CN110559162B - 下肢外骨骼驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下肢外骨骼驱动器，包括驱动装置、机架、主轴、转盘、棘轮和棘爪组件，主轴可自由转动地安装在机架上；转盘固定在主轴上；棘轮可自由转动地套装在主轴上；棘爪组件包括第一棘爪和第二棘爪，第一棘爪可枢转地安装在机架上，第二棘爪可枢转地安装在转盘上；当第一棘爪与棘轮啮合且第二棘爪与棘轮拨离时，棘轮静止，转盘可随下肢后摆伸展而逆着棘轮的棘齿方向从第一位置转动到第二位置；当转盘转动到第二位置时，第一棘爪与棘轮拨离且第二棘爪与棘轮啮合，驱动装置驱动转盘顺着棘轮的棘齿方向转动，从而推动下肢向前迈进。本发明能够为脊髓损伤患者行走提供外源力，使肌肉损伤平面更高的患者也能够使用，且体积小、控制方便。

Description

下肢外骨骼驱动器

技术领域

本发明涉及康复工程仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种下肢外骨骼驱动器。

背景技术

研究表明，站立和直立行走对脊髓损伤患者有诸多益处，比如增加骨密度、降低褥疮和***的可能性、保持关节的活动度、减轻肌肉痉挛、改善心血管***，以及与健康人站在同一高度平等交流从而提升社会参与度等。下肢助行外骨骼可以帮助脊髓损伤患者实现站立和直立行走，具有积极的意义。

当前，国内外均对脊髓损伤患者的助行设备进行了一系列研究，也在核心技术和临床应用方面取得了***的成果。现有的助行设备主要分为动力和无动力两种。动力助行外骨骼的发展始于上世纪60年代，到现在经历了从探索、积累到快速发展，目前正迈入未来概念的阶段。一些动力助行外骨骼已经商品化，最具代表性的如以色列ReWalk Robotics公司的ReWalk，它通过***程序控制，利用电机实现助行设备本身的关节转动，再通过绑缚***将交互力传递到人体，代偿人体下肢运动功能受损的肌肉，并借助拐杖或助行架保持平衡，从而实现患者的行走。动力助行外骨骼从最初主要致力于实现模拟健康人的步态行走，已经发展到致力于轻型化、智能化和更好的人机融合。在关键技术方面，对动力助行设备的主要关注集中在机械结构、动力源、检测传感装置，以及控制及信息处理***等核心技术方面。虽然ReWalk等动力助行外骨骼已经实现了商业化，并开始面向市场服务于患者，但是由于这类外骨骼通常具有复杂的电控、传感和动力***，其体积和重量通常较大，而且价格高昂，非一般家庭所能负担。

无动力助行设备起步于下肢关节矫形器，发展至今已经有超过一百年的历史。最初以膝-踝-足矫形器(knee-ankle-foot orthosis,KAFO)为代表的无动力助行设备主要为患者提供下肢关节支撑，防止因膝关节屈曲而导致患者摔倒等意外的发生，提高患者站立和行走过程中的稳定性。患者使用KAFO行走首先需要将身体重心转移到支撑一侧下肢，而后通过躯干肌群(和残存的屈髋肌群)将下肢“甩”出，利用惯性保持行走；通过进一步的发展，Walkabout在KAFO基础上，采用人字形铰链将双侧下肢连接起来，以进一步改善患者站立的平衡性；路易斯安那州立大学交互式矫形器(Louisiana state universityreciprocating gait orthosis,LSU-RGO)通过钢索将两侧髋关节相连接，行走时患者首先将身体重心转移至支撑一侧的下肢上，然后伸展躯干使同侧髋关节做过伸运动，蹬地产生的力矩通过钢索传递至对侧髋关节，带动对侧髋关节做屈曲运动，实现了利用躯干的伸展形成交互行走的目的。清华大学季林红老师课题组通过实验发现相比正常步态，固定膝、踝关节行走使髋关节屈肌支撑期吸收的能量增加，在此基础上提出了通过髋关节储能的技术概念和实施方法，利用拉伸弹簧模拟髂肌吸收髋关节伸展产生的能量，并在摆动期释放为髋关节屈曲提供助力。该仿生储能外骨骼(Unpowered energy-stored exoskeleton,ES-EXO)***进一步提高了无动力助行外骨骼的性能。相比动力式助行设备复杂的控制***和庞大的驱动装置，无动力式助行设备通过患者本身的神经***实现对设备的控制，利用助行设备的机械结构将上肢和躯干运动功能未受损伤的肌肉产生的能量传递到下肢，代偿下肢运动功能受损的肌肉，使人体和外骨骼同时运动。由于不同类型的无动力式助行设备行走原理不同，起代偿作用的肌肉不同，因而对患者自身的残存能力要求也不同。

虽然基于扭簧和拉簧储能的ES-EXO能够有效帮助脊髓损伤患者站立和行走，但由于该外骨骼储能结构缺少离合器，在储能期间不能避免患者骨盆受到向前的推力；同时由于患者肢体承受能力的限制，储能结构所能提供的助力远小于患者实际行走所需要的力，因此需要患者具有良好的躯干控制能力才能够使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种下肢外骨骼驱动器，能够为脊髓损伤患者行走提供外源力，降低对脊髓患者残存肌肉能力的要求，使肌肉损伤平面更高的患者也能够使用，且体积小、结构简单、控制方便。

根据本发明实施例的下肢外骨骼驱动器，包括：

驱动装置；

机架；

主轴，所述主轴的两端分别可自由转动地安装在所述机架的两端上；

转盘，所述转盘套装且固定在所述主轴上，所述转盘可在第一位置和第二位置之间往复周期性转动；

棘轮，所述棘轮可自由转动地套装在所述主轴上且与所述驱动装置相连；

棘爪组件，所述棘爪组件包括第一棘爪和第二棘爪，所述第一棘爪可枢转地安装在所述机架上且与所述棘轮处于啮合或拨离状态，所述第二棘爪可枢转地安装在所述转盘上且与所述棘轮处于啮合或拨离状态；当所述第一棘爪与所述棘轮处于啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮相应地处于拨离状态，所述棘轮保持静止状态，所述转盘逆着所述棘轮的棘齿方向从所述第一位置转动到所述第二位置；当所述转盘转动到所述第二位置时，所述第一棘爪与所述棘轮进入拨离状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入啮合状态，所述驱动装置驱动所述转盘顺着所述棘轮的棘齿方向转动，直到所述转盘转动到所述第一位置时，所述第一棘爪与所述棘轮进入啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入拨离状态。

根据本发明实施例的下肢外骨骼驱动器，佩戴在脊髓损伤患者的下肢的髋关节处，当下肢后摆伸展时，第一棘爪与棘轮处于啮合状态且第二棘爪与棘轮相应地处于拨离状态，棘轮被第一棘爪限制不动，主轴及转盘可随下肢后摆伸展而逆着棘轮的棘齿方向从第一位置转动到第二位置；随后，当下肢需要由后向前迈进时，第一棘爪与棘轮进入拨离状态且第二棘爪与棘轮进入啮合状态，由于驱动装置与棘轮相连，棘轮通过第二棘爪与转盘相连，因而，驱动装置可以驱动棘轮顺着棘轮的棘齿方向转动，进而驱动转盘及主轴顺着棘轮的棘齿方向转动，从而可以使该下肢由后向前迈进，有效地实现助行的作用。综上，本发明实施例的下肢外骨骼驱动器核心部件是由棘轮、第一棘爪和第二棘爪构成的棘轮双棘爪机构，该机构利用较小的体积实现了柔性双离合的功能，结构简单，控制方便。在此基础上结合驱动装置，进一步实现周期性推动下肢助行的动能。相比于现有的无动力助行外骨骼，本发明实施例的下肢外骨骼驱动器能够为脊髓损伤患者提供外源力，降低对脊髓患者残存肌肉能力的要求，使损伤平面更高的患者也能够使用；相比于现有动力助行外骨骼，本发明实施例的下肢外骨骼驱动器体积和质量较小，能耗低，成本低，更便于携带和使用，因此具有更广阔的市场前景。

根据本发明的一个实施例，所述驱动装置包括电机、传动组件和扭簧，所述传动组件可自由转动地套装在所述主轴上，所述传动组件的一端与所述电机相连，所述传动组件的另一端与所述扭簧的一端固定，所述扭簧的另一端与所述棘轮固定；当所述第一棘爪与所述棘轮处于啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮相应地处于拨离状态，所述棘轮保持静止状态，所述转盘逆着所述棘轮的棘齿方向从所述第一位置转动到所述第二位置，所述电机驱动所述传动组件转动使得所述扭簧产生扭转变形而储能；当所述转盘转动到所述第二位置时，所述第一棘爪与所述棘轮进入拨离状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入啮合状态，所述扭簧释放能量驱动所述棘轮和所述转盘顺着所述棘轮的棘齿方向转动，使所述转盘从所述第二位置转到所述第一位置；当所述转盘转动到所述第一位置时，所述第一棘爪与所述棘轮再次进入啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入拨离状态。

根据本发明进一步的实施例，所述传动组件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述电机相连，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；所述述第二齿轮可自由转动地套装在所述主轴上且靠近所述机架的一端，所述转盘靠近所述机架的另一端，所述棘轮位于所述第二齿轮和所述转盘之间，所述扭簧的一端固定在所述第二齿轮上。

根据本发明进一步的实施例，所述驱动装置还包括电机支架，所述电机支架与所述机架固定，所述电机安装在所述电机支架上。

根据本发明进一步的实施例，所述第一齿轮为小锥齿轮，所述第二齿轮为大锥齿轮。

根据本发明进一步的实施例，所述主轴的两端分别通过第一轴承安装在所述机架的两端上；所述第二齿轮通过第二轴承安装在所述主轴上；所述棘轮通过第三轴承安装在所述主轴上；所述转盘通过键固定在所述主轴上。

根据本发明的一些实施例，还包括拨柱组件，所述拨柱组件包括第一拨柱、第二拨柱、第三拨柱和第四拨柱，所述第一拨柱和所述第二拨柱间隔开地固定在所述机架上，所述第三拨柱和所述第四拨柱间隔开地固定在所述转盘上；当所述转盘转到所述第一位置时，所述第四拨柱使得所述第一棘爪与所述棘轮由拨离状态进入啮合状态，同时，所述第二拨柱使得所述第二棘爪与所述棘爪有啮合状态进入拨离状态；当所述转盘转到所述第二位置时，所述第三拨柱使得所述第一棘爪与所述棘轮由啮合状态进入拨离状态，同时，所述第一拨柱使得所述第二拨柱与所述棘轮由拨离状态进入啮合状态。

根据本发明进一步的实施例，所述第一拨柱沿所述棘轮的径向方向布置且与所述第一棘爪相对，当所述转盘转到所述第二位置时，所述第一拨柱挤压所述第二棘爪的外侧面，使得所述第二棘爪与所述棘轮啮合。

根据本发明进一步的实施例，所述第二拨柱平行于所述主轴的轴向方向，所述转盘上设有弧形滑孔，所述第二拨柱穿过所述弧形滑孔，当所述转盘转到所述第一位置时，所述第二拨柱位于所述第二棘爪与所述棘轮之间并将所述第二棘爪从所述棘轮上拨离。

根据本发明进一步的实施例，所述第三拨柱平行于所述主轴轴向方向，当所述转盘处于所述第二位置时，所述第三拨柱位于所述第一棘爪与所述棘轮之间并将所述第一棘爪从所述棘轮上拨离；所述第四拨柱平行与所述主轴轴向方向，当所述转盘处于所述第一位置时，所述第四拨柱挤压所述第一棘爪的外侧面，使得所述第一棘爪与所述棘轮啮合。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的下肢外骨骼驱动器的外观立体示意图。

图2为本发明实施例的下肢外骨骼驱动器的一个内部结构示意图。

图3为本发明实施例的下肢外骨骼驱动器的另一个内部结构示意图。

图4为本发明实施例的下肢外骨骼驱动器的在下肢后摆时的一个工作状态示意图。

图5为本发明实施例的下肢外骨骼驱动器的在下肢向前迈进时的一个工作状态示意图。

附图标记：

下肢外骨骼驱动器1000

机架1 第一机架101 第二机架102

主轴2

转盘3 弧形滑孔301

棘轮4

棘爪组件5 第一棘爪501 第二棘爪502

驱动装置6

电机601 传动组件602 第一齿轮6021 第二齿轮6022

扭簧603 电机支架604

第一轴承7

第二轴承8

第二轴承9

拨柱组件10

第一拨柱1001 第二拨柱1002 第三拨柱1003 第四拨柱1004

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图5来描述根据本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000。

如图1至图5所示，根据本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000，包括驱动装置6、机架1、主轴2、转盘3、棘轮4和棘爪组件5。其中，主轴2的两端分别可自由转动地安装在机架1的两端上；转盘3套装且固定在主轴2上，转盘3可在第一位置和第二位置之间往复周期性转动；棘轮4可自由转动地套装在主轴2上且与驱动装置6相连；棘爪组件5包括第一棘爪501和第二棘爪502，第一棘爪501可枢转地安装在机架1上且与棘轮4处于啮合或拨离状态，第二棘爪502可枢转地安装在转盘3上且与棘轮4处于啮合或拨离状态；当第一棘爪501与棘轮4处于啮合状态且第二棘爪502与棘轮4相应地处于拨离状态，棘轮4保持静止状态，转盘3逆着棘轮4的棘齿方向从第一位置转动到第二位置；当转盘3转动到第二位置时，第一棘爪501与棘轮4进入拨离状态且第二棘爪502与棘轮4进入啮合状态，驱动装置6驱动转盘3顺着棘轮4的棘齿方向转动，直到转盘3转动到第一位置时，第一棘爪501与棘轮4进入啮合状态且第二棘爪502与棘轮4进入拨离状态。

具体地说，驱动装置6主要作用提供和传递动力。

机架1，可以由分体式的第一机架101和第二机架102通过组装固定而形成外壳，以方便安装和容纳其他部件。

主轴2的两端分别可自由转动地安装在机架1的两端上，也就是说，主轴2的一端安装在机架1的一端上，主轴2的另一端安装在机架1的另一端上，主轴2可以相对于机架1自由转动，即主轴2的转动不受机架1的约束，主轴2相当于人体下肢关节，例如，将本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000佩戴在脊髓损伤患者的下肢的髋关节处时，当该下肢在另一下肢向前摆的同时而后摆伸展，此时，主轴2可随该下肢的髋关节转动；当该下肢需要由后向前迈进时，主轴2可随该下肢的髋关节反向转动。

转盘3套装且固定在主轴2上，使得转盘3与主轴2可以同步同向转动；转盘3可在第一位置和第二位置之间往复周期性转动，可以满足脊髓损伤患者行走时下肢需要进行后摆伸展和向前迈进的交替往复周期性运动的要求。

棘轮4可自由转动地套装在主轴2上，即棘轮4转动不受主轴2的约束；棘轮4与驱动装置6相连，以便驱动装置6驱动棘轮4转动；棘爪组件5包括第一棘爪501和第二棘爪502，第一棘爪501可枢转地安装在机架1上且与棘轮4处于啮合或拨离状态，第二棘爪502可枢转地安装在转盘3上且与棘轮4处于啮合或拨离状态；当第一棘爪501与棘轮4处于啮合状态且第二棘爪502与棘轮4相应地处于拨离状态，由于第一棘爪501与机架1连接，机架1是静止不动的，棘轮4通过与第一棘爪501啮合后而保持静止状态，同时，主轴2相当于佩戴有本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000的下肢的髋关节可自由转动，固定在主轴2上的转盘3可随该下肢的后摆伸展运动而逆着棘轮4的棘齿方向从第一位置转动到第二位置，需要说明的是，针对佩戴有本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000的下肢在后摆伸展运动来说，基本上是不需要耗费该下肢的髋关节肌肉的能量；当转盘3转动到第二位置时，第一棘爪501与棘轮4进入拨离状态且第二棘爪502与棘轮4进入啮合状态，由于驱动装置6与棘轮4相连，而棘轮4通过与第二棘爪502啮合与转盘3相连，因而，驱动装置6可以驱动棘轮4顺着棘轮4的棘齿方向转动，进而驱动转盘3及主轴2顺着棘轮4的棘齿方向转动，从而可以使该下肢由后向前迈进，有效地实现助行的作用。当转盘3转动到第一位置时，第一棘爪501与棘轮4再进入啮合状态且第二棘爪502与棘轮4进入拨离状态，以此往复周期性运动，实现连续助行目的。

根据本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000，佩戴在脊髓损伤患者的下肢的髋关节处，当下肢后摆伸展时，第一棘爪501与棘轮4处于啮合状态且第二棘爪502与棘轮4相应地处于拨离状态，棘轮4被第一棘爪501限制不动，主轴2及转盘3可随下肢后摆伸展而逆着棘轮4的棘齿方向从第一位置转动到第二位置；随后，当下肢需要由后向前迈进时，第一棘爪501与棘轮4进入拨离状态且第二棘爪502与棘轮4进入啮合状态，由于驱动装置6与棘轮4相连，棘轮4通过第二棘爪502与转盘3相连，因而，驱动装置6可以驱动棘轮4顺着棘轮4的棘齿方向转动，进而驱动转盘3及主轴2顺着棘轮4的棘齿方向转动，从而可以使该下肢由后向前迈进，有效地实现助行的作用。综上，本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000的核心部件是由棘轮4、第一棘爪501和第二棘爪502构成的棘轮4双棘爪机构，该机构利用较小的体积实现了柔性双离合的功能，结构简单，控制方便。在此基础上结合驱动装置6，进一步实现周期性推动下肢助行的动能。相比于现有的无动力助行外骨骼，本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000能够为脊髓损伤患者提供外源力，降低对脊髓患者残存肌肉能力的要求，使损伤平面更高的患者也能够使用；相比于现有动力助行外骨骼，本发明实施例的下肢外骨骼驱动器1000体积和质量较小，能耗低，成本低，更便于携带和使用，因此具有更广阔的市场前景。

如图1至3所示，根据本发明进一步的实施例，驱动装置6包括电机601、传动组件602和扭簧603；传动组件602可自由转动地套装在主轴2上，即传动组件602的转动不受主轴2的约束；传动组件602的一端与电机601相连，传动组件602的另一端与扭簧603的一端固定，扭簧603的另一端与棘轮4固定；如图4和图5所示，当第一棘爪501与棘轮4处于啮合状态且第二棘爪502与棘轮4相应地处于拨离状态，棘轮4保持静止状态，转盘3逆着棘轮4的棘齿方向从第一位置转动到第二位置，电机601驱动传动组件602转动使得扭簧603产生扭转变形而储能；当转盘3转动到第二位置时，第一棘爪501与棘轮4进入拨离状态且第二棘爪502与棘轮4进入啮合状态，扭簧603释放能量驱动棘轮4和转盘3顺着棘轮4的棘齿方向转动，使转盘3从第二位置转到第一位置；当转盘3转动到第一位置时，第一棘爪501与棘轮4再次进入啮合状态且第二棘爪502与棘轮4进入拨离状态。

可以理解的是，在本实施例中，电机601可以采用小型电机601，有利于体积小型化且质量轻，通过小型电机601驱动传动组件602，当下肢后摆伸展时，第一棘爪501与棘轮4啮合而第二棘爪502与棘轮4拨离，一方面，由于第一棘爪501与棘轮4啮合，可以使得棘轮4处于静止状态，由于扭簧603连接在传动组件602与棘轮4之间，电机601驱动传动组件602转动，使得扭簧603产生扭转变形而储存能量，同时另一方面，第二棘爪502与棘轮4拨离，主轴2与转盘3在下肢后摆伸展是可随该下肢的髋关节转动而逆着棘轮4的棘齿方向从第一位置转动到第二位置，也就是说，在下肢后摆伸展过程中，本实施例的下肢外骨骼驱动器1000的扭簧603处于储能阶段；当下肢需要由后向前迈进时，第一棘爪501与棘轮4拨离而第二棘爪502与棘轮4啮合，此时，扭簧603释放能量驱动棘轮4顺着棘轮4的棘齿方向转动，并通过第二棘爪502带动转盘3及主轴2顺着棘轮4的棘齿方向从第二位置转回到第一位置，从而推动下肢由后向前迈进，也就是说，下肢由后向前迈进是利用了弹簧释放的能量来驱动的。

根据本发明进一步的实施例，传动组件602包括第一齿轮6021和第二齿轮6022，第一齿轮6021与电机601相连，第一齿轮6021与第二齿轮6022啮合；述第二齿轮6022可自由转动地套装在主轴2上且靠近机架1的一端，转盘3靠近机架1的另一端，棘轮4位于第二齿轮6022和转盘3之间，扭簧603的一端固定在第二齿轮6022上。可以理解的是，传动组件602采用啮合的第一齿轮6021和第二齿轮6022，结构简单，有利于将电机601输出的运动进行转向，甚至当第二齿轮6022大于第一齿轮6021时，还可以将电机601输出的运动进行放大，有利于下肢后摆时扭簧603储存更多的能量。

如图1和图2所示，根据本发明进一步的实施例，驱动装置6还包括电机601支架，电机601支架与机架1固定，电机601安装在电机601支架上。由此，利用电机601支架对电机601定位，电机601固定方便，结构可靠。可选的，电机601支架固定在机架1的上部，使用控制方便。

根据本发明进一步的实施例，第一齿轮6021为小锥齿轮，第二齿轮6022为大锥齿轮。由此，可以将电机601输出的运动进行转向和放大，有利于下肢后摆伸展时扭簧603储存更多能量。

如图3所示，根据本发明进一步的实施例，主轴2的两端分别通过第一轴承7安装在机架1的两端上，从而可以使得主轴2转动更加平稳，转动摩擦小；第二齿轮6022通过第二轴承8安装在主轴2上，从而可以使得第二齿轮6022转动更加平稳，转动摩擦小；棘轮4通过第三轴承9安装在主轴2上，从而可以使棘轮4转动更加平稳，转动摩擦小；转盘3通过键固定在主轴2上，固定方式简单。

如图4和图5所示，根据本发明的一些实施例，还包括拨柱组件10，拨柱组件10包括第一拨柱1001、第二拨柱1002、第三拨柱1003和第四拨柱1004，第一拨柱1001和第二拨柱1002间隔开地固定在机架1上，第三拨柱1003和第四拨柱1004间隔开地固定在转盘3上；当转盘3转到第一位置时，第四拨柱1004使得第一棘爪501与棘轮4由拨离状态进入啮合状态，同时，第二拨柱1002使得第二棘爪502与棘爪有啮合状态进入拨离状态；当转盘3转到第二位置时，第三拨柱1003使得第一棘爪501与棘轮4由啮合状态进入拨离状态，同时，第一拨柱1001使得第二拨柱1002与棘轮4由拨离状态进入啮合状态。由此，当转盘3转到第一位置时，安装在机架1上的第四拨柱1004使得第一棘爪501与棘轮4啮合，相应地，安装在转盘3上的第二拨柱1002使得第二棘爪502与棘轮4拨离；当转盘3转到第二位置时，安装在机架1上的第三拨柱1003使得第一棘爪501与棘轮4拨离，相应地，安装在转盘3上的第一拨柱1001使得第二棘爪502与棘轮4啮合。

根据本发明进一步的实施例，第一拨柱1001沿棘轮4的径向方向布置且与第一棘爪501相对，当转盘3转到第二位置时，第一拨柱1001挤压第二棘爪502的外侧面，使得第二棘爪502与棘轮4啮合。由此，第一拨柱1001布置位置合理。

根据本发明进一步的实施例，第二拨柱1002固定在机架1的另一端且平行于主轴2的轴向方向，转盘3上设有弧形滑孔301，第二拨柱1002穿过弧形滑孔301，从而可以确保转盘3在第一位置和第二位置之间往复转动时不会与第二拨柱1002发生干涉，当转盘3转到第一位置时，第二拨柱1002位于第二棘爪502与棘轮4之间并将第二棘爪502从棘轮4上拨离。

根据本发明进一步的实施例，第三拨柱1003平行于主轴2轴向方向，当转盘3处于第二位置时，第三拨柱1003位于第一棘爪501与棘轮4之间并将第一棘爪501从棘轮4上拨离；第四拨柱1004平行与主轴2轴向方向，当转盘3处于第一位置时，第四拨柱1004挤压第一棘爪501的外侧面，使得第一棘爪501与棘轮4啮合。由此，第三拨柱1003和第四拨柱1004布置位置合理。

需要说明的是，仓体1的侧壁上还设有人孔(图中未示出)，便于观测和检修。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种下肢外骨骼驱动器，其特征在于，包括：

驱动装置；

机架；

主轴，所述主轴的两端分别可自由转动地安装在所述机架的两端上；

转盘，所述转盘套装且固定在所述主轴上，所述转盘可在第一位置和第二位置之间往复周期性转动；

棘轮，所述棘轮可自由转动地套装在所述主轴上且与所述驱动装置相连；

棘爪组件，所述棘爪组件包括第一棘爪和第二棘爪，所述第一棘爪可枢转地安装在所述机架上且与所述棘轮处于啮合或拨离状态，所述第二棘爪可枢转地安装在所述转盘上且与所述棘轮处于啮合或拨离状态；当所述第一棘爪与所述棘轮处于啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮相应地处于拨离状态，所述棘轮保持静止状态，所述转盘逆着所述棘轮的棘齿方向从所述第一位置转动到所述第二位置；当所述转盘转动到所述第二位置时，所述第一棘爪与所述棘轮进入拨离状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入啮合状态，所述驱动装置驱动所述转盘顺着所述棘轮的棘齿方向转动，直到所述转盘转动到所述第一位置时，所述第一棘爪与所述棘轮进入啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入拨离状态；

所述驱动装置包括

电机、传动组件和扭簧，所述传动组件可自由转动地套装在所述主轴上，所述传动组件的一端与所述电机相连，所述传动组件的另一端与所述扭簧的一端固定，所述扭簧的另一端与所述棘轮固定；当所述第一棘爪与所述棘轮处于啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮相应地处于拨离状态，所述棘轮保持静止状态，所述转盘逆着所述棘轮的棘齿方向从所述第一位置转动到所述第二位置，所述电机驱动所述传动组件转动使得所述扭簧产生扭转变形而储能；当所述转盘转动到所述第二位置时，所述第一棘爪与所述棘轮进入拨离状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入啮合状态，所述扭簧释放能量驱动所述棘轮和所述转盘顺着所述棘轮的棘齿方向转动，使所述转盘从所述第二位置转到所述第一位置；当所述转盘转动到所述第一位置时，所述第一棘爪与所述棘轮再次进入啮合状态且所述第二棘爪与所述棘轮进入拨离状态。

2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述传动组件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述电机相连，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；所述述第二齿轮可自由转动地套装在所述主轴上且靠近所述机架的一端，所述转盘靠近所述机架的另一端，所述棘轮位于所述第二齿轮和所述转盘之间，所述扭簧的一端固定在所述第二齿轮上。

3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述驱动装置还包括电机支架，所述电机支架与所述机架固定，所述电机安装在所述电机支架上。

4.根据权利要求2所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述第一齿轮为小锥齿轮，所述第二齿轮为大锥齿轮。

5.根据权利要求2所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述主轴的两端分别通过第一轴承安装在所述机架的两端上；所述第二齿轮通过第二轴承安装在所述主轴上；所述棘轮通过第三轴承安装在所述主轴上；所述转盘通过键固定在所述主轴上。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，还包括拨柱组件，所述拨柱组件包括第一拨柱、第二拨柱、第三拨柱和第四拨柱，所述第一拨柱和所述第二拨柱间隔开地固定在所述机架上，所述第三拨柱和所述第四拨柱间隔开地固定在所述转盘上；当所述转盘转到所述第一位置时，所述第四拨柱使得所述第一棘爪与所述棘轮由拨离状态进入啮合状态，同时，所述第二拨柱使得所述第二棘爪与所述棘爪有啮合状态进入拨离状态；当所述转盘转到所述第二位置时，所述第三拨柱使得所述第一棘爪与所述棘轮由啮合状态进入拨离状态，同时，所述第一拨柱使得所述第二拨柱与所述棘轮由拨离状态进入啮合状态。

7.根据权利要求6所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述第一拨柱沿所述棘轮的径向方向布置且与所述第一棘爪相对，当所述转盘转到所述第二位置时，所述第一拨柱挤压所述第二棘爪的外侧面，使得所述第二棘爪与所述棘轮啮合。

8.根据权利要求6所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述第二拨柱平行于所述主轴的轴向方向，所述转盘上设有弧形滑孔，所述第二拨柱穿过所述弧形滑孔，当所述转盘转到所述第一位置时，所述第二拨柱位于所述第二棘爪与所述棘轮之间并将所述第二棘爪从所述棘轮上拨离。

9.根据权利求6所述的下肢外骨骼驱动器，其特征在于，所述第三拨柱平行于所述主轴轴向方向，当所述转盘处于所述第二位置时，所述第三拨柱位于所述第一棘爪与所述棘轮之间并将所述第一棘爪从所述棘轮上拨离；所述第四拨柱平行与所述主轴轴向方向，当所述转盘处于所述第一位置时，所述第四拨柱挤压所述第一棘爪的外侧面，使得所述第一棘爪与所述棘轮啮合。

Images