本發(fā)明專利技術(shù)提供一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)，包括氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)組件（10）與膝關(guān)節(jié)總成（20）；膝關(guān)節(jié)總成（20）包括大腿（21）、小腿（22）、第一連桿機(jī)構(gòu)（23）、調(diào)節(jié)桿（24）、第二連桿機(jī)構(gòu)（25）與轉(zhuǎn)動(dòng)桿（26），大腿（21）與小腿（22）兩側(cè)分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)桿（26）進(jìn)行連接，第一連桿機(jī)構(gòu)（23）設(shè)置在大腿（21）之間、第二連桿機(jī)構(gòu)（25）設(shè)置在小腿（22）之間，且第一連桿機(jī)構(gòu)（23）與第二連桿機(jī)構(gòu)（25）通過(guò)中心軸（200）連接。該人工膝關(guān)節(jié)能夠解決現(xiàn)有人工膝關(guān)節(jié)與人腿協(xié)調(diào)性差的問(wèn)題，同時(shí)，該人工膝關(guān)節(jié)能夠滿足大多數(shù)用戶的需求、及適應(yīng)不同人體膝關(guān)節(jié)的瞬心旋轉(zhuǎn)軌跡，適用范圍廣。適用范圍廣。適用范圍廣。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)
[0001]本專利技術(shù)涉及機(jī)器人
，具體涉及一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)。
技術(shù)介紹
[0002]隨著人口老齡化的加劇以及傷殘人數(shù)的逐年累加，人們迫切需要一款能夠滿足人體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的下肢康復(fù)機(jī)器人，從而輔助老年人或傷殘人士進(jìn)行術(shù)后康復(fù)、鍛煉。
[0003]傳統(tǒng)的假腿、下肢外骨骼等設(shè)備簡(jiǎn)單的將人體膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)看作是一種單鉸鏈型式運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。然而，人體膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是較為復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心（ICR）會(huì)隨關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化、軌跡類似J形曲線；由于人體膝關(guān)節(jié)瞬心軌跡可變這一特性，單純采用固定旋轉(zhuǎn)中心的假肢必然導(dǎo)致與人腿協(xié)調(diào)性配合較差，不利于患者的康復(fù)與正常行走，拖慢患者的康復(fù)、鍛煉進(jìn)程，或造成患者的行走不便。
[0004]同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)還存在一類瞬心可變的人工膝關(guān)節(jié)，如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN110302036A公開了一種旋轉(zhuǎn)瞬心可變的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生機(jī)構(gòu)，其利用大腿連接件與小腿連接件之間采用的齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬膝關(guān)節(jié)中上下關(guān)節(jié)面的面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)，能夠使齒輪旋轉(zhuǎn)軸心始終與人體解剖學(xué)中膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心貼合；利用運(yùn)動(dòng)緩沖限位組件模擬髕骨韌帶對(duì)股骨與脛骨的限位及膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的緩沖，進(jìn)行屈伸動(dòng)作時(shí)能夠良好的與人體膝關(guān)節(jié)吻合；利用關(guān)節(jié)連接支撐件為剛體部件，在整個(gè)膝關(guān)節(jié)屈伸過(guò)程中對(duì)膝關(guān)節(jié)起到免荷作用，達(dá)到應(yīng)力屏蔽效果。然而，如上所述：瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心（ICR）的旋轉(zhuǎn)軌跡類似J形曲線、并非是純圓弧曲線，因此該文獻(xiàn)的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)無(wú)法真實(shí)模擬人體膝關(guān)節(jié)的瞬心改變軌跡；此外，不同人體膝關(guān)節(jié)的瞬心旋轉(zhuǎn)軌跡曲線存在差異性，該文獻(xiàn)的膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)適應(yīng)性差，在機(jī)構(gòu)尺寸確定后，其瞬心軌跡就無(wú)法改變，無(wú)法滿足不同人體膝關(guān)節(jié)的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)，該人工膝關(guān)節(jié)能夠解決現(xiàn)有人工膝關(guān)節(jié)與人腿協(xié)調(diào)性差的問(wèn)題，同時(shí)，該人工膝關(guān)節(jié)能夠滿足大多數(shù)用戶的需求、及適應(yīng)不同人體膝關(guān)節(jié)的瞬心旋轉(zhuǎn)軌跡，適用范圍廣。
[0006]本專利技術(shù)的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于：包括氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)組件與膝關(guān)節(jié)總成；膝關(guān)節(jié)總成包括大腿、小腿、第一連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)桿、第二連桿機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)桿，大腿與小腿兩側(cè)分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)桿進(jìn)行連接（即轉(zhuǎn)動(dòng)桿設(shè)置為兩根且同一轉(zhuǎn)動(dòng)桿的兩端分別與大腿、小腿轉(zhuǎn)動(dòng)連接），第一連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在大腿之間、第二連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在小腿之間，且第一連桿機(jī)構(gòu)與第二連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)中心軸連接，調(diào)節(jié)桿上設(shè)置第一滑槽、小腿設(shè)置第二滑槽，中心軸依次卡接在第一滑槽與第二滑槽內(nèi)且滑動(dòng)連接，調(diào)節(jié)桿遠(yuǎn)離滑槽的一端與第一連接機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置、轉(zhuǎn)動(dòng)桿位于小腿的一端與第二連接機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置。
[0007]作進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一滑槽中線與第二滑槽中線呈一定角度且該角度不小于30
°
。
[0008]作進(jìn)一步優(yōu)化，所述大腿中部設(shè)置第一中空槽，小腿設(shè)置在第一中空槽內(nèi)，小腿中部設(shè)置第二中空槽，第一連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)桿、第二連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在第二中空槽內(nèi)；大腿兩側(cè)分別設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)槽，轉(zhuǎn)動(dòng)桿設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)。
[0009]作進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一連桿機(jī)構(gòu)包括一根第一驅(qū)動(dòng)軸、兩根第一連桿、兩根第二連桿與一根第一從動(dòng)軸，第一驅(qū)動(dòng)軸貫穿大腿兩側(cè)側(cè)壁且與大腿側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一驅(qū)動(dòng)軸位于第二中空槽之間的外壁固定套接兩根第一連桿且第一連桿對(duì)稱設(shè)置，兩根第一連桿遠(yuǎn)離第一驅(qū)動(dòng)軸的一端通過(guò)同一根第一從動(dòng)軸連接，第一從動(dòng)軸位于兩根第一連桿相互遠(yuǎn)離一側(cè)側(cè)面的外壁分別套接第二連桿，第二連桿遠(yuǎn)離第一從動(dòng)軸的一端套接在中心軸外壁；第二連桿機(jī)構(gòu)包括一根第二驅(qū)動(dòng)軸、兩根第三連桿、兩根第四連桿與一根第二從動(dòng)軸，第二驅(qū)動(dòng)軸貫穿小腿兩側(cè)側(cè)壁且與小腿側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二驅(qū)動(dòng)軸位于第二中空槽之間的外壁固定套接兩根第三連桿，兩根第三連桿遠(yuǎn)離第二驅(qū)動(dòng)軸的一端通過(guò)同一根第二從動(dòng)軸連接，第二從動(dòng)軸位于兩根第三連桿相互靠近一側(cè)側(cè)面的外壁分別套接第四連桿，第四連桿遠(yuǎn)離第二從動(dòng)軸的一端套接在中心軸外壁；調(diào)節(jié)桿為兩根、其一端轉(zhuǎn)動(dòng)套接在第一驅(qū)動(dòng)軸外壁、另一端通過(guò)輔助軸連接，且調(diào)節(jié)桿遠(yuǎn)離第一驅(qū)動(dòng)軸的一端設(shè)置第一滑槽；轉(zhuǎn)動(dòng)桿遠(yuǎn)離大腿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)套接在第二驅(qū)動(dòng)軸外壁。
[0010]優(yōu)選的，所述第二連桿位于兩根調(diào)節(jié)桿之間，第四連桿位于兩根第二連桿之間。
[0011]作進(jìn)一步優(yōu)化，所述大腿側(cè)壁且對(duì)應(yīng)第一驅(qū)動(dòng)軸設(shè)置第一電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所訴小腿側(cè)壁且對(duì)應(yīng)第二驅(qū)動(dòng)軸設(shè)置第二電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]作進(jìn)一步優(yōu)化，所述大腿側(cè)壁且對(duì)應(yīng)第一驅(qū)動(dòng)軸設(shè)置第一角度傳感器，大腿側(cè)壁且對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿位于大腿端的轉(zhuǎn)軸設(shè)置第二角度傳感器，小腿側(cè)壁且對(duì)應(yīng)第二驅(qū)動(dòng)軸設(shè)置第三角度傳感器，分別用于檢測(cè)各個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0013]作進(jìn)一步優(yōu)化，所述氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)組件為兩組，包括氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)繩，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)繩一端連接、用于控制驅(qū)動(dòng)繩的伸縮；兩根驅(qū)動(dòng)繩遠(yuǎn)離氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的一端分別與第二驅(qū)動(dòng)軸、中心軸連接。通過(guò)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器控制兩根驅(qū)動(dòng)繩分別進(jìn)行伸長(zhǎng)與縮短，從而控制膝關(guān)節(jié)總成完成屈膝動(dòng)作（即大腿與小腿之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）。
[0014]本專利技術(shù)具有如下技術(shù)效果：本申請(qǐng)通過(guò)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)組件的控制，實(shí)現(xiàn)小腿與大腿之間的相對(duì)順時(shí)針或相對(duì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成屈膝運(yùn)動(dòng)；通過(guò)第一連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)中心軸在調(diào)節(jié)桿的第一滑槽內(nèi)的滑動(dòng)、配合通過(guò)第二連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)中心軸在小腿的第二滑槽內(nèi)的滑動(dòng)、從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度與小腿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度進(jìn)行改變的目的，即通過(guò)引入額外的自由度間接改變關(guān)節(jié)處的連桿長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)桿與轉(zhuǎn)動(dòng)桿之間的交點(diǎn)、即瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心（ICR）的調(diào)節(jié)，保證膝關(guān)節(jié)總成在屈膝轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中貼合人體膝關(guān)節(jié)瞬心曲線（即J形曲線），確保膝關(guān)節(jié)總成與人體膝關(guān)節(jié)的適應(yīng)程度，提高康復(fù)、鍛煉的效果以及輔助人體行走的效果。同時(shí)，本申請(qǐng)通過(guò)第一連桿機(jī)構(gòu)、第二連桿結(jié)構(gòu)、第一滑槽與第二滑槽的配合，能夠適應(yīng)不同人體膝關(guān)節(jié)的瞬心曲線，適用范圍廣、可靠性高。此外，本申請(qǐng)通過(guò)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)組件與連桿拮抗式的布置、確保關(guān)節(jié)具有一定的剛度且能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行關(guān)節(jié)剛度的改變，結(jié)構(gòu)具有多樣性與適應(yīng)性的特點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
[0015]圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例中人工膝關(guān)節(jié)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例中人工膝關(guān)節(jié)的膝關(guān)節(jié)總成的正面立體示意圖。
[0017]圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例中人工膝關(guān)節(jié)的膝關(guān)節(jié)總成的背面立體示意圖。
[0018]圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例中人工膝關(guān)節(jié)的膝關(guān)節(jié)總成的正面平面示意圖。
[0019]圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例中人工膝關(guān)節(jié)的第一連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)桿、第二連桿機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)桿的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例中人工膝關(guān)節(jié)的第一連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)桿、第二連桿機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)桿的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例中調(diào)節(jié)桿與小腿優(yōu)化后的變化規(guī)律；其中，A表示小腿長(zhǎng)度變化，B表示調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)度變化。
[0022]圖8為本專利技術(shù)實(shí)施例中膝關(guān)節(jié)總成瞬本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于：包括氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)組件與膝關(guān)節(jié)總成；膝關(guān)節(jié)總成包括大腿、小腿、第一連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)桿、第二連桿機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)桿，大腿與小腿兩側(cè)分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)桿進(jìn)行連接，第一連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在大腿之間、第二連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在小腿之間，且第一連桿機(jī)構(gòu)與第二連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)中心軸連接，調(diào)節(jié)桿上設(shè)置第一滑槽、小腿設(shè)置第二滑槽，中心軸依次卡接在第一滑槽與第二滑槽內(nèi)且滑動(dòng)連接，調(diào)節(jié)桿遠(yuǎn)離滑槽的一端與第一連接機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置、轉(zhuǎn)動(dòng)桿位于小腿的一端與第二連接機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于：所述大腿中部設(shè)置第一中空槽，小腿設(shè)置在第一中空槽內(nèi)，小腿中部設(shè)置第二中空槽，第一連桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)桿、第二連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在第二中空槽內(nèi)；大腿兩側(cè)分別設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)槽，轉(zhuǎn)動(dòng)桿設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種自適應(yīng)可變瞬心人工膝關(guān)節(jié)，其特征在于：所述第一連桿機(jī)構(gòu)包括一根第一驅(qū)動(dòng)軸、兩根第一連桿、兩根第二連桿與一根第一從動(dòng)軸，第一驅(qū)動(dòng)軸貫穿大腿兩側(cè)側(cè)壁且與大腿側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一驅(qū)動(dòng)軸位于第二中空槽之間的外壁固定套接兩根第一連桿且第一連桿對(duì)稱設(shè)置，兩根第一連桿遠(yuǎn)離第一驅(qū)動(dòng)軸的一端通過(guò)同一根第一從動(dòng)軸連接，第一從動(dòng)軸位于兩根第一連桿相互遠(yuǎn)離一側(cè)側(cè)面的外壁分別套接第二連桿，第二連桿遠(yuǎn)離第一從動(dòng)軸的一端套接在中心軸外壁；第二連桿機(jī)構(gòu)包括一根第二驅(qū)動(dòng)軸、兩根第三連桿...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅天洪，王珂，奚陶，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶文理學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。