一种轻量化外骨骼关节装置

专利2025-07-01  48


本发明涉及医病康复,具体为一种轻量化外骨骼关节装置。


背景技术:

1、4d打印技术,又称为可变特性快速成型技术。简单的说,就是指利用“可编程物质”和3d打印技术,制造出下可自我变换物理属性的三维物体的技术,在预定的刺激(如温度、湿度等)的条件下,产品的形状、属性或功能就能按照设计随时间的推移而改变。

2、目前,外骨骼装置的结构通常是通过3d打印技术进行成型,随后利用各种连接件进行组装和固定。这种方法存在几个缺点:首先,装配过程复杂且费时;其次,由于成型的是三维结构,这使得运输成本显著提高;此外,现有技术无法充分实现产品的个性化定制。完成装配后的外骨骼体积通常较大,适配性较差,这限制了其广泛应用。

3、为了解决上述问题,本案由此而生。


技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、本发明的目的在于提供一种轻量化外骨骼关节装置,以解决上述背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种轻量化外骨骼关节装置,包括3d打印成型外骨骼,所述外骨骼打印使用形状记忆聚合物作为材料,所述外骨骼包括铰链结构,所述铰链结构包括关节一和关节二,所述关节二直接在关节一的基础上继续进行打印制作。

5、优选的,所述铰链结构本身无法转动,当其受到外接特定温度环境的影响时铰链结构能够沿法线方向旋转并与平面形成一定角度。

6、优选的,所述关节一和关节二上开设有镂空进行轻量化处理。

7、优选的,打印外骨骼装置包括以下步骤:

8、步骤一:使用3d扫描仪对用户的肢体进行详尽的数据采集,确保后续设计的精确贴合;

9、步骤二:将扫描得到的模型导入meshmixer软件中进行模型的拓扑优化,并精确截取完整的手指模型部分;

10、步骤三:使用rhino 7.0软件对手指外骨骼进行个性化设计,首先,将导入的三维模型展开平铺,以便于详细操作,接下来,针对手指的指间关节进行铰链设计,确保外骨骼关节结构与人体手指关节的动作范围和机械特性完全对齐,同时,进行轻量化设计处理,以减轻整体负担,确保佩戴舒适性和成本效率,同时保持材料的足够强度以达到预期的形变效果;

11、步骤四:采用形状记忆聚乳酸(pla)材料,通过特定路径在熔融沉积建模(fdm)3d打印技术中进行实物制造;

12、步骤五:打印完成后,将成型件浸入60℃的热水中进行形变处理,使其自动调整至预设的最终形状,随后进行穿戴测试以验证其功能和舒适度。

13、(三)有益效果

14、采用上述技术方案后,本发明与现有技术相比,具备以下优点:

15、1.采用一体化结构设计打印,实现免安装,大幅简化了装配过程。

16、2.结构轻量化,有效降低了生产和运输成本。

17、3.支持个性化设计,可以根据患者的具体身体部位进行定制,使用时更加舒适,提高了适配性。



技术特征:

1.一种轻量化外骨骼关节装置,其特征在于:包括3d打印成型外骨骼,所述外骨骼打印使用形状记忆聚乳酸(pla)作为材料,所述外骨骼包括铰链结构,所述铰链结构包括关节一(1)和关节二(2),所述关节二(2)直接在关节一(1)的基础上继续进行打印制作。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化外骨骼关节装置,其特征在于:所述铰链结构本身无法转动,当其受到外接特定温度环境的影响时铰链结构能够沿法线方向旋转并与平面形成一定角度。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化外骨骼关节装置,其特征在于:所述关节一(1)和关节二(2)上开设有镂空(3)进行轻量化处理。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种轻量化外骨骼关节装置,其特征在于:打印外骨骼装置包括以下步骤:


技术总结
本发明提供一种轻量化外骨骼关节装置,包括3D打印成型外骨骼,所述外骨骼打印使用形状记忆聚乳酸作为材料,所述外骨骼包括铰链结构,所述铰链结构包括关节一和关节二,所述关节二直接在关节一的基础上继续进行打印制作。本发明一种轻量化外骨骼关节装置,采用4D打印技术进行设计与开发,该外骨骼关节能够自动感应环境变化(如温度、湿度或光线变化)并相应调整其机械性能及运动模式,满足用户的特定需求;设计考虑了易用性和舒适性,采用一体化结构,无需安装,确保用户能够长时间佩戴且舒适便捷,本发明的外骨骼关节结构在医疗康复、增强型劳动支持以及高级运动装备等多个领域均有广泛应用,能为用户提供个性化的动力辅助,有效改善其生活质量。

技术研发人员:王建,王蓓蓓,吴群
受保护的技术使用者:浙江理工大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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