CN112936228B - 下肢外骨骼机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种下肢外骨骼机器人。该下肢外骨骼机器人包括:拉绳、轨道轮、驱动结构、脚踝辅助结构和膝盖辅助结构;轨道轮转动连接于脚踝辅助结构,膝盖辅助结构用于连接于膝关节,膝盖辅助结构包括储能组件;轨道轮绕设有至少两个拉绳,其中一个拉绳的一端连接于驱动结构的动力输出端,另一个拉绳的一端连接于储能组件;驱动结构用于驱动对应的拉绳做收卷运动,由该拉绳带动轨道轮转动,脚踝辅助结构能够做抬起运动;连接于储能组件的拉绳能够在轨道轮的转动作用下,拉动储能组件以进行蓄能。这种主动与被动相结合的方式协同辅助踝关节与膝关节,不仅可以让穿戴者在正常行走减小新陈代谢,而且还可以在登山等情况下为穿戴者提供优秀的辅助效果。
Description
技术领域
本发明涉及外骨骼机器人技术领域,特别是涉及下肢外骨骼机器人。
背景技术
下肢行走是人体的主要活动之一,但长时间行走会大大增加人们的负载,并且在不平整路段、登山、爬楼梯等运动量较大的情况下,人体的脚踝、膝盖等关节的负重感会更加明显,加剧磨损甚至会患关节疾病。
传统的下肢外骨骼虽然可以解决这些问题,但也面临很多挑战。传统的外骨骼大多分为主动式和被动式两种,主动式主要用电机等装置为下肢提供机械动力,如果想获得较大的驱动力驱动装置就会被设计的很笨重,给人行走带来不便;无动力外骨骼通过人体在自然运动中储能,不需要额外的驱动力就可以实现辅助作用,虽然可以避免驱动装置带来的负重,但也面临驱动力不足、无法更好的适配人体步态特性等挑战。
发明内容
基于此,有必要针对下肢外骨骼机器人笨重、不灵活或者驱动力不足的技术问题,提供一种下肢外骨骼机器人。
一种下肢外骨骼机器人,包括:拉绳、轨道轮、驱动结构、脚踝辅助结构和膝盖辅助结构;
所述脚踝辅助结构用于套于脚部,所述轨道轮转动连接于所述脚踝辅助结构,所述膝盖辅助结构用于连接于膝关节,所述膝盖辅助结构包括储能组件;
所述轨道轮绕设有至少两个拉绳,其中一个所述拉绳的一端连接于所述驱动结构的动力输出端,另一个所述拉绳的一端连接于所述储能组件;
所述驱动结构用于驱动对应的所述拉绳做收卷运动,由该所述拉绳带动所述轨道轮转动,所述脚踝辅助结构能够做抬起运动;连接于所述储能组件的所述拉绳能够在所述轨道轮的转动作用下,拉动所述储能组件以进行蓄能。
在其中一个实施例中,所述驱动结构包括驱动件和驱动轮,所述驱动轮连接于所述驱动件的动力输出端,所述拉绳连接于所述驱动轮,所述驱动件用于驱动所述驱动轮转动,所述驱动轮带动所述拉绳做收卷运动。
在其中一个实施例中,所述驱动结构还包括固定件;
所述驱动轮设有沿其轴向延伸的连接孔,所述固定件的一端穿过所述连接孔连接于所述驱动轮,且所述固定件的侧壁和所述连接孔的孔壁之间形成一压紧空间;所述拉绳的端部部分压设于所述压紧空间,并连接于固定件。
在其中一个实施例中,所述驱动轮的至少一侧设有缺口,所述固定件的部分容设于所述缺口内,所述缺口用于避让所述固定件。
在其中一个实施例中,所述驱动轮设置有沿自身周向延伸的安装槽,所述安装槽用于所述拉绳周向环绕;所述安装槽与所述缺口连通。
在其中一个实施例中,所述驱动结构具有导向通道,所述导向通道设置于所述驱动轮的出线端,且所述导向通道自所述驱动结构朝向所述脚踝辅助结构的方向延伸。
在其中一个实施例中,所述驱动结构还包括至少两个滚轮,至少两个所述滚轮间隔布置,至少两个所述滚轮之间具有间隔空间,所述间隔空间形成导向通道。
在其中一个实施例中,所述轨道轮包括沿自身轴向间隔布置的第一轨道槽、第二轨道槽和第三轨道槽;
所述拉绳包括第一拉绳、第二拉绳和第三拉绳,所述第一拉绳的一端绕设于所述第一轨道槽,另一端连接于所述驱动结构,所述第二拉绳的一端绕设于所述第二轨道槽,另一端连接于所述脚踝辅助结构的底部,所述第三拉绳的一端绕设于所述第三轨道槽,另一端连接于所述储能组件。
在其中一个实施例中,所述第二轨道槽和所述第三轨道槽的半径大于所述第一轨道槽的半径。
在其中一个实施例中,所述膝盖辅助结构还包括护膝,所述护膝用于套设于所述膝关节,所述储能组件安装于所述护膝背离所述膝关节的一侧。
在其中一个实施例中,所述储能组件包括前转轮、第一弹性件和连接轴;
所述前转轮套设于所述连接轴,所述第一弹性件的一端连接于所述护膝,所述第一弹性件的另一端连接于所述前转轮,所述第三拉绳的一端连接于所述前转轮;
所述轨道轮带动所述第三拉绳做收卷运动时,所述第三拉绳带动所述前转轮沿第一方向转动,所述第一弹性件被拉伸以蓄能。
在其中一个实施例中,所述储能组件还包括棘轮、棘爪和解锁件;
所述棘轮和所述解锁件均套设于所述连接轴,所述第一弹性件背离所述护膝的一端连接于所述棘轮,所述第三拉绳带动所述前转轮沿所述第一方向转动时,所述棘轮与所述前转轮同步转动;
所述第一弹性件收缩时,所述棘爪的一端能够抵接于所述棘轮,对所述棘轮沿第二方向转动进行锁止限位,所述解锁件沿第二方向转动第一角度后能够拨开所述棘爪,所述棘轮能够沿所述第二方向转动以回位;
所述第二方向与所述第一方向相反。
在其中一个实施例中,所述解锁件包括后转轮和第二弹性件,所述后转轮和所述第二弹性件均套设于所述连接轴;
所述第三拉绳带动所述前转轮沿所述第一方向转动时,所述第二弹性件被拉伸以蓄能;所述第一弹性件收缩时,所述第二弹性件能够驱动所述后转轮沿所述第二方向转动。
在其中一个实施例中,所述后转轮具有沿自身轴向凸设的拨块,所述后转轮沿所述第二方向转动,所述拨块能够将所述棘爪相对所述棘轮拨开,所述棘爪与所述棘轮解锁。
在其中一个实施例中,所述储能组件还包括缓冲件;
所述棘轮沿第一方向转动,促使所述棘爪压设于所述缓冲件;所述棘轮沿第二方向转动,所述缓冲件能够向所述棘爪施加回复力。
在其中一个实施例中,所述脚踝辅助结构包括上组件和连接于上组件的下组件,所述第二拉绳远离所述轨道轮的一端连接于所述下组件,所述下组件用于套设于脚掌,所述上组件用于连接于小腿。
在其中一个实施例中,所述下组件包括脚座板、脚趾绑带和连接杆,所述连接杆的末端转动连接于所述上组件,所述脚座板连接于所述连接杆的中部,所述脚趾绑带连接于所述脚座板,所述第二拉伸的一端连接于所述连接杆的中部。
在其中一个实施例中,所述下组件还包括垫片和调节板,所述调节板连接的一端连接于所述连接杆,另一端连接于所述脚趾绑带,所述垫片连接于所述脚座板的末端,所述垫片用于将脚固定于脚座板。
在其中一个实施例中,所述上组件还包括小腿绑套和连接架,所述连接架连接于所述小腿绑套,所述连接架转动连接于所述连接杆,所述轨道轮连接于所述连接架,所述小腿绑套于小腿。
本发明的有益效果:
本发明提供的一种下肢外骨骼机器人,包括:拉绳、轨道轮、驱动结构、脚踝辅助结构和膝盖辅助结构;脚踝辅助结构用于套于脚部,轨道轮转动连接于脚踝辅助结构,膝盖辅助结构用于连接于膝关节,膝盖辅助结构包括储能组件;轨道轮绕设有至少两个拉绳,其中一个拉绳的一端连接于驱动结构的动力输出端,另一个拉绳的一端连接于储能组件;驱动结构用于驱动对应的拉绳做收卷运动,由该拉绳带动轨道轮转动,脚踝辅助结构能够做抬起运动;连接于储能组件的拉绳能够在轨道轮的转动作用下,拉动储能组件以进行蓄能。当人行走时,通过驱动结构带动对应的拉绳做收卷运动,该拉绳带动轨道轮转动,从而带动与轨道轮对应的拉绳做收卷运动,带动脚踝辅助结构做抬起运动,从而辅助踝关节,同时连接于储能组件的拉绳能够在轨道轮的转动作用下,拉动储能组件以进行蓄能,从而辅助膝关节运动,这种主动与被动相结合的方式协同辅助踝关节与膝关节,不仅可以让穿戴者在平路正常行走减小新陈代谢,而且还可以在不平整路段、登山、爬楼梯等运动量较大的情况下为穿戴者提供优秀的辅助效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的示意图;
图2为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的驱动结构的示意图;
图3为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的拉绳固定于驱动轮的示意图;
图4为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的膝盖辅助结构的示意图;
图5为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的储能组件的***图;
图6为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的储能组件的部分***图;
图7为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人中第一卡轮与棘轮配合的示意图;
图8为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人中第二卡轮与后转轮配合的示意图;
图9为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人中第二卡轮与第二弹性件配合的示意图;
图10为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的脚踝辅助结构的示意图;
图11为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的部分连接架的***图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
参阅图1-图11,图1为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的示意图;图2为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的驱动结构的示意图;图3为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的拉绳固定于驱动轮的示意图;图4为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的膝盖辅助结构的示意图;图5为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的储能组件的第一***图;图6为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的储能组件的第二***图;图7为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人中第一卡轮与棘轮配合的示意图;图8为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人中第二卡轮与后转轮配合的示意图;图9为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人中第二卡轮与第二弹性件配合的示意图;图10为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的脚踝辅助结构的示意图;图11为本发明实施例提供的下肢外骨骼机器人的部分连接架的***图。下肢外骨骼机器人包括拉绳100、轨道轮300、驱动结构200、脚踝辅助结构600和膝盖辅助结构400;脚踝辅助结构600用于套于脚部,轨道轮300转动连接于脚踝辅助结构600,膝盖辅助结构400用于连接于膝关节,膝盖辅助结构400包括储能组件500;轨道轮300绕设有至少两个拉绳100,其中一个拉绳100的一端连接于驱动结构200的动力输出端,另一个拉绳100的一端连接于储能组件500;驱动结构200用于驱动对应的拉绳100做收卷运动,由该拉绳100带动轨道轮300转动,脚踝辅助结构600能够做抬起运动;连接于储能组件500的拉绳100能够在轨道轮300的转动作用下,拉动储能组件500以进行蓄能。当人行走时,通过驱动结构200带动对应的拉绳100做收卷运动,该拉绳100带动轨道轮300转动,从而带动与轨道轮300对应的拉绳100做收卷运动,带动脚踝辅助结构600做抬起运动,从而辅助踝关节,同时连接于储能组件500的拉绳100能够在轨道轮300的转动作用下,拉动储能组件500以进行蓄能,从而辅助膝关节运动,这种主动与被动相结合的方式协同辅助踝关节与膝关节,不仅可以让穿戴者在平路正常行走减小新陈代谢,而且还可以在不平整路段、登山、爬楼梯等运动量较大的情况下为穿戴者提供优秀的辅助效果。
进一步地,参阅图1和图6,轨道轮300包括第一轨道槽310、第二轨道槽320和第三轨道槽330,第二轨道槽320的一侧连接于第一轨道槽310,另一侧连接于第三轨道槽330,第一轨道槽310、第二轨道槽320和第三轨道槽330同步转动。拉绳100包括第一拉绳110、第二拉绳120和第三拉绳130,第一拉绳110的一端绕设于第一轨道槽310,另一端连接于驱动结构200,第二拉绳120的一端绕设于第二轨道槽320,另一端连接于脚踝辅助结构600,第三拉绳130的一端绕设于第三轨道槽330,另一端连接于储能组件500。
当驱动结构200带动第一拉绳110做收卷运动,使得第一拉绳110在第一轨道槽310做放卷运动,第一拉绳110带动轨道轮300转动,从而带动第二拉绳120和第三拉绳130做收卷运动,第二拉绳120则带动脚踝辅助结构600的一端做抬起运动,辅助脚后跟抬起,而储能组件500能够将第三拉绳130传递的动力储存,用于辅助膝盖伸直。
其中,第一轨道槽310、第二轨道槽320和第三轨道槽330的设置,使得第一拉绳110、第二拉绳120和第三拉绳130能够间隔布置,从而避免轨道轮300转动过程中,第一拉绳110、第二拉绳120和第三拉绳130之间发生缠绕,且能够有效防止拉绳100做收卷运动的过程中发生偏移而带来不良效果,且能够让拉绳100对力的传递效果更高且更顺畅。
更进一步的,第二轨道槽320和第三轨道槽330的旋转半径大于第一轨道槽310的旋转半径,这样的设置,使得第二轨道槽320和第三轨道槽330能够将第一拉绳110传递到第一轨道槽310的力进行放大,并分别传递给脚踝辅助结构600和膝盖辅助结构400,从而提高对脚踝和膝关节的辅助作用。
参阅图1和图2,在一实施例中,驱动结构200包括驱动件210和驱动轮220,驱动轮220连接于驱动件210的动力输出端,第一拉绳110连接于驱动轮220,驱动件210用于驱动驱动轮220沿转动,从而使得驱动轮220带动第一拉绳110做收卷运动。其中,驱动件210为电机,电机的输出轴伸入驱动轮220的中心,并与驱动轮220固定连接。
具体地,驱动结构200还包括固定件230,驱动轮220设有沿其轴向延伸的连接孔,固定件230的一端穿过所述连接孔连接于驱动轮220,且固定件230的侧壁和连接孔的孔壁之间形成一压紧空间;第一拉绳110的端部部分压设于压紧空间,并绕固定件的轴线缠绕于固定件230,第一拉绳110从固定件230绕出的出线端沿驱动轮220的周向缠绕于驱动轮220,当驱动件210驱动驱动轮220转动时,第一拉绳110相对驱动轮220做收卷运动。优选地,固定件230为小径螺栓。
进一步地,驱动轮220的一侧设有缺口222,固定件230的部分容设于缺口222内,缺口222用于避让固定件230,提供转动螺栓的安装空间,便于将固定件230安装于驱动轮220,从而能够避免螺栓上的螺帽凸设于驱动轮220,从而刮伤使用者。其中,缺口222的底部设有沿驱动轮220轴线延伸的连接孔,固定件230穿过连接孔螺纹连接于驱动轮220,从而使得固定件230与驱动轮220连接的更紧。
其中,螺栓的螺杆上还套设有垫片,垫片能够增加与第一拉绳110端部的接触面积,从而将第一拉绳110压的更紧。
需要说明的是,驱动轮220上的缺口也可以是多个,从而使得固定件230安装于驱动轮220的不同位置时,均可避让固定件230即可。
参阅图2和图3,在一实施例中,驱动轮220设置有沿自身周向延伸的安装槽221,安装槽221与缺口222连通,则从压紧空间中伸出的第一拉绳110环绕于安装槽221布置,使得驱动轮220上缠绕的第一拉绳110做收卷运动的过程中,不会发生偏移,能够有效防止驱动轮220上缠绕的第一拉绳110做收卷运动的过程中发生偏移而带来不良效果,且能够让第一拉绳110对力的传递效果更高且更顺畅。
参阅图1和图10,需要说明的是,第一拉绳110、第二拉绳120和第三拉绳130连接于轨道轮300的连接方式与第一拉绳110连接于驱动轮220的连接方式相同,故不再赘述。
进一步地,驱动结构200还包括弹性带250、固定长板260和稳定板270,固定长板260贴合于弹性带250,稳定板270连接于固定长板260,弹性带250绑定于腰部,电机通过稳定板270紧固于固定长板260上,其中电机的转动与停止由Arduino(开源电子原型平台)控制,驱动轮220与电机输出轴一端连接并通过电机旋转带动驱动轮220上的第一拉绳110提供整个装置的机械动力。
更进一步的,稳定板270的数量为两个,分别为第一稳定板270和第二稳定板270,第一稳定板270和第二稳定板270间隔设置,且分别垂直连接于固定长板260设置,电机的输出轴端穿过第一稳定板270连接于驱动轮220,电机的另一端穿过第二稳定板270,且连接于第二稳定板270,这样的设置,将电机固定的更加稳定。
需要说明的是,电机的数量为两个,优选地,两个电机相背设置,分别驱动两个第一拉绳110辅助左脚掌和右脚掌抬起,即下肢外骨骼机器人以人体的中心线对称设置,固不再具体描述。
参阅图1和图2,驱动结构200具有导向通道,导向通道设置于驱动轮220的出线端,且导向通道自驱动结构200朝向脚踝辅助结构600的方向延伸。在一实施例中,第一稳定板270上设有两个间隔设置的条形板,两个条形板之间形成导向通道,从驱动轮220的出线端伸出的第一拉绳110穿过导向通道,当驱动轮220带动第一拉绳110做收卷运动时,导向通道起导向作用,同时能够第一拉绳110偏移而影响传动力的效果。
在另一实施例中,驱动结构200还包括两个滚轮240,两个滚轮240间隔布置,两个滚轮240之间具有间隔空间,其间隔空间形成导向通道。其中,滚轮240能够绕自身轴线旋转,其中滚轮240的轴线与驱动轮220的轴线重合。当驱动轮220带动第一拉绳110做收卷运动时,第一拉绳110在导向通道内移动,当人在行走过程中,驱动结构200朝向脚踝辅助结构600会发生轻微改变,使得第一拉绳110与滚轮240的轮壁接触,从而产生摩擦力,摩擦力能够带动滚轮240转动,从而能够减少第一拉绳110与导向通道的摩擦力,提高第一拉绳110传递力的效果。
在又一实施例中,滚轮240的数量为三个,三个滚轮240沿驱动结构200朝向脚踝辅助结构600的方向错位布置,从而形成导向通道。其中,滚轮240的数量还可以为多个,其只要能够形成导向通道即可。
优选地,本实施例以两个间隔设置的滚轮240形成导向通道为例进行说明。
进一步地,第一稳定板270背离第二稳定板270一侧设有两个间隔设置限位杆241,两个滚轮240分别套设于限位杆241。其中,限位杆241背离第一稳定板270的末端还套设有限位环,限位环用于对滚轮240沿滚轮240的轴线运动进行限位,防止滚轮240在转动过程中,滑出限位杆241。
参阅图1和图10,脚踝辅助结构600包括上组件610和下组件620,下组件620活动连接于上组件610,第二拉绳120远离轨道轮300的一端连接于下组件620,下组件620用于套设于脚掌,上组件610用于连接于小腿,使得脚踝辅助结构600形成可以活动的状态,从而使得人在行走过程中,踝关节保持舒适的状态。
上组件610包括小腿绑带615和连接架,连接架连接于小腿绑带615,连接架转动连接于下组件620,轨道轮300连接于连接架,小腿绑带615于小腿。
连接架包括固定支架611和导向轴支座,固定支架611具有与小腿适配的形状,当小腿绑带615绑定于小腿时,固定支架611能够与小腿后半侧贴合。导向轴支座连接于固定支架611背离小腿后侧的一侧,轨道轮300转动连接于导向轴支座。
具体地,导向轴支座的数量为两个,分别为第一支座612和第二支座616,第一支座612和第二支座616间隔设置,且第一支座612和第二支座616垂直连接于固定支架611背离小腿后侧的一侧,上组件610还包括长轴617,长轴617沿轨道轮300的轴线穿过第一支座612和第二支座616,轨道轮300套设于长轴617,轨道轮300能够沿自身轴线旋转。优选地,长轴617上套设有转动轴承613,轨道轮300套设于转动轴承613,这样的设置,能够减少轨道轮300转动时的摩擦力,从而使得第一拉绳110更好的将驱动结构200的力传递给轨道轮300。
其中,导向轴支座远离固定支架611的一端设有限位孔、限位口618和限位件,长轴617穿过限位孔连接于导向轴支座,限位口618沿第二方向延伸至限位孔,与限位孔连通,限位件能够沿竖直方向穿过限位口618的上下侧壁并贯穿于导向轴支座,通过限位件缩短限位口618上下侧壁的距离,从而增加长轴617与限位孔的侧壁的抵紧程度,从而使得长轴617与导向轴支座固定连接,当需要取出或者更换轨道轮300时,只需要通过限位件增加限位口618上下侧壁的距离,放松长轴617与限位孔的侧壁的抵紧程度,使得长轴617能够伸出限位孔,并将轨道轮300取出,从而便于轨道轮300的更换。
上组件610还包括长连接板614,下组件620还包括外连接短板621和内连接短板622,长连接板614的一端固定到固定支架611两侧,另一端沿竖直向下延伸至脚踝处与外连接短板621和内连接短板622相连,其中外连接短板连接于长连接板614背离小腿的一侧,内连接短板连接于长连接板614朝向小腿的一侧,且外连接短板621和内连接短板的上端均设有对应的紧固孔628,通过常用工具,例如锁紧螺杆644穿过紧固孔628和长连接板614,并通过锁紧螺母643与锁紧螺杆644配合,将外连接短板621与内连接短板622固定于长连接板614。
下组件620还包括中间连接板623,中间连接板623相对长连接板614沿竖直方向向下间隔设置,且中间连接板623的两侧分别转动连接于外连接短板621和内连接短板622。
具体地,下组件620还包括旋转轴承629和紧固短轴,外连接短板621和内连接短板622的下端均设有对应的旋转孔625,中间连接板623设有对应的固定孔,紧固短轴穿过旋转孔625和固定孔,且紧固短轴的两端分别连接于外连接短板621和内连接短板622,旋转轴承629套设于紧固短轴,且抵接于固定孔的孔壁,从而使得中间连接板623能够相对长连接板614转动,进而使上下组件620形成可以活动的状态。其中,紧固短轴上还套设有限位卡环645,限位卡环645设于旋转轴承629的两侧,且固定连接于紧固短轴,限位卡环645用于对旋转轴承629进行限位,防止旋转轴承629脱离固定孔。
进一步地,下组件620还包括第一锁紧件641和第二锁紧件642,旋转孔625的下端设有沿竖直方向延伸至外连接短板621末端的锁紧口626,锁紧口626与旋转孔625连通,第一锁紧件641沿能够第一方向穿过锁紧口626两侧的侧壁并贯穿于外连接短板621,通过第一锁紧件641调节锁紧口626两侧的距离,从而调节旋转孔625对紧固短轴的锁紧程度,从而实现外连接短板621与紧固短轴的稳定连接。固定孔的上端设有沿竖直方向延伸至中间连接板623末端的紧固口624,紧固口624与固定孔连通,第二锁紧件642沿能够第一方向穿过紧固口624两侧的侧壁并贯穿于中间连接板623,通过第二锁紧件642调节紧固口624两侧的距离,从而调节固定孔对旋转轴承629的锁紧程度,从而实现中间连接板623与紧固短轴的相对转动。内连接短板622与外连接短板621的设置相同,故不再赘述。
下组件620还包括连接杆631、脚座板632和脚趾绑带638,连接杆631具有与脚后跟适配的弧形,连接杆631的末端转动连接于中间连接板623背离脚踝的一侧,从而使得人在行走时,脚后跟能够自由的相对于小腿弯曲。脚座板632连接于连接杆631背离脚后跟中心的一侧,从而使得脚踝辅助结构600在脚的两侧对称设置,从而使得下肢穿戴脚踝辅助结构600时,能够更舒适。脚趾绑带638连接于脚座板632,脚趾绑带638用于固定脚趾,从而使得下组件620更好的套设于脚掌,与人体下肢更好的适配。
进行一步的,第二拉绳120远离轨道轮300的一端连接于脚座板632的沿脚宽方向的中部,当驱动轮220带动第一拉伸做收卷运动时,第一拉绳110带动轨道轮300转动,从而带动轨道轮300上的第二拉绳120做收卷运动,从而拉动脚座板632的中部,使得下肢能够获得平衡的力,从而更好的辅助下肢行走。
下组件620还包括短绑带639,短绑带639的两端连接于脚座板632的上端,并围设成圆孔,连接杆631穿设于圆孔,从而使得连接杆631与脚座板632连接的更加稳定。优选地,短绑带639的数量为两个,两个短绑带639对称设置,从而将连接杆631连接的更加稳定。
另外,连接杆631的中部设有固定口648,第二拉绳120能够穿过固定口648固定连接于脚座板632,使得第二拉绳120与脚座板632连接的更加稳定,避免第二拉绳120与脚座板632脱离。
参阅图1和图11,下组件620还包括旋转扣646,中间连接板623还包括转接孔627,旋转扣646的一端穿过连接杆631的末端和旋转孔625,并将连接杆631固定连接于中间连接板623。其中,旋转扣646为螺钉,使得连接杆631与中间连接板623连接的更加稳定。
下组件620还包括支撑垫634和调节板635,调节板635的一端连接于连接杆631与中间连接板623的连接处,脚趾绑带638连接于调节板635远离连接杆631的一端,从而使得下组件620与脚有适配的形状,从而能够更好的与脚固定。支撑垫634连接于脚座板632的末端,支撑垫634用于将脚固定于脚座板632,防止脚脱离脚座板632。其中,调节板635通过固定扣647连接于脚趾绑带638,优选地,固定扣647为螺钉。
下组件620还包括连接带633,连接带633的一端连接于脚座板632的末端,另一端连接于支撑垫634,使得脚被脚踝辅助装置完全固定但保持舒服的状态,从而在上下组件620的配合下达到辅助的目的。
下组件620还包括调节扣637,调节板635上设有调节槽636,调节扣637的一端穿过转接孔627和调节槽636,调节扣637可沿调节槽636滑动,从而调节脚趾绑带638距离脚座板632的位置,从而适用于不同大小的脚。其中,调节扣637可以为螺钉。
优选地,脚一侧的调节板635的数量为两个,调节扣637穿过两个调节板635上的调节槽636,通过调节调节扣637在调节槽636内的位置,从而调节两个调节板635重合的距离,从而适用于不同大小的脚。
需要说明的是,支撑垫634、连接带633、脚趾绑带638均为柔性件,从而在与下肢的接触中,更加的舒适和适配。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,膝盖辅助结构400还包括护膝410,护膝410用于套设于膝关节,储能组件500安装于护膝410背离膝关节的一侧。其中,护膝410有与膝关节适配的形状,当膝关节弯曲时,护膝410与膝关节同步运动。
储能组件500包括前转轮510、第一弹性件420和连接轴580;前转轮510套设于连接轴580,连接轴580与前转轮510同步转动,第一弹性件420的一端连接于护膝410背离膝关节上端的一侧,第一弹性件420的另一端连接于前转轮510,第三拉绳130的一端连接于前转轮510。当驱动轮220带动第一拉绳110做收卷运动时,所述第一拉绳110带动所述轨道轮300转动,使得轨道轮300带动轨道轮300上的第二拉绳120和第三拉绳130沿着第二轨道槽320和第三轨道槽330做收卷运动,从而使得第二拉绳120带动脚座板632做向上抬起的运动,此时膝关节弯曲,第一弹性件420被拉伸,且第三拉绳130带动前转轮510沿第一方向转动,使得第一弹性件420被拉伸的长度增加,即第一弹性件420将第三拉绳130的驱动力和膝关节弯曲产生的能量储存。优选地,第一弹性件420为拉伸弹簧。需要说明的是,第三拉绳130连接于前转轮510的连接方式与第一拉绳110连接于驱动轮220的连接方式相同,故不再赘述。
储能组件500还包括固定板430和支柱440,固定板430为弧形,与膝关节有适配的形状,固定板430的末端设有紧固件431,固定板430通过紧固件431连接于护膝410背离膝关节外侧的一端,其中,紧固件431为螺钉,使得固定板430与护膝410连接的更稳定。支柱440的一端连接于固定板430,另一端连接于第一弹性件420背离前转轮510的一侧。当第一弹性件420拉伸时,施加给支柱440背离第一弹性件420的力,由于支柱440固定连接于固定板430,从而保证第一弹性420件连接于支柱440的一端固定不动,另一端被拉伸。优选地,支柱440连接于固定板430的中部。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,储能组件500还包括棘轮520、棘爪540和解锁件,棘轮520和解锁件均套设于连接轴580,第一弹性件420背离护膝410的一端连接于棘轮520,第三拉绳130带动前转轮510沿第一方向转动时,棘轮520与前转轮510同步转动,且棘轮520将第一弹性件420拉长进行储能。第一弹性件420收缩时,棘爪540的一端能够抵接于棘轮520,对棘轮520沿第二方向转动进行锁止限位,从而使得第一弹性件420施加给棘轮520向上的力,从而辅助膝关节伸直。解锁件沿第二方向转动第一角度后能够拨开棘爪540,棘轮520能够沿第二方向转动以回位。其中,第二方向与第一方向相反,第一角度大于等于膝关节弯曲的角度。
其中,棘轮520的一侧设有凸起524,第一弹性件420的一端连接于凸起524,从而能够避免棘轮520转动过程中,与第一弹性件420发生碰撞,从而影响第一弹性件420的储能和释能。
进一步地,储能装置还包括钢绳480,钢绳480的一端连接于第一弹性件420远离固定板430的一端,另一端连接于凸起524,由于钢绳480的直径较小,当棘轮520沿第一方向转动,凸起524带动钢绳480移动到棘轮520的一侧时,能够避免对前转轮510的转动造成干扰。
参阅图5、图6和图7,在一些实施例中,储能装置还包括第一卡轮521,第一卡轮521套设于连接轴580,第一卡轮521与连接轴580同步转动,当第三拉绳130拉动前转轮510沿第一方向转动时,连接轴580与前转轮510同步转动,第一卡轮521与棘轮520卡接配合,则棘轮520与第一卡轮521同步转动;当第一卡轮521沿第二方向运动时,第一卡轮521与棘轮520解锁,棘轮520固定不动,第一卡轮521的设置,从而能够对棘轮520进行限位,防止棘轮520沿第二方向转动。
进一步地,棘轮520的中心设有第一通孔,棘轮520通过第一通孔穿过连接轴580,第一通孔的边缘设有第一凸台522,第一凸台522的边缘设有多个沿所述第一凸台522的周向布置的第一齿牙523,第一卡轮521包括第一卡盘525和多个第一凸棱526,第一卡盘525套设于连接轴580,多个第一凸棱526沿第一卡盘525的径向间隔布置于第一卡盘525的末端,第一卡盘525朝向棘轮520一侧抵接于第一凸台522,第一凸台522用于对第一卡521轮进行限位,防止第一卡轮521与棘轮520脱离。第一卡轮521沿第一方向转动时,第一凸棱526能够卡入第一齿牙523,从而使得棘轮520能够与第一卡轮521沿第一方向同步转动。
具体地,第一凸棱526的一侧为圆弧形,另一侧具有平直角,当第一卡轮521沿第一方向转动时,第一凸棱526的平直角一侧能够卡入第一齿牙523,使得棘轮520与第一卡轮521沿第一方向同步转动;当第一卡轮521沿第二方向转动时,第一凸棱526的圆弧形一侧无法卡入第一齿牙523,则第一卡轮521相对棘轮520发生转动。
参阅图4、图5、图6和图9,在一些实施例中,解锁件包括后转轮570和第二弹性件530,后转轮570和第二弹性件530均套设于连接轴580,第二弹性件530的一端连接于连接轴580;第三拉绳130带动前转轮510沿第一方向转动时,连接轴580与前转轮510同步转动,第二弹性件530连接于连接轴580的一端做收卷运动,第二弹性件530被拉伸以蓄能;前转轮510停止沿第一方向转动时,第一弹性件420收缩,第二弹性件530不再被拉伸从而放卷进行释放能量,从而够驱动后转轮570沿第二方向转动,从而后转轮570能够将棘轮520解锁,使得棘轮520能够回位,并为下一侧辅助做准备。
参阅图4、图5、图6和图8,在一些实施例中,解锁件还包括第二卡轮571,第二卡轮571的一端套设于连接轴580,另一端连接于第二弹性件530,第二卡轮571与连接轴580同步转动,第二卡轮571设于后转轮570和第二弹性件530之间;前转轮510沿第一方向转动时,连接轴580与前转轮510同步转动,从而的带动第二卡轮571转动,第二卡轮571从而能够带动第二弹性件530做收卷运动,使得第二弹性件530被拉伸蓄能;第一弹性件420收缩时,第二卡轮571停止沿第一方向转动,第二弹性件530释放能量做放卷运动,从而驱动第二卡轮571沿第二方向转动,第二卡轮571与后转轮570卡接配合,则后转轮570与第二卡轮571同步转动,前转轮510与第二卡轮571也同步转动,进行回位。且第一卡轮521的设置,使得连接轴580带动后转轮570沿第二方向同步转动的过程中,不会因为棘爪540对棘轮520的限位而受到影响,从而使得后转轮570能够正常转动,以及前转轮510回位。优选地,第二弹性件530为卷簧。
进一步地,后转轮570的中心设有第二通孔,后转轮570通过第二通孔穿过连接轴580,第二通孔的边缘设有第二凸台572,第二凸台572的边缘设有多个沿第二凸台572的周向布置的第二齿牙573,第二卡轮571包括第二卡盘576和多个第二凸棱577,第二卡盘576套设于连接轴580,多个第二凸棱577沿第二卡盘576的周向间隔布置于第二卡盘576的末端,第二卡盘576朝向后转轮570一侧抵接于第二凸台572,另一侧连接于第二弹性件530,从而对第二卡轮571进行限位,防止第二卡轮571与后转轮570脱离。第二卡轮571沿第一方向转动时,第二凸棱577能够卡入第二齿牙573,从而使得后转轮570能够与第二卡轮571沿第二方向同步转动。
具体地,第二凸棱577的一侧为圆弧形,另一侧具有平直角,当第二卡轮571沿第二方向转动时,第二凸棱577的平直角一侧能够卡入第二齿牙573,使得后轮与第二卡轮571沿第二方向同步转动;当第二卡轮571沿第一方向转动时,第二凸棱577的圆弧形一侧无法卡入第二齿牙573,则第二卡轮571相对棘轮520发生转动。
进一步地,第二卡盘576朝向后转轮570一侧设有沿连接轴580的轴向延伸的连接槽,连接轴580远离前转轮510的一端伸入连接槽,且与连接槽的槽底抵接,第二卡盘576朝向卷簧一侧沿周向设有至少两个抵接块575,抵接块575的外侧为弧形,卷簧的一端伸入抵接块575之间,并沿周向缠绕于抵接块575的弧形端,当第二卡轮571与连接轴580同步转动时,卷簧与抵接块575缠绕的更紧,从而将卷簧拉伸,进行储能。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,后转轮570具有沿自身轴向凸设的拨块574,后转轮570沿第二方向转动第一角度后,拨块574能够将棘爪540相对棘轮520拨开,使得棘爪540与棘轮520解锁,由于第一弹性件420收缩拉动棘轮520,使得棘轮520沿第二方向运动,从而回位。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,储能组件500还包括缓冲件560,缓冲件560设于棘爪540朝向棘轮520一段的下端,当棘轮520沿第一方向转动时,促使棘爪540压设于缓冲件560;棘轮520沿第二方向转动,缓冲件560能够向棘爪540施加回复力,使得棘爪540朝向棘轮520的一端能够缓慢的将棘轮520抵紧,避免产生较大的冲击力,从而导致棘轮520被损害。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,膝盖辅助结构400还包括固定支座590和锁紧件460,固定支座590包括压盖591和固定盖592,固定盖592连接于护膝410背离膝关节下侧的一侧,压盖591压合于固定盖592,锁紧件460用于将压盖591锁紧于固定盖592。具体地,固定盖592朝向压盖591的一侧设有多个设有容纳孔的安装条470,压盖591上设有对应的锁紧孔594,锁紧件460能够穿过锁紧孔594和容纳孔,且连接于安装条470,将压盖591固定连接于固定盖592,安装条470内设有的容纳孔用于容纳锁紧件460,从而能够起到美观的作用,同时防止锁紧件460对使用者造成伤害。优选地,锁紧件460为螺钉,容纳孔为螺纹孔,锁紧件460与容纳孔螺纹连接,从而使得压盖591与固定盖592连接的更稳定。
进一步地,连接轴580的一端转动连接于压盖591,另一端连接于第二卡轮571,压盖591的一侧设有配合孔593,连接轴580背离卷簧的一端能够***配合孔593,与压盖591转动连接,优选地,配合孔593内设有配合轴承450,连接轴580与配合轴承450转动连接,从而能够减小连接轴580转动时的摩擦力,从而提高力的传递。
其中,卷簧设于第二卡轮571和固定盖592之间,第二卡轮571、后转轮570、第一卡轮521与前转轮510均设于压盖591和固定盖592之间,压盖591起保护作用。且固定盖592朝向卷簧一侧设有多个限位块544,多个限位块544对应卷簧的周向设置,使得沿周向布置的多个限位块544能够对卷簧进行限位,防止卷簧在放卷释放能量的过程中,脱离第二卡轮571。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,膝盖辅助结构400还包括固定杆542,固定杆542间隔连接轴580设置,且固定杆542的一端穿过棘爪540连接于压板550的一侧,棘爪540能够绕固定杆542的轴线转动,压盖591上设有对应的固定块543,固定杆542的一端穿过棘爪540后,***固定块543,固定块543用于支撑固定杆542,从而使得固定杆542更好的对棘爪540进行限位。
具体地,棘爪540远离棘轮520的一侧设有通孔,通孔内设有小径轴承541,固定杆542的一端穿过棘爪540的通孔,与小径轴承541转动连接,当棘轮520带动棘爪540抵接于缓冲件560时,棘爪540能够沿固定杆542的轴线转动,从而减小摩擦力,提高能量的传递。
参阅图4、图5和图6,在一些实施例中,进一步地,膝盖辅助结构400还包括安装座561,安装座561设有固定盖592朝向压盖591一侧,安装座561的上方设有安置槽562,安置槽562沿棘轮520的径向贯穿设置,缓冲容设于安置槽562,安置槽562沿棘轮520的径向贯穿设置,使得棘爪540施加给缓冲件560向下的力时,缓冲件560能够一直抵接于缓冲件560,且安装座561能够支撑缓冲件560,安置槽562能够对缓冲件560沿棘轮520的轴线移动进行限位。优选地,缓冲件560为弹簧。
另外,膝盖辅助结构400还包括压板550和压板连接件551,压板550为弧形,具有与棘爪540相适的形状,压板550设于棘爪540和弹性件之间,压板连接件551穿过压板550,并穿过弹簧中间的通孔连接于安置槽562的槽底,使得压板550一直与弹簧接触,从而防止弹簧受力形变时脱离安置槽562。
本发明具体运行过程如下:运动开始前,首先将腰部弹性带250、小腿绑带615、脚趾绑带638以及护膝410舒适的绑在身体的各个位置上,在使用者脚跟离地前驱动机构200中的电机转动带动输出轴端的驱动轮220使第一拉绳110做收卷运动产生拉力,由于第一拉绳110与轨道轮300的第一轨道槽310相连并形成传动进而轨道轮300转动,从而带动连接于轨道轮300的第二拉绳120和第三拉绳130做收卷运动,其中第二拉绳120的一端连接于第二轨道槽320,另一端连接于脚踝辅助结构600,第三拉绳130的一端连接于第三轨道槽330,另一端连接于膝盖辅助结构400,且第二轨道槽320与第三轨道槽330的半径大于第一轨道槽310的半径,根据轨道旋转半径的不同,第二轨道槽320和第三轨道槽330分别将第一轨道槽310的力放大并分别传递给脚踝和膝关节,在脚跟离地的瞬间,第二拉绳120与脚踝辅助结构600中的下组件620连接使下组件620相对于上组件610旋转随之带动脚踝运动起到辅助作用,此刻膝关节呈弯曲状态,第三拉绳130在此时刻将膝盖辅助结构400的储能组件500,第三拉绳130使前转轮510沿第一方向转动进而带动同轴的第一卡轮521、第二卡轮571一起沿第一方向,由于沿第一方向转动的棘轮520与第一卡轮521呈卡死配合、后转轮570与第二卡轮571沿第二方向转动含有自由度,所以在这个时刻棘轮520被第一卡轮521带动一同旋转,后转轮570不随第二卡轮571旋转,棘轮520将拉伸弹簧最大程度拉伸的同时卡死轮也将卷簧储能;在膝关节伸直的瞬间,第一弹性件420收缩,拉动棘轮520沿第二方向转动,随即棘爪540将棘轮520卡死,压板550利用缓冲件560的支撑作用挡住棘爪540防止棘轮520转动,在这个时刻第一弹性件420收缩并拉动位于膝关节下方的棘轮520上移,从而辅助膝关节伸直,第一弹性件420收缩的同时卷簧释能并带动第一卡轮521、第二卡轮571和前转轮510沿第二方向转动,前转轮510回位,第三拉绳130收回便于下一次辅助,由于第一卡轮521与棘轮520沿第二方向含有自由度、第二卡轮571与后转轮570沿第二方向呈卡死状态,所以棘轮520不动、后转轮570被第二卡轮571带动一同转动,后转轮570利用后转轮570的拨片将棘爪540拨开,释放棘轮520从而第一弹性件420收缩带动棘轮520回到初始位置,以便下一次辅助,整个使用过程各个结构配合良好互不干扰,辅助效果明显,并且装置质量较轻,方便所有人群穿戴使用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述下肢外骨骼机器人包括:拉绳(100)、轨道轮(300)、驱动结构(200)、脚踝辅助结构(600)和膝盖辅助结构(400);
所述脚踝辅助结构(600)用于套于脚部,所述轨道轮(300)转动连接于所述脚踝辅助结构(600),所述膝盖辅助结构(400)用于连接于膝关节,所述膝盖辅助结构(400)包括储能组件(500);
所述轨道轮(300)绕设有至少两个拉绳(100),其中一个所述拉绳(100)的一端连接于所述驱动结构(200)的动力输出端,另一个所述拉绳(100)的一端连接于所述储能组件(500);
所述驱动结构(200)用于驱动对应的所述拉绳(100)做收卷运动,由该所述拉绳(100)带动所述轨道轮(300)转动,所述脚踝辅助结构(600)能够做抬起运动;连接于所述储能组件(500)的所述拉绳(100)能够在所述轨道轮(300)的转动作用下,拉动所述储能组件(500)以进行蓄能;
其中,所述轨道轮(300)包括沿自身轴向间隔布置的第一轨道槽(310)、第二轨道槽(320)和第三轨道槽(330);
所述拉绳(100)包括第一拉绳(110)、第二拉绳(120)和第三拉绳(130),所述第一拉绳(110)的一端绕设于所述第一轨道槽(310),另一端连接于所述驱动结构(200),所述第二拉绳(120)的一端绕设于所述第二轨道槽(320),另一端连接于所述脚踝辅助结构(600)的底部,所述第三拉绳(130)的一端绕设于所述第三轨道槽(330),另一端连接于所述储能组件(500);所述第二轨道槽(320)和所述第三轨道槽(330)的半径大于所述第一轨道槽(310)的半径;
所述储能组件(500)包括前转轮(510)、第一弹性件(420)和连接轴(580);所述前转轮(510)套设于所述连接轴(580),所述第一弹性件(420)的一端连接于护膝(410),所述第一弹性件(420)的另一端连接于所述前转轮(510),所述第三拉绳(130)的一端连接于所述前转轮(510);
所述轨道轮(300)带动所述第三拉绳(130)做收卷运动时,所述第三拉绳(130)带动所述前转轮(510)沿第一方向转动,所述第一弹性件(420)被拉伸以蓄能;
所述储能组件(500)还包括棘轮(520)、棘爪(540)和解锁件;所述棘轮(520)和所述解锁件均套设于所述连接轴(580),所述第一弹性件(420)背离所述护膝(410)的一端连接于所述棘轮(520),所述第三拉绳(130)带动所述前转轮(510)沿所述第一方向转动时,所述棘轮(520)与所述前转轮(510)同步转动;
所述第一弹性件(420)收缩时,所述棘爪(540)的一端能够抵接于所述棘轮(520),对所述棘轮(520)沿第二方向转动进行锁止限位,所述解锁件沿第二方向转动第一角度后能够拨开所述棘爪(540),所述棘轮(520)能够沿所述第二方向转动以回位;
所述第二方向与所述第一方向相反;
所述储能组件 还包括第一卡轮(521),所述第一卡轮(521)套设于所述连接轴(580),所述第一卡轮(521)与所述连接轴(580)同步转动,当所述第三拉绳(130)拉动所述前转轮(510)沿所述第一方向转动时,所述连接轴(580) 与所述前转轮(510)同步转动,所述第一卡轮(521)与所述棘轮(520)卡接配合,则所述棘轮(520)与所述第一卡轮(521)同步转动;当所述第一卡轮(521)沿所述第二方向运动时,所述第一卡轮(521)与所述棘轮(520)解锁,所述棘轮(520)固定不动;
所述棘轮(520)的中心设有第一通孔,所述棘轮(520)通过所述第一通孔穿过所述连接轴(580),所述第一通孔的边缘设有第一凸台(522),所述第一凸台(522)的边缘设有多个沿所述第一凸台(522)的周向布置的第一齿牙(523),所述第一卡轮(521)包括第一卡盘(525)和多个第一凸棱(526),所述第一卡盘(525)套设于所述连接轴(580),多个所述第一凸棱(526)沿所述第一卡盘(525)的径向间隔布置于所述第一卡盘(525)的末端,所述第一卡盘(525)朝向所述棘 轮(520)一侧抵接于所述第一凸台(522);
所述解锁件包括后转轮(570)和第二弹性件(530),所述后转轮(570)和所述第二弹性件(530)均套设于所述连接轴(580);
所述第三拉绳(130)带动所述前转轮(510)沿所述第一方向转动时,所述第二弹性件(530)被拉伸以蓄能;所述第一弹性件(420)收缩时,所述第二弹性件(530)能够驱动所述后转轮(570)沿所述第二方向转动;所述第二弹性件(530)为卷簧;
所述后转轮(570)具有沿自身轴向凸设的拨块(574),所述后转轮(570)沿所述第二方向转动,所述拨块(574)能够将所述棘爪(540)相对所述棘轮(520)拨开,所述棘爪(540)与所述棘轮(520)解锁;
所述解锁件还包括第二卡轮(571),所述第二卡轮(571)的一端套设于所述连接轴(580),另一端连接于所述第二弹性件(530),所述第二卡轮(571)与所述连接轴(580)同步转动,所述第二卡轮(571)设于所述后转轮(570)和所述第二弹性件(530)之间;所述第二卡轮(571)与所述后转轮(570)卡接配合;
所述后转轮(570)的中心设有第二通孔,所述后转轮(570)通过所述第二通孔穿过所述连接轴(580),所述第二通孔的边缘设有第二凸台(572),所述第二凸台(572)的边缘设有多个沿所述第二凸台(572)的周向布置的第二齿牙(573),所述第二卡轮(571)包括第二卡盘(576)和多个第二凸棱(577),所述第二卡盘(576)套设于所述连接轴(580),多个所述第二凸棱(577)沿所述第二卡盘(576)的周向间隔布置于所述第二卡盘(576)的末端,所述第二卡盘(576)朝向所述后转轮(570)一侧抵接于所述第二凸台(572),另一侧连接于所述第二弹性件(530);
所述脚踝辅助结构(600)包括上组件(610)和连接于上组件(610)的下组件(620),所述第二拉绳(120)远离所述轨道轮(300)的一端连接于所述下组件(620),所述下组件(620)用于套设于脚掌,所述上组件(610)用于连接于小腿。
2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述驱动结构(200)包括驱动件(210)和驱动轮(220),所述驱动轮(220)连接于所述驱动件(210)的动力输出端,所述拉绳(100)连接于所述驱动轮(220),所述驱动件(210)用于驱动所述驱动轮(220)转动,所述驱动轮(220)带动所述拉绳(100)做收卷运动。
3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述驱动结构(200)还包括固定件(230),所述驱动轮(220)设有沿其轴向延伸的连接孔;
所述固定件(230)的一端穿过所述连接孔连接于所述驱动轮(220),且所述固定件(230)的侧壁和所述连接孔的孔壁之间形成一压紧空间;所述拉绳(100)的端部部分压设于所述压紧空间,并连接于固定件(230)。
4.根据权利要求3所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述驱动轮(220)的至少一侧设有缺口(222),所述固定件(230)的部分容设于所述缺口(222)内,所述缺口(222)用于避让所述固定件(230)。
5.根据权利要求4所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述驱动轮(220)设置有沿自身周向延伸的安装槽(221),所述安装槽(221)用于所述拉绳(100)周向环绕;所述安装槽(221)与所述缺口(222)连通。
6.根据权利要求2所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述驱动结构(200)具有导向通道,所述导向通道设置于所述驱动轮(220)的出线端,且所述导向通道自所述驱动结构(200)朝向所述脚踝辅助结构(600)的方向延伸。
7.根据权利要求6所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述驱动结构(200)还包括至少两个滚轮(240),至少两个所述滚轮(240)间隔布置,至少两个所述滚轮(240)之间具有间隔空间,所述间隔空间形成导向通道。
8.根据权利要求7所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述膝盖辅助结构(400)还包括护膝(410),所述护膝(410)用于套设于所述膝关节,所述储能组件(500)安装于所述护膝(410)背离所述膝关节的一侧。
9.根据权利要求8所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述储能组件(500)还包括缓冲件(560);
所述棘轮(520)沿第一方向转动,促使所述棘爪(540)压设于所述缓冲件(560);所述棘轮(520)沿第二方向转动,所述缓冲件(560)能够向所述棘爪(540)施加回复力。
10.根据权利要求9所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述下组件(620)包括脚座板(632)、脚趾绑带(638)和连接杆(631),所述连接杆(631)的末端转动连接于所述上组件(610),所述脚座板(632)连接于所述连接杆(631)的中部,所述脚趾绑带(638)连接于所述脚座板(632),所述第二拉绳(120)的一端连接于所述连接杆(631)的中部。
11.根据权利要求10所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述下组件(620)还包括支撑垫(634)和调节板(635),所述调节板(635)连接的一端连接于所述连接杆(631),另一端连接于所述脚趾绑带(638),所述支撑垫(634)连接于所述脚座板(632)的末端,所述支撑垫(634)用于将脚固定于脚座板(632)。
12.根据权利要求11所述的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述上组件(610)包括小腿绑带(615)和连接架,所述连接架连接于所述小腿绑带(615),所述连接架转动连接于所述连接杆(631),所述轨道轮(300)连接于所述连接架,所述小腿绑带(615)绑定于小腿。
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