科创中国
一种可穿戴式外骨骼机器人的髋关节结构
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-09 09:03:24
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 门松 | 2022-11-09 17:08:04
本发明公开了一种可穿戴式外骨骼机器人的髋关节结构，包括依次相连的驱动机构、髋关节座、前后摆块、左右摆块以及固定在左右摆块下端的大腿支撑杆，驱动机构包括电机、与电机的转轴连接的丝杆、穿设在丝杆上并与丝杆螺纹配合的滑块以及与滑块铰接的连杆；髋关节座中空，电机固定在髋关节座上端，丝杆、滑块和连杆位于髋关节座内；前后摆块上端的两个部位分别铰接在髋关节座的下端和连杆的自由端，且前后摆块的下端与左右摆块铰接；电机工作带动滑块在丝杆上往复运动，连杆受滑块带动而推动前后摆块相对于髋关节座在前后方向转动；左右摆块相对于前后摆块在左右方向可转动。本发明的髋关节结构穿戴方便，驱动方式占用体积小且轻便可靠。
一种可穿戴式外骨骼机器人的髋关节结构，其特征在于，包括依次相连的驱动机构(10)、髋关节座(20)、前后摆块(30)、左右摆块(40)、固定在所述左右摆块(40)下端的大腿支撑杆(50)以及自锁结构(60)，所述驱动机构(10)包括电机(11)、与所述电机(11)的转轴连接的丝杆(12)、穿设在所述丝杆(12)上并与所述丝杆(12)螺纹配合的滑块(13)以及与所述滑块(13)铰接的连杆(14)；所述髋关节座(20)中空，所述电机(11)固定在所述髋关节座(20)上端，所述丝杆(12)、所述滑块(13)和连杆(14)位于所述髋关节座(20)内；所述前后摆块(30)上端的两个部位分别铰接在所述髋关节座(20)的下端和所述连杆(14)的自由端，且所述前后摆块(30)的下端与所述左右摆块(40)铰接；所述电机(11)工作带动所述滑块(13)在所述丝杆(12)上往复运动，所述连杆(14)受所述滑块(13)带动而推动所述前后摆块(30)相对于所述髋关节座(20)在前后方向转动；所述左右摆块(40)相对于所述前后摆块(30)在左右方向可转动
目前，由于中风、脑血管损伤、意外事故等引发的截瘫病人数量的不断增多，对截 瘫患者来说，行动不便，无法站立和行走将会对他们的身体带来严重的破坏，这也使得对下 肢康复外骨骼机器人的研究增加，有些高校已经设计出康复外骨骼机器人的髋关节。
普通的下肢外骨骼机器人是基于链条驱动式、气动式、液压等驱动方式，无论是哪 种驱动方式，如果应用在驱动髋关节的运动时，都会不可避免地造成外骨骼结构所占体积 较大或较重，同时普遍存在侧向无法活动的缺点，影响人在穿戴时的结构轻便性和使用便 捷性。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明通过采用无刷电机通过滚珠丝杠结构将力传导到髋关节，使其按照指定的 方向和速度运动，占用体积小且轻便；同时针对无法侧向运动的缺点，设计了相对于髋关节 座具有不同旋转方向的前后摆块和左右摆块，使得髋关节运动自如;另外，由于自锁结构的 存在，其打开后髋关节可以侧向运动，在人穿戴完成之后，将关节复原到初始位置后自锁结 构能够自动锁住侧向运动，可以防止运动过程出现侧向运动，保证了使用者的人身安全;并 且，由于具有角度传感器，可对髋关节的转动角度进行实时的反馈，使系统可以做闭环的控 制，同时机器可以利用髋关节的角度对人体姿态进行判断。
技术合作
在人穿戴完成之后，将关节复原到初始位置后自锁结 构能够自动锁住侧向运动，可以防止运动过程出现侧向运动，保证了使用者的人身安全;并 且，由于具有角度传感器，可对髋关节的转动角度进行实时的反馈，使系统可以做闭环的控 制，同时机器可以利用髋关节的角度对人体姿态进行判断。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本申请的保护范围。
下载app