助残行进下肢穿戴外骨骼及其助残行进方法技术

本发明专利技术涉及助残行进下肢穿戴外骨骼及其助残行进方法。现有助残穿戴器结构设计不够合理精细，导致人体行进过程不够协调。助残行进下肢穿戴外骨骼，每一侧胯部旋转关节（5）通过大腿部分电机及减速器（6）驱动大腿关节（1），大腿部分长度调节关节（8）通过小腿部分电机及减速器（9）连接小腿关节（2），小腿部分长度调节关节（11）通过脚踝旋转及内收关节（12）连接脚部托板（3），脚部托板（3）上安装压力传感器（14）；通过脚踝姿态传感器（13）以及压力传感器（14）检测行进姿态。本发明专利技术具有与人体更加贴近、使人体行进移动更加自如的优点。

The disabled and disabled lower limb exoskeleton wearing marching marching method

The present invention relates to the disabled and disabled lower limb exoskeleton wearing marching marching method. The disabled wear structure design is not reasonable fine, causing the body moving enough coordination. The lower limb disabled travel wearable exoskeletons, each side of the crotch rotary joint (5) through the thigh part of a motor and a speed reducer (6) drive (1), thigh joint thigh length adjusting joint part (8) through the leg part of a motor and a speed reducer (9) connecting leg joint (2), the length of leg part adjusting joint (11) by rotation and adduction ankle joint (12) connecting foot plate (3), foot plate (3) installed on the pressure sensor (14); (13) the ankle posture sensor and a pressure sensor (14) detects moving posture. The invention has the advantages of being closer to the human body and making the human body move more freely.

【技术实现步骤摘要】
助残行进下肢穿戴外骨骼及其助残行进方法
：本专利技术涉及一种助残行进下肢穿戴外骨骼及其助残行进方法。
技术介绍
：随着科学的发展与社会的进步，越来越多由于意外事故与疾病造成下肢偏瘫、截瘫的患者渴望借助科技发展恢复行走的能力，摆脱心理和生理上的双重痛苦。外骨骼技术是一种融合传感、控制、信息移动计算等现代综合技术，并为操作者提供一种可穿戴的机械结构。助残行进外骨骼可以帮助下肢伤残患者进行康复治疗，避免丧失运动能力的患者因长期卧床或坐轮椅而引发的其他疾病，重新找回行走的感觉，提高生活质量。现有的外骨骼技术多用于加强人体的负载能力，提升人体的运动性能，或由液压缸、气缸等驱动，体积较大不便于穿戴，结构设计不完全符合下肢伤残患者的实际需求，实际使用中不够方便，不利于日常的康复训练，而康复中心的大型康复设备过于昂贵，增加了很多下肢伤残患者的经济负担。现有助残穿戴器结构设计不够合理精细，导致人体行进过程不够协调。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种助残行进下肢穿戴外骨骼及其助残行进方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种助残行进下肢穿戴外骨骼，其组成包括：对称设置的大腿关节、小腿关节和脚部托板，所述助残行进下肢穿戴外骨骼还包括一对胯部旋转电机、胯部旋转关节、大腿部分电机及减速器、大腿姿态传感器、大腿部分长度调节关节、小腿部分电机及减速器、小腿姿态传感器、小腿部分长度调节关节、脚踝旋转及内收关节、脚踝姿态传感器和压力传感器，一姿态传感器、一电池、一组绑带固定孔、背部横梁和主控电路板；两大腿关节之间于与人体胯部相对应的位置通过背部横梁连接，背部横梁上安装姿态传感器和电池，背部横梁两侧由上至下对称设置，每一侧均为：背部横梁末端安装胯部旋转电机，胯部旋转电机带动胯部旋转关节转动，胯部旋转关节通过大腿部分电机及减速器连接并驱动大腿关节，大腿关节下端设置大腿部分长度调节关节，大腿部分长度调节关节通过小腿部分电机及减速器连接并驱动小腿关节，小腿关节下端设置小腿部分长度调节关节，小腿部分长度调节关节通过脚踝旋转及内收关节向下连接脚部托板，脚部托板上表面安装压力传感器；大腿关节和小腿关节两侧分别对称设置一组绑带固定孔；其中，于大腿关节上设置大腿姿态传感器，于小腿关节上设置小腿姿态传感器，于脚部托板上设置脚踝姿态传感器；胯部旋转电机、大腿部分电机及减速器以及小腿部分电机及减速器接收主控电路板发出的信号；大腿姿态传感器、小腿姿态传感器、脚踝姿态传感器、压力传感器和姿态传感器都与主控电路板连接。一种助残行进下肢穿戴外骨骼的助残行进方法，将背部横梁与佩戴者固定，通过设置在大腿关节以及小腿关节上的绑带固定孔，将助残行进下肢穿戴外骨骼与佩戴者固定在一起，大腿姿态传感器、小腿姿态传感器、脚踝姿态传感器、压力传感器和姿态传感器向主控电路板发送姿态信息，主控电路板接收姿态信心后对整个下肢助行外骨骼装置的行进进行控制，利用电池为整个助残行进下肢穿戴外骨骼装置提供动力来源，助残行进下肢穿戴外骨骼对佩戴者进行助残行进过程：主控电路板对助残行进下肢穿戴外骨骼发出行进信号，背部横梁每一端的胯部旋转电机接收信号后，驱动带动胯部旋转关节转动，使铰接于大腿关节和背部横梁之间的胯部旋转关节在助行过程中具有与佩戴者行进习惯相适应的前后转动功能；主控电路板对与佩戴者膝关节部分相适应的大腿部分电机及减速器发出信号，大腿部分电机及减速器接收信号后驱动大腿关节具有的大腿内收角度调整关节转动，从而使大腿关节转动，并且主控电路板通过大腿姿态传感器发出的实时的运行姿态，结合人体工程学使助残外骨骼大腿部分与佩戴者的大腿贴合更加紧密，完成迈步时大腿关节在行进中的任务；同时，根据佩戴者大腿部位的长度，通过伸缩导轨内的大腿部分长度调节关节调整整个大腿关节的长度；主控电路板对位于与佩戴者膝关节部分相适应的小腿部分电机及减速器发出信号，小腿部分电机及减速器接收信号后进行工作，驱动小腿关节具有的小腿内收角度调整关节转动，从而使小腿关节转动，小腿关节带动脚踝旋转及内收关节以及脚部托板同步行进，并且主控电路板通过小腿姿态传感器发出的实时的运行姿态，完成迈步时小腿关节的工作任务；同时，根据佩戴者小腿部位的长度，通过伸缩导轨内的小腿部分长度调节关节调整整个小腿关节的长度；同时，通过位于脚踝旋转及内收关节上的脚踝姿态传感器发出的实时的运行姿态，以及位于脚部托板上表面的压力传感器采集的脚底压力信息，从而确定每一步的开始和截止信息传递给主控电路板，从而对接下来的行进进行规划。本专利技术的有益效果：本专利技术通过电池为助残行进下肢穿戴外骨骼的行进提供动力来源；姿态传感器集合助残行进下肢穿戴外骨骼上各个传感器信息，为助残行进下肢穿戴外骨骼行进提供指令；位于两条机械腿上方，胯部旋转电机带动胯部旋转关节进行转动，满足在行进中佩戴者胯部的转动需求，提高佩戴者的舒适度；胯部旋转关节通过大腿部分电机及减速器与大腿关节进行连接，大腿部分电机及减速器模块接收信号驱动助残行进下肢穿戴外骨骼大腿关节转动，本专利技术增加了大腿内收角度调整关节，结合人体工程学使助残行进下肢穿戴外骨骼大腿部分与佩戴者的大腿贴合更加紧密，并结合大腿姿态传感器完成助残行进下肢穿戴外骨骼大腿关节在行进中的任务；助残行进下肢穿戴外骨骼大腿末部增加了大腿部分长度调节关节以针对不同身高人群的佩戴者，并且与小腿部分电机及减速器相连，连接至残外骨骼的小腿关节，小腿部分电机及减速器接收信号驱动小腿关节转动，小腿内收角度调整关节增加助残行进下肢穿戴外骨骼大腿部分与佩戴者的小腿部分贴合的紧密性，并结合小腿腿姿态传感器完成助残行进下肢穿戴外骨骼小腿关节在行进中的任务；为了适应不同身高人群的佩戴者，在助残行进下肢穿戴外骨骼小腿关节末部增加小腿部分长度调节关节，与小腿部分长度调节关节相连接的图一中脚踝旋转及内收关节，增加了助残行进下肢穿戴外骨骼脚踝部分的自由度，让佩戴者在穿戴助残行进下肢穿戴外骨骼行走时更加舒适，同时根据图一中脚踝姿态传感器和脚底压力传感器实时传递回的信息，对助残行进下肢穿戴外骨骼的行走进行检测；本专利技术在外骨骼的大腿关节和小腿关节布置了多个绑带固定孔，将助残行进下肢穿戴外骨骼与佩戴者通过绑带固定起来，保证强度的同时增加佩戴者的舒适度。本专利技术助残行进下肢穿戴外骨骼在行进时为了保证佩戴者的舒适度，还原人体行走步态，保证佩戴者重心移动时的安全，创新的添加了胯部旋转关节，增加了大腿关节与胯部之间的自由度，让佩戴者的腿部移动更加自如；还添加了大腿内收角度调节关节和小腿内收角度调节关节，使大腿关节和小腿关节与佩戴者的腿部贴合更加紧密；并且增加了脚踝旋转及内收关节增加脚踝部分的自由度，满足佩戴者行进过程中脚踝部分的必要转动。附图说明：附图1是本专利技术的结构示意图；附图2是本专利技术涉及的大腿关节的结构示意图；附图3是本专利技术涉及的脚踝旋转及内收关节的结构示意图；附图4是本专利技术涉及的胯部旋转关节的结构示意图。具体实施方式：具体实施方式一：本实施方式的助残行进下肢穿戴外骨骼，如图1-图2所示，其组成包括：对称设置的大腿关节1、小腿关节2和脚部托板3，所述助残行进下肢穿戴外骨骼还包括一对胯部旋转电机4、胯部旋转关节5、大腿部分电机及减速器6、大腿姿态传感器7、大腿部分长度调节关节8、小腿部分电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种助残行进下肢穿戴外骨骼，其组成包括：对称设置的大腿关节（1）、小腿关节（2）和脚部托板（3），其特征是：所述助残行进下肢穿戴外骨骼还包括一对胯部旋转电机（4）、胯部旋转关节（5）、大腿部分电机及减速器（6）、大腿姿态传感器（7）、大腿部分长度调节关节（8）、小腿部分电机及减速器（9）、小腿姿态传感器（10）、小腿部分长度调节关节（11）、脚踝旋转及内收关节（12）、脚踝姿态传感器（13）和压力传感器（14），一姿态传感器（15）、一电池（16）、一组绑带固定孔（17）、背部横梁（18）和主控电路板（26）；两大腿关节（1）之间于与人体胯部相对应的位置通过背部横梁（18）连接，背部横梁（18）上安装姿态传感器（15）和电池（16），背部横梁（18）两侧由上至下对称设置，每一侧均为：背部横梁（18）末端安装胯部旋转电机（4），胯部旋转电机（4）带动胯部旋转关节（5）转动，胯部旋转关节（5）通过大腿部分电机及减速器（6）向下连接并驱动大腿关节（1），大腿关节（1）下端设置大腿部分长度调节关节（8），大腿部分长度调节关节（8）通过小腿部分电机及减速器（9）向下连接并驱动小腿关节（2），小腿关节（2）下端设置小腿部分长度调节关节（11），小腿部分长度调节关节（11）通过脚踝旋转及内收关节（12）向下脚部托板（3），脚部托板（3）上表面安装压力传感器（14）；大腿关节（1）和小腿关节（2）两侧分别对称设置一组绑带固定孔（17）；其中，于大腿关节（1）上设置大腿姿态传感器（7），于小腿关节（2）上设置小腿姿态传感器（10），于脚部托板（3）上设置脚踝姿态传感器（13）；胯部旋转电机（4）、大腿部分电机及减速器（6）以及小腿部分电机及减速器（9）接收主控电路板（26）发出的信号；大腿姿态传感器（7）、小腿姿态传感器（10）、脚踝姿态传感器（13）、压力传感器（14）和姿态传感器（15）都与主控电路板（26）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种助残行进下肢穿戴外骨骼，其组成包括：对称设置的大腿关节（1）、小腿关节（2）和脚部托板（3），其特征是：所述助残行进下肢穿戴外骨骼还包括一对胯部旋转电机（4）、胯部旋转关节（5）、大腿部分电机及减速器（6）、大腿姿态传感器（7）、大腿部分长度调节关节（8）、小腿部分电机及减速器（9）、小腿姿态传感器（10）、小腿部分长度调节关节（11）、脚踝旋转及内收关节（12）、脚踝姿态传感器（13）和压力传感器（14），一姿态传感器（15）、一电池（16）、一组绑带固定孔（17）、背部横梁（18）和主控电路板（26）；两大腿关节（1）之间于与人体胯部相对应的位置通过背部横梁（18）连接，背部横梁（18）上安装姿态传感器（15）和电池（16），背部横梁（18）两侧由上至下对称设置，每一侧均为：背部横梁（18）末端安装胯部旋转电机（4），胯部旋转电机（4）带动胯部旋转关节（5）转动，胯部旋转关节（5）通过大腿部分电机及减速器（6）向下连接并驱动大腿关节（1），大腿关节（1）下端设置大腿部分长度调节关节（8），大腿部分长度调节关节（8）通过小腿部分电机及减速器（9）向下连接并驱动小腿关节（2），小腿关节（2）下端设置小腿部分长度调节关节（11），小腿部分长度调节关节（11）通过脚踝旋转及内收关节（12）向下脚部托板（3），脚部托板（3）上表面安装压力传感器（14）；大腿关节（1）和小腿关节（2）两侧分别对称设置一组绑带固定孔（17）；其中，于大腿关节（1）上设置大腿姿态传感器（7），于小腿关节（2）上设置小腿姿态传感器（10），于脚部托板（3）上设置脚踝姿态传感器（13）；胯部旋转电机（4）、大腿部分电机及减速器（6）以及小腿部分电机及减速器（9）接收主控电路板（26）发出的信号；大腿姿态传感器（7）、小腿姿态传感器（10）、脚踝姿态传感器（13）、压力传感器（14）和姿态传感器（15）都与主控电路板（26）连接。2.根据权利要求1所述的助残行进下肢穿戴外骨骼，其特征是：所述的大腿关节（1）还包括主大腿关节部分（19）和大腿内收角度调整关节（20），主大腿关节部分（19）下端铰接大腿内收角度调整关节（20），大腿部分长度调节关节（8）设置在大腿内收角度调整关节（20）末端的导轨内。3.根据权利要求1或2所述的助残行进下肢穿戴外骨骼，其特征是：所述的小腿关节（2）还包括主小腿关节部分（21）和小腿内收角度调整关节（22），主小腿关节部分（21）下端铰接小腿内收角度调整关节（22），小腿部分长度调节关节（11）设置在小腿内收角度调整关节（22）末端的导轨内。4.根据权利要求3所述的助残行进下肢穿戴外骨骼，其特征是：所述的主大腿关节部分（19）、大腿内收角度调整关节（20）、主小腿关节部分（21）和小腿内收角度调整关节（22）都为四棱柱体，主大腿关节部分（19）与大腿内收角度调整关节（20）连接处旋转轴与大腿关节（1）延长方向垂直，主小腿关节部分（21）与小腿内收角度调整关节（22）连接处旋转轴与大腿关节（2）延长方向垂直。5.根据权利要求1、2或4所述的助残行进下肢穿戴外骨骼，其特征是：所述的脚踝旋转及内收关节（12）还包括第一转接件（23）、第二转接件（24）和两根芯轴（25），第一转接件（23）与小腿部分长度调节关节（11）之间通过芯轴（25）铰接，使第一转接件（23）与小腿部分长度调节关节（11）之间具有与佩戴者行进习惯相适应的左右摆动的功能，第一转接件（23）与第二转接件（24）之间通过芯轴（25）铰接，使第一转接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天，孙相宇，王晓奇，张洋，
申请(专利权)人：哈尔滨程天科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23