CN101254147A - 具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼 - Google Patents

具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼 Download PDF

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Abstract

本发明的两自由度髋关节辅助运动外骨骼利用双十字万向节，通过对X轴电机和Y轴电机的旋转角度控制，可实现外骨骼辅助患者进行髋关节屈伸和内收/外展两自由度运动训练。这种结构与现有的髋关节外骨骼相比，结构新颖，轻便灵巧，便于穿戴。将外骨骼固定在患者髋关节外侧，并由安装在旋转副上的角度传感器获取患者髋关节运动参数，可通过计算机对X轴和Y轴电机的旋转角度控制，带动患者进行康复训练。

Description

具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼
技术领域
本发明涉及外骨骼髋关节辅助康复运动医疗设备，具体说是一种具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼。
背景技术
肢残患者的关节运动康复训练需要依赖于医疗康复辅助器械，传统的外骨骼医疗康复辅助器械，通常采用单自由度关节串连模式，结构复杂，刚性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼。
本发明的具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼包括底盘、底盘上固定有Y轴电机支架，X轴电机支架和齿轮支架，Y轴电机固定在Y轴电机支架上，Y轴电机的转轴与Y轴传动机构的输入轴相连，Y轴传动机构的输出轴与双十字万向节的输入轴相连，X轴电机固定在X轴电机支架上，X轴电机的转轴与X轴二级传动机构的输入轴相连，X轴二级传动机构的输出轴与运动齿轮的轴相连，运动齿轮与固定在齿轮支架上的固定齿轮啮合，运动齿轮的轴线与X轴电机轴线平行，运动齿轮的一侧固定有套筒，套筒的轴线与运动齿轮的轴线垂直，双十字万向节的输出轴穿越套筒，其伸出端与外骨骼支架相连，上述的运动齿轮和固定齿轮的齿数相同。
使用时，将外骨骼支架绑在患者髋关节处，Y轴电机通过Y轴传动机构带动双十字万向节旋转，利用双十字万向节的输出轴带动外骨骼支架绕Y轴转动，X轴电机经过X轴二级传动机构驱动运动齿轮环绕固定齿轮旋转，同时，运动齿轮又通过套筒带动双十字万向节的输出轴绕X轴摆动，从而实现使外骨骼支架既绕Y轴旋转又绕X轴摆动，满足人体髋关节屈/伸和内收/外展两自由度的医疗康复训练。
两自由度髋关节辅助运动的外骨骼具有两个自由度，为了便于利用计算机控制外骨骼支架绕X轴和Y轴的旋转角度，可在X轴电机和Y轴电机的输出轴上分别安装角度传感器。
本发明利用双十字万向节，结构紧凑，控制方便，通过对X轴电机和Y轴电机的旋转角度伺服控制，可实现人体髋关节两自由度运动，本发明的外骨骼可以作为髋关节肌肉萎缩或者残疾人士的医疗康复辅助器械。
附图说明
图1是两自由度髋关节辅助运动的外骨骼结构三维示意图；
图2是两自由度髋关节辅助运动的外骨骼平面结构示意图；
图3是双十字万向节输入输出轴夹角关系图。
具体实施方式
以下结合结附图进一步说明本发明。
参照图1、图2，本发明具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼包括底盘1、底盘1上固定有Y轴电机支架3，X轴电机支架13和齿轮支架7，Y轴电机2固定在Y轴电机支架3上，X轴电机12固定在X轴电机支架13上，这里，X轴电机和Y轴电机可以采用伺服电机，便于实现角度控制。图示实例中，Y轴电机2的转轴上固定带轮4，双十字万向节9的输入轴23固定带轮6，带轮4和带轮带轮6通过皮带5相连。X轴二级传动机构包括带轮14，皮带15，带轮16，带轮17，皮带18和带轮20，带轮14固定在X轴电机12的转轴上，带轮16和带轮17同轴相连，带轮14与带轮16通过皮带15相连，带轮17与带轮20通过皮带18相连，带轮20与运动齿轮21同轴固定。
运动齿轮21与固定在齿轮支架7上的固定齿轮19啮合，运动齿轮21的轴线与X轴电机轴线平行，运动齿轮21的一侧固定有套筒22，套筒22的轴线与运动齿轮的轴线垂直，双十字万向节9的输出轴26穿越套筒22，其伸出端与外骨骼支架11相连。上述的运动齿轮21和固定齿轮19的齿数相同，这样可以保证双十字万向节9的输入轴23与双十字万向节中间轴8形成的输入角和双十字万向节的输出轴26与双十字万向节中间轴8夹角形成的输出角相等(如图3所示)，实现外骨骼支架11和双十字万向节9的输入轴23以相同的转速绕Y轴旋转。

Claims (2)

1.具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼，其特征在于包括底盘(1)、底盘(1)上固定有Y轴电机支架(3)，X轴电机支架(13)和齿轮支架(7)，Y轴电机(2)固定在Y轴电机支架(3)上，Y轴电机(2)的转轴与Y轴传动机构的输入轴相连，Y轴传动机构的输出轴与双十字万向节(9)的输入轴(23)相连，X轴电机(12)固定在X轴电机支架(13)上，X轴电机(12)的转轴与X轴二级传动机构的输入轴相连，X轴二级传动机构的输出轴与运动齿轮(21)的轴相连，运动齿轮(21)与固定在齿轮支架(7)上的固定齿轮(19)啮合，运动齿轮(21)的轴线与X轴电机轴线平行，运动齿轮(21)的一侧固定有套筒(22)，套筒(22)的轴线与运动齿轮的轴线垂直，双十字万向节(9)的输出轴(26)穿越套筒(22)，其伸出端与外骨骼支架(11)相连，上述的运动齿轮(21)和固定齿轮(19)的齿数相同。
2.根据权利要求1所述的具有两自由度髋关节辅助运动的外骨骼，其特征是在X轴电机和Y轴电机的输出轴上分别安装有角度传感器。
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