[实用新型]一种新型人体外骨骼主动膝关节结构

说明书

本实用新型公开了一种新型人体外骨骼主动膝关节结构，包括大腿连接机构、中间驱动机构、小腿连接机构、限位直杆，所述中间驱动机构位于所述大腿连接机构和所述小腿连接机构之间，所述大腿连接机构和所述小腿连接机构通过所述中间驱动机构相连接，所述限位直杆与中间驱动机构通过滑动副相连接；本实用新型通过连杆结构实现膝关节弯曲动作，可以较好模拟人体膝关节弯曲动作，其小腿连接件运动曲线可较好拟合人体小腿运动空间曲线，本实用新型中膝关节结构直接连接大腿和小腿，主动驱动包含在内，相对于传统纵向布置主动驱动器的方式，本实用新型中的主动驱动器通过横向布置来节省空间、拓宽膝关节转动阈值，且装拆方便，易于实现模块化。

技术领域

本发明属于仿生设计技术领域，具体涉及一种新型人体外骨骼主动膝关节结构。

背景技术

外骨骼作为穿戴式智能装备，可以帮助穿戴者负重，增强人体运动能力。但迄今为止，尽管针对外骨骼的研究已取得很大进展，但距离实用还有很多问题要解决。这其中，如何提高主动膝关节工作性能就是亟需解决的一个难题。

对于外骨骼膝关节而言，需要在承受各种状态下人体和负载对下肢所产生的力和力矩、帮助人体承重的同时，还能满足穿戴式装备的人机工效需求，这就要求外骨骼膝关节能在运动过程中尽量贴合人体。而在弯曲状况下，由于人体膝关节运动规律复杂，小腿运动速度瞬心为一空间曲线，这增加了外骨骼膝关节设计的难度。

膝关节作为人体行走重要关节，结构复杂，通过机械手段很难完全还原其运动特性。现有外骨骼通常将膝关节简化为单转轴结构，如申请号CN201910152496.7的中国专利申请公开了一种膝关节外骨骼装置，在装置中通过单转轴关节模拟膝关节运动，可提供稳定单自由度关节转动。这种单转轴结构虽然构造简单、易于实现主动驱动，但人机工效较差，在运动时易与人体偏离，产生与人体运动相反的力与力矩，不但穿戴舒适性差，助力效率还会显著降低，为此，提出一种新型人体外骨骼主动膝关节结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型人体外骨骼主动膝关节结构，以解决上述背景技术中提出的外骨骼膝关节驱动机构较大，膝关节大小腿联接件装拆复杂，单转轴结构无法良好贴合人体和人机工效差的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种新型人体外骨骼主动膝关节结构，包括大腿连接机构、中间驱动机构、小腿连接机构、限位直杆，所述中间驱动机构位于所述大腿连接机构和所述小腿连接机构之间，所述大腿连接机构和所述小腿连接机构通过所述中间驱动机构相连接，所述限位直杆与中间驱动机构通过滑动副相连接；

所述大腿连接机构包括大腿连接短杆、大腿连接机构一轴、大腿连接件、长杆转动前套筒、长杆滑动套筒、长杆转动后套筒、大腿连接机构二轴和大腿连接长杆；

所述中间驱动机构包括中间连杆端盖、中间连杆第一轴承、中间连杆一轴、中间连杆二轴、中间连杆、中间连杆第二轴承、中间丝杠端盖、驱动螺母、驱动电机、中间齿轮、驱动丝杠和丝杠齿轮；

所述小腿连接机构包括小腿连接短杆、小腿连接机构一轴、小腿连接套筒一、小腿连接套筒二、长杆转动轴、小腿连接件、小腿连接机构轴二和小腿连接机构长轴；

所述限位直杆包括限位长杆、驱动螺母定位套筒、驱动螺母上定位架和驱动螺母下定位架。

优选的，所述大腿连接短杆与所述大腿连接件通过所述大腿连接机构一轴转动连接，所述大腿连接件的两侧开设有两个圆孔，所述长杆转动前套筒和所述长杆转动后套筒通过螺钉分别固定于大腿连接件两侧开设的两个圆孔内，所述大腿连接件的表面中间开设有矩形长槽，所述长杆滑动套筒位于所述大腿连接件的矩形长槽内，所述滑动套筒的两端均固定连接有圆柱形凸起，所述滑动套筒两端的圆柱形凸起分别插入所述长杆转动前套筒和长杆转动后套筒内，所述大腿连接件与所述大腿连接长杆通过大腿连接机构二轴转动连接。