腿部康复训练和健身用外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术提供一种腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，所述外骨骼机器人包括髋部支撑部、髋关节、大腿支撑部、膝关节、小腿支撑部和驱动系统；其中，所述髋部支撑部与所述大腿支撑部的上端通过髋关节连接；所述大腿支撑部的下端与所述小腿支撑部的上端通过膝关节连接；所述驱动系统固定于所述髋部支撑部上，所述驱动系统包括：髋关节驱动系统，与所述髋关节连接，用于驱动所述髋关节运动；和膝关节驱动系统，与所述膝关节连接，用于驱动所述膝关节运动，进而驱动所述大腿支撑部和所述小腿支撑部的协调运动。本申请结构简单，可以帮助创伤之后的下肢运动功能恢复，也可以用于正常人的下肢力量训练或者健身。

Exoskeleton robot for leg rehabilitation training and exercise

The invention provides an exoskeleton robot for leg rehabilitation training and fitness. The exoskeleton robot includes hip support, hip joint, thigh support, knee joint, leg support and driving system, in which the upper end of the hip support and the thigh support are connected by the hip joint, and the thigh branch is connected by the upper end of the thigh support. The lower end of the supporting part and the upper end of the leg supporting part are connected through the knee joint; the driving system is fixed on the hip supporting part, and the driving system includes: the hip driving system, which is connected with the hip joint for driving the hip joint movement; and the knee joint driving system, which is connected with the knee joint. The motion of the knee joint is driven, and then the coordinated motion of the thigh support and the leg support is driven. The application has simple structure, can help the recovery of lower limb motor function after trauma, and can also be used for lower limb strength training or fitness of normal people.

【技术实现步骤摘要】
腿部康复训练和健身用外骨骼机器人
本专利技术属于助行的外骨骼机器人
，特别涉及一种腿部康复训练和健身用外骨骼机器人。
技术介绍
外骨骼机器人是基于传感、控制、信号处理、信息融合、机电一体化的综合技术，是一种更贴近人类日常生产生活的可穿戴式设备。顾名思义，外骨骼机器人是一套穿戴于身体上起到骨骼作用的机器人，结合控制系统硬件和控制算法，可以起到为穿戴者提供附加动力的作用。从助力的部位上分，可以分为上肢型和下肢型助力外骨骼机器人。从功能上分，又可以分为负重型和助力型外骨骼机器人。从用途上则分为民用和军用两种：民用的外骨骼机器人主要用于医疗、助老、助残和搬运等方面；军用的外骨骼机器人主要作用是负重，如帮助士兵携带更多装备以作战持续能力和战场生存能力，提高负重情况下的持久力和战场机动性等。目前医疗系统内的用于创伤后恢复的设备和用于健身的设备，都是在静坐、站立或者仰卧体位下才能使用，这只解决了患者和健身爱好者的部分需要，而无法满足在运动过程中进行恢复训练和健身的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种腿部康复训练和健身用外骨骼机器人；该装置结构简单，通过将驱动电机等重物都安置在髋关节的位置，既减轻了膝关节驱动系统的重量，同时也降低了整条腿的转动惯量，提升了整个系统的静力学和动力学性能。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，所述外骨骼机器人包括髋部支撑部、髋关节、大腿支撑部、膝关节、小腿支撑部和驱动系统；其中，所述髋部支撑部与所述大腿支撑部的上端通过髋关节连接；所述大腿支撑部的下端与所述小腿支撑部的上端通过膝关节连接；所述驱动系统固定于所述髋部支撑部上，所述驱动系统包括：髋关节驱动系统，与所述髋关节连接，用于驱动所述髋关节运动；和膝关节驱动系统，与所述膝关节连接，用于驱动所述膝关节运动，进而驱动所述大腿支撑部和所述小腿支撑部的协调运动。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述髋部支撑部包括固定板、安装夹板和腰部绑带；其中，所述腰部绑带通过所述安装夹板固定于所述固定板的一边，所述驱动系统固定于所述固定板的另一边。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述安装夹板的数量共有两个，分别为：使用时较为远离腰部的梯形第一安装夹板和较为靠近腰部的弧形第二安装夹板；所述腰部绑带包括两片分带，所述两片分带中的每一片的一端均为黏贴端，另一端均为安装端；所述两片分带的安装端分别被夹置在第一安装夹板和第二安装夹板之间并通过螺接方式固定在一起。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述髋关节为圆环形。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述髋关节驱动系统包括髋关节电机、电机安装座和髋关节谐波减速机，其中，所述髋关节电机安装于所述电机安装座上，所述髋关节电机的输出端与所述髋关节谐波减速机输入端连接，所述髋关节谐波减速机的输出端与所述髋关节连接；运行时，所述髋关节电机经过所述髋关节谐波减速机减速后直接驱动所述髋关节进行收缩和伸展，进而实现所述外骨骼大腿的摆动；更优选地，所述髋关节电机与所述电机安装座连接处设有第一法兰盘。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述膝关节驱动系统包括膝关节电机、电机安装座、膝关节谐波减速机和绳轮机构；其中，所述膝关节电机安装于所述电机安装座上，所述膝关节电机的输出端与所述膝关节谐波减速机的输入端连接，所述膝关节谐波减速机的输出端与所述绳轮机构连接，所述绳轮机构通过驱动绳与所述膝关节连接；运行时，所述膝关节电机经过所述膝关节谐波减速机减速后通过所述绳轮机构驱动所述膝关节转动；更优选地，所述膝关节电机与所述电机安装座连接处设有第二法兰盘。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，绳轮结构包括驱动绳、绕绳轮和定滑轮；其中，所述驱动绳的一端固定在所述绕绳轮的绳槽内，并搭接于所述定滑轮的绳槽内，另一端固定在所述膝关节上；所述绕绳轮，与所述膝关节谐波减速机的输出端连接，用于拉紧或释放所述驱动绳；所述定滑轮，固定于所述固定板上，用于导引所述驱动绳；更优选地，所述驱动绳为钢丝。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述大腿支撑部包括：外骨骼大腿、第一导轨和大腿部绑带；其中，所述外骨骼大腿的上端与所述髋关节连接，下端与所述膝关节连接；所述第一导轨包括第一固定杆和设置于所述第一固定杆上的第一滑动块，所述第一固定杆固定于所述外骨骼大腿本体上，所述第一滑动块与所述大腿部绑带固定连接。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述小腿支撑部包括：外骨骼小腿、第二导轨和小腿部绑带；其中，所述外骨骼小腿的上端与所述膝关节连接；所述第二导轨包括第二固定杆和设置于所述第二固定杆上的第二滑动块，所述第二固定杆固定于所述外骨骼小腿本体上，所述第二滑动块与所述小腿部绑带固定连接。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述膝关节为旋转铰链式膝关节；优选地，所述膝关节包括：膝部底座，设置在所述外骨骼小腿上端；凸台，设置于所述膝部底座的后部，所述凸台与所述膝关节驱动系统的所述驱动绳连接；凹槽，设置于所述膝部底座的前部，且所述凹槽的靠近凸台的侧面和顶面为开口，与所述开口的侧面相邻的两个侧面上设置有相对的通孔，所述外骨骼大腿的下端插入所述凹槽；连接件，穿过所述凹槽侧面上的所述通孔以及所述外骨骼大腿下端设置的通孔，用于连接所述外骨骼大腿和所述膝关节；所述外骨骼大腿和所述外骨骼小腿能够以所述连接件为枢轴进行相对转动。在上述腿部康复训练和健身用外骨骼机器人中，作为一种优选实施方式，所述外骨骼大腿的下部还设有与所述外骨骼大腿本体垂直的横杆，所述横杆的悬空端具有通孔，所述驱动绳通过所述横杆悬空端的通孔固定于所述膝关节凸台顶面上；所述绳轮结构还包括弹性件，所述弹性件套设于驱动绳外、并抵靠设置于所述膝关节的凸台顶面和所述外骨骼大腿的的横杆之间。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：1)本申请提供的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人从助力的形式上属于下肢助力外骨骼机器人，结构简单，可以帮助创伤之后的下肢运动功能恢复，也可以用于正常人的下肢力量训练或者健身，既可以静止状态下的力量训练，也可以在运动过程中进行力量训练和运动姿态的协调训练，填补了现有医疗和建设器材的空白。2)本申请提供的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其驱动系统(包括髋关节驱动系统和膝关节驱动系统)集中布置于腰部，减轻了外骨骼机器人下肢的重量，使得膝关节电机和传动机构不会随着大腿的摆动而摆动；既降低了髋关节电机的驱动压力，也降低了整个系统的能耗，提高电池的续航时间。附图说明图1：为本专利技术腿部康复训练和健身用外骨骼机器人的整体结构示意图；图2：为本专利技术腿部康复训练和健身用外骨骼机器人的分解结构示意图；附图标记说明：1-腰部绑带，2-安装夹板，3-固定板，4-定滑轮，5-绕绳轮，6-髋关节谐波减速机，7-膝关节谐波减速机，8-电机安装座，91-第一法兰盘，92-第二法兰盘，10-髋关节电机，11-膝关节电机，12-外骨骼大腿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼机器人包括髋部支撑部、髋关节、大腿支撑部、膝关节、小腿支撑部和驱动系统；其中，所述髋部支撑部与所述大腿支撑部的上端通过髋关节连接；所述大腿支撑部的下端与所述小腿支撑部的上端通过膝关节连接；所述驱动系统固定于所述髋部支撑部上，所述驱动系统包括：髋关节驱动系统，与所述髋关节连接，用于驱动所述髋关节运动；和膝关节驱动系统，与所述膝关节连接，用于驱动所述膝关节运动，进而驱动所述大腿支撑部和所述小腿支撑部的协调运动。

【技术特征摘要】
1.一种腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼机器人包括髋部支撑部、髋关节、大腿支撑部、膝关节、小腿支撑部和驱动系统；其中，所述髋部支撑部与所述大腿支撑部的上端通过髋关节连接；所述大腿支撑部的下端与所述小腿支撑部的上端通过膝关节连接；所述驱动系统固定于所述髋部支撑部上，所述驱动系统包括：髋关节驱动系统，与所述髋关节连接，用于驱动所述髋关节运动；和膝关节驱动系统，与所述膝关节连接，用于驱动所述膝关节运动，进而驱动所述大腿支撑部和所述小腿支撑部的协调运动。2.根据权利要求1所述的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述髋部支撑部包括固定板、安装夹板和腰部绑带；其中，所述腰部绑带通过所述安装夹板固定于所述固定板的一边，所述驱动系统固定于所述固定板的另一边。3.根据权利要求2所述的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述安装夹板的数量共有两个，分别为：使用时较为远离腰部的梯形第一安装夹板和较为靠近腰部的弧形第二安装夹板；所述腰部绑带包括两片分带，所述两片分带中的每一片的一端均为黏贴端，另一端均为安装端；所述两片分带的安装端分别被夹置在第一安装夹板和第二安装夹板之间并通过螺接方式固定在一起。4.根据权利要求2所述的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节为圆环形。5.根据权利要求2所述的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节驱动系统包括髋关节电机、电机安装座和髋关节谐波减速机，其中，所述髋关节电机安装于所述电机安装座上，所述髋关节电机的输出端与所述髋关节谐波减速机输入端连接，所述髋关节谐波减速机的输出端与所述髋关节连接；运行时，所述髋关节电机经过所述髋关节谐波减速机减速后直接驱动所述髋关节进行收缩和伸展，进而实现所述外骨骼大腿的摆动；优选地，所述髋关节电机与所述电机安装座连接处设有第一法兰盘。6.根据权利要求2所述的腿部康复训练和健身用外骨骼机器人，其特征在于，所述膝关节驱动系统包括膝关节电机、电机安装座、膝关节谐波减速机和绳轮机构；其中，所述膝关节电机安装于所述电机安装座上，所述膝关节电机的输出端与所述膝关节谐波减速机的输入端连接，所述膝关节谐波减速机的输出端与所述绳轮机构连接，所述绳轮机构通过驱动绳与所述膝关节连接；运行时，所述膝关节电机经过所述膝关节谐波减速机减速后通过所述绳轮机构驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春雷，何洪军，高旭，范春辉，陈杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十一研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31