一种适用于下肢康复外骨骼机器人的具有交互力参数测量的腿部装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于下肢康复外骨骼机器人的具有交互力参数测量的腿部装置，具体涉及一种用于辅助行走的下肢外骨骼机器人，所述交互力参数测量依靠交互力传感器完成，包括大腿交互力传感器和小腿交互力传感器。以大腿为例，传感器一面固定在大腿的内侧，传感器另一面的测量区固定有柔性绑带，柔性绑带用来固定下肢伤者的大腿，在外骨骼带动患者运动时，即可测量人与外骨骼之间的交互力。交互力信息与关节角度信息和足底压力信息都将作为外骨骼的控制数据集中处理，对不同的患者以及不同的情况，进行外骨骼的调整，使患者穿戴本辅助行走外骨骼更加舒适，也方便掌握了解患者的身体状况，为康复训练提供方便。

Leg device with interactive force parameter measurement for Lower Limb Rehabilitation Exoskeleton Robot

The invention discloses a leg device with interaction force parameter measurement for the rehabilitation of lower extremity exoskeleton robot, in particular to a lower extremity exoskeleton robot assisted walking, the interaction force measurement parameters depend on interaction force sensors, including force sensor and leg thigh interaction interaction force sensor. In the thigh as an example, a sensor is fixed on the inside of the thigh, the other side of the sensor measurement area is fixed with a flexible strap, flexible strap for fixing the lower limb injured thigh, driving the patient movement in the exoskeleton, the interaction force between the measured and the exoskeleton can be. The interaction force information and joint angle information and plantar pressure information will be used as control data of the exoskeleton of centralized treatment, for different patients and different situations of the exoskeleton adjustment, make the patients wearing the auxiliary walking exoskeleton is more comfortable, convenient to understand the patient's physical condition, to provide convenience for rehabilitation training.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于下肢康复外骨骼机器人的具有交互力参数测量的腿部装置一.
本专利技术涉及外骨骼机器人，具体涉及一种可穿戴的下肢康复外骨骼机器人。二.
技术介绍
中国是一个人口大国，因为交通事故、老龄化、心脑血管疾病等造成的下肢损伤的人数逐年上升，医学理论表明，有些病人越早进行康复训练，恢复的可能性越大。目前的康复训练主要是在专业护理人员的辅助下完成，但这种专业的护理人员十分缺乏，为此病人不得不自行训练，但效果不好，错过治疗的最佳时期。人机一体化设备发展迅速，下肢外骨骼机器人是一种可穿戴式的人机一体化设备。在外骨骼领域中，外骨骼的结构完全仿照人体下肢进行设计，在专利公开号为CN103908392A的穿戴式下肢外骨骼装置中，每条腿有六个自由度，髋部宽度和大腿小腿长度均可以调整，这种外骨骼既可以帮助健康的操作者负重行走，也可以帮助下肢受伤的患者完成行走动作。对患者来说，该装置有些自由度冗余，不利于辅助行走，固定装置设计不够合理，穿着舒适度低。因此，需要一种性能更加完善的可穿戴下肢康复外骨骼机器人。三.
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种性能更加完善的可穿戴下肢康复外骨骼机器人。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可穿戴下肢外骨骼，包括背部、腰部、髋关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节和足部，背部固定背带，采用拟人化的设计，适合人体穿戴，有利于实现良好的人机结合。背部结构符合人体工程学，伤者背上更加舒适，并且在做外骨骼的集成化时，外骨骼的电源与控制器也都在背部，但这个重量不需要伤者来承担，由外骨骼承担。腰部是背部与下肢的连接点，背部的所有重量会落在外骨骼的腰部，腰部的结构，需要确保人穿戴后，不会干涉人的运动，为了适应不同的人群，腰部的宽度需要可调节。人体髋关节的自由度有三个，但对于下肢伤者来说，外骨骼髋关节保留三自由度不利于辅助行走，同时，髋关节采用液压驱动，这里的驱动是为了帮助伤者迈出大腿，同时需要测量髋关节的角位移。外骨骼的腿部结构，需要确保伤者穿戴后，外骨骼带动伤者协调运动，膝关节采用液压驱动，帮助伤者控制小腿，外骨骼的大腿和小腿长度均可以调节，以适应不同的人群，也需要测量膝关节的角位移。对于足部结构，踝关节要固定，下肢伤者的脚固定在外骨骼的足部，由外骨骼带动伤者运动，足底为橡胶材料，有效缓冲地面的反作用力，外骨骼的足部有压力传感器，可以测量人的足底压力信号。人体穿戴外骨骼，背部有柔性背带，胸部有柔性绑缚带，腹部有柔性绑缚带，大腿内侧和小腿内侧均有柔性绑缚带，腿部有交互力传感器，可以测量外骨骼与人之间的力。与现有技术相比，本专利技术的改进效果是：拟人化的设计，合理的自由度设置，满足了下肢伤者的正常行走，同时，不会因为自由度冗余，造成外骨骼过于灵活不利于伤者行走；主要固定部位均采用柔性绑缚带，提高了伤者穿戴的舒适度；髋关节、膝关节均采用液压驱动，驱动力大，适用于大体重的伤者；髋关节、膝关节处设有角度传感器，大腿与小腿内侧设有交互力传感器，采集的数据集中处理，方便外骨骼对不同伤者的步态规划。四.附图说明图1为本专利技术的一种用于辅助行走的可穿戴下肢康复外骨骼的结构示意图。图2为本专利技术的下肢康复外骨骼的背部结构示意图。图3为本专利技术的下肢康复外骨骼的具有关节角度测量的髋关节执行机构及腰部宽度调节机构示意图。图4为本专利技术的下肢康复外骨骼的具有人机交互力测量的大腿长度调节机构及具有关节角度测量的膝关节执行机构。图5为本专利技术的下肢康复外骨骼的具有人机交互力测量的小腿长度调节机构及具有足底压力测量的足部机构。图6为本专利技术的下肢康复外骨骼的执行元件液压缸的结构图。图中：1-肩部绑带固定孔，2-胸部绑带固定孔，3-腹部绑带固定孔，4-腰部绑带固定孔，5-上肢绑缚支架，6-腰部，6A-右腰部弯曲板，6B-左腰部弯曲板，7-髋关节液压缸，7A-右髋关节液压缸，7B-左髋关节液压缸，8-小腿，8A-右小腿，8B-左小腿，9-足部，9A-右足部，9B-左足部，10-大腿，10A-右大腿，10B-左大腿，11-大腿交互力传感器，11A-右大腿交互力传感器，11B-左大腿交互力传感器，12-小腿交互力传感器，12A-右小腿交互力传感器，12B-左小腿交互力传感器，13-髋关节电位计，13A-右髋关节，13B-左髋关节，14-膝关节液压缸，14A-右膝关节液压缸，14B-左膝关节液压缸，15-膝关节电位计，15A-右膝关节，15B-左膝关节，16-控制柜，17-背部夹板，18-髋关节轴承，19-髋关节轴承轴，20-屈伸杆，21-髋关节电位计套筒，22-腰部调节块，23-背部夹板夹块，24-腰部轴承，25-腰部轴承轴，26-腰部弯曲板，27-膝关节轴承轴，28-膝关节轴承盖，29-膝关节轴承，30-大腿伸缩杆，31-膝关节电位计套筒，32-小腿伸缩杆，33-踝关节套筒，34-足底压力传感器，35-后脚掌，36-前脚掌，37-足底，38-杆端关节轴承1,39-液压缸体，40-杆端关节轴承2,41-液压缸支架。五.具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的限定。参见图1和图2，一种用于辅助行走的可穿戴下肢康复外骨骼机器人，主要包括有背部、腰部、髋关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节和足部，考虑到下肢伤者的极端情况，对髋关节和膝关节均加了执行元件液压缸，如此构成一个完整的下肢康复外骨骼机器人。参考图1和图2，给出了完整的背部结构图，控制柜15是整个外骨骼机器人的控制中心和电源，固定在外骨骼的背部；肩部绑带固定孔1引出背带，绕过肩部固定在腰部绑带固定孔4；胸部绑带固定孔2左右对称有两个，连接绑带固定胸部；腹部绑带固定孔3左右对称有两个，连接绑带固定腹部；上肢绑缚支架5上有额外的支撑板来支撑腹部；如此构成对人体上肢的固定，所用绑带均为柔性绑带。参考图3，给出了外骨骼的腰部及髋关节结构，中心位置为腰部调节块22，分为左右两个调节块，每个调节块上有3个孔，通过设置不同孔的组合，实现对腰部宽度的调节，然后通过腰部夹块的连接，实现调节块与腰部弯曲板的连接，夹板与调节块为固定连接，与腰部弯曲板则是通过转轴连接，目的是为了实现腰部的左右摆动，从而带动腿部的左右摆动，弯曲板另一端为外骨骼的髋关节，转轴连接实现腿部的前后摆动，通过髋关节电位计13来获取髋关节的运动角度，腰部为左右对称的结构，图3给出了一侧的腰部弯曲板，另一侧结构相同。参考图4，给出了外骨骼的大腿及膝关节结构，图3中的屈伸杆20与图4中的大腿伸缩杆30通过法兰结构连接，处于对下肢伤者的安全考虑，舍弃了髋关节在水平面的自由度，大腿伸缩杆30与大腿10的配合是孔与轴的间隙配合，伸缩杆与大腿的配合长度可以调节，通过大腿的紧固装置，对伸缩杆进行位置固定，大腿的另一侧为外骨骼的膝关节，与髋关节类似，通过转轴实现小腿的前后摆动，出于下肢伤者的安全考虑，膝关节保留1个自由度，在腿的内侧，轴承盖28的密封是为了膝关节的清洁和保护，通过膝关节电位计15来获取膝关节的运动角度，在大腿的内侧，是大腿交互力传感器11，传感器一面固定在大腿内侧，另一面固定柔性绑带，绑带同时用来固定下肢伤者的大腿，如此实现人体大腿与外骨骼大腿的固定，大腿交互力传感器可以测量外骨骼与下肢伤者之间的交互力，交互力的大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于下肢康复外骨骼机器人的具有交互力参数测量的腿部装置，其特征在于：腿部装置包括左腿组件与右腿组件。右腿组件包括右髋关节(13A)、右大腿(10A)、右膝关节(15A)、右小腿(8A)、右踝关节和右足部(9A)。右大腿(10A)通过右髋关节(13A)与右腰部弯曲板(6A)连接，右髋关节(13A)通过转轴连接，可以实现右大腿(10A)的前后摆动，同时右髋关节轴连接电位计，可以获得右髋关节(13A)的角度参数，右髋关节(13A)通过右髋关节液压缸(7A)进行驱动，右髋关节液压缸(7A)一端固定在右腰部弯曲版(6A)，另一端固定在右大腿(10A)，右大腿伸缩杆的长度调整可以实现右大腿(10A)的长度调整，右大腿(10A)内侧固定有右大腿交互力传感器(11A)，交互力传感器表面的测量区固定柔性绑带，绑带固定下肢伤者的大腿，实现右大腿(10A)处交互力的测量，右大腿(10A)与右小腿(8A)通过右膝关节(15A)连接，实现右小腿(8A)相对于右大腿(10A)的前后摆动，同时右膝关节轴连接电位计，可以获得右膝关节(15A)的角度参数，右膝关节(15A)通过右膝关节液压缸(14A)进行驱动，右膝关节液压缸(14A)一端固定在右大腿(10A)，另一端固定在右小腿(8A)，右小腿(8A)内侧固定有右小腿交互力传感器(12A)，交互力传感器表面的测量区固定柔性绑带，绑带固定下肢伤者的小腿，实现右小腿(8A)处交互力的测量，右小腿(8A)下端伸缩杆的长度调整可以实现右小腿(8A)的长度调整，右小腿(8A)与右踝关节和足部为固定连接，即右踝关节不设自由度，右足部脚掌与足底分开设计，中间嵌有压力传感器，可以获得下肢患者的右足底压力信号，右足底为橡胶材料。左腿组件包括左髋关节(13B)、左大腿(10B)、左膝关节(15B)、左小腿(8B)、左踝关节和左足部(9B)。左大腿(10B)通过左髋关节(13B)与左腰部弯曲板(6B)连接，左髋关节(13B)通过转轴连接，可以实现左大腿(10B)的前后摆动，同时左髋关节轴连接电位计，可以获得左髋关节(13B)的角度参数，左髋关节(13B)通过左髋关节液压缸(7B)进行驱动，左髋关节液压缸(7B)一端固定在左腰部弯曲版(6B)，另一端固定在左大腿(10B)，左大腿伸缩杆的长度调整可以实现左大腿(10B)的长度调整，左大腿(10B)内侧固定有左大腿交互力传感器(11B)，交互力传感器表面的测量区固定柔性绑带，绑带固定下肢伤者的大腿，实现左大腿(10B)处交互力的测量，左大腿(10B)与左小腿(8B)通过左膝关节(15B)连接，实现左小腿(8B)相对于左大腿(10B)的前后摆动，同时左膝关节轴连接电位计，可以获得左膝关节(15B)的角度参数，左膝关节(15B)通过左膝关节液压缸(14B)进行驱动，左膝关节液压缸(14B)一端固定在左大腿(10B)，另一端固定在左小腿(8B)，左小腿(8B)内侧固定有左小腿交互力传感器(12B)，交互力传感器表面的测量区固定柔性绑带，绑带固定下肢伤者的小腿，实现左小腿(8B)处交互力的测量，左小腿(8B)下端伸缩杆的长度调整可以实现左小腿(8B)的长度调整，左小腿(8B)与左踝关节和足部为固定连接，即左踝关节不设自由度。左足部脚掌与足底分开设计，中间嵌有压力传感器，可以获得下肢患者的左足底压力信号，左足底为橡胶材料。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于下肢康复外骨骼机器人的具有交互力参数测量的腿部装置，其特征在于：腿部装置包括左腿组件与右腿组件。右腿组件包括右髋关节(13A)、右大腿(10A)、右膝关节(15A)、右小腿(8A)、右踝关节和右足部(9A)。右大腿(10A)通过右髋关节(13A)与右腰部弯曲板(6A)连接，右髋关节(13A)通过转轴连接，可以实现右大腿(10A)的前后摆动，同时右髋关节轴连接电位计，可以获得右髋关节(13A)的角度参数，右髋关节(13A)通过右髋关节液压缸(7A)进行驱动，右髋关节液压缸(7A)一端固定在右腰部弯曲版(6A)，另一端固定在右大腿(10A)，右大腿伸缩杆的长度调整可以实现右大腿(10A)的长度调整，右大腿(10A)内侧固定有右大腿交互力传感器(11A)，交互力传感器表面的测量区固定柔性绑带，绑带固定下肢伤者的大腿，实现右大腿(10A)处交互力的测量，右大腿(10A)与右小腿(8A)通过右膝关节(15A)连接，实现右小腿(8A)相对于右大腿(10A)的前后摆动，同时右膝关节轴连接电位计，可以获得右膝关节(15A)的角度参数，右膝关节(15A)通过右膝关节液压缸(14A)进行驱动，右膝关节液压缸(14A)一端固定在右大腿(10A)，另一端固定在右小腿(8A)，右小腿(8A)内侧固定有右小腿交互力传感器(12A)，交互力传感器表面的测量区固定柔性绑带，绑带固定下肢伤者的小腿，实现右小腿(8A)处交互力的测量，右小腿(8A)下端伸缩杆的长度调整可以实现右小腿(8A)的长度调整，右小腿(8A)与右踝关节和足部为固定连接，即右踝关节不设自由度，右足部脚掌与足底分开设计，中间嵌有压力传感器，可以获得下肢患者的右足底压力信号，右足底为橡胶材料。左腿组件包括左髋关节(13B)、左大腿(10B)、左膝关节(15B)、左小腿(8B)、左踝关节和左足部(9B)。左大腿(10B)通过左髋关节(13B)与左腰部弯曲板(6B)连接，左髋关节(13B)通过转轴连接，可以实现左大腿(10B)的前后摆动，同时左髋关节轴连接电位计，可以获得左髋关节(13B)的角度参数，左髋关节(13B)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴忠才，张滨，唐志勇，孙培华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11