述第二滑动支端(3-2)上设有第二限位槽(300-2)，所述第二限位槽(300-2)开口方向与所述第二滑槽(5-2)开口方向垂直；
所述第二限位块(4-2)可滑至所述第二限位槽(300-2)内，直至与所述第二限位槽(300-2)内壁相抵。
5.根据权利要求4所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述锁定组件包括第二驱动杆(40-2)，所述第二驱动杆(40-2)可沿自身轴线旋转的安装在所述第二滑槽(5-2)内，所述第二驱动杆(40-2)设有外螺纹，所述第二限位块(4-2)设有螺纹孔，与所述第二驱动杆(40-2)螺纹配合。
6.根据权利要求1所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述膝关节组件(3)为四连杆结构，其包括与所述第一滑动支端(3-1)固定连接的上膝关节(30)和与所述第二滑动支端(3-2)固定连接的下膝关节(31)，所述上膝关节(30)与所述下膝关节(31)铰接，所述上膝关节(30)与所述下膝关节(31)之间设有两组铰接杆，每组所述铰接杆的两端分别于所述上膝关节(30)和所述下膝关节(31)铰接。
7.根据权利要求6所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述铰接杆包括交错设置的第一铰接杆(32)和第二铰接杆(33)，所述第一铰接杆(32)内部中空，形成第一让位空间；所述第二铰接杆(33)位于所述第一让位空间内。
8.根据权利要求6所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述第一骨架(1)上还设有驱动部，所述驱动部的驱动端与所述第二骨架(2)连接，用于驱动所述第二骨架(2)相对所述第一骨架(1)旋转。
9.根据权利要求8所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述驱动部包括安装在所述第一骨架(1)上的电机(7)，所述电机(7)输出端设有可沿第一轴线旋转的曲柄(74)，所述曲柄(74)远离所述第一轴线一端与所述第二骨架(2)柔性连接。
10.根据权利要求9所述的一种适于快速拆卸的外骨骼，其特征在于：所述曲柄(74)与所述第二骨架(2)支架之间通过摇杆(75)连接，其连接处设有万向组件，以使曲柄(74)相对摇杆(75)转动，以及使摇杆(75)相对第二骨架(2)转动。
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