一种自动切换的膝关节助力机构的制作方法

本发明涉及一种新型的机械外骨骼机构，具体说来，是一种可自动切换的膝关节助力机构。

背景技术：

在人体活动中，膝关节是承受人体负担最大的部位，尤其在人体下蹲时对膝关节产生的负担尤为更甚，膝关节也容易疲劳，造成人们一些关节炎之类的病症，机械外骨骼则是解决这一问题的有效工具。在外骨骼助力领域，人们总是希望获得一种纯被动的膝关节助力机构，不需要额外的动力结构，只需要用弹簧储能原件完成即可；一般的膝关节被动助力机构都会使用弹簧，弹簧可以在人体下蹲时被压缩产生助力效果，然而这种类似结构都存在一个问题，无法解决人体行走时膝关节弯曲引起的弹簧干涉。本发明即是对该问题的一种具体解决方案。

技术实现要素：

针对上述问题，本法民提供一种自动切换的膝关节助力机构，该机构可以穿戴在人的下肢，在人体下蹲时，对人的膝关节起助力作用；在人体正常抬腿行走时，该机构不会干涉影响人体的正常运动动作。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种自动切换的膝关节助力机构，包括：

设置在自动切换装置上端的大腿支撑杆1；

设置在大腿支撑杆1和小腿支撑杆4之间的自动切换装置，其包括设置在自动切换装置上端的固定件7、设置在固定件7下端的关节轴承2、设置在关节轴承2下端的轴承支座3、设置在轴承支座3下端的滑动件11、设置在滑动件11内部的滑动轴承12、分别铰接在固定件7和滑动件11上的上铰接件90和下铰接件902、设置在上铰接件90和下铰接件902之间的压缩弹性件10以及顺次穿过上铰接件90、压缩弹性件10和下铰接件902的滑动杆8，其中，所述大腿支撑杆1的下端和关节轴承2上端之间通过上螺纹杆1901固定连接，所述上螺纹杆1901穿过固定件7上的通孔，关节轴承2的下端能转动地安装在轴承支座3上，所述滑动杆8的上端设置有杆帽，下端安装有螺母1601，所述上铰接件90和下铰接件902被限定在滑动杆8的杆帽和螺母1601之间；

设置在轴承支座3下端的小腿支撑杆4，所述小腿支撑杆4穿过滑动轴承12的内部，其上端通过下螺纹杆1902固定在轴承支座3底座的沉头式通孔内；

设置在小腿支撑杆4内部并能在小腿支撑杆4内部上下滑动的滑动支撑杆5，所说滑动支撑杆5的上端和滑动件11的上端分别设置有相互对应的两个安装孔，通过上销轴1801和下销轴1802插入两个安装孔中将滑动支撑杆5和滑动件11相互固定，所述滑动轴承12被限位在上销轴1801和下销轴1802之间；所述小腿支撑杆4的侧边开设一滑槽，所述上销轴1801和下销轴1802顺次穿过滑动件11的安装孔、滑槽和滑动支撑杆5，并能在滑槽内上下滑动。

进一步地，还包括足底支撑件6，并通过螺钉固定在小腿支撑杆4的底部。

进一步地，所述上销轴1801和下销轴1802分别与滑动支撑杆5的安装孔与滑动件11的安装孔之间是过盈固定。

进一步地，所述滑动杆8分别与上铰接件901和下铰接件902之间滑动连接，压缩弹性件10套在滑动杆8上，滑动杆8的下端还安装有滑动杆螺母1601。

进一步地，所述滑动件11与滑动轴承12同心配合。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)弹簧伸缩杆是滑动杆与压缩弹性件组成的，这样的组合可以最大化弹簧的压缩行程，尽可能使膝关节弯曲的角度最大。

(2)弹簧压缩杆下端固定一滑动件，该滑动件与小腿支撑杆内的滑动支撑杆固连，可以完成着地与离地之间的机构运动切换。

附图说明

图1为本发明三维结构组装示意图。

图2为三维结构元件示意详图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

如图1和图2所示，本发明公开了1.一种自动切换的膝关节助力机构，包括：

设置在自动切换装置上端的大腿支撑杆1；

设置在大腿支撑杆1和小腿支撑杆4之间的自动切换装置，其包括设置在自动切换装置上端的固定件7、设置在固定件7下端的关节轴承2、设置在关节轴承2下端的轴承支座3、设置在轴承支座3下端的滑动件11、设置在滑动件11内部的滑动轴承12、分别铰接在固定件7和滑动件11上的上铰接件90和下铰接件902、设置在上铰接件90和下铰接件902之间的压缩弹性件10以及顺次穿过上铰接件90、压缩弹性件10和下铰接件902的滑动杆8，其中，大腿支撑杆1的下端和关节轴承2上端之间通过上螺纹杆1901固定连接，上螺纹杆1901穿过固定件7上的通孔，关节轴承2的下端能转动地安装在轴承支座3上，滑动杆8的上端设置有杆帽，下端安装有螺母1601，上铰接件90和下铰接件902被限定在滑动杆8的杆帽和螺母1601之间；

设置在轴承支座3下端的小腿支撑杆4，小腿支撑杆4穿过滑动轴承12的内部，其上端通过下螺纹杆1902固定在轴承支座3底座的沉头式通孔内；

设置在小腿支撑杆4内部并能在小腿支撑杆4内部上下滑动的滑动支撑杆5，所说滑动支撑杆5的上端和滑动件11的上端分别设置有相互对应的两个安装孔，通过上销轴1801和下销轴1802插入两个安装孔中将滑动支撑杆5和滑动件11相互固定，滑动轴承12被限位在上销轴1801和下销轴1802之间；小腿支撑杆4的侧边开设一滑槽，上销轴1801和下销轴1802顺次穿过滑动件11的安装孔、滑槽和滑动支撑杆5，并能在滑槽内上下滑动。

还包括足底支撑件6，并通过螺钉固定在小腿支撑杆4的底部。

上销轴1801和下销轴1802分别与滑动支撑杆5的安装孔与滑动件11的安装孔之间是过盈固定。

滑动杆8分别与上铰接件901和下铰接件902之间滑动连接，压缩弹性件10套在滑动杆8上，滑动杆8的下端还安装有滑动杆螺母1601。滑动件11与滑动轴承12同心配合。

上铰接件901与固定件7通过螺栓1301和螺母1702连接；下铰接件902与滑动件11通过螺栓1302和螺母1701连接。

关节轴承2通过螺栓14和和螺母1602固定于轴承支座3上。

小腿支撑杆4与轴承支座3通过下螺杆1902连接，并由螺钉1501和1502固定。

固定件7通过螺钉1504固定于大腿支撑杆1。

上述外骨骼装置的工作过程是：用柔性绑套固定该机构的大腿支撑杆1和小腿支撑杆4于人体下肢，当人体下蹲时，膝关节发生弯曲，压缩弹性件10受压，由于滑动支撑杆5与地面接触，滑动件11相对小腿支撑杆4不会滑动，由此压缩弹性件10将产生对膝关节的弯矩，形成助力效果。

当人体正常行走抬腿时，足底的滑动支撑杆5离开地面，则滑动件11成为自由端，抬腿动作时压缩弹性件10不会工作，并不会对人体腿部产生阻力。这正是该膝关节机构与普通下肢被动助力机构不同之处。

上述膝关节弹簧的工作模式切换都是靠足底的滑动支撑杆是否触地自动完成的，不需要人的其他动作辅助，这正是该新型的膝关节机构与普通下肢被动助力机构不同之处。