[发明专利]一种外骨骼关节自锁机构、膝关节和仿生康复机器人

说明书

本发明提供了一种外骨骼关节自锁机构、膝关节和仿生康复机器人，其中自锁机构包括第一基座、旋转外扩锁件、第二基座和锁止驱动件；所述旋转外扩锁件包括第一旋转架和第二旋转架，所述第一旋转架和所述第二旋转架的外侧具有第一摩擦面；所述第一旋转架和所述第二旋转架一端枢接；所述第二基座可转动地安装在所述第一基座，所述第二基座的内壁形成有围设于第一摩擦面的第二摩擦面；所述锁止驱动件可施加/撤销一推离所述第一旋转架的自由端和所述第二旋转架的自由端的作用力，以使所述第一摩擦面紧贴锁止/松开解锁所述第二摩擦面。本发明通过采用控制摩擦力的方式锁定和解锁关节更符合关节处的活动习惯，也更加安全。

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，尤其涉及一种外骨骼关节自锁机构、膝关节和仿生康复机器人。

背景技术

随着医疗科学技术的不断发展，康复治疗成为一门促进患者和残疾人身心功能康复的新的治疗学科，同时也是一门新的技术专业。它的目的是使人们能够尽可能地恢复日常生活、学习、工作和劳动，以及社会生活的能力，融入社会，改善生活质量。

由于脑血管病、脑外伤等病因导致肢体失去活动能力，肌肉萎缩的患者，往往靠借助外力来辅助站立、辅助行走来进行康复治疗，因此在辅助行走等康复机器人技术被大量开发于世，例如：

①有自锁功能的膝关节结构：“河北工业大学”“一种仿人体膝关节运动曲线的穿戴式下肢助行外骨骼”，专利授权公告号CN 210872826 U：

此种下肢助力外骨骼的膝关节，大腿电机启动后，转动经大腿一号连接法兰盘传递到大腿扭矩传感器，大腿扭矩传感器带动大腿二号连接法兰盘转动，大腿二号连接法兰盘的输出端将动力传递给丝杠，通过丝杠的来回转动，带动丝杆上的滑台上、下移动，从而使得大腿副支撑带动小腿主支撑伸缩，从而实现膝关节的转动。这种结构的膝关节结构虽然有自锁功能，但重量和体积较大，就膝关节选用电机的功率而言，能耗较大，缩短整机带电续航时间。

②“迈宝智能科技（苏州）有限公司”“能够站立态快速自锁的下肢负重助力外骨骼”，专利申请公布号CN 111409060 A：

该专利中的锁止机构包括：驱动器、节点盒、固定座、弹簧、锁止销、手动开关组件、路径盖、锁止把手、拉索套管上接头、拉索钢绳、拉索套管、锁止孔。

需要锁定关节时，穿戴者按下位于别处的开关，主控装置会向节点盒发送信号，节点盒控制驱动器的末端圆杆往上顶出，其末端圆杆往上顶出后，可使锁止销顶出，此时，弹簧被压缩，锁止销末端插入锁止孔。完成锁止单元激活状态后，驱动器可断电，由于内部丝杆结构，驱动器末端圆杆可实现直线状态自锁，也即锁止销无法退回。除此之外，穿戴者还可以手动拉动把手，带动拉索钢绳拉动钢绳下端顶柱顶出锁止销以实现锁定。

这种膝关节结构只能通过手动或遥控器控制关节的锁定和解锁。患者在行走过程中关节的锁定和解锁，需要人为频繁的控制干预，而不能自动智能化控制，操作及其繁琐容易带来操控失误，无法保护穿戴者安全，而且用户体验差，无法实现对人类行走状态的高度仿生。

③“加利福尼亚大学”“可控被动人工膝部”，专利申请公布号CN 104822346 A：

该专利中，扭簧的一端套在盘体上，另一端套在小腿连接件转轴上，且扭簧的半径略小于盘体。盘体固定在盖体上，用于保证扭簧不会绕盘体转动。扭簧的引出端穿过制动器的杆上的孔。因此，当制动器控制杆伸长或缩短时，引出端也会随之移动，进而引起扭簧被压缩或拉伸，压紧或松开转轴。这样就在大腿连接件和小腿连接件之间产生了阻力距，从而起到锁紧和解锁膝关节的功能。而在该专利所述实例中，制动器由角度传感器所控制，通过感知穿戴者大腿的摆动幅度决定制动器的工作状态，控制膝关节的开阖。

针对现有技术中的缺点，为此本发明才应运而生。

发明内容