CN114102562A - 一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置 - Google Patents
一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114102562A CN114102562A CN202111457574.8A CN202111457574A CN114102562A CN 114102562 A CN114102562 A CN 114102562A CN 202111457574 A CN202111457574 A CN 202111457574A CN 114102562 A CN114102562 A CN 114102562A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ankle joint
- knee
- module
- shank
- bionic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 title claims abstract description 17
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 claims abstract description 63
- 210000000544 articulatio talocruralis Anatomy 0.000 claims abstract description 50
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 claims description 31
- 210000002303 tibia Anatomy 0.000 claims description 20
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 claims description 17
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 14
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 13
- 230000001012 protector Effects 0.000 claims description 9
- 210000001264 anterior cruciate ligament Anatomy 0.000 claims description 5
- 210000004417 patella Anatomy 0.000 claims description 5
- 210000002967 posterior cruciate ligament Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 5
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 241001227561 Valgus Species 0.000 description 1
- 241000469816 Varus Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J17/00—Joints
- B25J17/02—Wrist joints
- B25J17/0258—Two-dimensional joints
- B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，包括膝关节运动模块、小腿模块、踝关节运动模块，其中，小腿模块一端与膝关节运动模块相连，另一端与踝关节运动模块相连。本发明实现膝关节屈曲/伸展单自由度运动和踝关节背屈/跖屈、内翻/外翻二自由度运动，辅助人体行走，从而达到助力的效果。膝关节运动采用电机驱动，膝关节运动模块采用仿生人体膝关节设计，小腿模块设有高度调节设计，能够满足不同人群的需求。本发明仿生膝踝关节助力外骨骼装置具有结构简单、易于穿戴、人群适应性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及下肢外骨骼技术领域，具体涉及的是一种用于助力人体膝踝关节运动的仿生膝踝关节助力外骨骼装置。
背景技术
下肢外骨骼是一种可穿戴于人体外侧的机械系统，可以对穿戴者起到支撑、助力和保护的作用。下肢外骨骼具备为穿戴者提供充足的力量和耐力的能力，应用广泛，既可以在民用领域为下肢力量不足、行走不便的老年人进行辅助行走和负重，也可以在军事、消防营救领域辅助士兵及消防人员完成长距离行走、背负重物、运送伤员等特殊任务。此外，在医疗领域，康复外骨骼能够有效辅助患者进行康复训练，从而减轻医护人员的工作压力。
将下肢外骨骼根据驱动关节的个数进行分类可分为单关节外骨骼和多关节外骨骼。相比之下，多关节外骨骼具有更好的助力效果，但在结构设计、驱动方式等方面也更复杂。目前国内外多关节助力外骨骼主要存在结构复杂、仿生性不强、穿戴舒适性差、助力效果不理想等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，采用膝关节单自由度运动、踝关节二自由度运动的设计形式，实现对人体行走的助力。
本发明采用如下技术方案：
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，包括膝关节运动模块、小腿模块、踝关节运动模块，所述膝关节运动模块与所述小腿模块通过胫骨连杆相连接，所述小腿模块与所述踝关节运动模块分别与护具调节件两端相连接。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述膝关节运动模块包括股骨连杆、电机固定连接轴盘、电机输出盘架、一体化伺服减速电机、股骨连接板、伸缩拉杆、仿生膝关节结构、胫骨连接板，所述股骨连杆与所述电机固定连接轴盘通过螺栓进行固定连接，所述电机输出盘架与所述伸缩拉杆通过销轴相连接，所述一体化伺服减速电机与所述电机输出盘架通过螺栓固连，所述股骨连接板通过螺栓与所述股骨连杆相连接，所述股骨连接板与所述胫骨连接板分别通过销轴与所述仿生膝关节结构相连接。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述股骨连接板设有十排两列螺纹孔，可实现外骨骼膝关节运动模块的高度调节，根据《中国成年人人体尺寸（GB/T 10000-1988）》标准设计调节范围为313.95mm-333.95mm。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述伸缩拉杆包括转动销、拉杆、拉杆套筒，所述转动销与所述拉杆固连，所述拉杆套筒与所述胫骨连接板通过销轴相连接。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述仿生膝关节结构包括髌骨挡板、膝关节前十字韧带连杆、膝关节后十字韧带连杆，所述髌骨挡板与所述膝关节前十字韧带连杆固连，仿照膝关节交叉韧带设计，模拟股骨和胫骨之间的生物力学特性。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述小腿模块包括胫骨连杆、小腿护具、护具调节件，所述胫骨连杆与所述小腿护具通过螺栓固定相连，所述小腿护具与所述护具调节件通过销轴相连接。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述小腿护具设有三排两列螺纹孔，可实现小腿模块的高度调节，根据《中国成年人人体尺寸（GB/T 10000-1988）》标准设计调节范围为194.19mm-229.19mm。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述踝关节运动模块包括踝关节背屈/跖屈连接件、踝关节内翻/外翻连接件、足固定件、足底部件、压力传感器，所述踝关节背屈/跖屈连接件与所述踝关节内翻/外翻连接件通过销轴相连接，所述踝关节内翻/外翻连接件与所述足固定件通过销轴相连接。
所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，所述足固定件与所述足底部件通过螺栓固定相连，所述压力传感器位于足底部件底部，与所述足底部件通过螺栓固连。
本发明的有益效果为：
1、本发明仿生膝踝关节助力外骨骼装置结构简便，利用交叉四连杆机构对膝关节进行仿生设计，符合仿生学设计理念，确保了人体穿戴外骨骼时的安全性和可靠性。
2、本发明设有高度调节机构，穿戴于人体，可以根据不同人的体形对外骨骼进行高度调节，增强了外骨骼的人群适用性以及人体穿戴的舒适性。
附图说明
图1为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置的主视图；
图3为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置的左视图；
图4为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置膝关节运动模块的结构示意图；
图5为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置小腿模块的结构示意图；
图6为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置踝关节运动模块的结构示意图；
图7为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置踝关节运动模块的结构示意图；
图8为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置膝关节运动模块中的伸缩拉杆的结构示意图；
图9为本发明一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置膝关节运动模块中的仿生膝关节结构的结构示意图；
图中：
1膝关节运动模块，2小腿模块，3踝关节运动模块，101股骨连杆，102电机固定连接轴盘，103电机输出盘架，104一体化伺服减速电机，105股骨连接板，106伸缩拉杆，107仿生膝关节结构，108胫骨连接板，201胫骨连杆，202小腿护具，203护具调节件，301踝关节背屈/跖屈连接件，302踝关节内翻/外翻连接件,303足固定件，304压力传感器，305足底部件,106A转动销，106B拉杆，106C拉杆套筒，107A髌骨挡板，107B膝关节前十字韧带连杆，107C膝关节后十字韧带连杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图9所示，本发明的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，包括膝关节运动模块1、小腿模块2、踝关节运动模块3。该仿生膝踝关节助力外骨骼装置分别实现膝关节屈曲/伸展单自由度运动和踝关节背屈/跖屈、内翻/外翻二自由度运动。其中，膝关节运动采用电机主动驱动。
如图4所示，膝关节运动模块1包括：股骨连杆101、电机固定连接轴盘102、电机输出盘架103、一体化伺服减速电机104、股骨连接板105、伸缩拉杆106、仿生膝关节结构107、胫骨连接板108，其中，股骨连杆101与电机固定连接轴盘102通过螺栓进行固定连接，电机输出盘架103与伸缩拉杆106通过销轴相连接，电机输出盘架103与一体化伺服减速电机104通过螺栓固连，股骨连接板105设有十排两列螺纹孔，通过螺栓与股骨连杆101相连接，可实现高度调节，股骨连接板105与胫骨连接板108分别通过销轴与仿生膝关节结构107相连接。
如图5所示，小腿模块2包括：胫骨连杆201、小腿护具202、护具调节件203，其中，胫骨连杆201与小腿护具202通过螺栓固定相连，小腿护具202与护具调节件203通过销轴相连接，小腿护具202设有三排两列螺纹孔，可实现高度调节。膝关节运动模块1与小腿模块2通过胫骨连杆201相连接，小腿模块2与踝关节运动模块3通过护具调节件203相连接。
如图6、7所示，踝关节运动模块3包括：踝关节背屈/跖屈连接件301、踝关节内翻/外翻连接件302、足固定件303、压力传感器304、足底部件305，其中，踝关节背屈/跖屈连接件301与踝关节内翻/外翻连接件302通过销轴相连接，踝关节内翻/外翻连接件302与足固定件303通过销轴相连接，足底部件305两侧分别与足固定件303通过螺栓固定相连，压力传感器304置于足底部件305底部，通过螺栓固定相连接。
Claims (9)
1.一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：包括膝关节运动模块、小腿模块、踝关节运动模块，所述膝关节运动模块与所述小腿模块通过胫骨连杆相连接，所述小腿模块与所述踝关节运动模块分别与护具调节件两端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述膝关节运动模块包括股骨连杆、电机固定连接轴盘、电机输出盘架、一体化伺服减速电机、股骨连接板、伸缩拉杆、仿生膝关节结构、胫骨连接板，所述股骨连杆与所述电机固定连接轴盘通过螺栓进行固定连接，所述电机输出盘架与所述伸缩拉杆通过销轴相连接，所述一体化伺服减速电机与所述电机输出盘架通过螺栓固连，所述股骨连接板通过螺栓与所述股骨连杆相连接，所述股骨连接板与所述胫骨连接板分别通过销轴与所述仿生膝关节结构相连接。
3.根据权利要求2所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述股骨连接板设有十排两列螺纹孔，可实现外骨骼膝关节运动模块的高度调节，根据《中国成年人人体尺寸（GB/T 10000-1988）》标准设计调节范围为313.95mm-333.95mm。
4.根据权利要求2所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述伸缩拉杆包括转动销、拉杆、拉杆套筒，所述转动销与所述拉杆固连，所述拉杆套筒与所述胫骨连接板通过销轴相连接。
5.根据权利要求2所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述仿生膝关节结构包括髌骨挡板、膝关节前十字韧带连杆、膝关节后十字韧带连杆，所述髌骨挡板与所述膝关节前十字韧带连杆固连，仿照膝关节交叉韧带设计，模拟股骨和胫骨之间的生物力学特性。
6.根据权利要求1所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述小腿模块包括胫骨连杆、小腿护具、护具调节件，所述胫骨连杆与所述小腿护具通过螺栓固定相连，所述小腿护具与所述护具调节件通过销轴相连接。
7.根据权利要求6所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述小腿护具设有三排两列螺纹孔，可实现小腿模块的高度调节，根据《中国成年人人体尺寸（GB/T10000-1988）》标准设计调节范围为194.19mm-229.19mm。
8.根据权利要求1所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述踝关节运动模块包括踝关节背屈/跖屈连接件、踝关节内翻/外翻连接件、足固定件、足底部件、压力传感器，所述踝关节背屈/跖屈连接件与所述踝关节内翻/外翻连接件通过销轴相连接，所述踝关节内翻/外翻连接件与所述足固定件通过销轴相连接。
9.根据权利要求8所述的一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置，其特征在于：所述足固定件与所述足底部件通过螺栓固定相连，所述压力传感器位于足底部件底部，与所述足底部件通过螺栓固连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111457574.8A CN114102562A (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111457574.8A CN114102562A (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114102562A true CN114102562A (zh) | 2022-03-01 |
Family
ID=80369930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111457574.8A Pending CN114102562A (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114102562A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114474021A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-05-13 | 山东建筑大学 | 一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人 |
| CN114872015A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-08-09 | 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 | 一种仿生膝关节装置、调节方法和确定方法 |
| CN114888775A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-08-12 | 河北工业大学 | 一种适于快速拆卸的外骨骼 |
| CN115192275A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-10-18 | 吉林大学 | 一种膝踝一体化仿生主动假肢 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104490568A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-08 | 北京航空航天大学 | 人体下肢外骨骼助行康复机器人 |
| CN109664274A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-23 | 西安交通大学 | 一种装甲车救援外骨骼机器人 |
| CN110123589A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-16 | 南京理工大学 | 一种针对偏瘫患者的轻质可穿戴下肢康复助行外骨骼 |
| CN112438862A (zh) * | 2019-09-02 | 2021-03-05 | 长春工业大学 | 一种自锁式仿生膝关节外骨骼装置 |
| CN113230098A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-10 | 长春工业大学 | 一种六自由度穿戴式下肢外骨骼康复机器人 |
-
2021
- 2021-12-01 CN CN202111457574.8A patent/CN114102562A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104490568A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-08 | 北京航空航天大学 | 人体下肢外骨骼助行康复机器人 |
| CN109664274A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-23 | 西安交通大学 | 一种装甲车救援外骨骼机器人 |
| CN110123589A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-16 | 南京理工大学 | 一种针对偏瘫患者的轻质可穿戴下肢康复助行外骨骼 |
| CN112438862A (zh) * | 2019-09-02 | 2021-03-05 | 长春工业大学 | 一种自锁式仿生膝关节外骨骼装置 |
| CN113230098A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-10 | 长春工业大学 | 一种六自由度穿戴式下肢外骨骼康复机器人 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114474021A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-05-13 | 山东建筑大学 | 一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人 |
| CN114872015A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-08-09 | 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 | 一种仿生膝关节装置、调节方法和确定方法 |
| CN114872015B (zh) * | 2022-04-19 | 2023-08-01 | 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 | 一种仿生膝关节装置、调节方法和确定方法 |
| CN114888775A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-08-12 | 河北工业大学 | 一种适于快速拆卸的外骨骼 |
| CN114888775B (zh) * | 2022-04-24 | 2024-03-05 | 河北工业大学 | 一种适于快速拆卸的外骨骼 |
| CN115192275A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-10-18 | 吉林大学 | 一种膝踝一体化仿生主动假肢 |
| CN115192275B (zh) * | 2022-06-30 | 2024-05-17 | 吉林大学 | 一种膝踝一体化仿生主动假肢 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114102562A (zh) | 一种仿生膝踝关节助力外骨骼装置 | |
| Chen et al. | A wearable exoskeleton suit for motion assistance to paralysed patients | |
| CN113230098A (zh) | 一种六自由度穿戴式下肢外骨骼康复机器人 | |
| CN107411939B (zh) | 一种单侧下肢残疾人士专用助力康复机器人 | |
| US11642271B2 (en) | Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation | |
| CN109009866B (zh) | 可坐式下肢外骨骼康复机器人 | |
| CN105997441B (zh) | 基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人 | |
| CN107049713A (zh) | 可穿戴下肢康复助行机械装置 | |
| CN109646245B (zh) | 一种用于下肢外骨骼机器人转向机构 | |
| CN110123589A (zh) | 一种针对偏瘫患者的轻质可穿戴下肢康复助行外骨骼 | |
| Pardoel et al. | Development and testing of a passive ankle exoskeleton | |
| CN111110519A (zh) | 一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人 | |
| CN107486842A (zh) | 一种穿戴式髋关节柔性助力外衣 | |
| CN108245372A (zh) | 气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人 | |
| CN206577092U (zh) | 一种踝关节康复辅助装置 | |
| CN107260496A (zh) | 一种可穿戴外骨骼下肢康复机器人 | |
| CN109124988B (zh) | 导向机构、下肢康复外骨骼和外骨骼机器人 | |
| CN111230840B (zh) | 一种用于下肢助力的柔性功能外衣本体 | |
| CN111281744A (zh) | 一种模块化关节和可穿戴模块化关节外骨骼 | |
| Haufe et al. | Biomechanical effects of passive hip springs during walking | |
| CN112603759B (zh) | 一种用于下肢截瘫患者的外骨骼机器人 | |
| CN205073092U (zh) | 偏瘫下肢矫形器 | |
| CN103767815B (zh) | 前置式动力性踝足康复矫形器 | |
| Bai et al. | A portable ankle-foot rehabilitation orthosis powered by electric motor | |
| CN207575413U (zh) | 可穿戴下肢康复助行机械装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220301 |