CN211491519U - 主动式膝关节助力机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种主动式膝关节助力机器人，涉及医疗器械技术领域，包括大腿固定组、小腿固定组、驱动装置和控制装置，其中大腿固定组用于固定大腿，小腿固定组用于固定在小腿上，通过驱动装置运用仿生学原理模拟人体膝关节驱动小腿和大腿进行屈膝动作，进而辅助人体膝关节屈伸动作以辅助人体行走或运动，而设置控制装置可根据人体习惯或运动模式需求对驱动装置的输出力矩和输出速度进行控制，增加拟人化程度，提高膝关节运动的灵活性，保护使用者的膝关节，减轻使用者的膝关节负荷，适用于健康人群登山的膝盖防护，也适用于膝盖受损的亚健康人群的辅助行走。

Description

主动式膝关节助力机器人

【技术领域】

本申请涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种主动式膝关节助力机器人。

【背景技术】

膝关节作为人体下肢重要的关节之一，需要承载整个躯干的重量，另一方面辅助人体实现行走、奔跑、跳跃等运动，同时医学研究表明，随着人年龄的逐渐增大，膝关节的老化不可避免，而即使是年轻人在运动中也同样由于运动损伤等其他原因导致膝关节受伤或患上膝关节炎等疾病而影响下肢行走，膝关节助力机器人的出现能满足这类患者的需求，同时该装置能够使患者正常行走、减轻患者创伤处。

目前，膝关节助力机器人拟人化程度低，不仅影响了外骨骼机器人与人体的协同运动，同时限制了整个膝关节的运动灵活性，无法代替或辅助人体膝关节发挥在运动中的辅助作用，舒适性较差，不利于患者恢复。

【实用新型内容】

本申请为了解决现有膝关节助力机器人拟人程度低、灵活性差的技术问题，提供一种主动式膝关节助力机器人。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案：

主动式膝关节助力机器人，包括:

大腿固定组,其用于固定在大腿上；

小腿固定组，其设于所述大腿固定组下侧，并用于固定在小腿；

驱动装置，其连接于所述大腿固定组与所述小腿固定组间，可用于驱动所述小腿固定组上的小腿和所述大腿固定组上的大腿进行屈伸动作；

控制装置，其设于所述大腿固定组上，并与所述驱动装置电性连接，用于控制所述驱动装置的输出力矩和/或输出速度。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述驱动装置包括：

大腿连接件，其设于所述大腿固定组与所述小腿固定组间，且其上端与所述大腿固定组下侧相连接；

驱动电机，其固定于所述大腿连接件上；

小腿连接件，其上侧与所述驱动电机的输出端连接，下端与所述小腿固定组上侧相连接。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述控制装置包括：

PCB板，其设于所述大腿固定组内，并与所述驱动装置电连接；

力矩调节机构，其设于所述大腿固定组上，并与所述PCB板电连接，用于调节所述驱动装置输出力矩的大小；

速度调节机构，其设于所述大腿固定组上，并与所述PCB板电连接，用于调节所述驱动装置输出力矩的作用时间。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述大腿固定组上开设有力矩调节导槽；

所述力矩调节机构包括：

力矩调节滑座，其设于所述大腿固定组内，并位于所述力矩调节导槽一侧；

力矩调节滑块，其滑动设于所述力矩调节滑座上，且其远离所述力矩调节滑座的一端贯穿所述力矩调节导槽后外露于所述大腿固定组外侧。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述大腿固定组上开设有速度调节导槽；

所述速度调节机构包括：

速度调节滑座，其设于所述大腿固定组内，并位于所述速度调节导槽一侧；

速度调节滑块，其滑动设于所述速度调节滑座上，且其远离所述速度调节滑座的一端贯穿所述速度调节导槽后外露于所述大腿固定组外侧。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述控制装置还包括模式切换机构，其设于所述大腿固定组上，并与所述PCB板电连接，所述模式切换机构包括：

控制按钮，其贯穿所述大腿固定组且一端外露于所述大腿固定组外侧，当轻按所述控制按钮时，所述模式切换机构可用于控制所述驱动装置处于启动或停止状态，当长按所述控制按钮时，可用于切换所述驱动装置处于平地及登高模式或下坡模式；

状态显示单元，其用于不同状态和模式进行灯光提示。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述主动式膝关节助力机器人还包括：

电源，其设于大腿固定组内，并分别与所述控制装置和所述驱动装置电连接，用于为所述驱动装置供电；

电源开关，其设于所述大腿固定组上，并与所述电源电连接，用于控制电源连通或关闭的。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述大腿固定组上设于与所述电源电连接并用于充电的充电接口。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述大腿固定组包括用于固定在大腿上侧的上大腿绑带、用于固定在大腿下侧的下大腿绑带、大腿箍件以及盖体，所述大腿箍件用于贴合大腿前侧并分别与所述上大腿绑带、下大腿绑带和所述驱动装置连接，所述盖体设于所述大腿箍件上，所述控制装置设于所述大腿箍件与所述盖体间。

如上所述的主动式膝关节助力机器人，所述小腿固定组包括用于固定在小腿上侧的上小腿绑带、用于固定在小腿下侧的下小腿绑带以及小腿箍件，所述小腿箍件用于贴合小腿后侧并分别与所述上小腿绑带、下小腿绑带和所述驱动装置连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

1、本申请的主动式膝关节助力机器人包括大腿固定组、小腿固定组、驱动装置和控制装置，其中大腿固定组用于固定大腿，小腿固定组用于固定在小腿上，通过驱动装置运用仿生学原理模拟人体膝关节驱动小腿和大腿进行屈膝动作，进而辅助人体膝关节屈伸动作以辅助人体行走或运动，而设置控制装置可根据人体习惯或运动模式需求对驱动装置的输出力矩和输出速度进行控制，增加拟人化程度，提高膝关节运动的灵活性，保护使用者的膝关节，减轻使用者的膝关节负荷，适用于健康人群登山的膝盖防护，也适用于膝盖受损的亚健康人群的辅助行走。

2、本申请可根据使用者的行走习惯，通过控制装置对驱动装置进行输出力矩和输出速度的调整，以及根据使用者的使用环境需求进行行走模式切换，增加拟人化程度，提高膝关节运动的灵活性，保护使用者的膝关节。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请主动式膝关节助力机器人的结构示意图。

图2是本申请主动式膝关节助力机器人屈膝状态时的结构示意图。

图3是本申请主动式膝关节助力机器人的所述驱动装置3的分解示意图。

图4是本申请主动式膝关节助力机器人隐藏所述盖体14后的结构示意图。

图5是图4中Ⅰ部分的放大示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1～5，主动式膝关节助力机器人，包括大腿固定组1、小腿固定组2、驱动装置3、控制装置4。所述大腿固定组1用于固定在大腿上。所述小腿固定组2设于所述大腿固定组1下侧，并用于固定在小腿。所述驱动装置3连接于所述大腿固定组1与所述小腿固定组2间，可用于驱动所述小腿固定组2上的小腿和所述大腿固定组 1上的大腿进行屈伸动作。所述控制装置4设于所述大腿固定组1上，并与所述驱动装置3电性连接，用于控制所述驱动装置3的输出力矩和/或输出速度。

本申请包括大腿固定组1、小腿固定组2、驱动装置3和控制装置4，其中所述大腿固定组1用于固定大腿，所述小腿固定组2用于固定在小腿上，通过所述驱动装置3运用仿生学原理模拟人体膝关节驱动小腿和大腿进行屈膝动作，进而辅助人体膝关节屈伸动作以辅助人体行走或运动，而设置所述控制装置4可根据人体习惯或运动模式需求对所述驱动装置3的输出力矩和输出速度进行控制，增加拟人化程度，提高膝关节运动的灵活性，保护使用者的膝关节，减轻使用者的膝关节负荷，适用于健康人群登山的膝盖防护，也适用于膝盖受损的亚健康人群的辅助行走。

所述驱动装置3包括大腿连接件31、驱动电机32、小腿连接件 33。所述大腿连接件31设于所述大腿固定组1与所述小腿固定组2 间，且其上端与所述大腿固定组1下侧相连接。所述驱动电机32固定于所述大腿连接件31上。所述小腿连接件33，其上侧与所述驱动电机32的输出端连接，下端与所述小腿固定组2上侧相连接。本具体实施例中，所述小腿连接件33套设在所述驱动电机32的输出端上，通过所述驱动电机32驱动大腿和小腿进行屈伸运动。所述小腿连接件33上侧设置有往所述控制装置方向凸出的小腿凸起331，所述控制装置4还包括设置于角度传感器45，所述角度传感器45用于获取所述小腿凸起331的位置变化从而获取所述驱动装置3的输出力矩和输出速度，优选所述驱动电机32为直流电机。

所述控制装置4包括PCB板41、力矩调节机构42、速度调节机构43。所述PCB板41设于所述大腿固定组1内，并与所述驱动电机32电连接。所述力矩调节机构42设于所述大腿固定组1上，并与所述PCB板41电连接，用于调节所述驱动电机32输出力矩的大小。所述速度调节机构43设于所述大腿固定组1上，并与所述PCB板41电连接，用于调节所述驱动电机32输出力矩的作用时间。可对所述驱动装置3的输出力矩和输出速度进行调节，增加拟人化，增加膝关节的灵活度。

所述大腿固定组1上开设有力矩调节导槽101。所述力矩调节机构42包括力矩调节滑座421、力矩调节滑块422。所述力矩调节滑座 421，其设于所述大腿固定组1内，并位于所述力矩调节导槽101一侧。所述力矩调节滑块422滑动设于所述力矩调节滑座421上，且其远离所述力矩调节滑座421的一端贯穿所述力矩调节导槽101后外露于所述大腿固定组1外侧。通过滑动所述力矩调节滑块422可对所述驱动装置3的输出力矩大小进行调节。

所述大腿固定组1上开设有速度调节导槽102。所述速度调节机构43包括速度调节滑座431、速度调节滑块432。所述速度调节滑座 431设于所述大腿固定组1内，并位于所述速度调节导槽102一侧。所述速度调节滑块432滑动设于所述速度调节滑座31上，且其远离所述速度调节滑座431的一端贯穿所述速度调节导槽102后外露于所述大腿固定组1外侧。通过滑动所述速度调节滑座431可对所述驱动装置3的输出速度快慢进行调节。

所述控制装置4还包括模式切换机构44，其设于所述大腿固定组1上，并与所述PCB板41电连接，所述模式切换机构44包括控制按钮441、状态显示单元442。所述控制按钮441贯穿所述大腿固定组1且一端外露于所述大腿固定组1外侧，当轻按所述控制按钮441 时，所述模式切换机构44可用于控制所述驱动装置3处于启动或停止状态，当长按所述控制按钮441时，可用于切换所述驱动装置3处于平地及登高模式或下坡模式。所述状态显示单元442用于不同状态和模式进行灯光提示。通过设置所述模式切换机构44可根据用户者的实际需要选择行走模式，当轻按所述控制按钮441时，为控制启动或暂停，当长按所述控制按钮441时，可进行行走模式的切换，包括平地及登高模式、下坡模式，所述状态显示单元442用于根据选择进行灯光提示。

所述主动式膝关节助力机器人还包括电源5、电源开关6。所述电源5设于大腿固定组1内，并分别与所述控制装置4和所述驱动装置3电连接，用于为所述驱动装置3供电。所述电源开关6设于所述大腿固定组1上，并与所述电源5电连接，用于控制电源连通或关闭的所述大腿固定组1上设于与所述电源5电连接并用于控制电源连通或关闭的电源开关6。

所述大腿固定组1上设于与所述电源5电连接并用于充电的充电接口7。

所述大腿固定组1包括用于固定在大腿上侧的上大腿绑带11、用于固定在大腿下侧的下大腿绑带12、大腿箍件13以及盖体14，所述大腿箍件13用于贴合大腿前侧并分别与所述上大腿绑带11、下大腿绑带12和所述驱动装置3连接，所述盖体14设于所述大腿箍件13上，所述控制装置4设于所述大腿箍件13与所述盖体14间。使用时将所述驱动装置3与人体膝关节对齐，分别将所述上大腿绑带 11和所述大腿绑带12系在大腿上，所述大腿箍件13可贴合人体大腿，利于所述驱动装置3对大腿的驱动。

所述小腿固定组2包括用于固定在小腿上侧的上小腿绑带21、用于固定在小腿下侧的下小腿绑带22以及小腿箍件23，所述小腿箍件23用于贴合小腿后侧并分别与所述上小腿绑带21、下小腿绑带22 和所述驱动装置3连接。使用时将所述驱动装置3与人体膝关节对齐，分别将所述上小腿绑带21和所述下小腿绑带22系在大腿上，所述小腿箍件23可贴合人体小腿，利于所述驱动装置3对小腿的驱动。

本申请的主动式膝关节助力机器人包括大腿固定组1、小腿固定组2、驱动装置3和控制装置4，其中所述大腿固定组1用于固定大腿，所述小腿固定组2用于固定在小腿上，通过所述驱动装置3运用仿生学原理模拟人体膝关节驱动小腿和大腿进行屈膝动作，进而辅助人体膝关节屈伸动作以辅助人体行走或运动，而设置所述控制装置4 可根据人体习惯或运动模式需求对所述驱动装置3的输出力矩和输出速度进行控制，增加拟人化程度，提高膝关节运动的灵活性，保护使用者的膝关节，减轻使用者的膝关节负荷，适用于健康人群登山的膝盖防护，也适用于膝盖受损的亚健康人群的辅助行走。本申请可根据使用者的需求，通过所述控制装置4对所述驱动装置3进行输出力矩和输出速度的调整，以及行走模式的切换，增加拟人化程度，提高膝关节运动的灵活性，保护使用者的膝关节。

Claims (10)

1.主动式膝关节助力机器人，其特征在于,包括:

大腿固定组(1),其用于固定在大腿上；

小腿固定组(2)，其设于所述大腿固定组(1)下侧，并用于固定在小腿；

驱动装置(3)，其连接于所述大腿固定组(1)与所述小腿固定组(2)间，可用于驱动所述小腿固定组(2)上的小腿和所述大腿固定组(1)上的大腿进行屈伸动作；

控制装置(4)，其设于所述大腿固定组(1)上，并与所述驱动装置(3)电性连接，用于控制所述驱动装置(3)的输出力矩和/或输出速度。

2.根据权利要求1所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述驱动装置(3)包括：

大腿连接件(31)，其设于所述大腿固定组(1)与所述小腿固定组(2)间，且其上端与所述大腿固定组(1)下侧相连接；

驱动电机(32)，其固定于所述大腿连接件(31)上；

小腿连接件(33)，其上侧与所述驱动电机(32)的输出端连接，下端与所述小腿固定组(2)上侧相连接。

3.根据权利要求1所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述控制装置(4)包括：

PCB板(41)，其设于所述大腿固定组(1)内，并与所述驱动装置(3)电连接；

力矩调节机构(42)，其设于所述大腿固定组(1)上，并与所述PCB板(41)电连接，用于调节所述驱动装置(3)输出力矩的大小；

速度调节机构(43)，其设于所述大腿固定组(1)上，并与所述PCB板(41)电连接，用于调节所述驱动装置(3)输出力矩的作用时间。

4.根据权利要求3所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述大腿固定组(1)上开设有力矩调节导槽(101)；

所述力矩调节机构(42)包括：

力矩调节滑座(421)，其设于所述大腿固定组(1)内，并位于所述力矩调节导槽(101)一侧；

力矩调节滑块(422)，其滑动设于所述力矩调节滑座(421)上，且其远离所述力矩调节滑座(421)的一端贯穿所述力矩调节导槽(101)后外露于所述大腿固定组(1)外侧。

5.根据权利要求3所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述大腿固定组(1)上开设有速度调节导槽(102)；

所述速度调节机构(43)包括：

速度调节滑座(431)，其设于所述大腿固定组(1)内，并位于所述速度调节导槽(102)一侧；

速度调节滑块(432)，其滑动设于所述速度调节滑座(431)上，且其远离所述速度调节滑座(431)的一端贯穿所述速度调节导槽(102)后外露于所述大腿固定组(1)外侧。

6.根据权利要求3所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述控制装置(4)还包括模式切换机构(44)，其设于所述大腿固定组(1)上，并与所述PCB板(41)电连接，所述模式切换机构(44)包括：

控制按钮(441)，其贯穿所述大腿固定组(1)且一端外露于所述大腿固定组(1)外侧，当轻按所述控制按钮(441)时，所述模式切换机构(44)可用于控制所述驱动装置(3)处于启动或停止状态，当长按所述控制按钮(441)时，可用于切换所述驱动装置(3)处于平地及登高模式或下坡模式；

状态显示单元(442)，其用于不同状态和模式进行灯光提示。

7.根据权利要求1所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于，所述主动式膝关节助力机器人还包括：

电源(5)，其设于大腿固定组(1)内，并分别与所述控制装置(4)和所述驱动装置(3)电连接，用于为所述驱动装置(3)供电；

电源开关(6)，其设于所述大腿固定组(1)上，并与所述电源(5)电连接，用于控制电源连通或关闭的。

8.根据权利要求7所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述大腿固定组(1)上设于与所述电源(5)电连接并用于充电的充电接口(7)。

9.根据权利要求1所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述大腿固定组(1)包括用于固定在大腿上侧的上大腿绑带(11)、用于固定在大腿下侧的下大腿绑带(12)、大腿箍件(13)以及盖体(14)，所述大腿箍件(13)用于贴合大腿前侧并分别与所述上大腿绑带(11)、下大腿绑带(12)和所述驱动装置(3)连接，所述盖体(14)设于所述大腿箍件(13)上，所述控制装置(4)设于所述大腿箍件(13)与所述盖体(14)间。

10.根据权利要求1所述的主动式膝关节助力机器人，其特征在于：所述小腿固定组(2)包括用于固定在小腿上侧的上小腿绑带(21)、用于固定在小腿下侧的下小腿绑带(22)以及小腿箍件(23)，所述小腿箍件(23)用于贴合小腿后侧并分别与所述上小腿绑带(21)、下小腿绑带(22)和所述驱动装置(3)连接。

Images