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专利号: 2021100418243
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种面向助力应用的三自由度髋关节外骨骼,其特征在于:包括有髋关节背部靠板组件(1)、右部大腿组件(2)、右部助力穿戴组件(3)、左部大腿组件(4)和左部助力穿戴组件(5);

髋关节背部靠板组件(1)中的髋关节齿轮(1E)套接在髋关节齿轮轴(1J)上,髋关节齿轮轴(1J)的一端套接有AA深沟球轴承(1J1),AA深沟球轴承(1J1)安装在AB通孔(1A3)中,髋关节齿轮轴(1J)的另一端套接有AB深沟球轴承(1J2),AB深沟球轴承(1J2)安装在髋关节夹紧板(1D)的AF通孔(1D2)中;

靠板(1A)上设有卡槽(1A1)、AA通孔(1A2)、AB通孔(1A3)、上滑槽(1A4)、下滑槽(1A5);

卡槽(1A1)用于放置髋关节左连接板(1B)和髋关节右连接板(1C),且使髋关节左连接板(1B)和髋关节右连接板(1C)通过上滑槽(1A4)与下滑槽(1A5)进行滑动限位;AA通孔(1A2)用于安装髋关节丁字轴(1G)的一端;AB通孔(1A3)内放置AA深沟球轴承后再安装上髋关节齿轮轴(1J)的一端;

髋关节左连接板(1B)的一端设有AC通孔(1B1),AC通孔(1B1)用于安装左大腿凸轮板手(4B)上的左大腿丁字轴(4B1);髋关节左连接板(1B)的另一端设有左齿条(1B2),左齿条1B2与髋关节齿轮(1E)啮合;

髋关节右连接板(1C)的一端设有AD通孔(1C1),AD通孔(1C1)用于安装右大腿凸轮板手(2B)上的右大腿丁字轴(2B1);髋关节右连接板(1C)的另一端设有右齿条(1C2),右齿条(1C2)与髋关节齿轮(1E)啮合;

髋关节夹紧板(1D)上设有AE通孔(1D1)、AF通孔(1D2)和背部凸台(1D3);背部凸台(1D3)用于与髋关节右连接板(1C)的右齿条(1C2)接触,通过髋关节凸轮板手(1F)的按下实现对髋关节右连接板(1C)的右齿条(1C2)压紧;AE通孔(1D1)用于安装髋关节凸轮板手(1F)的髋关节丁字轴(1G)的一端,AF通孔(1D2)用于放置AB深沟球轴承(1J2);髋关节夹紧板(1D)固定在靠板(1A)的背面板上,髋关节凸轮板手(1F)置于髋关节夹紧板(1D)的外部;

髋关节凸轮板手(1F)的一端为把手端,髋关节凸轮板手(1F)的另一端设有AA支臂(1F1)和AB支臂(1F2),AA支臂(1F1)上设有AG通孔(1F2),AB支臂(1F3)上设有AH通孔(1F4);

髋关节丁字轴(1G)的一端置于AA支臂(1F1)与AB支臂(1F2)之间,且安装在AA支臂(1A1)的AG通孔(1A2)和AB支臂(1F3)的AH通孔(1F4)中;髋关节丁字轴(1G)的另一端穿过板手卡块(1H)后顺次穿过髋关节夹紧板(1D)的AE通孔(1D1)后安装在靠板(1A)的AA通孔(1A2)中;

右部大腿组件(2)包括有右大腿调节件(2A)、右大腿凸轮板手(2B)、右大腿连接件(2C)、右大腿限位锁紧件(2D)、右大腿直流电机(2E)、右大腿导轨(2F)、右大腿滑块(2G)、右大腿转动件(2H);

右大腿调节件(2A)的右大腿弧形板(2A1)的上端设有右大腿上卡槽(2A2)、右大腿下卡槽(2A3)和右大腿限位槽(2A9),右大腿限位槽(2A9)用于右大腿凸轮板手(2B)的右大腿丁字轴(2B1)的一端穿过,且在所述右大腿限位槽(2A9)内移动;右大腿弧形板(2A1)的下端设有右大腿A铰链柱(2A4)和右大腿B铰链柱(2A6),右大腿A铰链柱(2A4)与右大腿B铰链柱(2A6)之间安装有右大腿连接件(2C)的右大腿C铰链柱(2C1);右大腿上卡槽(2A2)与右大腿下卡槽(2A3)之间用于卡紧髋关节连接板(1C)的一端,且通过右大腿丁字轴(2B1)的一端安装在髋关节连接板(1C)的AD通孔(1C1)中实现固定,右大腿A铰链柱(2A4)的中心是BA通孔(2A5),右大腿B铰链柱(2A6)的中心是BA通孔(2A7);BA通孔(2A5)和BA通孔(2A7)用于右大腿铰链轴(2A8)穿过;

右大腿A铰链轴(2A8)的一端顺次穿过BA通孔(2A5)、BC通孔(2C2)和BA通孔(2A7);右大腿铰链轴(2A8)实现右大腿调节件(2A)的下端与右大腿连接件(2C)的上端的活动连接;

右大腿凸轮板手(2B)的一端为把手端,右大腿凸轮板手(2B)的另一端设有BA支臂(2B3)和BB支臂(2B5),BA支臂(2B3)上设有BD通孔(2B4),BB支臂(2B5)上设有BE通孔(2B6);

右大腿丁字轴(2B1)的一端置于BA支臂(2B3)与BB支臂(2B5)之间,且安装在BA支臂(2B3)的BD通孔(2B4)和BB支臂(2B5)的BE通孔(2B6)中;右大腿丁字轴(2B1)的另一端穿过板手卡块(2B2)、右大腿调节件(2A)的右大腿限位槽(2A9)后安装在髋关节右连接板(1C)的AD通孔(1C1)中;

右大腿连接件(2C)的上端设有右大腿C铰链柱(2C1),右大腿C铰链柱(2C1)的中心是BC通孔(2C2),BC通孔(2C2)用于右大腿A铰链轴(2A8)的一端穿过;右大腿连接件(2C)的下端设有圆盘(2C3),圆盘(2C3)与右大腿直流电机(2E)的输出轴连接;

右大腿限位锁紧件(2D)的上端是带孔圆盘(2D1),带孔圆盘(2D1)固定在右大腿直流电机(2E)的机壳上;带孔圆盘(2D1)的下方设有右大腿转动限位块(2D4),右大腿转动限位块(2D4)与右大腿连接件(2C)的圆盘(2C3)用于实现右膝关节处的转动角度限定;右大腿限位锁紧件(2D)的下端是右大腿D铰链柱(2D2),右大腿D铰链柱(2D2)的中心是BF通孔(2D3);右大腿D铰链柱(2D2)置于右大腿转动件(2H)上端的右大腿E铰链柱(2H4)与右大腿F铰链柱(2H5)之间;BF通孔(2D3)的一端安装有BA滑动轴承(2H2),BF通孔(2D3)的另一端安装有BB滑动轴承(2H3),右大腿B铰链轴(2H1)穿过BA滑动轴承(2H2)与BB滑动轴承(2H3);

右大腿B铰链轴(2H1)的一端顺次穿过BG通孔(2H6)、BA滑动轴承(2H2)、BB滑动轴承(2H3)和BH通孔(2H7);右大腿B铰链轴(2H1)实现右大腿限位锁紧件(2D)的下端与右大腿转动件(2H)的上端的活动连接;

右大腿滑块(2G)上设有滑槽(2G1),滑槽(2G1)内放置有右大腿导轨(2F);

右大腿转动件(2H)的上端设有右大腿E铰链柱(2H4)和右大腿F铰链柱(2H5),右大腿E铰链柱(2H4)与右大腿F铰链柱(2H5)之间安装有右大腿限位锁紧件(2D)的右大腿D铰链柱(2D2);右大腿E铰链柱(2H4)的中心是BG通孔(2H6),右大腿F铰链柱(2H5)的中心是BH通孔(2H7);右大腿转动件(2H)的下端是连接板(2H8),连接板(2H8)上固定有右大腿滑块(2G);

右部助力穿戴组件(3)由右大腿助力连接件(3A)、右大腿穿戴件(3B)、右大腿交叉滚子上件(3C)和右大腿交叉滚子下件(3D)组成;

右大腿助力连接件(3A)上设有右大腿助力竖直板(3A1)和右大腿人体工学贴合板(3A3);右大腿助力竖直板(3A1)的正面设有用于放置右大腿导轨(2F)的凹槽(3A2);右大腿人体工学贴合板(3A3)的背部设有CA凸弧形台(3A4),CA凸弧形台(3A4)上固定有右大腿交叉滚子下件(3D);

右大腿穿戴件(3B)的下端设有CB凸弧形台(3B1),CB凸弧形台(3B1)上固定有右大腿交叉滚子上件(3C);

左部大腿组件(4)包括有左大腿调节件(4A)、左大腿凸轮板手(4B)、左大腿连接件(4C)、左大腿限位锁紧件(4D)、左大腿直流电机(4E)、左大腿导轨(4F)、左大腿滑块(4G)、左大腿转动件(4H);

左大腿调节件(4A)的左大腿弧形板(4A1)的上端设有左大腿上卡槽(4A2)、左大腿下卡槽(4A3)和左大腿限位槽(4A9),左大腿限位槽(4A9)用于左大腿凸轮板手(4B)的左大腿丁字轴(4B1)的一端穿过,且在所述左大腿限位槽(4A9)内移动;左大腿弧形板(4A1)的下端设有左大腿A铰链柱(4A4)和左大腿B铰链柱(4A6),左大腿A铰链柱(4A4)与左大腿B铰链柱(4A6)之间安装有左大腿连接件(4C)的左大腿C铰链柱(4C1);左大腿上卡槽(4A2)与左大腿下卡槽(4A3)之间用于卡紧髋关节连接板(1C)的一端,且通过左大腿丁字轴(4B1)的一端安装在髋关节连接板(1B)的AC通孔(1B1)中实现固定,左大腿A铰链柱(4A4)的中心是DA通孔(4A5),左大腿B铰链柱(4A6)的中心是DA通孔(4A7),DA通孔(4A5)和DA通孔(4A7)用于左大腿铰链轴(4A8)穿过;

左大腿A铰链轴(4A8)的一端顺次穿过DA通孔(4A5)、DC通孔(4C2)和DA通孔(4A7);左大腿铰链轴(4A8)实现左大腿调节件(4A)的下端与左大腿连接件(4C)的上端的活动连接;

左大腿凸轮板手(4B)的一端为把手端,左大腿凸轮板手(4B)的另一端设有DA支臂(4B3)和DB支臂(4B5),DA支臂(4B3)上设有DD通孔(4B4),DB支臂(4B5)上设有DE通孔(4B6);

左大腿丁字轴(4B1)的一端置于DA支臂(4B3)与DB支臂(4B5)之间,且安装在DA支臂(4B3)的DD通孔(4B4)和DB支臂(4B5)的DE通孔(4B6)中;左大腿丁字轴(4B1)的另一端穿过板手卡块(4B2)、左大腿调节件(4A)的左大腿限位槽(4A9)后安装在髋关节左连接板(1B)的AC通孔(1B1)中;

左大腿连接件(4C)的上端设有左大腿C铰链柱(4C1),左大腿C铰链柱(4C1)的中心是DC通孔(4C2),DC通孔(4C2)用于左大腿A铰链轴(4A8)的一端穿过;左大腿连接件(4C)的下端设有圆盘(4C3),圆盘(4C3)与左大腿直流电机(4E)的输出轴连接;

左大腿限位锁紧件(4D)的上端是带孔圆盘(4D1),带孔圆盘(4D1)固定在左大腿直流电机(4E)的机壳上;带孔圆盘(4D1)的下方设有左大腿转动限位块(4D4),左大腿转动限位块(4D4)与左大腿连接件(4C)的圆盘(4C3)用于实现左膝关节处的转动角度限定;左大腿限位锁紧件(4D)的下端是左大腿D铰链柱(4D2),左大腿D铰链柱(4D2)的中心是DF通孔(4D3);左大腿D铰链柱(4D2)置于左大腿转动件(4H)上端的左大腿E铰链柱(4H4)与左大腿F铰链柱(4H5)之间;DF通孔(4D3)的一端安装有DA滑动轴承(4H2),DF通孔(4D3)的另一端安装有DB滑动轴承(4H3),左大腿B铰链轴(4H1)穿过DA滑动轴承(4H2)与DB滑动轴承(4H3);

左大腿B铰链轴(4H1)的一端顺次穿过DG通孔(4H6)、DA滑动轴承(4H2)、DB滑动轴承(4H3)和DH通孔(4H7);左大腿B铰链轴(4H1)实现左大腿限位锁紧件(4D)的下端与左大腿转动件(4H)的上端的活动连接;

左大腿滑块(4G)上设有滑槽(4G1),滑槽(4G1)内放置有左大腿导轨(4F);

左大腿转动件(4H)的上端设有左大腿E铰链柱(4H4)和左大腿F铰链柱(4H5),左大腿E铰链柱(4H4)与左大腿F铰链柱(4H5)之间安装有左大腿限位锁紧件(4D)的左大腿D铰链柱(4D2);左大腿E铰链柱(4H4)的中心是DG通孔(4H6),左大腿F铰链柱(4H5)的中心是DH通孔(4H7);左大腿转动件(4H)的下端是连接板(4H8),连接板(4H8)上固定有左大腿滑块(4G);

左部助力穿戴组件(5)由左大腿助力连接件(5A)、左大腿穿戴件(5B)、左大腿交叉滚子上件(5C)和左大腿交叉滚子下件(5D)组成;

左大腿助力连接件(5A)上设有左大腿助力竖直板(5A1)和左大腿人体工学贴合板(5A3);左大腿助力竖直板(5A1)的正面设有用于放置左大腿导轨(4F)的凹槽(5A2);左大腿人体工学贴合板(5A3)的背部设有EA凸弧形台(5A4),EA凸弧形台(5A4)上固定有左大腿交叉滚子下件(5D);

左大腿穿戴件(5B)的下端设有EB凸弧形台(5B1),EB凸弧形台(5B1)上固定有左大腿交叉滚子上件(5C)。

2.根据权利要求1所述的面向助力应用的三自由度髋关节外骨骼,其特征在于:髋关节左连接板(1B)与髋关节右连接板(1C)在靠板(1A)的上滑槽(1A4)和下滑槽(1A5)中左右移动,两侧运动距离为40mm。

3.根据权利要求1所述的面向助力应用的三自由度髋关节外骨骼,其特征在于:右大腿限位锁紧件(2D)与右大腿直流电机(2E)固连,右大腿直流电机(2E)带动右大腿限位锁紧件(2D)进行-120°至+60°的前屈后伸运动;

左大腿限位锁紧件(4D)与左大腿直流电机(4E)固连,左大腿直流电机(4E)带动左大腿限位锁紧件(4D)进行-120°至+60°的前屈后伸运动。

4.根据权利要求1所述的面向助力应用的三自由度髋关节外骨骼,其特征在于:右大腿交叉滚子导轨上件(3C)与右大腿交叉滚子导轨下件(3D)绕着半径为60mm的弧线相对转动;

左大腿交叉滚子导轨上件(5C)与左大腿交叉滚子导轨下件(5D)绕着半径为60mm的弧线相对转动。

5.根据权利要求1所述的面向助力应用的三自由度髋关节外骨骼,其特征在于:直流电机的额定扭矩为6.9Nm,质量为690g,并且内置了行星齿轮减速器与15位绝对式编码器,最大功率可达250W。

6.根据权利要求1所述的面向助力应用的三自由度髋关节外骨骼,其特征在于:腰部宽度调节范围为340mm~380mm,腰部厚度调节范围为140mm~180mm,在调节过程中需要保持两侧大腿限位锁紧件与大腿转动件的对称,以保证穿戴位置的正确。