CN211491608U - 一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，所述的膝关节机构包括至少两个沿上下方向相互串联的连接单元，所述的连接单元包括连接件、安装在所述的连接件上的钢绳滑轮，所述的连接件包括两个相对设置的第一连接片、夹设于两个第一连接片之间的第二连接片，所述的第一连接片包括相对所述的第二连接片向上伸出的第一伸出部，所述的第二连接片包括相对所述的第一连接片向下伸出的第二伸出部，两个相对设置的第一连接片的第一伸出部之间形成安装间隙，所述的第一伸出部上设置有定位销孔，所述的第二伸出部上设置有弧形滑槽，所述的第二连接片的上边缘处设有上齿部，所述的第二连接片的下边缘处设有下齿部。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，尤其涉及一种用于可穿戴外骨骼的高扭矩输出自适应膝关节机构。
背景技术
外骨骼原来指生物学中保护生物内部柔软器官的一种坚硬外部结构，而现在外骨骼机器人是指一类模仿人体运动状态、加强人体运动能力的、集仿生学与人机工效学的机械装置，穿戴于人体肢体外侧，可以提高人们在行走耐久性、负重能力等特定方面的能力。由于外骨骼机器人涉及人机工效学，这就要求其就要较强适应性，不仅要适用不同体型穿戴者，同时也要对人体关节进行危险防护，防止穿戴过程中造成人体损伤。
现有技术的外骨骼机器人很多柔性膝关节在弯曲时，因关节角度变化，使驱动力角度断变化，导致外骨骼关节力矩改变，进而产生能量损失。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，所述的膝关节机构包括至少两个沿上下方向相互串联的连接单元，所述的连接单元包括连接件、安装在所述的连接件上的钢绳滑轮，所述的连接件包括两个相对设置的第一连接片、夹设于两个第一连接片之间的第二连接片，所述的第一连接片包括相对所述的第二连接片向上伸出的第一伸出部，所述的第二连接片包括相对所述的第一连接片向下伸出的第二伸出部，两个相对设置的第一连接片的第一伸出部之间形成安装间隙，所述的第一伸出部上设置有定位销孔，所述的第二伸出部上设置有弧形滑槽，所述的第二连接片的上边缘处设有上齿部，所述的第二连接片的下边缘处设有下齿部，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的第二伸出部插入位于下侧的连接单元的安装间隙中，位于上侧的连接单元的第二连接片的下齿部与位于下侧的连接单元的第二连接片的上齿部相啮合，位于上侧的第二伸出部的滑槽与位于下侧的第一伸出部的定位销孔相对应设置，所述的膝关节机构还包括定位销，所述的定位销插入相对应设置的定位销孔及滑槽中，所述的定位销能够沿所述的滑槽滑动。
优选地，所述的上齿部位于第二连接片的上边缘的前侧，所述的下齿部位于第二连接片的下边缘的前侧，当所述的膝关节机构处于非弯曲状态时，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的下齿部的前端与位于下侧的连接单元的上齿部的前端相互分离，位于上侧的连接单元的下齿部的后端与位于下侧的连接单元的上齿部的后端相互啮合；在所述的膝关节机构弯曲过程中，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的下齿部的前端与位于下侧的连接单元的上齿部的前端逐渐啮合，位于上侧的连接单元的下齿部的后端与位于下侧的连接单元的上齿部的后端逐渐分离。
优选地，所述的第一连接片还包括相对所述的第二连接片向后伸出的第三伸出部，两个相对设置的第一连接片的第三伸出部之间安装有钢绳滑轮。
优选地，所述的第三伸出部开设有第一滑轮安装孔，所述的钢绳滑轮通过所述的第一滑轮安装孔安装在连接件上。
优选地，所述的连接单元还包括U形的限位片，所述的限位片的两端部分别安装在两个相对设置的第一连接片的第三伸出部上，所述的限位片能够将所述的钢绳阻挡在所述的滑轮与限位片之间。
优选地，所述的限位片上设有与所述的第一滑轮安装孔同轴设置的第二滑轮安装孔，所述的限位片通过第二滑轮安装孔与所述的钢绳滑轮连接。
优选地，所述的第三伸出部上还开设有第一限位片安装孔，所述的限位片的端部还开设有与所述的第一限位片安装孔相对应的第二限位片安装孔，所述的限位片通过所述的第一限位片安装孔及第二限位片安装孔与所述的第三伸出部相连接。
优选地，所述的上齿部及下齿部的齿及齿槽呈半径相同的半圆形。
优选地，所述的滑槽为弧形滑槽，在所述的膝关节机构弯曲过程中，所述的定位销沿所述的滑槽滑动，当所述的定位销滑动至滑槽端部时，所述的膝关节机构弯曲至最大角度。
优选地，所述的连接件的两个第一连接片和一个第二连接片为一体成型。
本申请的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，为一种变力矩柔性膝关节机构，使膝关节在转动时扭矩稳定，并能传递较大扭矩，减少能量损失。与现有技术相比，本实用新型提供一种自适应膝关节机构，使膝关节在转动时顺畅，在承受较大力矩时避免打滑现象，可承受较大的正向冲击，并具有限位保护功能。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1是本申请所述的膝关节机构在自然状态的结构示意图；
图2是本申请的连接件的结构示意图；
图3是本申请的连接单元的结构示意图。
图4是本申请的连接件的侧视结构示意图。
图5是图4在A-A方向的剖面结构示意图；
图6是本申请的膝关节机构的侧视结构示意图；
图7是图6在B-B方向的剖面结构示意图；
图8是膝关节机构在弯曲状态的结构示意图。
其中：100、连接件；200、钢绳滑轮；300、限位片；400、定位销；
1、第一连接片；11、定位销孔；12、第一滑轮安装孔；13、第一限位片安装孔；
2、第二连接片；21、滑槽；22、下齿部；23、上齿部；
31、第二限位片300安装孔；32、第二滑轮安装孔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图所示，本申请提供了一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，所述的膝关节机构包括至少两个沿上下方向相互串联的连接单元，所述的连接单元包括连接件100、安装在所述的连接件100上的钢绳滑轮200，所述的连接件100包括两个相对设置的第一连接片1、夹设于两个第一连接片1之间的第二连接片2，所述的第一连接片1包括相对所述的第二连接片2向上伸出的第一伸出部，所述的第二连接片2包括相对所述的第一连接片1向下伸出的第二伸出部，两个相对设置的第一连接片1的第一伸出部之间形成安装间隙，所述的第一伸出部上设置有定位销孔11，所述的第二伸出部上设置有弧形滑槽21，所述的第二连接片2的上边缘处设有上齿部23，所述的第二连接片2的下边缘处设有下齿部22，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的第二伸出部插入位于下侧的连接单元的安装间隙中，位于上侧的连接单元的第二连接片2的下齿部22与位于下侧的连接单元的第二连接片2的上齿部23相啮合，位于上侧的第二伸出部的滑槽21与位于下侧的第一伸出部的定位销孔11相对应设置，所述的膝关节机构还包括定位销400，所述的定位销400插入相对应设置的定位销孔11及滑槽21中，所述的定位销400能够沿所述的滑槽21滑动。通过上齿部23和下齿部22的相互啮合，能够阻止上下两个相邻的连接件100前后方向的移动。在膝关节机构在弯曲的过程中，由于上下齿部22的相互啮合，证定位销400在滑槽21内滑动时不发生打滑及卡阻现象发生，同时在膝关节承受较大扭矩时避免连接件100间因打滑产生的相对位移。
所述的上齿部23位于第二连接片2的上边缘的前侧，所述的下齿部22位于第二连接片2的下边缘的前侧，当所述的膝关节机构处于非弯曲状态(即自然状态，弯曲角度为0度时，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的下齿部22的前端与位于下侧的连接单元的上齿部23的前端相互分离，位于上侧的连接单元的下齿部22的后端与位于下侧的连接单元的上齿部23的后端相互啮合；在所述的膝关节机构弯曲过程中，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的下齿部22的前端与位于下侧的连接单元的上齿部23的前端逐渐啮合，位于上侧的连接单元的下齿部22的后端与位于下侧的连接单元的上齿部23的后端逐渐分离。所述的上齿部23及下齿部22的齿及齿槽呈半径相同的半圆形，上下齿部22的齿与齿槽连续相切。如果半径不同，则不具备水平方向限制自由度的功能，如果外形小于半圆或不相切则上下凸面无法连续啮合。
所述的滑槽21为弧形滑槽21，在所述的膝关节机构弯曲过程中，所述的定位销400沿所述的滑槽21滑动，当所述的定位销400滑动至滑槽21端部时，所述的膝关节机构弯曲至最大角度。
所述的第一连接片1还包括相对所述的第二连接片2向后伸出的第三伸出部，两个相对设置的第一连接片1的第三伸出部之间安装有钢绳滑轮200。所述的第三伸出部开设有第一滑轮安装孔12，所述的钢绳滑轮200通过所述的第一滑轮安装孔12安装在连接件100上。所述的连接单元还包括U形的限位片300，所述的限位片300的两端部分别安装在两个相对设置的第一连接片1的第三伸出部上，所述的限位片300能够将所述的钢绳阻挡在所述的滑轮与限位片300之间。所述的限位片300上设有与所述的第一滑轮安装孔12同轴设置的第二滑轮安装孔32，所述的限位片300通过第二滑轮安装孔32与所述的钢绳滑轮200连接。所述的第三伸出部上还开设有第一限位片安装孔13，所述的限位片300的端部还开设有与所述的第一限位片安装孔13相对应的第二限位片安装孔31，所述的限位片300通过所述的第一限位片安装孔13及第二限位片安装孔31与所述的第三伸出部相连接。所述的连接件的两个第一连接片和一个第二连接片为一体成型。
本申请的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，为一种变力矩柔性膝关节机构，使膝关节在转动时扭矩稳定，并能传递较大扭矩，减少能量损失。与现有技术相比，本实用新型提供一种自适应膝关节机构，使膝关节在转动时顺畅，在承受较大力矩时避免打滑现象，可承受较大的正向冲击，并具有限位保护功能。
本申请的膝关节机构用于安装在可穿戴的外骨骼上，膝关节机构能够随着外骨骼的弯曲而弯曲，钢绳滑轮上缠绕有钢绳，钢绳在一驱动机构的驱动下能够收放，当膝关节机构弯曲时，驱动机构能够收缩钢绳，使膝关节机构恢复至自然状态。
本申请所述的上下前后方向，是指如图1所示，定位销孔位于第一连接片的前部位置，限位片安装在第一连接片的后部位置，相邻的连接件的串联方向为上下方向。
需要说明的是，在本申请的描述中，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
Claims (9)
1.一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的膝关节机构包括至少两个沿上下方向相互串联的连接单元，所述的连接单元包括连接件、安装在所述的连接件上的钢绳滑轮，
所述的连接件包括两个相对设置的第一连接片、夹设于两个第一连接片之间的第二连接片，所述的第一连接片包括相对所述的第二连接片向上伸出的第一伸出部，所述的第二连接片包括相对所述的第一连接片向下伸出的第二伸出部，两个相对设置的第一连接片的第一伸出部之间形成安装间隙，
所述的第一伸出部上设置有定位销孔，所述的第二伸出部上设置有弧形滑槽，所述的第二连接片的上边缘处设有上齿部，所述的第二连接片的下边缘处设有下齿部，
相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的第二伸出部插入位于下侧的连接单元的安装间隙中，位于上侧的连接单元的第二连接片的下齿部与位于下侧的连接单元的第二连接片的上齿部相啮合，位于上侧的第二伸出部的滑槽与位于下侧的第一伸出部的定位销孔相对应设置，
所述的膝关节机构还包括定位销，所述的定位销插入相对应设置的定位销孔及滑槽中，所述的定位销能够沿所述的滑槽滑动。
2.如权利要求1所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的上齿部位于第二连接片的上边缘的前侧，所述的下齿部位于第二连接片的下边缘的前侧，当所述的膝关节机构处于非弯曲状态时，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的下齿部的前端与位于下侧的连接单元的上齿部的前端相互分离，位于上侧的连接单元的下齿部的后端与位于下侧的连接单元的上齿部的后端相互啮合；在所述的膝关节机构弯曲过程中，相邻的两个连接单元中，位于上侧的连接单元的下齿部的前端与位于下侧的连接单元的上齿部的前端逐渐啮合，位于上侧的连接单元的下齿部的后端与位于下侧的连接单元的上齿部的后端逐渐分离。
3.如权利要求2所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的第一连接片还包括相对所述的第二连接片向后伸出的第三伸出部，两个相对设置的第一连接片的第三伸出部之间安装有钢绳滑轮。
4.如权利要求3所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的第三伸出部开设有第一滑轮安装孔，所述的钢绳滑轮通过所述的第一滑轮安装孔安装在连接件上。
5.如权利要求4所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的连接单元还包括U形的限位片，所述的限位片的两端部分别安装在两个相对设置的第一连接片的第三伸出部上，所述的限位片能够将所述的钢绳阻挡在所述的钢绳滑轮与限位片之间。
6.如权利要求5所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的限位片上设有与所述的第一滑轮安装孔同轴设置的第二滑轮安装孔，所述的限位片通过第二滑轮安装孔与所述的钢绳滑轮连接。
7.如权利要求6所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的第三伸出部上还开设有第一限位片安装孔，所述的限位片的端部还开设有与所述的第一限位片安装孔相对应的第二限位片安装孔，所述的限位片通过所述的第一限位片安装孔及第二限位片安装孔与所述的第三伸出部相连接。
8.如权利要求2所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的上齿部及下齿部的齿及齿槽呈半径相同的半圆形。
9.如权利要求1所述的一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构，其特征在于，所述的滑槽为弧形滑槽，在所述的膝关节机构弯曲过程中，所述的定位销沿所述的滑槽滑动，当所述的定位销滑动至滑槽端部时，所述的膝关节机构弯曲至最大角度。
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|---|---|---|---|
| CN201921457175.XU CN211491608U (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201921457175.XU CN211491608U (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构 |
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|---|---|
| CN211491608U true CN211491608U (zh) | 2020-09-15 |
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| CN201921457175.XU Active CN211491608U (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构 |
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| CN (1) | CN211491608U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110421592A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-08 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构 |
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2019
- 2019-09-03 CN CN201921457175.XU patent/CN211491608U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110421592A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-08 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 一种用于可穿戴外骨骼的膝关节机构 |
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