外骨骼機械裝置的製作方法

2023-12-08 01:01:21

本發明涉及醫療器械領域，尤其涉及一種外骨骼機械裝置。

背景技術：

隨著科技的發展，越來越多的機械產品應用於對人體的理療中，例如外骨骼機械裝置，其中外骨骼機器人已廣泛應用於對下身癱瘓者的理療。另外，外骨骼機械手臂也在正在興起。

現有的外骨骼機械裝置大多採用剛性驅動器，而剛性驅動器對控制人機互動力存在一定難度，在使用過程中，存在失去穩定性的隱患，容易對人體造成傷害；少量的外骨骼機械裝置採用柔性驅動器，但是目前的柔性驅動器普遍採用絲槓或者傳動齒輪等結構，導致局部體積較大，整體重量增加，使用不方便。

技術實現要素：

針對上述缺陷，本發明提供一種結構簡單、能夠提供柔性驅動實現關節轉動的外骨骼機械裝置。

一種外骨骼機械裝置，包括人體骨骼結構及關節結構，所述外骨骼機械裝置包括柔性驅動器，所述柔性驅動器對應設置於至少一關節結構處，所述柔性驅動器包括轉軸、第一轉動件、第二轉動件及柔性驅動件，所述轉軸設置於其中一骨骼結構，所述第一轉動件與所述第二轉動件繞所述轉軸轉動並相互靠近，所述第二轉動件連接於另一骨骼結構，所述第一轉動件設有第一收容空間，所述第二轉動件設有與所述第一收容空間對應的第二收容空間，所述柔性驅動件收容於所述第一收容空間及所述第二收容空間，所述第一轉動件的轉動能夠通過所述柔性驅動件傳遞至所述第二轉動件，以使所述第二轉動件延時轉動，以控制通過所述關節結構相連的骨骼結構柔性轉動。

優選地，所述第一收容空間及所述第二收容空間設置為沿所述第一轉動件轉動的周向延伸，所述第一收容空間及所述第二收容空間的端面沿徑向設置，所述第一收容空間及所述第二收容空間的端面對應地與所述柔性驅動件的端面相抵。

優選地，述第二轉動件於所述第二收容空間的端面分別向內延伸一限位塊，所述柔性驅動件設有與所述限位塊對應的限位槽，所述限位塊收容於對應的限位槽；或者， 所述第一轉動件於所述第一收容空間的端面分別向內延伸一限位塊，所述柔性驅動件設有與所述限位塊對應的限位槽，所述限位塊收容於對應的所述限位槽。

優選地，所述柔性驅動件設置為彈簧；或者，所述柔性驅動件由橡膠或矽膠製成。

優選地，所述第一收容空間、第二收容空間的結構分別呈左右對稱設置，以使所述第一轉動件及所述第二轉動件在轉動時，往不同方向轉動的驅動力或者制動力相同。

優選地，所述第一收容空間、第二收容空間及所述柔性驅動件的數量分別設置為兩個。

優選地，還包括動力機構，驅動或者制動所述第一轉動件的轉動。

優選地，所述動力機構包括電機、減速裝置及傳動件，所述電機及所述減速裝置分別通過所述傳動件與所述第一轉動件連接。

優選地，所述傳動件與所述第一轉動件設置為繞線傳動結構，所述繞線傳動結構包括與所述電機及所述減速裝置連接的繞線筒，以及繞置於所述繞線筒的繞線，所述繞線由所述繞線筒的兩側分別伸出後繞過一線輪連接於所述第一轉動件的兩側；或者， 所述傳動件與所述第一轉動件設置為齒輪傳動結構。

優選地，還包括傳感機構，用於監測所述第二轉動件轉動的角度及角速度。

優選地，所述傳感機構包括與所述第二轉動件同軸的主動轉輪，與所述轉動輪帶式傳動連接的從動轉輪，以及與所述從動轉輪同軸設置的傳感器。

一種如權利要求1所述的外骨骼機械裝置，所述外骨骼機械裝置為外骨骼機器人，所述外骨骼機器人包括腰部支撐組件、腿部外骨骼組件及電控系統，所述腰部支撐組件用於支撐人體的腰部，所述腿部外骨骼組件用於支撐人體的腿部，所述腿部外骨骼組件包括連接件、大腿構件、小腿構件、腳部構件，所述連接件、大腿構件、小腿構件、腳部構件依次設置，構建人體的腿部結構，其特徵在於，所述連接件可拆卸地連接於所述腰部支撐組件連接；所述連接件與所述大腿構件轉動地連接，以構建腿部外骨骼的一髖關節，所述大腿構件與所述小腿構件可轉動地連接，以構建腿部外骨骼的膝關節，所述小腿構件與所述腳部構件轉動地連接，以構建腿部外骨骼的踝關節，所述柔性驅動器設置於所述腿部結構的髖關節、膝關節及踝關節的至少一處。

優選地，所述外骨骼機器人還包括電控系統，所述電控系統控制所述柔性驅動器能驅動所述大腿構件、小腿構件及腳部構件轉動。

優選地，所述腰部支撐組件包括背板及設置於所述背板的兩端分別向前側延伸的側板，兩個所述側板能夠相對靠近或者遠離滑動地固定於所述背板，所述連接件能夠相對靠近或者遠離所述背板滑動地固定於所述側板

上述外骨骼機械裝置通過設置柔性驅動器，柔性驅動器在所述第一轉動件及所述第二轉動件之間設置柔性驅動件，當所述第一轉動件發生轉動，將通過所述柔性驅動件將所述驅動力傳遞柔性地傳遞給所述第二轉動件，以使所述第二轉動件延時轉動，滿足柔性轉動的需要。應用上述柔性驅動器的外骨骼機器人，通過電控系統控制柔性驅動器轉動，實現腿部構件柔性地運動，與常規人體的動作更為接近，達到良好的仿真效果。

附圖說明

圖1是本發明提供的較佳實施例的外骨骼機器人的立體結構示意圖。

圖2是圖1中外骨骼機器人的左側視圖。

圖3是圖2中局部結構的示意圖。

圖4是本發明外骨骼機器人的柔性驅動器中驅動機構的分解示意圖。

圖5是本發明外骨骼機器人的柔性驅動器中傳感機構的示意圖。

圖6是圖1中外骨骼機器人省略部分結構的示意圖。

圖7是圖2中外骨骼機器人省略部分結構的示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

需要說明的是，當組件被稱為「固定於」另一個組件，它可以直接在另一個組件上或者也可以存在居中的組件。當一個組件被認為是「連接」另一個組件，它可以是直接連接到另一個組件或者可能同時存在居中組件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

另外，在本發明中如涉及「第一」、「第二」等的描述僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

請參考圖1及圖2，本發明的較佳實施例提供一種外骨骼機械裝置，所述外骨骼機械裝置包括人體骨骼結構及關節結構，所述關節結構處通過本發明實現柔性驅動，以控制通過所述關節結構相連的骨骼結構柔性轉動。下面通過外骨骼機械裝置的較佳實施例外骨骼機器人100為例進行詳細描述。

所述外骨骼機器人100包括腰部支撐組件10、腿部外骨骼組件20及電控系統（圖未示）。所述腰部支撐組件10與所述腿部外骨骼組件20共同支撐病患者的身體，所述電控系統能夠對所述外骨骼機器人100的動作提供動力源，並實現自動控制。

所述腰部支撐組件10用於固定支撐人體的腰部，其包括背板11及設置於所述背板11的兩端分別向前側延伸的側板12。進一步地，兩個所述側板12能夠相對靠近或者遠離滑動地固定於所述背板11，以適應不同的人體。

所述腿部外骨骼組件20包括連接件21、大腿構件22、小腿構件23、腳部構件24及柔性驅動器25。所述連接件21、大腿構件22、小腿構件23、腳部構件24依次設置，所述連接件21與所述大腿構件22通過第一柔性驅動器251可轉動地連接，以構建腿部外骨骼的髖關節。所述大腿構件22與所述小腿構件23通過第二柔性驅動器252可轉動地連接，以構建腿部外骨骼的膝關節。所述小腿構件23與所述腳部構件24通過第三柔性驅動器253轉動地連接，以構建腿部外骨骼的踝關節。所述連接件21可拆卸地連接於所述腰部支撐組件10的側板12連接。本實施方式中，所述腿部外骨骼組件20的數量設置為兩個。

進一步地，所述連接件21能夠相對靠近或者遠離所述背板11滑動地固定於所述側板12，以適應不同的人體。具體地，所述側板12沿長度方向設有滑槽結構，所述連接件21設有與滑槽對應的連接孔，由鎖固件穿過所述連接孔及滑槽結構，以將所述連接件21固定於所述側板12的不同位置。

進一步地，所述腿部外骨骼組件20的長度能夠調節，以適應不同的人體。

具體地，所述連接件21與所述大腿構件22的相對位置能夠靠近或者遠離；及/或，所述大腿構件22設置為相連的兩個內部件，所述兩個內部件的相對位置能夠靠近或者遠離；及/或，所述大腿構件22與所述小腿構件23的相對位置能夠靠近或者遠離；及/或，所述小腿構件23與所述腳部構件24的相對位置能夠靠近或者遠離。

請參考圖3及圖4，以所述第二柔性驅動器252進行說明。每一柔性驅動器25包括動力機構254、轉軸255、第一轉動件256、第二轉動件257及至少一柔性驅動件258。所述動力機構254與所述電控系統電連接，所述動力機構254、轉軸255設置於所述大腿構件22，所述第一轉動件256轉動地設置於所述轉軸255，所述動力機構254驅動或者制動所述第一轉動件256繞所述轉軸255轉動；所述第二轉動件257轉動地連接於所述轉軸255，並連接於所述小腿構件23；所述柔性驅動件258設置於所述第一轉動件256與所述第二轉動件257之間，所述第一轉動件256通過所述柔性驅動件258帶動所述第二轉動件257延時轉動。

具體地，所述動力機構254包括電機2541、減速裝置2542及傳動件2543，所述電機2541及所述減速裝置2542與所述電控系統電連接，所述電機2541及所述減速裝置2542分別通過所述傳動件2543與所述第一轉動件256連接。本實施方式中，所述傳動件2543與所述第一轉動件256設置為繞線傳動結構，其包括與所述電機2541及所述減速裝置2542連接的繞線筒，以及繞置於所述繞線筒的繞線，所述繞線由所述繞線筒的兩側分別伸出後繞過一線輪連接於所述第一轉動件256的兩側。所述電機2541及所述減速裝置2542驅動或者制動所述繞線筒的轉動，所述繞線筒的繞線向一側方向纏繞，通過線輪將驅動力或制動力傳遞至所述第一轉動件256。

所述第一轉動件256與所述第二轉動件257沿軸向靠近地設置，所述第一轉動件256設有至少一第一收容空間2561，所述第二轉動件257至少設有與所述第一收容空間2561對應的一第二收容空間2571，所述柔性驅動件258同時收容於所述第一收容空間2561及所述第二收容空間2571內。所述第一轉動件256發生轉動，使所述柔性驅動件258運動，所述柔性驅動件258將驅動力延時傳遞至所述第二轉動件257，實現延時轉動。

所述第一收容空間2561及所述第二收容空間2571設置為沿轉動的周向延伸，所述收容空間2561及所述第二收容空間2571的端面沿徑向設置，所述收容空間2561及所述第二收容空間2571的端面對應地與所述柔性驅動件258的端面相抵。

所述第二轉動件257於所述第二收容空間2571的端面分別向內延伸一限位塊2572，所述柔性驅動件258設有與所述限位塊2572對應的限位槽2581，所述限位塊2572收容於對應的所述限位槽2581。本實施方式中，所述柔性驅動件258設置為彈簧，所述彈簧套設於所述限位塊2572。

本實施方式中，所述第一轉動件256開設有相鄰的兩個第一收容空間2561，所述第二轉動件257設有與兩個所述第一收容空間2561對應的兩個第二收容空間2571。所述第一收容空間2561、第二收容空間2571的結構呈左右對稱設置，以使所述第一轉動件256及所述第二轉動件257在轉動時，往不同方向轉動的驅動力或者制動力相同。具體地，所述第一收容空間2561、第二收容空間2571及所述柔性驅動件258的數量設置為左右對稱的兩個。

請參考圖5，進一步地，所述柔性驅動器25還包括與所述電控系統電連接的傳感機構259，用於監測所述第二轉動件257轉動的角度及角速度。具體地，所述傳感機構259包括與所述第二轉動件257同軸的主動轉輪2591，與所述主動轉輪2591帶式傳動連接的從動轉輪2592，以及與所述從動轉輪2592同軸設置的傳感器2593，所述傳感器2593與所述電控系統電連接。

請參考圖6，根據不同需要，例如單腿病患者，其中一個所述腿部外骨骼組件20可以省略，僅保留一個所述腿部外骨骼組件20。

請參考圖7，根據不同需要，例如局部病患者，所述柔性驅動器25可選擇地省略其中一個或多個。

可以理解，所述動力機構254的傳動件2543與所述第一轉動件256還可以設置為其他傳動方式，例如齒輪傳動等。

可以理解，所述柔性驅動器25的相對安裝位置可以改變，例如所述動力機構254、轉軸255設置於所述小腿構件23，所述第二轉動件257連接於所述大腿構件22。

可以理解，所述限位塊2572的位置可以改變，例如設置於所述第一轉動件256，所述柔性驅動件258套設於所述第一轉動件256的限位塊。

可以理解，所述柔性驅動件258可以設置為由彈性材料製成，例如橡膠或者矽膠等。

可以理解，根據不同需求，所述柔性驅動器25的動力機構254可以省略，僅需滿足轉動的需要。

可以理解，根據不同需求，所述柔性驅動器25的傳感機構259可以省略。

上述柔性驅動器25通過在所述第一轉動件256及所述第二轉動件257之間設置柔性驅動件258，當所述第一轉動件256發生轉動，將通過所述柔性驅動件258將所述驅動力傳遞柔性地傳遞給所述第二轉動件257，以使所述第二轉動件258延時轉動，滿足柔性轉動的需要。

應用上述柔性驅動器25的外骨骼機器人100，通過電控系統30控制柔性驅動器25轉動，實現腿部構件柔性地運動，與常規人體的動作更為接近，達到良好的仿真效果。