[发明专利]基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构及方法

权利要求书

1.一种基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构，其特征在于，包括构成外骨骼膝关节结构的第一连接部和第二连接部；

还包括驱动装置，所述驱动装置包括驱动器、偏心设于所述驱动器输出面上的凸轮部、设于第二连接部上的第二导轮、设于第二导轮上的绳索组件以及与绳索组件相连的弹性件，所述绳索组件包括第一绳索和第二绳索，所述第一绳索的一端连接第一连接部，第一绳索通过弹性件连接第二绳索，第二绳索连接凸轮部，第二导轮的圆心到驱动器输出面的圆心的直线在驱动器输出面的圆周上存在两个点，驱动器带动凸轮部在两个点之间做单向圆周运动，所述弹性件产生拉力或压力助力外骨骼膝关节运动;

凸轮部包括凸轮轴和出线轮，凸轮轴偏心设置于驱动器的输出面上，凸轮轴上可旋转的设置有出线轮，出线轮连接第二绳索，第二绳索的一端打结套设在出线轮上;

还包括大腿杆、固定块、支撑架和连接件，所述大腿杆连接第二连接部，所述大腿杆上设置有固定块和支撑架，所述固定块上设置有第二导轮，所述支撑架上设置有驱动器，所述连接件包括连接片和销轴，第一连接部和第二连接部通过连接片和销轴连接。

2.如权利要求1所述的基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构，其特征在于：还包括第一导轮，所述第二连接部在靠近第一连接部的位置设置有第一导轮，所述第二连接部在远离第一连接部的位置设置有第二导轮。

3.如权利要求2所述的基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构，其特征在于：还包括拉力传感器，所述拉力传感器设于所述第一连接部上。

4.如权利要求1所述的基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构，其特征在于：所述弹性件为弹簧，所述弹簧的一端连接第一绳索，所述第一绳索穿过第一导轮且第一绳索连接拉力传感器；所述弹簧的另一端连接第二绳索，所述第二绳索穿过第二导轮且第二绳索连接凸轮部。

5.如权利要求1所述的基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构，其特征在于：所述第一连接部包括第一齿面，所述第二连接部包括第二齿面，所述第一齿面和第二齿面啮合，用于保持所述第一连接部和第二连接部同步转动。

6.如权利要求1所述的基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构，其特征在于：所述驱动装置还包括绝对编码器、绝对编码器外壳、磁珠和磁珠座，所述绝对编码器连接绝对编码器外壳，所述绝对编码器外壳连接所述驱动器，所述绝对编码器外壳扣合连接磁珠座，所述磁珠座连接磁珠和凸轮轴。

7.一种基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动方法，该方法基于权利要求1-6任一项所述的基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构实现，其特征在于，方法包括：

凸轮部偏心设置于驱动器的输出面上，第二导轮的圆心到驱动器输出面的圆心的直线在驱动器输出面的圆周上存在两个点；

根据两个点到第二导轮的圆心的距离定义最高点和最低点，其中点到第二导轮的圆心的距离最长的点为最高点，点到第二导轮的圆心的距离最短的点为最低点；

驱动器带动凸轮部在最高点和最低点之间做单向圆周运动，弹性件产生拉力或压力助力外骨骼膝关节运动, 凸轮部包括凸轮轴和出线轮，凸轮轴偏心设置于驱动器的输出面上，凸轮轴上可旋转的设置有出线轮，出线轮连接第二绳索，第二绳索的一端打结套设在出线轮上; 当人体膝关节从弯曲状态进入直立状态时，驱动器旋转使出线轮从最低点向最高点移动，第二绳索拉伸弹性件，在出线轮旋转至最高点时，弹性件对第一绳索产生拉力，使外骨骼膝关节处于直立状态；当人体膝关节从直立状态进入弯曲状态时，驱动器旋转使出线轮从最高点向最低点移动，第二绳索放松弹性件，在出线轮旋转至最低点时，弹性件对第一绳索几乎没有拉力，使外骨骼膝关节不影响人体膝关节弯曲。