基于主动和被动联合调节的膝关节机构、方法及机器人

本申请涉及膝关节领域，具体而言，涉及一种基于主动和被动联合调节的膝关节机构、方法及机器人。

背景技术：

1、下肢康复机器人是用于协助患者进行下肢康复训练的机器人设备，其能够通过与患者的下肢进行互动来提供有针对性的康复训练，从而帮助患者恢复运动功能、提高肌肉力量和协调性并促进患者的康复过程。

2、膝关节是下肢康复机器人中最关键的组成部分，其不但需要具有精确的定位和载荷，还需要具有很好的缓冲和减震性能，随着下肢康复机器人膝关节研究的不断发展，膝关节的弹性变形性能得到了进一步的发展，在此基础上成功地开发出了具有良好弹性、柔顺性、主被动功能的膝关节试验样机。

3、但是目前下肢康复机器人中柔性膝关节的设计还存在结构设计过于复杂、不够紧密等问题，导致机构体积过大，不能很好地完成阻尼的调整，还不能满足下肢康复机器人在行走、坐蹲和上下楼梯等形式下的需求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种基于主动和被动联合调节的膝关节机构、方法及机器人，其具有结构简单紧凑，能主动和被动调节转动时的阻尼力大小，从而适应使用需求。

2、本申请是这样实现的：

3、本申请提供一种基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其包括：

4、第一连接机构，用于连接大腿；

5、第二连接机构，用于连接小腿；

6、至少一个连接板；

7、柔性传动机构，分别与第一连接机构和连接板连接，用于在第一连接机构相对于第二连接机构转动时同步转动；

8、被动调节机构，分别与连接板和柔性传动机构连接，用于在第一连接机构相对于第二连接机构转动时调节阻尼力大小；

9、主动调节机构，分别与第二连接机构和柔性传动机构连接，用于驱动柔性传动机构转动以调节第一连接机构相对于第二连接机构转动时的阻尼力大小。

10、在一些可选的实施方案中，第一连接机构包括用于连接大腿的第一腿部连接件、与第一腿部连接件连接的第一连接杆及与第一连接杆垂直布置且连接的第二连接杆，第二连接杆连接柔性传动机构。

11、在一些可选的实施方案中，连接板设有弧形的导槽，柔性传动机构包括一端滑动设于导槽内的连接轴及至少两个设于连接轴两侧的第一转动件，每个第一转动件均连接有可旋转的转轴，两个转轴分别通过至少一个第二转动件与连接轴铰接，第二连接杆连接连接轴，两个第一转动件分别与被动调节机构连接。

12、在一些可选的实施方案中，连接轴连接有滚动设于导槽内的滚轮。

13、在一些可选的实施方案中，被动调节机构包括至少两个第一弹簧，每个第二转动件均通过至少一个第一弹簧与连接板连接。

14、在一些可选的实施方案中，主动调节机构包括丝杆、用于驱动丝杆旋转的电机、通过螺纹套设于丝杆上的丝杆套及两根调节杆，两根调节杆的一端铰接丝杆套，另一端分别与两个转轴铰接，电机与连接板连接。

15、在一些可选的实施方案中，第二连接机构包括用于连接小腿的第二腿部连接件、与第二腿部连接件连接的第三连接杆及与第三连接杆垂直布置且连接的第四连接杆，第四连接杆连接连接板。

16、在一些可选的实施方案中，第四连接杆通过偏向调节机构连接连接板，偏向调节机构包括外套筒及多个设于外套筒内的调节板，每个调节板的两侧分别通过至少一个第二弹簧与外套筒连接；第四连接杆的一端伸入外套筒并连接各个调节板，外套筒与被动调节机构连接。

17、本申请还提供了一种基于主动和被动的膝关节机构联合调节方法，包括以下步骤：

18、将第一连接机构和第二连接机构分别连接大腿和小腿；

19、设置分别与第一连接机构和连接板连接的柔性传动机构，在第一连接机构相对于第二连接机构转动时带动柔性传动机构同步转动

20、使用分别与连接板和柔性传动机构连接的被动调节机构在第一连接机构相对于第二连接机构转动时调节阻尼力大小；

21、使用分别与第二连接机构和柔性传动机构连接的主动调节机构驱动柔性传动机构转动，以调节第一连接机构相对于第二连接机构转动时的阻尼力大小。

22、本申请还提供了一种机器人，其包括上述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构。

23、本申请的有益效果是：本申请提供的基于主动和被动联合调节的膝关节机构、方法及机器人通过分别使用第一连接机构和第二连接机构连接大腿和小腿，设置柔性传动机构在第一连接机构相对于第二连接机构转动时同步转动，使用被动调节机构在第一连接机构相对于第二连接机构转动时调节阻尼力大小，并使用主动调节机构驱动柔性传动机构转动以调节第一连接机构相对于第二连接机构转动时的阻尼力大小，通过简单且紧凑的机构较好地实现了主动和被动阻尼力大小调整的目的，能够满足下肢康复机器人在行走、坐蹲和上下楼梯等形式下的需求。

技术特征：

1.一种基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述第一连接机构包括用于连接大腿的第一腿部连接件、与所述第一腿部连接件连接的第一连接杆及与所述第一连接杆垂直布置且连接的第二连接杆，所述第二连接杆连接所述柔性传动机构。

3.根据权利要求2所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述连接板设有弧形的导槽，所述柔性传动机构包括一端滑动设于所述导槽内的连接轴及至少两个设于所述连接轴两侧的第一转动件，每个所述第一转动件均连接有可旋转的转轴，两个转轴分别通过至少一个第二转动件与所述连接轴铰接，所述第二连接杆连接所述连接轴，两个所述第一转动件分别与所述被动调节机构连接。

4.根据权利要求3所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述连接轴连接有滚动设于所述导槽内的滚轮。

5.根据权利要求3所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述被动调节机构包括至少两个第一弹簧，每个所述第二转动件均通过至少一个所述第一弹簧与所述连接板连接。

6.根据权利要求3所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述主动调节机构包括丝杆、用于驱动所述丝杆旋转的电机、通过螺纹套设于所述丝杆上的丝杆套及两根调节杆，两根所述调节杆的一端铰接所述丝杆套，另一端分别与两个所述转轴铰接，所述电机与所述连接板连接。

7.根据权利要求1所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述第二连接机构包括用于连接小腿的第二腿部连接件、与所述第二腿部连接件连接的第三连接杆及与所述第三连接杆垂直布置且连接的第四连接杆，所述第四连接杆连接所述连接板。

8.根据权利要求7所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构，其特征在于，所述第四连接杆通过偏向调节机构连接所述连接板，所述偏向调节机构包括外套筒及多个设于所述外套筒内的调节板，每个所述调节板的两侧分别通过至少一个第二弹簧与所述外套筒连接；所述第四连接杆的一端伸入所述外套筒并连接各个所述调节板，所述外套筒与所述被动调节机构连接。

9.一种基于主动和被动的膝关节机构联合调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种机器人，其特征在于，其包括如权利要求1至8中任一项所述的基于主动和被动联合调节的膝关节机构。

技术总结基于主动和被动联合调节的膝关节机构、方法及机器人，涉及膝关节领域。基于主动和被动联合调节的膝关节机构包括连接大腿的第一连接机构、连接小腿的第二连接机构、至少一个连接板、与第一连接机构和连接板连接的柔性传动机构、与连接板和柔性传动机构连接的被动调节机构及与第二连接机构和柔性传动机构连接的主动调节机构；柔性传动机构能在第一连接机构相对于第二连接机构转动时同步转动；被动调节机构能在第一连接机构相对于第二连接机构转动时调节阻尼力；主动调节机构能驱动柔性传动机构转动调节第一连接机构相对于第二连接机构转动时的阻尼力。基于主动和被动联合调节的膝关节机构、方法及机器人能主动和被动调节转动阻尼力以适应使用需求。技术研发人员：吕仲明,何怡刚,周亚中,王博文,李嘉懿,张慧,刘晓宇受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5