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申请/专利权人：南开大学

摘要：本发明公开一种动力膝关节外骨骼助行装置，该动力膝关节外骨骼助行装置包括主控制单元、齿轮箱减速器、大腿支具、小腿支具、外骨骼大腿、外骨骼小腿、角度编码器、外骨骼膝关节、关节电机、输出摇臂、串联弹性单元。该装置是一种基于压簧式串联弹性驱动器的动力膝关节外骨骼，其结构简单、穿戴方便、安全性好、适应性强、舒适度高，其可在保证助力效果的前提下，通过将外骨骼重心上移，改善使用舒适度，确保使用者的安全，同时串联弹性驱动器中的弹性元件也可用于人机交互力矩的测量，避免使用价格昂贵的力矩传感器，从而降低制造成本。

主权项：1.一种动力膝关节外骨骼助行装置，其特征在于，该动力膝关节外骨骼助行装置包括主控制单元、齿轮箱减速器、大腿支具、小腿支具、外骨骼大腿、外骨骼小腿、角度编码器、外骨骼膝关节、关节电机、输出摇臂、串联弹性单元；外骨骼大腿包括外骨骼大腿支撑板、一号钣金固定件和快压螺丝；所述骨骼大腿支撑板的上部为在中间位置从上到下设置有若干螺钉孔、左右两侧的上下均设置有条形通孔的安装板，其中部为设置有若干螺钉孔的连接板，其下部的末端的外侧面的中间位置设置有一个内凹台阶孔，且在该内凹台阶孔的内部和周边设置有若干螺钉孔，其上部、中部与下部衔接在一起；一号钣金固定件的一端固定在外骨骼大腿支撑板的连接板的内侧的上部，其另一端上开有沟槽；快压螺丝的一端固定安装在大腿支具上，且其另一端设置在一号钣金固定件的沟槽上，其两端相连将大腿支具固定在一号钣金固定件上；主控制单元通过螺钉固定在外骨骼大腿支撑板的安装板的上部，齿轮箱减速器通过螺钉固定在该安装板的下部；所述齿轮箱减速器包括一级齿轮体、二级齿轮体、三级齿轮体、载体板和盖板；所述载体板的顶部与底部设置有若干连接孔，其中间由上到下设置有若干安装孔，其左右两侧设置有若干固定孔，其顶部与底部的连接孔用于通过螺钉与外骨骼大腿支撑板的安装板固定连接，其左右两侧的固定孔用于将盖板与其固定连接；其中间的安装孔用于安装关节电机、一级齿轮体、二级齿轮体、三级齿轮体；所述关节电机固定安装于载体板的中间的上部，其输出轴水平朝外设置，在其输出轴上通过轴键固定安装有传动齿轮；在关节电机下方的载体板上从上到下依次安装有一级齿轮体、二级齿轮体、三级齿轮体；所述一级齿轮体包括齿轮轴、同轴固定设置的不同大小的大齿轮与小齿轮以及两组的一号法兰轴承、一号齿轮轴隔离套；所述二级齿轮体包括齿轮轴、同轴固定设置的不同大小的大齿轮与小齿轮以及两组的二号法兰轴承和二号齿轮轴隔离套；所述三级齿轮体包括齿轮轴、一个固定在齿轮轴上的齿轮、两个三号法兰轴承、一个三号齿轮轴隔离套和一个输出法兰盘；所述盖板的中部设置有若干安装孔，一级齿轮体、二级齿轮体、三级齿轮体通过对应的法兰轴承设置在盖板与载体板之间，且该三个齿轮体的齿轮轴与关节电机的输出轴平行；其中一级齿轮体、二级齿轮体通过对应的齿轮轴隔离套实现各自的轴向定位，三级齿轮体通过一个三号齿轮轴隔离套和一个输出法兰盘实现其轴向定位；所述三级齿轮体的轴朝向外侧的端面上设置有螺纹孔，输出法兰盘为中部设置有连接孔且外圈也设置有连接孔的连接部件；输出法兰盘设置在三级齿轮体的轴端面上设置有螺纹孔的一侧的三号法兰轴承的外侧，通过在其中部的连接孔内安装螺钉与三级齿轮体的轴的朝向外侧的端面固定连接；一级齿轮体的大齿轮与固定在关节电机的输出轴上的传动齿轮啮合连接，一级齿轮体的小齿轮与二级齿轮体的大齿轮啮合连接，二级齿轮体的小齿轮与三级齿轮体的齿轮啮合连接；输出摇臂的一端设置有一圈连接孔，其另一端设置有一个连接孔，其设置有一圈连接孔的一端通过螺钉与输出法兰盘的外圈固定连接，其设置有一个连接孔的一端通过螺栓与串联弹性单元固定连接；串联弹性单元包括上部鱼眼接头、下部鱼眼接头、长连杆、短连杆、直线滑轨、上部直线滑块、中部直线滑块、下部直线滑块、上部滑轨固定件、中部滑轨固定件、下部滑轨固定件、上部直线弹簧和下部直线弹簧，以及位移传感器；上部鱼眼接头固定在长连杆的顶端，下部鱼眼接头固定在短连杆的末端，长连杆通过上部鱼眼接头与输出摇杆的下端通过螺栓固定连接，短连杆通过下部鱼眼接头与外骨骼小腿通过螺栓固定连接；两个直线滑轨对称的安置在短连杆的两侧，在每个直线滑轨上从上到下依次设置有上部直线滑块、中部直线滑块和下部直线滑块；所述上部滑轨固定件、中部滑轨固定件与下部滑轨固定件均为中间设置有通孔、左右两侧设置有容纳口的结构，其中，上部滑轨固定件的中间通孔为螺纹孔，中部滑轨固定件的中间通孔的上下两侧沿轴向延伸出弹簧导向柱且下侧的弹簧导向柱的内侧为螺纹孔，下部滑轨固定件的中间通孔为光滑孔；两个上部直线滑块通过螺钉对称的固定在上部滑轨固定件的两个容纳口内，两个中部直线滑块通过螺钉对称的固定在中部滑轨固定件的两个容纳口内，两个下部直线滑块通过螺钉对称的固定在下部直线滑轨固定件的两个容纳口内；长连杆的下部通过螺纹固定在上部滑轨固定件的螺纹孔内；上部直线弹簧和下部直线弹簧分别设置在中部滑轨固定件的上、下两侧的弹簧导向柱上，短连杆的上部穿过下部滑轨固定件的中间通孔之后与中部滑轨固定件的下侧的弹簧导向柱通过螺纹固定连接；上部直线弹簧和下部直线弹簧的压缩方向均与直线导轨平行；碳纤维板和树脂底板通过螺丝将上部滑轨固定件和下部滑轨固定件固定在一起；在与中部滑轨固定件正对的碳纤维板上设置有检测孔与安装孔，位移传感器通过螺钉固定在中部滑轨固定件外侧的碳纤维板上且其感应探头朝向检测孔内侧；位移传感器用于测量中部滑轨固定件位移，即中部直线滑块的位移；所述外骨骼膝关节包括交叉滚子轴承、铝柱、角度编码器固定板、编码器固定法兰和膝关节角度限位块，外骨骼大腿的外骨骼大腿支撑板的下部和外骨骼小腿的顶部通过交叉滚子轴承连接，铝柱用于将角度编码器固定板固定在外骨骼大腿支撑板上；角度编码器位于外骨骼膝关节处，通过编码器固定法兰和螺丝固定在角度编码器固定板上，角度编码器与交叉滚子轴承同轴，用于测量膝关节的旋转角度；膝关节角度限位块固定设置于交叉滚子轴承一侧的外骨骼大腿支撑板的下部位置上，其下边缘平面平行于外骨骼大腿支撑板的下部端面；外骨骼小腿包括一个外骨骼小腿支撑板、一个小腿支具中继打印件、一个小腿支具中继板、一个二号钣金固定件和快压螺丝，外骨骼小腿支撑板的顶端通过交叉滚子轴承与外骨骼大腿支撑板的下部连接；外骨骼小腿支撑板的下部与一个小腿支具中继板的上部之间设置有一个小腿支具中继打印件，三者通过螺钉固定在一起；小腿支具中继板上设置有若干安装孔，二号钣金固定件一端与小腿支具中继板固定连接，其另一端设置有沟槽，通过快压螺丝将由小腿支具固定在二号钣金固定件的沟槽处。

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