基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，包括腰部装置、两个左右对称的腿部装置和两个左右对称的足部装置；腰部装置穿戴在人体腰间部位，包括腰部支撑部件、腰部驱动装置、腰部运动部件、腰带和连腿件；腿部装置与腰部装置铰接，并通过柔性绑带与人体腿部绑紧，包括腿部驱动装置、大腿部件和小腿部件；足部装置穿戴在人体脚部，与腿部装置的底端铰接，包括足部驱动装置、脚支架和底板。本发明专利技术用于帮助病患或者老人完成腰部运动在内的下肢康复训练，提高下肢康复训练效果，其结构简单紧凑，便于穿戴，通过调节机构可以满足不同体型的人群，适用范围广泛，且腰部机构可以满足不同步速下的腰部运动规律。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗康复器械，具体是一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人。
技术介绍
随着我国人口老龄化的加剧，血管疾病或神经系统疾病造成患者肢体运动功能障碍从而引发偏瘫的人数不断增多；随着经济发展和人民生活水平提高，交通运输工具迅速增多，因交通事故造成神经损伤或肢体损伤而不能正常行走的人数不断增多，给家庭和社会带来了沉重的负担。在康复治疗过程中，改善患者的行走能力，提高其生活自理能力，是使其回归社会的重要方面，因此恢复独立行走能力是康复治疗努力的首要目标。下肢康复机器人是康复工程的产物，能通过机器引导肢体做各种指定的重复性康复训练，对控制肢体运动的神经系统刺激并重建，达到恢复下肢运动功能的目的，是一种有效的临床干预手段。下肢康复机器人的历史尚短，但发展迅速。瑞士LOKOMAT机器人于1999年研制成功,是出现最早的步态康复机器人；日本研制了HAL系列的穿戴式助力机器人，是世界上第一款商用外骨骼机器人；美国ELEGS下肢康复机器人配备了一对拐杖，并在其中安装了传感器来获取操作者的运动意图；荷兰LOPES下肢动力外骨骼除了提供正常关节的自由度外，还设计了盆骨上下移动的自由度。在国内，下肢康复机器人的研究工作起步较晚，清华大学研制了步行康复训练系统GRTS；浙江大学研制一款下肢辅助行走外骨骼机构，采用气动方式驱动，半主动的控制方式。国内其他科研机构也相继展开了下肢康复机器人的研究，但总体来说还处于实验室研究阶段，距离商用推广还任重道远。现有的下肢康复机器人存在下列缺陷和不足：(1)下肢康复机器人结构设计不够拟人化，包括自由度的配置、骨骼结构与人体的贴合度、适应不同体型穿戴者的调节性等；(2)下肢康复机器人的研究多集中于腿部机构和足部机构，对腰部机构的研究较少，忽略了步行训练时的腰部运动；(3)下肢康复机器人多体积庞大，过于笨重，且功能单一，价格昂贵，不能满足实际应用的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人。实现本专利技术目的的技术方案为：一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，包括腰
部装置、两个左右对称的腿部装置和两个左右对称的足部装置；所述腰部装置包括腰部支撑部件、第一腰部驱动装置、第二腰部驱动装置、第三腰部驱动装置、腰部运动部件、腰带、第一连腿件和第二连腿件，所述腰部支撑部件的两端分别与第一连腿件和第二连腿件铰接，铰接处分别安装第二腰部驱动装置和第三腰部驱动装置，驱动第一连腿件和第二连腿件转动，所述腰部运动部件安装于腰部支撑部件上，腰部运动部件的末端与腰带相连，通过第一腰部驱动装置驱动腰带模拟人体步行时的骨盆运动；所述腿部装置包括第一腿部驱动装置、第二腿部驱动装置、第三腿部驱动装置、大腿部件和小腿部件；所述大腿部件与腰部的第一连腿件或第二连腿件铰接，铰接处安装第二腿部驱动装置驱动大腿部件转动，所述小腿部件与大腿部件的底端铰接，铰接处安装第三腿部驱动装置驱动小腿部件转动，所述第一腿部驱动装置安装于大腿部件上，带动大腿部件沿大腿部件长度方向扭转；所述足部装置包括足部驱动装置、脚支架和底板；所述脚支架和底板固定，所述底板与小腿部件的底端铰接，铰接处安装足部驱动装置驱动足部装置转动。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)本专利技术根据步行训练的腰部运动特点，通过调节腰部运动部件的滑动杆位置，其腰部装置能够模拟康复步行训练中不同步速下的腰部运动轨迹，满足康复治疗过程中不同阶段的康复步速要求；(2)本专利技术对不同穿戴者的佩带要求有较好的适应性：通过腰部支撑部件的调节可以满足不同穿戴者的宽度要求，通过腰部运动部件的调节可以满足不同穿戴者的高度要求，通过大、小腿部件的调节可以满足不同穿戴者大、小腿长度的要求；(3)本专利技术的腿部装置在模拟人体髋关节转动时腿部机构的旋转中心在人腿中心骨骼上，同时，在大腿部件靠近膝关节处预留一个局部旋转自由度来弥补大腿处外骨骼与人体腿骨之间由于腿部肌肉变形而引起的不匹配问题(特别是穿戴者处于坐立状态)，符合人机工程的要求，提高了穿戴的舒适性；(4)本专利技术设计了下肢康复机器人的足部装置，除脚踝处的伸屈自由度外在脚支架铰接处留有一个局部旋转自由度，方便人体脚部做旋转康复训练，另外，其足部装置设置为双脚底板，脚支架下端也安有一个小底板，在穿戴者做脚部局部康复训练时能够由大底板承担康复机器人整体的重力，减轻穿戴者的负担；(5)本专利技术结构简单紧凑，易于实现，采用轻质材料，具有较高的经济价值和实用性。附图说明图1是本专利技术的基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人结构示意图。图2是本专利技术的腰部装置结构示意图。图3是本专利技术的大腿部件结构示意图。图4是本专利技术的小腿部件和足部装置结构示意图。具体实施方式结合图1，本专利技术的一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，包括腰部装置1、两个左右对称的腿部装置2和两个左右对称的足部装置3；所述腰部装置1包括腰部支撑部件4、第一腰部驱动装置5-1、第二腰部驱动装置5-2、第三腰部驱动装置5-3、腰部运动部件6、腰带7、第一连腿件8-1和第二连腿件8-2，所述腰部支撑部件4的两端分别与第一连腿件8-1和第二连腿件8-2铰接，铰接处分别安装第二腰部驱动装置5-2和第三腰部驱动装置5-3，驱动第一连腿件8-1和第二连腿件8-2转动，所述腰部运动部件6安装于腰部支撑部件4上，腰部运动部件6的末端与腰带7相连，通过第一腰部驱动装置5-1驱动腰带7模拟人体步行时的骨盆运动；所述腿部装置2包括第一腿部驱动装置9-1、第二腿部驱动装置9-2、第三腿部驱动装置9-3、大腿部件10和小腿部件11；所述大腿部件10与腰部的第一连腿件8-1或第二连腿件8-2铰接，铰接处安装第二腿部驱动装置9-2驱动大腿部件10转动，所述小腿部件11与大腿部件10的底端铰接，铰接处安装第三腿部驱动装置9-3驱动小腿部件11转动，所述第一腿部驱动装置9-1安装于大腿部件10上，带动大腿部件10沿大腿部件10长度方向扭转；所述足部装置3包括足部驱动装置12、脚支架13和底板14；所述脚支架13和底板14固定，所述底板14与小腿部件11的底端铰接，铰接处安装足部驱动装置12驱动足部装置3转动。进一步的，如图2(a)所示，所述腰部支撑部件4包括中间支撑件4-1、第一滑动件4-2和第二滑动件4-3，所述第一滑动件4-2和第二滑动件4-3在中间支撑件4-1的槽中滑动，第一滑动件4-2、第二滑动件4-3以及中间支撑件4-1的槽上设置有多组螺栓孔，
第一滑动件4-2、第二滑动件4-3与中间支撑件4-1通过螺栓固定连接，选择不同位置的螺栓能够调节腰带的宽度；所述第一滑动件4-2和第二滑动件4-3分别与第一连腿件8-1和第二连腿件8-2铰接，铰接处安装第二腰部驱动装置5-2和第三腰部驱动装置5-3，驱动第一连腿件8-1和第二连腿件8-2转动。进一步的，如图2(a)、图2(b)所示，所述腰部运动部件6包括小锥齿轮6-1、大锥齿轮轴6-2、滑动头6-3、后嵌套6-4、连杆6-5、中心移动件6-6、连接件6-7、小锥齿轮轴6-8、第一滑动杆6-9、第二滑动杆6-10、第一嵌套6-11和第二嵌套6-12；所述腰部运动部件6通过中心移动件6-6与中间支撑件4-1滑动连接，第一腰部驱动装置5-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，其特征在于，包括腰部装置(1)、两个左右对称的腿部装置(2)和两个左右对称的足部装置(3)；所述腰部装置(1)包括腰部支撑部件(4)、第一腰部驱动装置(5‑1)、第二腰部驱动装置(5‑2)、第三腰部驱动装置(5‑3)、腰部运动部件(6)、腰带(7)、第一连腿件(8‑1)和第二连腿件(8‑2)，所述腰部支撑部件(4)的两端分别与第一连腿件(8‑1)和第二连腿件(8‑2)铰接，铰接处分别安装第二腰部驱动装置(5‑2)和第三腰部驱动装置(5‑3)，驱动第一连腿件(8‑1)和第二连腿件(8‑2)转动，所述腰部运动部件(6)安装于腰部支撑部件(4)上，腰部运动部件(6)的末端与腰带(7)相连，通过第一腰部驱动装置(5‑1)驱动腰带(7)模拟人体步行时的骨盆运动；所述腿部装置(2)包括第一腿部驱动装置(9‑1)、第二腿部驱动装置(9‑2)、第三腿部驱动装置(9‑3)、大腿部件(10)和小腿部件(11)；所述大腿部件(10)与腰部的第一连腿件(8‑1)或第二连腿件(8‑2)铰接，铰接处安装第二腿部驱动装置(9‑2)驱动大腿部件(10)转动，所述小腿部件(11)与大腿部件(10)的底端铰接，铰接处安装第三腿部驱动装置(9‑3)驱动小腿部件(11)转动，所述第一腿部驱动装置(9‑1)安装于大腿部件(10)上，带动大腿部件(10)沿大腿部件(10)长度方向扭转；所述足部装置(3)包括足部驱动装置(12)、脚支架(13)和底板(14)；所述脚支架(13)和底板(14)固定，所述底板(14)与小腿部件(11)的底端铰接，铰接处安装足部驱动装置(12)驱动足部装置(3)转动。...

【技术特征摘要】
1.一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，其特征在于，包括腰部装置(1)、两个左右对称的腿部装置(2)和两个左右对称的足部装置(3)；所述腰部装置(1)包括腰部支撑部件(4)、第一腰部驱动装置(5-1)、第二腰部驱动装置(5-2)、第三腰部驱动装置(5-3)、腰部运动部件(6)、腰带(7)、第一连腿件(8-1)和第二连腿件(8-2)，所述腰部支撑部件(4)的两端分别与第一连腿件(8-1)和第二连腿件(8-2)铰接，铰接处分别安装第二腰部驱动装置(5-2)和第三腰部驱动装置(5-3)，驱动第一连腿件(8-1)和第二连腿件(8-2)转动，所述腰部运动部件(6)安装于腰部支撑部件(4)上，腰部运动部件(6)的末端与腰带(7)相连，通过第一腰部驱动装置(5-1)驱动腰带(7)模拟人体步行时的骨盆运动；所述腿部装置(2)包括第一腿部驱动装置(9-1)、第二腿部驱动装置(9-2)、第三腿部驱动装置(9-3)、大腿部件(10)和小腿部件(11)；所述大腿部件(10)与腰部的第一连腿件(8-1)或第二连腿件(8-2)铰接，铰接处安装第二腿部驱动装置(9-2)驱动大腿部件(10)转动，所述小腿部件(11)与大腿部件(10)的底端铰接，铰接处安装第三腿部驱动装置(9-3)驱动小腿部件(11)转动，所述第一腿部驱动装置(9-1)安装于大腿部件(10)上，带动大腿部件(10)沿大腿部件(10)长度方向扭转；所述足部装置(3)包括足部驱动装置(12)、脚支架(13)和底板(14)；所述脚支架(13)和底板(14)固定，所述底板(14)与小腿部件(11)的底端铰接，铰接处安装足部驱动装置(12)驱动足部装置(3)转动。2.根据权利要求1所述的基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，其特征在于，所述腰部支撑部件(4)包括中间支撑件(4-1)、第一滑动件(4-2)和第二滑动件(4-3)，所述第一滑动件(4-2)和第二滑动件(4-3)在中间支撑件(4-1)的槽中滑动，并通过螺栓固定连接，所述第一滑动件(4-2)和第二滑动件(4-3)分别与第一连腿件(8-1)和第二连腿件(8-2)铰接，铰接处安装第二腰部驱动装置(5-2)和第三腰部驱动装置(5-3)，驱动第一连腿件(8-1)和第二连腿件(8-2)转动。3.根据权利要求2所述的基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，其特征在于，所述腰部运动部件(6)包括小锥齿轮(6-1)、大锥齿轮轴(6-2)、滑动头(6-3)、后嵌套(6-4)、连杆(6-5)、中心移动件(6-6)、连接件(6-7)、小锥齿轮轴(6-8)、第一滑动杆(6-9)、第二滑动杆(6-10)、第一嵌套(6-11)和第二嵌套(6-12)。所述腰部运动部件(6)通过中心移动件(6-6)与中间支撑件(4-1)滑动连接，第
\t一腰部驱动装置(5-1)安装在小锥齿轮(6-1)上，小锥齿轮(6-1)与大锥齿轮轴(6-2)啮合，滑动头(6-3)与大锥齿轮轴(6-2)的曲柄滑动连接，后嵌套(6-4)由滑动头(6-3)带动作左右平...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玲，陈成，刘新越，陆星宇，孙汉宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32