[发明专利]一种基于连续可变串联柔性驱动的穿戴式动力膝关节

说明书

本发明涉及一种基于连续可变串联柔性驱动的穿戴式动力膝关节，其特征在于：包括上支板和下支板；在所述上支板上设置有推杆驱动机构，所述推杆驱动机构的输出端为输出直线运动的推杆，所述推杆的端部与横连杆紧固连接，所述横连杆两端分别通过连杆机构与下支板连接；所述下支板与所述连杆机构连接的部位为弹性片，所述弹性片与所述下支板连接为一体，两个所述弹性片对称分布在所述下支板的中轴线的两侧；在所述上支板的下端固定设置有第一齿轮，在所述下支板的上端固定设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

技术领域

本发明涉及一种动力膝关节，特别是一种基于连续可变串联柔性驱动的穿戴式动力膝关节。

背景技术

针对膝关节的辅助康复装置，一般可以分为穿戴式和非穿戴式,动力驱动和非动力驱动。穿戴式辅助康复装置是指穿戴于人体大小腿外的器具，其将关节的伸展和屈曲限制在合适的角度范围内，或者将膝关节维持在某一角度，以促进膝关节功能早期得到康复。目前穿戴式非动力辅助康复装置结构比较简单，一般起支撑、稳定患者受损膝关节的作用，使用起来也相对简单。动力辅助膝关节康复装置很多都是非穿戴式。这种辅助康复装置相比于穿戴式的功能要强大，它可以增加患者肌力和膝关节的灵活性以及改善患者对肌肉的控制能力，但是该类装置比较庞大，一般集中在康复医疗中心，所以患者只能到康复中心进行康复，这对有行动障碍的患者来说也是非常不便的。国外也有一部分可穿戴式的动力膝关节辅助康复装置，它可以主动提供助力给膝关节，但是价格贵，重量大。

对于动力关节的驱动装置，一般可以分为直接驱动旋转和连杆驱动。直接驱动的问题是空间布局限制多，电机扭转扭矩不足，自锁性能不好。连杆驱动能够有更多的空间选择，并且能够在特定角度提供较大的扭矩，容易实现机构本身的自锁，但是很多连杆驱动装置的问题是尺寸较大，重量较重。

近年来，基于生物学和生理学方面的研究表明，筋腱组织等柔性储能机构对人体行走的稳定性和能量效率具有极为重要的作用。而现有的装置都是刚性的驱动关节转动，而不能像人的膝关节那样具有柔性。柔性的关节在运动过程中，交替地进行储存能量与释放能量，以将动能、重力势能和弹性势能进行转换，这样不但提高了人行走时能量的利用效率，还改善了对行走环境的适应性，因此驱动关节转动时应当是具有柔性的。而对于膝关节不同的角度位置，需要提供不同的刚性和柔性。

综上所述，亟需一种可穿戴的轻巧、方便且能提供柔性的膝关节辅助康复装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种驱动扭矩大、穿戴轻巧且能够提供柔性的基于连续可变串联柔性驱动的穿戴式动力膝关节。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于连续可变串联柔性驱动的穿戴式动力膝关节，其特征在于：包括上支板和下支板；在所述上支板上设置有推杆驱动机构，所述推杆驱动机构的输出端为输出直线运动的推杆，所述推杆的端部与横连杆紧固连接，所述横连杆两端分别通过连杆机构与下支板连接；所述下支板与所述连杆机构连接的部位为弹性片，所述弹性片与所述下支板连接为一体，两个所述弹性片对称分布在所述下支板的中轴线的两侧；在所述上支板的下端固定设置有第一齿轮，在所述下支板的上端固定设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

所述推杆驱动机构包括支座、电机、滚珠丝杠副和所述推杆；所述支座与所述上支板紧固连接，所述电机紧固连接在所述支座上，所述电机的输出端连接所述滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副的丝杠母与所述推杆紧固连接。

所述推杆驱动机构气缸或液压缸。

所述连杆机构包括三角连杆，所述三角连杆的第一端设置有长圆孔，所述横连杆的端部可滑动且可转动地设置在所述长圆孔中，所述三角连杆的第二端与所述上支板铰接，所述三角连杆的第三端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述下支板铰接。

所述连杆机构为一根两端分别与所述横连杆、弹性片铰接的连杆。