[实用新型]一种膝关节助力机构、系统及外骨骼机器人

说明书

本实用新型公开了膝关节助力机构、系统及外骨骼机器人，属于外骨骼助力技术领域。在确保穿戴者膝关节处受力减缓的情况下，实现对膝关节的柔顺助力，以改善穿戴者体验。膝关节助力机构包括膝关节支撑件和助力组件。助力组件紧固连接在膝关节支撑件前侧的外壁上，助力组件的延伸方向与膝关节支撑件的延伸方向一致。助力组件包括壳体、拉杆、端盖、限位盘、弹性件和牵引绳。壳体上下贯通，壳体紧固连接在膝关节支撑件前侧的外壁上。拉杆容纳在壳体内。端盖紧固连接在拉杆的底端。限位盘固定在壳体内且远离端盖的一端。弹性件套设在拉杆，弹性件的第一端抵靠在端盖上，第二端抵靠在限位盘上。牵引绳与拉杆紧固连接。

技术领域

本实用新型涉及外骨骼技术领域，尤其涉及一种膝关节助力机构、系统及外骨骼机器人。

背景技术

随着外骨骼机器人的快速发展，助力型外骨骼机器人对与人的匹配性、舒适性、助力效果等都有着极高的要求。膝关节作为人体的主要关节之一，实现对膝关节助力的助力机构结构相对较为复杂。

现有技术提供的膝关节助力机构在实际应用中，往往因为施加在膝关节上的力得不到有效缓冲而降低助力柔顺性的问题，此时，将会进一步导致用户体验差的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种膝关节助力机构、系统及外骨骼机器人，在确保穿戴者膝关节处受力减缓的情况下，实现对膝关节的柔顺助力，以改善穿戴者体验。

第一方面，为了实现上述目的，本实用新型提供了一种膝关节助力机构，包括膝关节支撑件和助力组件，膝关节助力机构处于穿戴状态时，膝关节支撑件束缚于踝关节以上且膝关节以下的小腿部。助力组件紧固连接在膝关节支撑件前侧的外壁上，助力组件的延伸方向与膝关节支撑件的延伸方向一致。

助力组件包括壳体、拉杆、端盖、限位盘、弹性件和牵引绳。壳体上下贯通，壳体紧固连接在膝关节支撑件前侧的外壁上。拉杆容纳在壳体内，并能够沿壳体的长度方向可控的往复移动。端盖紧固连接在拉杆的底端，端盖容纳在壳体内，并能够在拉杆的带动下沿壳体的长度方向可控的往复移动。限位盘固定在壳体内且远离端盖的一端。弹性件套设在拉杆，弹性件具有相对的第一端和第二端，第一端抵靠在端盖上，第二端抵靠在限位盘上。牵引绳与拉杆紧固连接，牵引绳拉动拉杆向上移动时，在限位盘的限制下，弹性件呈压缩储能状态。呈压缩储能状态的弹性件恢复形变时，弹性件的第一端驱动端盖并同时带动拉杆向下移动。

采用上述技术方案的情况下，当配置有本实用新型提供的膝关节助力机构的穿戴者 (负重或不负重)在登山或爬楼的过程中，具体的，当穿戴者的膝关节弯曲时，可以控制牵引绳向上拉动拉杆，拉杆带动端盖在壳体内向上移动，由于限位盘固定在壳体内，因此，当拉杆向上移动的过程中，端盖不断向靠近限位盘的方向压缩弹性件。基于此，弹性件实现在穿戴者的膝关节弯曲时储能的目的。而当穿戴者的膝关节由弯曲姿态不断向伸直姿态转变时，可以控制牵引绳呈松弛的状态。此时，呈压缩状态的弹性件不断的恢复形变，在此过程中，弹性件释放的能量转换为膝关节在伸直状态过程中所需要的势能。基于此，实现对膝关节的有效助力。

而且，在实现对膝关节有效助力的情况下，利用弹性件的储能以及能量释放可以在助力过程中起到缓冲的作用，基于此，达到柔顺助力以及优化用户体验的目的。再者，本实用新型实施例提供的膝关节助力机构，尤其是助力组件还具有结构简单的优点。

作为一种可能的实现方式，膝关节助力机构还包括导向组件，导向组件设置在膝关节支撑件的外壁且靠近膝关节的一端；导向组件用于限制牵引绳的牵引方向。

作为一种可能的实现方式，导向组件包括连接件、转轴和耐磨套，连接件抱合在膝关节支撑件的外壁且靠近膝关节的一端。连接件远离膝关节支撑件的一侧开设一U形豁口，U形豁口相对的两个豁口壁上开设有中心轴线共线的安装孔。转轴的两端分别插设在上述两个安装孔内。耐磨套套设在转轴上，且能够沿转轴的周向转动；牵引绳与耐磨套接触，牵引绳在上下移动的过程中，耐磨套随动的沿转轴的周向转动。