人体外骨骼腿部仿生结构的制作方法

1.本实用新型属于机械技术领域，涉及一种人体外骨骼，特别是一种人体外骨骼腿部仿生结构。


背景技术：

2.人体外骨骼腿部仿生结构主要用于模拟人体四肢肌肉运动，实现重物搬运或四肢康复锻炼。
3.现有的人体外骨骼腿部仿生结构如中国专利库公开的一种外骨骼助力康复装置(申请号：201310416077.2)，包括大腿外骨骼、小腿外骨骼，脚部外骨骼、外骨骼关节、l型固定板、外骨骼支撑板、直流电机、主动锥齿轮，从动锥齿轮，直齿轮，内齿条，筋，传动轴，固定传动轴的板，固定直流电机的l型板，电磁插销；外骨骼关节包括外侧关节下端零件，外侧关节上端零件，内侧关节上端零件，内侧关节下端零件；外侧关节上端零件和大腿外骨骼外侧支撑板固定在一起，外侧关节下端零件和小腿外骨骼外侧支撑板固定在一起，内侧关节上端零件和大腿外骨骼内侧支撑板固定在一起，内侧关节下端零件和小腿外骨骼内侧支撑板固定在一起。所述的内侧关节上端零件和内侧关节下端零件通过连接轴组成可以转动的机构；所述的外侧关节上端零件和外侧关节下端零件通过连接轴组成可以转动的机构；所述的内齿条其下端和外侧关节下端零件相固定，其另一端穿过外侧关节上端零件的弧形孔和筋的一端相固定；所述的筋的另一端固定在中心轴上并可以自由转动。
4.在上述装置中，直流电流需通过主动锥齿轮，从动锥齿轮，直齿轮，内齿条，筋，传动轴等部件配合才能实现外骨骼关节做屈伸运动运动，整个传动零部件较多，结构较为复杂。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构简单的人体外骨骼腿部仿生结构。
6.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：人体外骨骼腿部仿生结构，包括大腿骨骼和小腿骨骼，小腿骨骼下端连接有脚支座，大腿骨骼下端具有水平设置的转轴，且转轴两端均转动设置在小腿骨骼上端，其特征在于，转轴上套设并固定有齿轮，齿轮一侧啮合有与该齿轮匹配的齿条，且小腿骨骼一侧固定有用于驱动齿条沿该齿条的长度方向往复平移的直线电机。
7.使用时，直线电机驱动齿条直线运动，来带动齿轮转动从而带动大腿骨骼绕转轴轴线转动，实现屈伸运动。
8.本技术只需设置直线电机、齿条和齿轮便可实现腿部屈伸运动，这样既可有效简化结构，并通过采用简单的结构，可使整个仿生结构运行效率更高、更为平稳，从而有效加强仿生结构的使用体验。
9.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，大腿骨骼下端和小腿骨骼上端分别为上连
接部和下连接部，且上连接部和下连接部均呈凵形，上述转轴固定在上连接部上，且转轴两端分别转动支撑在下连接部两端，齿轮的上下两侧分别处于上连接部内和下连接部内，以有效降低各零部件之间的距离，使整个结构变的紧凑，减少空间占用。
10.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，上连接部两端下侧均伸入下连接部，下连接部两端均沿转轴轴向贯穿设置有通孔，转轴两端分别穿过两通孔并均固定有端盖，且下连接部两端均夹紧在对应端盖和上连接部端部之间。上连接部两端下侧均伸入下连接部，以进一步降低各零部件之间的距离，使整个结构更为紧凑，进一步降低空间占用。
11.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，上连接部两端下侧均沿转轴轴向贯穿设置有条形槽，条形槽的横截面呈与转轴匹配的圆弧形，且条形槽内壁贴在转轴外壁上，以增加上连接部和转轴接触面积，提高两者连接稳定性和强度，确保防生结构工作稳定性。
12.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，齿条远离齿轮的一端为呈板状的联动部，直线电机包括呈板状的转子，联动部压在转子上且两者相固连。直流电机和齿条采用直联方式，在进一步简化结构同时，又可进一步提高整个仿生结构运行效率和平顺性。
13.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，联动部和转子通过多根螺丝可拆卸固连，方便组装、维护。
14.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，脚支座包括用于支撑脚掌的座体和成型在脚掌一侧的连杆，小腿骨骼底壁上成型有球头杆，连杆顶壁上成型与球头杆的球头匹配且用于包容上述球头的球头腔，使座体能相对于小腿骨骼水平转动，提高仿生结构实用性。
15.在上述的人体外骨骼腿部仿生结构中，球头杆和小腿骨骼为一体式结构，以进一步加强仿生结构工作稳定性。
16.与现有技术相比，本人体外骨骼腿部仿生结构具有以下优点：
17.1、本技术只需设置直线电机、齿条和齿轮便可实现腿部屈伸运动，这样既可有效简化结构，并通过采用简单的结构，可使整个仿生结构运行效率更高、更为平稳，从而有效加强仿生结构的使用体验。
18.2、设置齿轮的上下两侧分别处于均呈凵形的上连接部和下连接部内，且上连接部两端下侧均伸入下连接部，可有效降低各零部件之间的距离，使整个结构变的紧凑，减少空间占用。
19.3、直流电机和齿条采用直联方式，在进一步简化结构同时，又可进一步提高整个仿生结构运行效率和平顺性。
附图说明
20.图1是人体外骨骼腿部仿生结构的立体结构示意图。
21.图2是人体外骨骼腿部仿生结构在另一方向上的立体结构示意图。
22.图3是人体外骨骼腿部仿生结构的爆炸结构示意图。
23.图4是小腿骨骼与脚支座的连接结构示意图。
24.图中，1、大腿骨骼；1a、上连接部；2、脚支座；2a、座体；2b、连杆；2c、束脚带；3、小腿骨骼；3a、球头杆；3b、下连接部；4、压环；5、转轴；6、齿轮；7、齿条；7a、联动部；8、直线电机；8a、转子；9、端盖。
具体实施方式
25.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
26.如图1所示，本人体外骨骼腿部仿生结构包括大腿骨骼1、脚支座2以及处于大腿骨骼1和脚支座2之间的小腿骨骼3。
27.其中，
28.小腿骨骼3下端连接脚支座2，且两者连接方式具体如下：脚支座2包括用于支撑脚掌的座体2a和成型在座体2a后侧的连杆2b。其中，座体2a上固定有束脚带2c，束脚带2c有两个且分别布置在座体2a前侧和后侧。
29.如图3和图4所示，小腿骨骼3底壁上成型有球头杆3a，且优选球头杆3a和小腿骨骼3为一体式结构。球头杆3a下端为球头，连杆2b顶壁上成型与球头匹配且用于包容球头的球头腔，使座体2a能相对于小腿骨骼3水平转动，提高仿生结构实用性。
30.在本实施例中，如图4所示，球头腔成型方式如下：连杆2b顶壁上开设有沿连杆2b轴向设置的安装孔，安装孔下端呈与球头匹配的球孔，安装孔上端同轴固定有压环4，压环4底壁为与球孔匹配的球面，且此时，球面和球孔之间形成上述球腔。安装时，球头杆3a插入安装孔，此时，球头杆3a的球头处于球孔内，球孔内壁贴在球头杆3a的球头外壁上，压环4套在球头杆3a上，且球面压在球头上，用于限制球头杆3a轴向移动，确保球头稳定转动设置在球头腔内。实际产品中，优选压环4与连杆2b焊接固连。
31.如图1和图2所示，大腿骨骼1下端具有水平设置的转轴5，且转轴5两端均转动设置在小腿骨骼3上端。转轴5上套设并固定有齿轮6，齿轮6一侧啮合有与该齿轮6匹配的齿条7，且小腿骨骼3一侧固定有用于驱动齿条7沿该齿条7的长度方向往复平移的直线电机8。
32.使用时，直线电机8驱动齿条7直线运动，来带动齿轮6转动从而带动大腿骨骼1绕转轴5轴线转动，实现屈伸运动。本技术只需设置直线电机8、齿条7和齿轮6便可实现腿部屈伸运动，这样既可有效简化结构，并通过采用简单的结构，可使整个仿生结构运行效率更高、更为平稳，从而有效加强仿生结构的使用体验。
33.在本实施例中，
34.直线电机8为现有产品，其能够在市面上够得。本技术采用西门子1fn3300-1nc10-0ba1款直线电机，且直线电机8通过螺丝固定在小腿骨骼3上。
35.转轴5和大腿骨骼1为分体式结构，且该转轴5安装方式如下：大腿骨骼1下端和小腿骨骼3上端分别为上连接部1a和下连接部3b，且上连接部1a和下连接部3b均呈凵形。上连接部1a两端下侧均伸入下连接部3b，转轴5固定在上连接部1a上，且转轴5两端分别转动支撑在下连接部3b两端。进一步说明，下连接部3b两端均沿转轴5轴向贯穿设置有通孔，转轴5两端分别穿过两通孔并均固定有端盖9，且下连接部3b两端均夹紧在对应端盖9和上连接部1a端部之间。齿轮6的上下两侧分别处于上连接部1a内和下连接部3b内。设置齿轮6的上下两侧分别处于均呈凵形的上连接部1a和下连接部3b内，且上连接部1a两端下侧均伸入下连接部3b，可有效降低各零部件之间的距离，使整个结构变的紧凑，减少空间占用。
36.更进一步地，上连接部1a两端下侧均沿转轴5轴向贯穿设置有条形槽，条形槽的横截面呈与转轴5匹配的圆弧形，且条形槽内壁贴在转轴5外壁上，以增加上连接部1a和转轴5接触面积，提高两者连接稳定性和强度，确保防生结构工作稳定性。优选大腿骨骼1与转轴5
焊接固连。
37.齿条7和直线电机8连接方式如下：齿条7远离齿轮6的一端为呈板状的联动部7a，直线电机8包括呈板状的转子8a，联动部7a压在转子8a上且两者相固连。直流电机和齿条7采用直联方式，在进一步简化结构同时，又可进一步提高整个仿生结构运行效率和平顺性。优选联动部7a和转子8a通过多根螺丝可拆卸固连，方便组装、维护。
38.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。