一种基于连杆驱动的膝关节外骨骼机构的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于连杆驱动的膝关节外骨骼机构。

背景技术：

世界范围内，有着大量不同程度的下肢运动障碍患者，由于下肢运动能力受损，其生活质量在较大程度上受到影响。此外，随着日益加剧的人口老龄化，世界各国每年都需要花费巨大的物力和财力，以维持老年人的正常起居。

目前，现有外骨骼的膝关节多采用单中心的旋转运动来仿人体膝关节的运动形态，而据人体解剖学研究表明，人体膝关节是一个滑车球状关节，在运动时，通常表现出瞬时转动中心的滑移，即多中心的旋转运动。因此，现有外骨骼仿生能力并不强，此外，大多数的体积和质量较大，严重的影响了患者穿戴的舒适度和其对穿戴者的运动辅助功效。因此，有必要对膝关节外骨骼假肢进一步改进和完善，以提高患者的舒适度和适应性。

技术实现要素：

本发明以辅助下肢中风患者、为运动困难的老年人提供助力、解决人口老龄化带来的部分消极影响为目的，提供一种基于连杆驱动的膝关节外骨骼机构，可有效解决现有技术存在的诸多问题。本发明的技术方案为：

一种基于连杆驱动的膝关节外骨骼机构，包括大腿支撑杆、小腿支撑杆、关节装置、连杆机构和驱动机构，所述大腿支撑杆和所述小腿支撑杆之间设置所述关节装置；所述连杆机构包括彼此连接的摇杆和连杆，所述摇杆的另一端连接所述驱动机构，所述连杆的另一端连接所述小腿支撑杆；所述驱动机构与所述大腿支撑杆连接，所述驱动机构包括电机和与所述电机相连接的谐波减速器，所述谐波减速器的另一端与所述摇杆连接。

进一步地，所述关节装置包括相互啮合的大腿齿形关节件和小腿齿形关节件，所述大腿齿形关节件和所述小腿齿形关节件通过连接件一连接，并且两者均可绕着所述连接件一转动。

进一步地，所述连接件一具体为带销轴的连接块一、与所述连接块一相扣合的连接块二以及销轴螺帽。

进一步地，所述关节装置和所述小腿支撑杆之间通过连接件二连接。

进一步地，所述连杆的另一端连接所述连接件二。

进一步地，所述驱动机构还包括连接件三，所述连接件三设置在所述电机的电机座和所述减速器之间，所述连接件三与所述大腿支撑杆连接。

本发明的有益效果在于：本发明具有结构简单、仿生性较强且兼具齿形传动精度高的特点，同时，其质量轻便且制造成本较低，可以很好地辅助下肢中风患者，并为运动困难的老年人提供助力。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图，其中图1-1为斜视图，图1-2为侧视图；

图2为图1的结构拆分示意图；

图3本发明的关节装置的结构示意图；

图4为图3的结构拆分示意图；

图5为图3中大腿齿形关节件和小腿齿形关节件的啮合运动过程示意图，图5-1为大腿齿形关节件和小腿齿形关节件同时转动，图5-2为大腿齿形关节件固定而小腿齿形关节件转动；

图6为本发明的驱动机构的结构示意图；

图7为图6的结构拆分示意图；

其中1-大腿支撑杆，2-驱动机构，3-摇杆，4-连杆，5-连接件二，6-关节装置，7-小腿支撑杆，2.1-电机座，2.2-电机，2.3-连接件三，2.4-谐波减速器，2.5-减速器端盖，6.1-大腿齿形关节件，6.2-带销轴的连接块一，6.3-连接块二，6.4-小腿齿形关节件，6.5-销轴螺帽。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘相连’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和具体的实施例对本实用做进一步详细说明，所述是对本实用的解释而不是限定。

如图1-7所示，本发明具体实施例提供一种基于连杆驱动的膝关节外骨骼机构，包括大腿支撑杆1、小腿支撑杆7、关节装置6、连杆机构和驱动机构2，所述大腿支撑杆1和所述小腿支撑杆7之间设置所述关节装置6；所述关节装置6和所述小腿支撑杆7之间通过连接件二5连接。所述连杆机构包括彼此连接的摇杆3和连杆4，所述摇杆3的另一端连接所述驱动机构2，所述连杆4的另一端连接所述连接件二5；所述驱动机构2与所述大腿支撑杆1连接。

所述大腿支撑杆1主要用于将膝关节外骨骼机构与人体的大腿通过绑带固定，起到支撑人体大腿，实现与人体大腿的相互作用。

所述小腿支撑杆7主要用于将膝关节外骨骼机构与人体的小腿通过绑带固定，起到支撑人体小腿，实现与人体小腿的相互作用。

如图3和4所示，所述关节装置6包括相互啮合的大腿齿形关节件6.1和小腿齿形关节件6.4，所述大腿齿形关节件6.1和所述小腿齿形关节件6.4通过连接件一连接，并且两者均可绕着所述连接件一转动。所述连接件一具体为带2个销轴的连接块一6.2、与所述连接块一6.2相扣合的连接块二6.3以及销轴螺帽6.5。所述大腿齿形关节件6.1与所述大腿支撑杆1固定，所述带销轴的连接块一6.2通过其中一个销轴与所述大腿齿形关节件6.1相插接，另一个销轴与所述小腿齿形关节件6.4相插接，然后扣合所述连接块二6.3，所述销轴螺帽6.5与2个销轴通过螺纹连接，实现关节装置6各零件的轴向定位，所述小腿齿形关节件6.4与所述小腿支撑杆7通过连接件二5连接。连接件二的结构如图1和2所示。

所述连杆机构包括彼此连接的摇杆3和连杆4，所述摇杆3一端与驱动机构2的谐波减速器2.4的柔轮固定连接，所述连杆4另一端与所述连接件二5连接。所述驱动机构的电机2.2提供动能，所述谐波减速器2.4的柔轮输出力和转矩，进而驱动所述摇杆3转动，摇杆3带动连杆4动作，连杆4带动连接件二5驱动小腿支撑杆7和关节装置6动作，最终实现整个膝关节外骨骼机构的弯曲/伸展动作。

如图6和7所示，所述驱动机构2包括电机座2.1、电机2.2、与所述电机2.2相连接的谐波减速器2.4、减速器端盖2.5和连接件三2.3，所述电机2.2固定连接在所述电机座2.1上，所述连接件三2.3设置在所述电机座2.1和所述谐波减速器2.4之间，所述连接件三2.3与所述大腿支撑杆1连接。所述谐波减速器2.4的另一端与所述摇杆3连接。驱动机构2的主要作用为整个膝关节外骨骼机构提供动力，驱动整个膝关节外骨骼机构带动人体膝关节区域实现弯曲/伸展动作。如图5所示，所述大腿齿形关节件6.1和小腿齿形关节件6.4均可绕带销轴的连接块一6.2的相应的销轴转动，同时所述大腿齿形关节件6.1与小腿齿形关节件6.4通过齿形啮合传动，即可实现如下动作形式：

(1)如图5-1所示，当所述小腿齿形关节件6.4绕其对应的销轴转动时，会通过其与大腿齿形关节件6.1形成的齿形啮合带动大腿关节件6.1绕其对应的销轴转动；

(2)如图5-2所示，若所述大腿齿形关节件6.1固定，当所述小腿齿形关节件6.4绕其对应的销轴转动时，由于其与大腿齿形关节件6.1形成的齿形啮合结构，会使得带销轴连接块一6.2(以及连接块二6.3，未在附图中呈现)一起绕大腿齿形关节件6.1对应的销轴转动。

所述膝关节外骨骼的关节转动中心沿齿形啮合的方向发生位置变化，实现多中心的旋转运动，以更好适应人体膝关节的运动特点。

综上，本发明具有仿生性较强且兼具齿形传动精度高的特点，可以很好地辅助下肢中风患者，并为运动困难的老年人提供助力。

尽管上面已经示出和描述了本实用的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用的限制，本领域的普通技术人员在本实用的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。