本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢，包括：多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器、假肢結(jié)構(gòu)件和電子硬件；所述減速電機(jī)模組驅(qū)動(dòng)所述凸輪組運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)所述凸輪切換裝置對(duì)驅(qū)動(dòng)的凸輪進(jìn)行切換；所述假肢結(jié)構(gòu)件通過(guò)多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述電子硬件與凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器連接。本發(fā)明專利技術(shù)提供的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢可以增加假肢的最大輸出扭矩，具有多場(chǎng)景適用性。有多場(chǎng)景適用性。有多場(chǎng)景適用性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢
[0001]本專利技術(shù)涉及機(jī)器人
，特別涉及一種基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢。
技術(shù)介紹
[0002]隨著科技的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域的機(jī)器人設(shè)備逐漸增多，動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢已經(jīng)開(kāi)始逐漸進(jìn)入商用階段。
[0003]動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢需要在有限的體積和重量下輸出很大的峰值扭矩。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常有如下方法：
[0004]方法一：使用減速比很大的減速器甚至是帶機(jī)械自鎖的減速裝置(如絲桿等)來(lái)提升假肢的輸出扭矩。此方法會(huì)導(dǎo)致假肢的反向驅(qū)動(dòng)能力減弱甚至消失，進(jìn)而造成動(dòng)作柔順性的降低和使用阻抗控制器的難度或成本增大。
[0005]方法二：使用電機(jī)和阻尼器結(jié)合的方式來(lái)提升假肢在阻尼狀態(tài)下(速度與力的方向相反時(shí)，多為緩沖減速狀態(tài))的最大輸出扭矩。方法會(huì)不適用于假肢在上樓梯等需要使用大扭矩做功的場(chǎng)景。
[0006]方法三：使用彈簧、扭簧等彈性體與電機(jī)結(jié)合組成并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器。在此方法中，彈性體往往針對(duì)某種特定使用情況(如平地行走)的扭矩曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺少對(duì)多種使用場(chǎng)景的適應(yīng)性。如：針對(duì)平地行走設(shè)計(jì)的并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器很難同時(shí)滿足上樓梯的需求。
[0007]方法四：使用彈簧、扭簧等彈性體與電機(jī)結(jié)合組成串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器。在此方法中，假肢的最大輸出扭矩依舊取決于電機(jī)減速后的峰值扭矩。
[0008]故現(xiàn)有方法中還存在著缺陷，需要進(jìn)行進(jìn)一步的改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0009]本專利技術(shù)旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
[0010]本專利技術(shù)提供了一種基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢。所述基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢包括：多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器、假肢結(jié)構(gòu)件和電子硬件；
[0011]所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器包括：凸輪組，凸輪切換裝置，以及減速電機(jī)模組；所述減速電機(jī)模組驅(qū)動(dòng)所述凸輪組運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)所述凸輪切換裝置對(duì)驅(qū)動(dòng)的凸輪進(jìn)行切換；
[0012]所述假肢結(jié)構(gòu)件，與所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器連接，并通過(guò)所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器對(duì)所述假肢結(jié)構(gòu)件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0013]所述電子硬件，與所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器連接，并控制所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器；所述電子硬件包括：
[0014]金屬接近開(kāi)關(guān)，用于切換指定的凸輪；
[0015]角度傳感器，用于檢測(cè)所述假肢結(jié)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)角度；
[0016]電源管理電路，用來(lái)輸出所需的電壓；
[0017]慣性導(dǎo)航傳感器，用于假肢結(jié)構(gòu)件的智能控制。
[0018]在一些實(shí)施例中，所述減速電機(jī)模組為無(wú)刷減速電機(jī)模組。
[0019]在一些實(shí)施例中，所述凸輪組包括：凸輪支架、凸輪一、凸輪二以及凸輪墊片；
[0020]所述凸輪一、凸輪二以及凸輪墊片按次序設(shè)置在所述凸輪支架上；
[0021]所述凸輪支架設(shè)置在所述減速電機(jī)模組上。
[0022]在一些實(shí)施例中，所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器還包括：直線軸承、直線軸承鎖扣、光軸導(dǎo)軌、光軸固定座、彈簧、彈簧導(dǎo)向孔、彈簧底板、彈簧頂板和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘；
[0023]所述凸輪切換裝置包括：
[0024]輥?zhàn)虞S承、輥?zhàn)虞S、輥?zhàn)踊瑝K、微型減速電機(jī)、滑塊推桿、滑塊擋板和直線軸承支架；
[0025]所述輥?zhàn)虞S承與所述凸輪組的凸輪輪廓能夠接觸，
[0026]所述輥?zhàn)虞S穿過(guò)輥?zhàn)虞S承內(nèi)孔，并安裝在輥?zhàn)踊瑝K上；
[0027]所述輥?zhàn)踊瑝K，可在直線軸承支架的滑槽中滑動(dòng)，并由安裝在滑槽外側(cè)的滑塊擋板限制其最大運(yùn)動(dòng)范圍，所述輥?zhàn)踊瑝K底部中間有U型槽；
[0028]所述滑塊推桿，由所述微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述滑塊推桿可通過(guò)U型槽撥動(dòng)輥?zhàn)踊瑝K在滑槽中滑動(dòng)；
[0029]所述直線軸承支架通過(guò)直線軸承鎖扣安裝有兩個(gè)直線軸承，所述直線軸承可在光軸導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)，并可通過(guò)彈簧頂板壓縮裝在彈簧導(dǎo)向孔中的彈簧；
[0030]所述彈簧的底部與彈簧底板接觸，彈簧底板與安裝在彈簧導(dǎo)向孔底部的預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘?shù)捻敳拷佑|。
[0031]在一些實(shí)施例中，所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器與所述假肢結(jié)構(gòu)件之間通過(guò)四組光軸固定座、彈簧導(dǎo)向孔的螺紋孔以及無(wú)刷減速電機(jī)模組輸出端的安裝法蘭互相連接。
[0032]在一些實(shí)施例中，所述假肢結(jié)構(gòu)件包括：主動(dòng)側(cè)殼體、頂殼、裝飾板、踝關(guān)節(jié)連接管、踝關(guān)節(jié)連接管夾緊塊和假肢接頭；
[0033]所述主動(dòng)側(cè)殼體與電機(jī)模組輸出端的安裝法蘭、四組光軸固定座和彈簧導(dǎo)向孔的螺紋孔連接；
[0034]所述頂殼安裝在主動(dòng)側(cè)殼體上；
[0035]所述主動(dòng)側(cè)殼體的內(nèi)側(cè)底部有半圓槽，可與踝關(guān)節(jié)連接管夾緊塊配合來(lái)夾緊踝關(guān)節(jié)連接管；
[0036]所述假肢接頭安裝在所述電機(jī)模組的固定端的法蘭上。
[0037]在一些實(shí)施例中，所述頂殼的外部安裝有裝飾板。
[0038]在一些實(shí)施例中，所述凸輪一與凸輪二為輪廓不同的凸輪；
[0039]所述凸輪一的目標(biāo)扭矩曲線通過(guò)平地行走、起立和坐下的步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)；
[0040]所述凸輪二的目標(biāo)扭矩曲線通過(guò)上樓梯和下樓梯的步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0041]在一些實(shí)施例中，當(dāng)假肢在平地行走、起立和坐下時(shí)，所述凸輪切換裝置會(huì)移動(dòng)所述輥?zhàn)虞S使其與所述凸輪一接觸；
[0042]當(dāng)假肢在上樓梯和下樓梯時(shí)，所述凸輪切換裝置會(huì)移動(dòng)所述輥?zhàn)虞S使其與所述凸輪二接觸。
[0043]在一些實(shí)施例中，所述金屬接近開(kāi)關(guān)為兩個(gè)，其分別固定在輥?zhàn)踊瑝K兩側(cè)的外殼
上；
[0044]所述角度傳感器集成在主控電路中，與所述主控電路一起通過(guò)電路外殼安裝在所述減速電機(jī)模組的固定端法蘭上；
[0045]所述慣性導(dǎo)航傳感器固定在主控電路的外殼上。
[0046]本專利技術(shù)的技術(shù)效果：本專利技術(shù)公開(kāi)的基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢包括：多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器、假肢結(jié)構(gòu)件和電子硬件。所述減速電機(jī)模組驅(qū)動(dòng)所述凸輪組運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)所述凸輪切換裝置對(duì)驅(qū)動(dòng)的凸輪進(jìn)行切換；所述假肢結(jié)構(gòu)件通過(guò)多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述電子硬件與凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器連接。本專利技術(shù)提供的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢通過(guò)多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器、假肢結(jié)構(gòu)件和電子硬件的相互作用來(lái)增加假肢的最大輸出扭矩，具有多場(chǎng)景適用性。
附圖說(shuō)明
[0047]圖1為根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢的整體結(jié)構(gòu)正視圖；
[0048]圖2為圖1中隱藏了裝飾板和頂殼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖3為根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢的整體結(jié)構(gòu)左視圖；
[0050]圖4為根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)正視圖；
[0051]圖5為根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0052]圖6為根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)后視圖；
[0053]圖7為根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的凸輪切換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢，其特征在于，包括：多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器、假肢結(jié)構(gòu)件和電子硬件；所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器包括：凸輪組，凸輪切換裝置，以及減速電機(jī)模組；所述減速電機(jī)模組驅(qū)動(dòng)所述凸輪組運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)所述凸輪切換裝置對(duì)驅(qū)動(dòng)的凸輪進(jìn)行切換；所述假肢結(jié)構(gòu)件，與所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器連接，并通過(guò)所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器對(duì)所述假肢結(jié)構(gòu)件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述電子硬件，與所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器連接，并控制所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器；所述電子硬件包括：金屬接近開(kāi)關(guān)，用于切換指定的凸輪；角度傳感器，用于檢測(cè)所述假肢結(jié)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)角度；電源管理電路，用來(lái)輸出所需的電壓；慣性導(dǎo)航傳感器，用于假肢結(jié)構(gòu)件的智能控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢，其特征在于，所述減速電機(jī)模組為無(wú)刷減速電機(jī)模組。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢，其特征在于，所述凸輪組包括：凸輪支架、凸輪一、凸輪二以及凸輪墊片；所述凸輪一、凸輪二以及凸輪墊片按次序設(shè)置在所述凸輪支架上；所述凸輪支架設(shè)置在所述減速電機(jī)模組上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢，其特征在于，所述多凸輪并聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器還包括：直線軸承、直線軸承鎖扣、光軸導(dǎo)軌、光軸固定座、彈簧、彈簧導(dǎo)向孔、彈簧底板、彈簧頂板和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘；所述凸輪切換裝置包括：輥?zhàn)虞S承、輥?zhàn)虞S、輥?zhàn)踊瑝K、微型減速電機(jī)、滑塊推桿、滑塊擋板和直線軸承支架；所述輥?zhàn)虞S承與所述凸輪組的凸輪輪廓能夠接觸，所述輥?zhàn)虞S穿過(guò)輥?zhàn)虞S承內(nèi)孔，并安裝在輥?zhàn)踊瑝K上；所述輥?zhàn)踊瑝K，可在直線軸承支架的滑槽中滑動(dòng)，并由安裝在滑槽外側(cè)的滑塊擋板限制其最大運(yùn)動(dòng)范圍，所述輥?zhàn)踊瑝K底部中間有U型槽；所述滑塊推桿，由所述微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述滑塊推桿可通過(guò)U型槽撥動(dòng)輥?zhàn)踊瑝K在滑槽中滑動(dòng)；所述直線軸承支架通過(guò)直線軸承鎖扣安裝有兩個(gè)直線軸承，所述直線軸承可在光軸導(dǎo)軌上自...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏文昊，李光林，黃品高，陳澤添，黃沁鵬，雍旭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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