一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人

1.本实用新型涉及康复机器人领域，具体是一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人。


背景技术：

2.在医疗改革深化，康复医疗器械处于变革性发展的大时代下，市场上对于矫形外科的辅修康复医疗机械需求缺口大，而现有的康复锻炼装置结构都较为简单，人性化与智能化程度较低，且电机驱动的结构载荷单一，与人体骨骼所需载荷有较大差异，导致患者在使用时达不到较好的锻炼效果。
3.为此我们提出一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，包括：
7.传动连接箱，所述传动连接箱呈长方体结构并在其两侧各设置有一个安装箱，所述安装箱的一端固定安装有连接件，所述连接件内转动设置有输出轴以及与所述输出轴同轴的太阳轮，所述太阳轮与安装于所述安装箱内的传递轴连接，且所述传递轴上安装有二号圆齿轮，所述二号圆齿轮与转动设置在所述安装箱内的一号圆齿轮啮合；
8.所述一号圆齿轮安装在设置于所述安装箱内的传动轴上，所述传动轴贯穿所述安装箱并延伸至其外部；
9.变速旋转组件，所述变速旋转组件设置在所述连接件与所述安装箱之间，并与所述传递轴以及所述传动轴连接；
10.行走组件，所述行走组件共设置有两组，并对称设置在所述传动连接箱的两侧，且通过所述输入轴与所述传动轴连接。
11.作为本实用新型进一步的方案：所述变速旋转组件包括设置在所述安装箱内并与所述传动轴连接的变速结构、与所述变速结构连接且设置在所述连接件内的行星齿结构；
12.所述行星齿结构与所述输出轴连接。
13.作为本实用新型再进一步的方案：所述变速结构包括固定安装在所述传动轴上的一号非圆齿轮、转动设置在所述安装箱内并与所述一号非圆齿轮啮合的二号非圆齿轮；
14.所述二号非圆齿轮连接所述行星齿结构。
15.作为本实用新型再进一步的方案：所述行星齿结构包括与所述二号非圆齿轮固定连接且转动安装在所述连接件内的行星架、呈圆周等距转动安装在所述行星架上的多个行星齿、与所述行星齿啮合且转动安装在所述连接件内的内齿式回转支撑件；
16.所述行星齿还与所述太阳轮啮合，且所述内齿式回转支撑件与所述输出轴连接。
17.作为本实用新型再进一步的方案：所述行走组件由两组铰接的伸缩结构组成，其中一组所述伸缩结构通过所述输入轴与所述传动轴连接，另一组所述伸缩结构远离所述传动连接箱的一端铰接有脚部限位板。
18.作为本实用新型再进一步的方案：所述伸缩结构包括旋转件、设置在所述旋转件远离其转动轴的一端的凹槽、开设在所述凹槽内的长条形通孔、安装在所述凹槽内并与所述长条形通孔适配的紧固件、与所述紧固件连接且设置在所述凹槽内的伸缩件；
19.其中一组所述伸缩结构上的旋转件通过所述输入轴与所述传动轴连接，且该旋转件远离其转动中心的一端与另一组所述伸缩结构上的旋转件铰接。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：基于非圆齿轮差速传动从而实现自动换向及自适应关节载荷谱的纯机械驱动式外骨骼康复机器人，具备单向电机输入即可自动换向，深度贴合人体骨骼载荷曲线，内部机构易于拆卸更换，制造维护成本较以往机器人低，且更加轻便节能等优点。
附图说明
21.图1为基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人一种实施例的结构示意图。
22.图2为基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人一种实施例中传动连接箱内的结构示意图。
23.图3为图2中a处的结构放大示意图。
24.图4为基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人一种实施例中安装箱与连接件内的结构示意图。
25.图5为基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人一种实施例中安装箱与连接件内又一角度的结构示意图。
26.图6为基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人一种实施例中伸缩结构的结构示意图。
27.图中：1-传动连接箱、2-旋转件、3-紧固件、4-伸缩件、5-输出轴、6-内齿式回转支撑件、7-行星架、8-行星齿、9-太阳轮、10-一号非圆齿轮、11-二号非圆齿轮、12-一号圆齿轮、13-二号圆齿轮、14-输入轴、15-轴承座、16-传递轴、17-安装箱、18-连接件、19-传动轴、20-脚部限位板。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.另外，本实用新型中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
30.请参阅图1～6，本实用新型实施例中，一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，包括：
31.传动连接箱1，所述传动连接箱1呈长方体结构并在其两侧各设置有一个安装箱17，所述安装箱17的一端固定安装有连接件18，所述连接件18内转动设置有输出轴5以及与所述输出轴5同轴的太阳轮9，所述太阳轮9与安装于所述安装箱17内的传递轴16连接，且所述传递轴16上安装有二号圆齿轮13，所述二号圆齿轮13与转动设置在所述安装箱17内的一号圆齿轮12啮合；
32.所述一号圆齿轮12安装在设置于所述安装箱17内的传动轴19上，所述传动轴19贯穿所述安装箱17并延伸至其外部。
33.在使用时，当传动轴19转动时，带动一号圆齿轮12转动，一号圆齿轮12与二号圆齿轮13啮合从而带动太阳轮9转动，实现太阳轮9的定速转动。
34.上述的二号圆齿轮13与一号圆齿轮13的传动比小于1，以较小输出扭矩。
35.其中，上述的传递轴16以及传动轴19均通过轴承座15与安装箱17的内壁连接。
36.变速旋转组件，所述变速旋转组件设置在所述连接件18与所述安装箱17之间，并与所述传递轴16以及所述传动轴19连接；
37.所述变速旋转组件包括设置在所述安装箱17内并与所述传动轴19连接的变速结构、与所述变速结构连接且设置在所述连接件18内的行星齿结构；
38.所述行星齿结构与所述输出轴5连接；
39.所述变速结构包括固定安装在所述传动轴19上的一号非圆齿轮10、转动设置在所述安装箱17内并与所述一号非圆齿轮10啮合的二号非圆齿轮11；
40.所述二号非圆齿轮11连接所述行星齿结构；
41.所述行星齿结构包括与所述二号非圆齿轮11固定连接且转动安装在所述连接件18内的行星架7、呈圆周等距转动安装在所述行星架7上的多个行星齿8、与所述行星齿8啮合且转动安装在所述连接件18内的内齿式回转支撑件6；
42.所述行星齿8还与所述太阳轮9啮合，且所述内齿式回转支撑件6与所述输出轴5连接。
43.在传动轴19转动的过程中，带动一号非圆齿轮10转动，一号非圆齿轮10与二号非圆齿轮11啮合以带动行星架7做圆周运动，并通过转动安装在行星架7上的多个行星齿轮8带动内齿式回转支撑件6转动，内齿式回转支撑件6连接输出轴5，以使其周期性变速旋转。
44.具体的，输入轴14与伺服电机(图中未示出)的输出端相连，并由伺服电机带动进行正向、反向输入；输入轴14带动一号圆齿轮12和一号非圆齿轮10同步旋转，一方面，一号圆齿轮12与二号圆齿轮13进行啮合，带动传递轴16旋转，从而驱动太阳轮9旋转，此端输入由于采用了一号圆齿轮12与二号圆齿轮13的啮合，传动比固定，因此太阳轮9输入转速为定值；
45.另一方面，一号非圆齿轮10与二号非圆齿轮11进行啮合，带动行星架7进行回转运动，由于采用了非圆齿轮传动，传动比具有周期性变化的特点，因此行星架7的输入转速为变速值；
46.通过太阳轮9的定传动比输入与行星架7的变传动比输入在行星齿8处的差动叠
加，导致行星齿8呈现变速输出的现象，从而带动内齿式回转支撑件6的变速输出；
47.由于行星架7的变速输入呈现类似于正弦(余弦)函数周期性的变化规律，假设当其转换到行星齿8上的转速为正，平均输出转速为a、而太阳轮9的输入为定值，当其转换到行星齿8上的转速为负，输出转速为-a，则此时行星齿8的转速将呈现时正时负周期性的变化规律，当带动内齿式回转支撑件6输出时，便会呈现输入轴14正向/反向输入，输出轴5呈现正向与反向交替周期性输出的特性。
48.其中，需要说明的是，上述的一号非圆齿轮10与二号非圆齿轮11均为偏心设置，且二者始终保持啮合状态。
49.还需要说明的是，上述二号非圆齿轮11的转动中心为空心设置并套设在传递轴16上。
50.行走组件，所述行走组件共设置有两组，并对称设置在所述传动连接箱1的两侧，且通过所述输入轴14与所述传动轴19连接；
51.所述行走组件由两组铰接的伸缩结构组成，其中一组所述伸缩结构通过所述输入轴14与所述传动轴19连接，另一组所述伸缩结构远离所述传动连接箱1的一端铰接有脚部限位板20；
52.所述伸缩结构包括旋转件2、设置在所述旋转件2远离其转动轴的一端的凹槽、开设在所述凹槽内的长条形通孔、安装在所述凹槽内并与所述长条形通孔适配的紧固件3、与所述紧固件3连接且设置在所述凹槽内的伸缩件4；
53.其中一组所述伸缩结构上的旋转件2通过所述输入轴14与所述传动轴19连接，且该旋转件2远离其转动中心的一端与另一组所述伸缩结构上的旋转件2铰接。
54.通过设置伸缩结构，使得该机器人适用的方位更广，即能满足不同身高人群的需要。
55.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
56.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括：传动连接箱(1)，所述传动连接箱(1)呈长方体结构并在其两侧各设置有一个安装箱(17)，所述安装箱(17)的一端固定安装有连接件(18)，所述连接件(18)内转动设置有输出轴(5)以及与所述输出轴(5)同轴的太阳轮(9)，所述太阳轮(9)与安装于所述安装箱(17)内的传递轴(16)连接，且所述传递轴(16)上安装有二号圆齿轮(13)，所述二号圆齿轮(13)与转动设置在所述安装箱(17)内的一号圆齿轮(12)啮合；所述一号圆齿轮(12)安装在设置于所述安装箱(17)内的传动轴(19)上，所述传动轴(19)贯穿所述安装箱(17)并延伸至其外部；变速旋转组件，所述变速旋转组件设置在所述连接件(18)与所述安装箱(17)之间，并与所述传递轴(16)以及所述传动轴(19)连接；行走组件，所述行走组件共设置有两组，并对称设置在所述传动连接箱(1)的两侧，且通过输入轴(14)与所述传动轴(19)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述变速旋转组件包括设置在所述安装箱(17)内并与所述传动轴(19)连接的变速结构、与所述变速结构连接且设置在所述连接件(18)内的行星齿结构；所述行星齿结构与所述输出轴(5)连接。3.根据权利要求2所述的一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述变速结构包括固定安装在所述传动轴(19)上的一号非圆齿轮(10)、转动设置在所述安装箱(17)内并与所述一号非圆齿轮(10)啮合的二号非圆齿轮(11)；所述二号非圆齿轮(11)连接所述行星齿结构。4.根据权利要求3所述的一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述行星齿结构包括与所述二号非圆齿轮(11)固定连接且转动安装在所述连接件(18)内的行星架(7)、呈圆周等距转动安装在所述行星架(7)上的多个行星齿(8)、与所述行星齿(8)啮合且转动安装在所述连接件(18)内的内齿式回转支撑件(6)；所述行星齿(8)还与所述太阳轮(9)啮合，且所述内齿式回转支撑件(6)与所述输出轴(5)连接。5.根据权利要求1所述的一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述行走组件由两组铰接的伸缩结构组成，其中一组所述伸缩结构通过所述输入轴(14)与所述传动轴(19)连接，另一组所述伸缩结构远离所述传动连接箱(1)的一端铰接有脚部限位板(20)。6.根据权利要求5所述的一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述伸缩结构包括旋转件(2)、设置在所述旋转件(2)远离其转动轴的一端的凹槽、开设在所述凹槽内的长条形通孔、安装在所述凹槽内并与所述长条形通孔适配的紧固件(3)、与所述紧固件(3)连接且设置在所述凹槽内的伸缩件(4)；其中一组所述伸缩结构上的旋转件(2)通过所述输入轴(14)与所述传动轴(19)连接，且该旋转件(2)远离其转动中心的一端与另一组所述伸缩结构上的旋转件(2)铰接。

技术总结
本实用新型涉及一种基于变载荷式自动换向驱动的下肢外骨骼康复机器人，包括传动连接箱，传动连接箱呈长方体结构并在其两侧各设置有一个安装箱，安装箱的一端固定安装有连接件，连接件内转动设置有输出轴以及与输出轴同轴的太阳轮，太阳轮与安装于安装箱内的传递轴连接，且传递轴上安装有二号圆齿轮，二号圆齿轮与转动设置在安装箱内的一号圆齿轮啮合；一号圆齿轮安装在设置于安装箱内的传动轴上，传动轴贯穿安装箱并延伸至其外部；变速旋转组件，变速旋转组件设置在连接件与安装箱之间，并与传递轴以及传动轴连接；行走组件，行走组件共设置有两组，并对称设置在传动连接箱的两侧，且通过输入轴与传动轴连接，设计新颖，结构简单，实用性强。实用性强。实用性强。


技术研发人员：刘万山 江昊烨 张晓迎 李喆 廖玉婷
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/5/25