科创中国
一种模块化机械自由离合外骨骼关节
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-05 15:49:07
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-09-14 09:35:01
本发明公开了一种模块化机械自由离合外骨骼关节，该模块化机械自由离合外骨骼关节包括第一连接环、第二连接环、仿生关节和驱动件，仿生关节包括安装座、转动环和偏心块，安装座与第二连接环相连，转动环与第一连接环相连，且转动环具有安装槽，偏心块可转动地连接在安装槽内，安装槽具有能够止抵于偏心块的抵接驱动面，驱动件安装于安装座，驱动件驱动轴与偏心块传动配合以驱动偏心块转动，偏心块转动过程中能够带动转动环转动以驱动第一连接环相对第二连接环转动。该模块化机械自由离合外骨骼关节能够对人体四肢的任意大关节实现助力运动和自由运动的无能耗自由切换，提高了外骨骼关节使用的安全性、舒适性、耦合度、灵活性、以及续航能力。
一种模块化机械自由离合外骨骼关节，其特征在于，包括：第一连接环(1)，所述第一连接环(1)用于与位于肢体关节的一端的肢体相连；第二连接环(3)，所述第二连接环(3)用于与位于所述肢体关节的另一端的肢体相连；仿生关节(2)，所述仿生关节(2)包括安装座(21)、转动环(27)和偏心块(28)，所述安装座(21)与所述第二连接环(3)相连，所述转动环(27)与所述第一连接环(1)相连，且所述转动环(27)具有安装槽(273)，所述偏心块(28)可转动地连接在所述安装槽(273)内，所述安装槽(273)具有能够止抵于所述偏心块(28)的抵接驱动面；驱动件(4)，所述驱动件(4)安装于所述安装座(21)，所述驱动件(4)的驱动轴与所述偏心块(28)传动配合以驱动所述偏心块(28)转动，其中：当所述偏心块(28)与所述转动环(27)的抵接驱动面接触时，所述偏心块(28)转动过程中能够带动所述转动环(27)转动以驱动所述第一连接环(1)相对所述第二连接环(3)转动；当所述偏心块(28)未与所述转动环(27)的抵接驱动面接触时，所述第二连接环(3)能够在所述肢体关节的作用下相对于所述第一
随着社会科学技术的迅速发展，对人机协作式助力或辅助设备的需求在逐渐增大。其中，外骨骼关节作为可穿戴于人体，通过助力或辅助肢体关节运动而实现减轻劳作负荷、辅助肢体运动功能康复的设备，越来越广泛地被应用于工业应用、医疗康复等多种场景及领域。外骨骼关节的基本工作原理是通过对关节施加扭矩，从而对人体的运动提供助力及辅助。而我们人体四肢的主要出力及负重的大关节，通常不仅具有单一自由度，例如肩、肘、踝部等关节都拥有两个到三个自由度。因此，首先需要考虑如何为关节的主要运动提供恰当助力的同时，又尽量不约束关节本身的自由度，从而兼顾与肢体关节配合度好的耦合性、助力辅助安全性、以及低能耗的实用性。此外，作为可穿戴设备，外骨骼关节将被要求尽量贴合人体且便于穿戴。所以，还需要通过紧凑构型、集成化以及轻量化的设计来达成穿戴舒适性高、便捷性好、束缚感弱的良好使用感。
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。
本发明的模块化机械自由离合外骨骼关节的有益效果：在实际工作过程中，使用者先将第一连接环和第二连接环连接于肢体关节的两端，穿戴完成后仿生关节贴合于用户的关节，当驱动件驱动偏心块逆时针转动到偏心块止抵于抵接驱动面时，偏心块能够驱动转动环也逆时针转动，从而使得第一连接环和第二连接环之间的夹角变小，以辅助使用者肢体关节进行屈曲运动，当驱动件驱动偏心块顺时针转动到偏心块止抵于抵接驱动面时，偏心块能够驱动转动环也顺时针转动，从而使得第一连接环和第二连接环之间的夹角变大，以辅助使用者肢体关节进伸展运动。在偏心块转动过程中，还没有与转动环的抵接驱动面接触时，整个模块化机械自由离合外骨骼关节处于空行程状态，使用者的关节能够自由地进行屈曲或者伸展运动。由此，本实施例的模块化机械自由离合外骨骼关节，不仅能够为关节提供主动的双向助力，而且在无需要助力时将自动释放双向运动自由度，从而实现既能在使用者负重时为关节提供助力、又能在无负重时不限制关节的自由运动。此外，本实施例的模块化机械自由离合外骨骼关节的结构简单，整体空间体积极小，具备轻量化、小型化的优点；可以适用于助力辅助四肢的大关节，如肩、肘、髋、膝关节，个性化适配性高。
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。
技术合作
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、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。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
下载app