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CN111588600B - 一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼 - Google Patents

一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼 Download PDF

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CN111588600B
CN111588600B CN202010607911.6A CN202010607911A CN111588600B CN 111588600 B CN111588600 B CN 111588600B CN 202010607911 A CN202010607911 A CN 202010607911A CN 111588600 B CN111588600 B CN 111588600B
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陈新宇
郭义旺
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University of Shanghai for Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,包括腰背固定单元、左大腿固定单元、右大腿固定单元、左变刚度髋关节以及右变刚度髋关节,左变刚度髋关节及右变刚度髋关节均包括凸轮盘、转动设置在凸轮盘内的关节盘、设置在关节盘上的变刚度调节机构、一对弹簧储能机构以及关节输出端盖,凸轮盘与腰背固定单元相连,关节输出端盖与左大腿固定单元或右大腿固定单元相连。与现有技术相比,本发明通过弹簧储能机构储存人行走过程中产生的能量并在一定时候释放达到助力目的,同时通过变刚度调节机构调整弹簧储能机构中弹簧的整体压缩量和关节所处位置以实时调节关节输出力矩,使之与正常人髋关节力矩相匹配,从而达到变刚度的目的。

Description

一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼
技术领域
本发明属于下肢外骨骼技术领域,涉及一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼。
背景技术
中国是人口大国,自2000年以来,中国人口老龄化进入提速阶段,截至2017年年末,中国60周岁以上人口占全部人口的17.3%。根据联合国的预测,到2030年,中国60岁以上老年人口规模将超过3亿人,到2050年攀升至4.7亿人左右,65岁以上老年人规模将从2020年的1.7亿人上升至3.6亿人。由于年龄的增长,老年人群常常伴随着骨骼关节退化、肌肉力量减弱等问题,老年人自身所残余的肌力已不足以支撑其进行日常活动,从而造成下肢运动功能不足甚至缺失,此类人群目前主要是通过使用拐杖或者轮椅来辅助移动,甚至长期卧床在家,从而会导致一系列并发症,如压疮、骨质疏松、上下尿路感染、尿结石、肌肉萎缩痉挛等。因此,站立和适当的行走训练是必要的。
下肢外骨骼是穿戴在人体下肢上的仿生机器人,是多学科融合的产物,目前外骨骼助力装置的研究是当下热点之一,具有广泛的应用前景,比如军事、康复医疗等领域,在康复领域中,下肢助力外骨骼主要是给偏瘫、截瘫以及有下肢运动功能障碍的人群提供支撑和助力。下肢助力外骨骼根据驱动方式分类可分为:主动式、被动式、半被动式,根据助力关节可分为单关节助力和多关节助力。主动式助力外骨骼虽然效果显著,但也有着无法避免的缺陷,如气压驱动由于空气的可压缩性使得执行器位置和速度控制比较困难,稳定性差;液压驱动工艺复杂,液压油散热和泄露问题难以解决;电机驱动受电机性能限制和刚度的约束,造成刚性驱动器的强鲁棒性和弱适应性,存在电机转矩低、摩擦和噪音等缺点,此外价格通常比较昂贵,并且续航时间短。被动助力外骨骼结构简单,不含主动式驱动元件,主要是将人行走过程中由肌肉组织所耗散的能量通过弹性元件所存储起来并在需要助力的时候释放达到助力的目的。半被动式助力外骨骼能够在提供足够辅助力矩的同时充分利用人体自身能量,其驱动系统集成了主动驱动装置以及储能单元。
发达国家进入康复行业相对较早且从事康复行业的机构和研究院校较多,诸多下肢助力外骨骼产品现在已经从实验室研究阶段发展到获得食品药品监督管理局的许可证并可以在市场上售卖,中国作为发展中国家,由于一系列原因导致在康复行业起步较晚,对下肢助力外骨骼的研究大多处于实验样机阶段或临床试验阶段,面向消费者销售的均为国外产品,价格昂贵,严重制约中国老年人等下肢运动功能障碍者的生活质量。
发明内容
本发明的目的就是基于上述下肢助力外骨骼研究现状以及行业发展需求,提供一种便于老年人等下肢运动功能障碍者使用的被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,该髋关节外骨骼包括腰背固定单元、左大腿固定单元、右大腿固定单元、设置在腰背固定单元与左大腿固定单元之间的左变刚度髋关节以及设置在腰背固定单元与右大腿固定单元之间的右变刚度髋关节,所述的左变刚度髋关节及右变刚度髋关节均包括凸轮盘、转动设置在凸轮盘内的关节盘、设置在关节盘上的变刚度调节机构、一对设置在变刚度调节机构上并与凸轮盘相适配的弹簧储能机构以及与关节盘固定连接的关节输出端盖,所述的凸轮盘与腰背固定单元相连,所述的关节输出端盖与左大腿固定单元或右大腿固定单元相连。
进一步地,所述的腰背固定单元包括背部挡板、一对宽度调整件、一对腰部挡板以及一对髋关节连接件,两宽度调整件并列设置在背部挡板侧面,所述的腰部挡板的一端与相应一侧的宽度调整件铰接,另一端与相应一侧的髋关节连接件铰接,所述的髋关节连接件与凸轮盘固定连接。
优选地,腰部挡板的一端与相应一侧的宽度调整件之间设有轴销螺栓,并通过轴销螺栓铰接;腰部挡板的另一端与相应一侧的髋关节连接件之间设有带肩扣环铰链销,并通过带肩扣环铰链销铰接。两腰部挡板分别为腰部左挡板、腰部右挡板,腰部挡板上还设有塑料搭扣,便于拆装。
进一步地,所述的左大腿固定单元包括左大腿铝合金支条,该左大腿铝合金支条的顶部设有关节输出连接件,并通过关节输出连接件与相应一侧的关节输出端盖固定连接,所述的左大腿铝合金支条的底部设有大腿箍;所述的右大腿固定单元包括右大腿铝合金支条,该右大腿铝合金支条的顶部设有关节输出连接件,并通过关节输出连接件与相应一侧的关节输出端盖固定连接,所述的右大腿铝合金支条的底部设有大腿箍。
进一步地,所述的凸轮盘包括凸轮盘底板以及设置在凸轮盘底板上的凸轮盘环形侧板,所述的凸轮盘环形侧板的内侧设有凸轮盘导向部,所述的凸轮盘导向部的内侧与凸轮盘环形侧板中心处之间的距离沿周向逐渐增大或减小,所述的弹簧储能机构上设有与凸轮盘导向部相适配的凸轮随动件。
进一步地,所述的凸轮盘底板上设有推力滚针轴承及第二小径滚珠轴承,所述的关节盘套设在第二小径滚珠轴承上,并且所述的推力滚针轴承位于凸轮盘底板与关节盘底部之间。
优选地,第二小径滚珠轴承与关节盘顶部设有内法兰盘及外法兰盘。
进一步地,所述的变刚度调节机构包括设置在关节盘上的电机底座、设置在电机底座上的电机、与电机的输出轴传动连接的减速器、与减速器传动连接的蜗轮蜗杆组件以及一对丝杠螺母组件,两丝杠螺母组件分别设置在蜗轮蜗杆组件的两端,并分别与相应一侧的弹簧储能机构相适配。
进一步地,所述的蜗轮蜗杆组件包括与减速器传动连接的蜗杆轴、套设在蜗杆轴上的蜗杆以及设置在蜗杆上方并与蜗杆相啮合的蜗轮,所述的关节盘上设有蜗杆支撑座,所述的蜗杆轴的一端与蜗杆支撑座之间设有第三小径滚珠轴承。
进一步地,所述的丝杠螺母组件包括设置在蜗轮端部的梯形丝杠以及并列套设在梯形丝杠上的丝杠螺母、丝杠支撑座,所述的丝杠支撑座与梯形丝杠之间设有第一小径滚珠轴承,所述的丝杠螺母位于丝杠支撑座与相应一侧的弹簧储能机构之间。
优选地,两丝杠螺母组件的梯形丝杠螺纹旋向相反,两丝杠螺母分别为左旋丝杠螺母、右旋丝杠螺母。
进一步地,所述的弹簧储能机构包括一对并列设置的光轴、套设在光轴上的矩形磨具弹簧以及设置两光轴一端的被动变刚度调整座,所述的光轴的另一端穿过丝杠螺母并与丝杠支撑座固定连接,所述的凸轮随动件设置在被动变刚度调整座上。
进一步地,所述的关节盘上设有绝对式编码器,该绝对式编码器的输出轴上设有齿轮,所述的凸轮盘环形侧板的内侧还设有与齿轮相啮合的弧形齿条。
优选地,关节盘上还设有多个关节盘连接柱,所述的关节输出端盖与关节盘连接柱固定连接。
本发明中,左右变刚度髋关节利用凸轮盘导向部的轮廓线曲率半径变化使得凸轮随动件在人体下肢带动下运动过程中,压缩矩形磨具弹簧,从而达到储能的目的;而在反向运动过程中,弹簧恢复原长达到助力目的。为了使人在行走过程中步态更加自然,在该关节内部增加一个微型电机来调整矩形磨具弹簧的整体压缩量,使关节输出力矩与正常人行走过程中的力矩相匹配,从而达到在线实时调整髋关节刚度的目的。使用蜗轮蜗杆组件以及丝杠螺母组件来增大电机输出扭矩,由于电机功率的减小,髋关节整体续航能力得以提升,同时为了根据运动过程中关节所处位置在线实时调整刚度,在关节盘上安装有绝对式编码器,在关节盘相对于凸轮盘发生旋转时,可测得相对旋转角度,从而进行有效位置控制。
与现有技术相比,本发明具有以下特点:
1)本发明中被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼的左右腰部挡板通过轴销螺栓与宽度调整件连接,可通过沿矢状轴的旋转来跟随人行走时的重心变化,左右变刚度髋关节通过带肩扣环铰链销和髋关节连接件与左右腰部挡板连接,实现髋关节的内收和外展功能,宽度调整件与背部挡板通过螺钉连接。该外骨骼的髋关节通过使用线性弹簧储存人行走过程中产生的能量并在一定时候释放达到助力目的,同时通过微电机调整弹簧整体压缩量和关节所处位置以实时调节关节输出力矩,使之与正常人髋关节力矩相匹配,从而达到变刚度的目的。
2)本发明中,被动式变刚度髋关节外骨骼含有三个自由度,分别实现髋关节的屈曲伸展、髋关节的内收外展、腰部重心的上下移动。髋关节外骨骼的宽度可通过调整外骨骼的背部挡板与宽度调整件之间的固定位置进行宽度的调整,适应不同体型人群。
附图说明
图1为本发明中被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼的主视图;
图2为本发明中被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼的整体结构示意图;
图3为本发明中左右变刚度髋关节的结构示意图;
图4为本发明中左右变刚度髋关节沿梯形丝杠轴线的剖视结构示意图;
图5为本发明中左右变刚度髋关节沿蜗杆轴线的剖视结构示意图;
图中标记说明:
1—轴销螺栓、2—腰部挡板、3—带肩扣环铰链销、4—左变刚度髋关节、5—左大腿铝合金支条、6—大腿箍、7—右大腿铝合金支条、8—关节输出连接件、9—关节输出端盖、10—右变刚度髋关节、11—塑料搭扣、12—宽度调整件、13—背部挡板、14—髋关节连接件、15—关节盘连接柱、16—凸轮随动件、17—凸轮盘、18—减速器、19—电机、20—电机底座、21—蜗杆、22—蜗轮、23—被动变刚度调整座、24—梯形丝杠、25—齿轮、26—矩形磨具弹簧、27—左旋丝杠螺母、28—丝杠支撑座、29—右旋丝杠螺母、30—光轴、31—第一小径滚珠轴承、32—外法兰盘、33—内法兰盘、34—第二小径滚珠轴承、35—推力滚针轴承、36—蜗杆支撑座、37—绝对式编码器、38—第三小径滚珠轴承、39—蜗杆轴、40—关节盘、41—凸轮盘导向部、42—弧形齿条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1:
如图1、2所示,被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼包括:轴销螺栓1,腰部挡板2,带肩扣环铰链销3,左变刚度髋关节4,左大腿铝合金支条5,大腿箍6,右大腿铝合金支条7,关节输出连接件8,关节输出端盖9,右变刚度髋关节10,塑料搭扣11,宽度调整件12,背部挡板13,髋关节连接件14等。
该髋关节外骨骼左右镜像对称,以左部为例,宽度调整件12通过螺钉固定在背部挡板13上,腰部挡板2通过轴销螺栓1与宽度调整件12连接,可实现腰部挡板2沿轴销螺栓1轴线方向的旋转,髋关节连接件14通过带肩扣环铰链销3与腰部挡板2连接,可实现髋关节沿矢状轴方向的旋转,左变刚度髋关节4通过螺钉固定在髋关节连接件14上,关节输出端盖9通过螺钉固定在左变刚度髋关节4上,关节输出连接件8通过螺钉固定在关节输出端盖9上,用于调整大腿铝合金支条的位置,左大腿铝合金支条5通过螺钉固定在关节输出连接件8上,大腿箍6与左大腿铝合金支条5直接连接。
如图3、图4、图5所示,变刚度髋关节包括:关节盘40,凸轮随动件16,凸轮盘17,减速器18,电机19,电机底座20,蜗杆21,蜗轮22,被动变刚度调整座23,梯形丝杠24,齿轮25,矩形磨具弹簧26,左旋丝杠螺母27,丝杠支撑座28,右旋丝杠螺母29,光轴30,第一小径滚珠轴承31,外法兰盘32,内法兰盘33,第二小径滚珠轴承34,推力滚针轴承35,蜗杆支撑座36,绝对式编码器37,第三小径滚珠轴承38,蜗杆轴39。
电机19输出端与减速器18连接,固定在电机底座20上,减速器18的输出轴通过蜗杆轴39与蜗杆21连接,蜗杆轴39的另一端通过第三小径滚珠轴承38安装在蜗杆支撑座36上,蜗杆21通过螺钉与蜗杆轴39固定,蜗轮22与蜗杆21啮合传动,梯形丝杠24与蜗轮22通过螺钉固定,并用第一小径滚珠轴承31安装在丝杠支撑座28上,梯形丝杠24两端旋向相反,分别与两个旋向相反的丝杠螺母连接,四根光轴30的一端穿过丝杠螺母固定在丝杠支撑座28上,四根矩形模具弹簧26嵌套在光轴30上,光轴30另一端用轴套与被动变刚度调整座23连接,凸轮随动件16通过螺纹安装在被动变刚度调整座23,并与凸轮盘17上凸轮盘导向部41的轮廓线接触,关节盘40与凸轮盘17通过推力滚针轴承35以及第二小径滚珠轴承34连接,实现关节盘40在凸轮盘17上的相对旋转,第二小径滚珠轴承34通过外法兰盘32、内法兰盘33进行轴向固定,绝对式编码器37安装在关节盘40上,绝对式编码器37的输出轴与齿轮25连接,并用螺钉进行周向定位,齿轮25与凸轮盘17上的弧形齿条42啮合,从而进行关节角度的测量。
实施例2:
如图1、图2所示的一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,包括腰背固定单元、左大腿固定单元、右大腿固定单元、设置在腰背固定单元与左大腿固定单元之间的左变刚度髋关节4以及设置在腰背固定单元与右大腿固定单元之间的右变刚度髋关节10,左变刚度髋关节4及右变刚度髋关节10均包括凸轮盘17、转动设置在凸轮盘17内的关节盘40、设置在关节盘40上的变刚度调节机构、一对设置在变刚度调节机构上并与凸轮盘17相适配的弹簧储能机构以及与关节盘40固定连接的关节输出端盖9,凸轮盘17与腰背固定单元相连,关节输出端盖9与左大腿固定单元或右大腿固定单元相连。
其中,腰背固定单元包括背部挡板13、一对宽度调整件12、一对腰部挡板2以及一对髋关节连接件14,两宽度调整件12并列设置在背部挡板13侧面,腰部挡板2的一端与相应一侧的宽度调整件12铰接,另一端与相应一侧的髋关节连接件14铰接,髋关节连接件14与凸轮盘17固定连接。腰部挡板2的一端与相应一侧的宽度调整件12之间设有轴销螺栓1,并通过轴销螺栓1铰接;腰部挡板2的另一端与相应一侧的髋关节连接件14之间设有带肩扣环铰链销3,并通过带肩扣环铰链销3铰接。两腰部挡板2分别为腰部左挡板、腰部右挡板,腰部挡板2上还设有塑料搭扣11,便于拆装。
左大腿固定单元包括左大腿铝合金支条5,该左大腿铝合金支条5的顶部设有关节输出连接件8,并通过关节输出连接件8与相应一侧的关节输出端盖9固定连接,左大腿铝合金支条5的底部设有大腿箍6;右大腿固定单元包括右大腿铝合金支条7,该右大腿铝合金支条7的顶部设有关节输出连接件8,并通过关节输出连接件8与相应一侧的关节输出端盖9固定连接,右大腿铝合金支条7的底部设有大腿箍6。
如图3、图4、图5所示,凸轮盘17包括凸轮盘底板以及设置在凸轮盘底板上的凸轮盘环形侧板,凸轮盘环形侧板的内侧设有凸轮盘导向部41,凸轮盘导向部41的内侧与凸轮盘环形侧板中心处之间的距离沿周向逐渐增大或减小,弹簧储能机构上设有与凸轮盘导向部41相适配的凸轮随动件16。凸轮盘底板上设有推力滚针轴承35及第二小径滚珠轴承34,关节盘40套设在第二小径滚珠轴承34上,并且推力滚针轴承35位于凸轮盘底板与关节盘40底部之间。第二小径滚珠轴承34与关节盘40顶部设有内法兰盘33及外法兰盘32。
变刚度调节机构包括设置在关节盘40上的电机底座20、设置在电机底座20上的电机19、与电机19的输出轴传动连接的减速器18、与减速器18传动连接的蜗轮蜗杆组件以及一对丝杠螺母组件,两丝杠螺母组件分别设置在蜗轮蜗杆组件的两端,并分别与相应一侧的弹簧储能机构相适配。蜗轮蜗杆组件包括与减速器18传动连接的蜗杆轴39、套设在蜗杆轴39上的蜗杆21以及设置在蜗杆21上方并与蜗杆21相啮合的蜗轮22,关节盘40上设有蜗杆支撑座36,蜗杆轴39的一端与蜗杆支撑座36之间设有第三小径滚珠轴承38。丝杠螺母组件包括设置在蜗轮22端部的梯形丝杠24以及并列套设在梯形丝杠24上的丝杠螺母、丝杠支撑座28,丝杠支撑座28与梯形丝杠24之间设有第一小径滚珠轴承31,丝杠螺母位于丝杠支撑座28与相应一侧的弹簧储能机构之间。两丝杠螺母组件的梯形丝杠24螺纹旋向相反,两丝杠螺母分别为左旋丝杠螺母27、右旋丝杠螺母29。
弹簧储能机构包括一对并列设置的光轴30、套设在光轴30上的矩形磨具弹簧26以及设置两光轴30一端的被动变刚度调整座23,光轴30的另一端穿过丝杠螺母并与丝杠支撑座28固定连接,凸轮随动件16设置在被动变刚度调整座23上。
关节盘40上设有绝对式编码器37,该绝对式编码器37的输出轴上设有齿轮25,凸轮盘环形侧板的内侧还设有与齿轮25相啮合的弧形齿条42。关节盘40上还设有多个关节盘连接柱15,关节输出端盖9与关节盘连接柱15固定连接。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,其特征在于,该髋关节外骨骼包括腰背固定单元、左大腿固定单元、右大腿固定单元、设置在腰背固定单元与左大腿固定单元之间的左变刚度髋关节(4)以及设置在腰背固定单元与右大腿固定单元之间的右变刚度髋关节(10),所述的左变刚度髋关节(4)及右变刚度髋关节(10)均包括凸轮盘(17)、转动设置在凸轮盘(17)内的关节盘(40)、设置在关节盘(40)上的变刚度调节机构、一对设置在变刚度调节机构上并与凸轮盘(17)相适配的弹簧储能机构以及与关节盘(40)固定连接的关节输出端盖(9),所述的凸轮盘(17)与腰背固定单元相连,所述的关节输出端盖(9)与左大腿固定单元或右大腿固定单元相连;
所述的凸轮盘(17)包括凸轮盘底板以及设置在凸轮盘底板上的凸轮盘环形侧板,所述的凸轮盘环形侧板的内侧设有凸轮盘导向部(41),所述的凸轮盘导向部(41)的内侧与凸轮盘环形侧板中心处之间的距离沿周向逐渐增大或减小,所述的弹簧储能机构上设有与凸轮盘导向部(41)相适配的凸轮随动件(16);
所述的变刚度调节机构包括设置在关节盘(40)上的电机底座(20)、设置在电机底座(20)上的电机(19)、与电机(19)的输出轴传动连接的减速器(18)、与减速器(18)传动连接的蜗轮蜗杆组件以及一对丝杠螺母组件,两丝杠螺母组件分别设置在蜗轮蜗杆组件的两端,并分别与相应一侧的弹簧储能机构相适配;
所述的蜗轮蜗杆组件包括与减速器(18)传动连接的蜗杆轴(39)、套设在蜗杆轴(39)上的蜗杆(21)以及设置在蜗杆(21)上方并与蜗杆(21)相啮合的蜗轮(22),所述的关节盘(40)上设有蜗杆支撑座(36),所述的蜗杆轴(39)的一端与蜗杆支撑座(36)之间设有第三小径滚珠轴承(38);
所述的丝杠螺母组件包括设置在蜗轮(22)端部的梯形丝杠(24)以及并列套设在梯形丝杠(24)上的丝杠螺母、丝杠支撑座(28),所述的丝杠支撑座(28)与梯形丝杠(24)之间设有第一小径滚珠轴承(31);
所述的弹簧储能机构包括一对并列设置的光轴(30)、套设在光轴(30)上的矩形磨具弹簧(26)以及设置两光轴(30)一端的被动变刚度调整座(23),所述的光轴(30)的另一端与丝杠螺母组件固定连接,所述的凸轮随动件(16)设置在被动变刚度调整座(23)上,并与凸轮盘(17)上凸轮盘导向部(41)的轮廓线接触。
2.根据权利要求1所述的一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,其特征在于,所述的腰背固定单元包括背部挡板(13)、一对宽度调整件(12)、一对腰部挡板(2)以及一对髋关节连接件(14),两宽度调整件(12)并列设置在背部挡板(13)侧面,所述的腰部挡板(2)的一端与相应一侧的宽度调整件(12)铰接,另一端与相应一侧的髋关节连接件(14)铰接,所述的髋关节连接件(14)与凸轮盘(17)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,其特征在于,所述的左大腿固定单元包括左大腿铝合金支条(5),该左大腿铝合金支条(5)的顶部设有关节输出连接件(8),并通过关节输出连接件(8)与相应一侧的关节输出端盖(9)固定连接,所述的左大腿铝合金支条(5)的底部设有大腿箍(6);
所述的右大腿固定单元包括右大腿铝合金支条(7),该右大腿铝合金支条(7)的顶部设有关节输出连接件(8),并通过关节输出连接件(8)与相应一侧的关节输出端盖(9)固定连接,所述的右大腿铝合金支条(7)的底部设有大腿箍(6)。
4.根据权利要求1所述的一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,其特征在于,所述的凸轮盘底板上设有推力滚针轴承(35)及第二小径滚珠轴承(34),所述的关节盘(40)套设在第二小径滚珠轴承(34)上,并且所述的推力滚针轴承(35)位于凸轮盘底板与关节盘(40)底部之间。
5.根据权利要求1所述的一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼,其特征在于,所述的关节盘(40)上设有绝对式编码器(37),该绝对式编码器(37)的输出轴上设有齿轮(25),所述的凸轮盘环形侧板的内侧还设有与齿轮(25)相啮合的弧形齿条(42)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112894787A (zh) * 2021-03-24 2021-06-04 上海理工大学 一种变刚度模块及模块化柔性变刚度驱动机构
CN116690633B (zh) * 2023-05-22 2025-11-11 上海理工大学 一种手动调节变刚度模块及关节机构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN212756393U (zh) * 2020-06-30 2021-03-23 上海理工大学 一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9606219D0 (en) * 1995-09-22 1996-05-29 Blatchford & Sons Ltd Knee prosthesis
CN105726266A (zh) * 2014-12-24 2016-07-06 株式会社捷太格特 摆动关节装置、步行能力辅助装置、及控制摆动关节刚性的方法
KR102637517B1 (ko) * 2016-09-06 2024-02-19 삼성전자주식회사 동력 전달 기기, 운동 보조 장치 및 그 제어 방법
CN108042316A (zh) * 2017-10-19 2018-05-18 布法罗机器人科技(成都)有限公司 一种外骨骼机器人仿生变刚度柔性膝关节
CN107773384B (zh) * 2017-11-02 2019-09-10 武汉大学 一种变刚度下肢外骨骼机器人
CN107811805B (zh) * 2017-11-16 2020-02-21 上海理工大学 穿戴式下肢外骨骼康复机器人
CN107928996B (zh) * 2017-11-22 2023-10-31 上海理工大学 一种半被动轻量型下肢外骨骼
CN208989347U (zh) * 2018-03-28 2019-06-18 长沙昌久医疗科技有限公司 一种用于眼科手术的液流装置
CN109172286B (zh) * 2018-07-25 2020-10-02 福州大学 一种下肢康复助行装置及其工作方法
CN109227521B (zh) * 2018-10-16 2024-03-22 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 被动储能式重力支撑下肢外骨骼
CN109248050A (zh) * 2018-11-09 2019-01-22 深圳华创测试技术有限公司 一种步行辅助装置
CN114986479B (zh) * 2018-11-28 2025-02-28 袁博 一种髋关节外骨骼
CN110652425B (zh) * 2019-08-20 2021-12-17 南京航空航天大学 一种可变刚度下肢外骨骼助力机器人
CN211213834U (zh) * 2019-11-26 2020-08-11 武汉市武照科技有限公司 一种用于眼科的硅油抽取装置
CN111110409B (zh) * 2020-01-16 2022-03-25 上海理工大学 一种主被动混合驱动智能假肢膝关节结构
CN111329721B (zh) * 2020-02-29 2021-10-08 同济大学 一种弹簧储能与快速卸荷的下肢助力外骨骼装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN212756393U (zh) * 2020-06-30 2021-03-23 上海理工大学 一种被动式变刚度储能助力髋关节外骨骼

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