本实用新型涉及一种膝关节机构，尤其涉及一种用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构及装置。
背景技术：
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。
现有技术中，外骨骼机器人很多膝关节无自适应性，在无法从外部确定人体关节的准确位置时，会造成的外骨骼与人体关节错位，使佩戴者感到不适，长期使用时甚至会引起膝关节病发症，而拥有自适应性的结构往往结构较尺寸及重量较大。本实用新型所要解决的问题是提供一种体积小，重量轻的具有自适应性的自适应膝关节结构，方便不同体型穿戴者调节外骨骼。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构及装置，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构，其包括：大腿杆、小腿杆、柔性膝关节、膝鲍登线、膝鲍登线卷筒、膝关节驱动电机；
所述大腿杆的一端通过所述柔性膝关节与所述小腿杆的一端传动连接，所述膝鲍登线一端缠绕于所述膝鲍登线卷筒上，另一端延伸至所述柔性膝关节处，且所述膝鲍登线与大腿杆之间通过锚点固定连接，所述膝关节驱动电机驱动所述膝鲍登线卷筒进行轴向自转，所述柔性膝关节包括至少两个铰链结构，至少两个铰链结构依次连接形成所述柔性膝关节。
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，所述膝鲍登线包括：钢绳以及套装于所述钢绳上的套管。
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，所述膝鲍登线通过分布于所述大腿杆两端以及中间的三个锚点与大腿杆相连接。
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，任一铰链结构包括：连接片组件、钢绳滑轮、限位片；
所述连接片组件包括：相对设置的左片和右片、位于左片和右片之间的骨片，所述骨片为一矩形片，其一端上边缘形成上接触面，下边缘形成下接触面，所述上接触面和下接触面为逐渐靠拢的弧形面，所述左片和右片一端的上边缘为向上凸伸的弧形面，下边缘为向上凹陷的与所述弧形面相仿型的凹形面，所述钢绳滑轮通过所述限位片枢转连接于所述左片和右另一端，所述左片和右片向上凸伸的部分通过一定位销相连接
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，任一铰链结构中，所述骨片上还开设有弧形的滑槽，相邻铰链结构的左片和右片之间的定位销贯穿所述滑槽，并在变力矩柔性膝关节结构弯曲时，沿所述滑槽进行滑动。
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，所述柔性膝关节还包括：顶片和底片，所述顶片连接于最上方铰链结构的上部，所述底片连接于最下方铰链结构的下部。
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，所述底片上还设置有拉力传感器，延伸至所述柔性膝关节处的膝鲍登线的端部与所述拉力传感器相连接。
作为本实用新型的自适应膝关节机构的改进，所述大腿杆上还设置有用于固定锚点的绑缚板。
为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节装置，其包括：两个如上所述的用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构。
与现有技术相比，本实用新型提供一种体积小，重量轻的具有自适应性的自适应膝关节结构，方便不同体型穿戴者调节外骨骼。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构的立体示意图；
图2为图1中膝鲍登线的结构示意图；
图3为本实用新型的用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构中柔性膝关节的立体放大示意图；
图4为图3中部分结构的平面放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
如图1-4所示，本实用新型一实施例提供一种用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构，其包括：大腿杆1、小腿杆2、柔性膝关节3、膝鲍登线4、膝鲍登线卷筒5、膝关节驱动电机6。
所述大腿杆1的一端通过所述柔性膝关节3与所述小腿杆2的一端传动连接。所述膝鲍登线4一端缠绕于所述膝鲍登线卷筒5上，另一端延伸至所述柔性膝关节3处，且所述膝鲍登线4与大腿杆1之间通过锚点固定连接。所述膝关节驱动电机6驱动所述膝鲍登线卷筒5进行轴向自转。
本实施例中，所述膝鲍登线4包括：钢绳41以及套装于所述钢绳41上的套管42。此时，所述膝鲍登线4通过分布于所述大腿杆1两端以及中间的三个锚点4-1与大腿杆1相连接。其中，其中一个锚点4-1与膝鲍登线4的套管42的一端相连接，另一个锚点4-1与膝鲍登线4的套管42的另一端相连接，同时套管42经过中间的锚点4-1。
所述柔性膝关节3形成本实施例中可穿戴助力单腿外骨骼的柔性部分，其采用多片式串联结构以实现自适应性。所述柔性膝关节3包括至少两个铰链结构，至少两个铰链结构依次连接形成所述柔性膝关节3。任一铰链结构包括：连接片组件31、钢绳滑轮32、限位片33。
所述连接片组件31包括：相对设置的左片311和右片312、位于左片311和右片312之间的骨片313，所述骨片313为一矩形片，其一端上边缘形成上接触面3131，下边缘形成下接触面3132，所述上接触面3131和下接触面3132为逐渐靠拢的弧形面，所述左片311和右片312一端的上边缘为向上凸伸的弧形面，下边缘为向上凹陷的与所述弧形面相仿型的凹形面，所述钢绳滑轮32通过所述限位片33枢转连接于所述左片311和右另一端，所述左片311和右片312向上凸伸的部分通过一定位销34相连接。
为了实现连接片组件31中相邻铰链的联动连接，相应的，任一铰链结构中，所述骨片313上还开设有弧形的滑槽3133。该滑槽3133在膝关节弯曲时，起到控制定位销34运动轨迹及角度限位的作用。相邻铰链结构的左片311和右片312之间的定位销34贯穿所述滑槽3133，并在变力矩柔性膝关节3结构弯曲时，沿所述滑槽3133进行滑动。从而，膝关节在弯曲时，定位销34在滑槽3133内滑动，同时上接触面3131与下接触面3132啮合。
此外，所述柔性膝关节3还包括：顶片35和底片36，所述顶片35连接于最上方铰链结构的上部，所述底片36连接于最下方铰链结构的下部。为了感知人体的工作，并辅助人体的运动，所述底片36上还设置有拉力传感器，延伸至所述柔性膝关节3处的膝鲍登线4的端部与所述拉力传感器相连接37。
下面针对膝关节机构的原理进行详细描述：
所述柔性膝关节3中，铰链结构的定位销34能够对应插入滑槽3133中，由此实现顶片35与连接片组件31以及项链的连接片组件31之间的连接。膝关节弯曲时定位销34在滑槽3133内滑动，同时上接触面3131与下接触面3132啮合，滑槽3133控制定位销34并限制每片之间最大弯曲角度为36°。当柔性膝关节3由6片串联时，最大弯曲角度为180°。进一步地，人体膝关节屈曲时，膝关节驱动电机6放松鲍登线，柔性膝关节3跟随人体膝关节运动，当人体膝关节屈伸时，膝关节驱动电机6收紧鲍登线，柔性膝关节3跟随人体膝关节运动同时提供助力效果。
基于如上用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构，本实用新型一实施例还提供用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节装置，其包括：两个如上所述的用于可穿戴外骨骼的自适应膝关节机构。
综上所述，本实用新型提供一种体积小，重量轻的具有自适应性的自适应膝关节结构，方便不同体型穿戴者调节外骨骼。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。