[发明专利]并联式外骨骼膝关节

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种康复工程技术领域的膝关节，具体是一种并联式外骨骼膝关节。

背景技术

每年世界上都有大量的人因为事故或疾病等原因导致身体残疾或瘫痪，失去正常的行动能力。临床医学经验表明，正确、科学的康复训练对肢体运动功能恢复和提高能够起到非常重要的作用。目前，肢体康复训练主要是通过专业护理人员人工模拟患者肢体的关节运动实现，这种方法对专业护理人员的素质要求较高，专业护理人员的劳动强度较大，医疗费用高，灵活性较差。为了解决这一问题，各种主动式康复设备被设计开发出来，外骨骼助走机器人是其中最具代表性的一种，它直接与患者肢体相连，具有便携性、灵活性、自主性等优点。

从运动学上看，组成膝关节的股骨和胫骨的两接触表面间既有滚动又有滑动，因此膝关节的运动形式为平面上的复杂运动。目前的人体下肢外骨骼助走机器人多数采用串联机构构成膝关节，其主要形式是转动铰链，这种形式的外骨骼膝关节机构不能反映人体膝关节的真实运动情况，仿生性和舒适性较差，为了提高仿生性，外骨骼膝关节的另一种重要形式是采用多连杆机构。

经对现有相关技术文献的索发现，中国专利申请号为：200410053695.6，名称为：可穿戴式的下肢步行外骨骼。该项技术由腰部支撑、髋部四杆机构、膝盖四杆机构、脚踝四杆机构和足底支撑依次串连构成，其骨骼虽然能够辅助或增强人的步行能力，但其具有明显的不足和缺陷：一旦确定了连杆机构的尺寸，其运动轨迹也就确定了，对于不同的使用者，需要进行定制；而且其骨骼部件腰部支撑、髋部四杆机构、膝盖四杆机构、脚踩四杆机构结构比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种并联式外骨骼膝关节，既能满足膝关节平面运动的需要，又能适应用户膝关节尺寸的变化，提供主动驱动帮助患者进行膝关节康复训练。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：大腿外套、小腿外套、第一连接板、第二连接板、第一大腿支撑架、第二大腿支撑架，第一运动支链和第二运动支链，其中：第一大腿支撑架与第一连接板固定连接，第二大腿支撑架与第二连接板固定连接，大腿外套固定于第一大腿支撑架和第二大腿支撑架上，小腿外套位于大腿外套的下方，第一运动支链平行于第二运动支链，第一运动支链上设有第一连杆，第二运动支链上设有第二连杆，第一连杆与第二连杆通过转动副活动连接，第一连接板的两端分别固定于第一运动支链和第二运动支链上，第二连接板的两端分别固定于第一运动支链和第二运动支链上，小腿外套与转动副固定连接。

所述的第一运动支链包括：外框架、滚珠丝杠、滚珠螺母座、滚珠螺母、左导向杆、右导向杆、连接座、第一轴承、第二轴承、第一轴承支撑座和第二轴承支撑座、丝杠同步带轮、电机同步带轮、同步齿形带和伺服电机，其中：滚珠丝杠的上端固定于第一轴承内部，下端固定于第二轴承内部，第一轴承与第一轴承支撑座固定连接，第二轴承与第二轴承支撑座固定连接，第一轴承支撑座固定于外框架的上端，第二轴承支撑座固定于外框架的下端，连接座固定于外框架的中部，滚珠螺母座固定于滚珠螺母的顶端，并与第一连杆通过转动副活动连接，滚珠丝杠套接于滚珠螺母座和滚珠螺母的内部，并与滚珠螺母座和滚珠螺母活动连接，左导向杆和右导向杆的上端套接于连接座内部并与连接座固定连接，左导向杆和右导向杆的下端套接于第二轴承支撑座内部并与第二轴承支撑座固定连接，滚珠螺母座套接于左导向杆和右导向杆的外部，并与左导向杆和右导向杆活动连接，伺服电机的输出轴与电机同步带轮固定连接，滚动丝杠与丝杠同步带轮固定连接，电机同步带轮与丝杠同步带轮通过同步齿形带活动连接。

所述的第二运动支链与第一运动支链结构相同。

本发明是一种平面二自由度的并联机构，其中：外框架、伺服电机、第一轴承支撑座、第二轴承支撑座、连接座、左导向杆、右导向杆、第一连接板、第二连接板、第一大腿支撑架、第二大腿支撑架和大腿外套构成该并联机构的静平台，滚动螺母、滚动螺母座、第一连杆、第二连杆和小腿外套构成该并联机构的动平台，工作时，对于第一运动支链，由伺服电机通过电机同步带轮和丝杠同步带轮带动滚珠丝杠转动，实现滚珠螺母和滚珠螺母座沿着滚珠丝杠上下移动，并带动第一连杆产生平面运动，第二运动支链和第一运动支链的工作过程相同，在第一运动支链和第二运动支链的运动配合下，能够实现并联机构动平台相对于静平台位置的控制，即能够实现小腿相对大腿位置的控制。