用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构制造技术

一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，包括髋关节、大腿机构、膝关节和小腿机构，所述大腿机构包括大腿杆和用于固定大腿的大腿助力板，所述大腿助力板安装在大腿杆的内侧，所述小腿机构包括小腿杆和用于固定小腿的小腿助力板，所述小腿助力板安装在小腿杆的内侧，所述小腿助力板和大腿助力板均为弧形，所述大腿杆的上端通过髋关节与机架的腰部结构连接，所述大腿杆的下端通过膝关节与小腿杆的上端连接；所述膝关节包括大腿转轮、小腿转轮、两个弧形连接块、两根膝关节线绳和膝关节驱动电机。本发明专利技术提供了一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，能够与人的步态协调一致，能够更好的实现人机之间的耦合。

Rope-driven inner foot mechanism for lower limb rehabilitation robot

A rope-driven inner-foot mechanism for a lower limb rehabilitation robot includes a hip joint, a thigh mechanism, a knee joint and a leg mechanism. The thigh mechanism includes a thigh bar and a thigh booster plate for fixing the thigh. The thigh booster plate is installed on the inner side of the thigh bar. The leg mechanism includes a leg bar and a leg booster plate for fixing the leg, and the leg booster plate is used for fixing the leg. The board is installed on the inner side of the leg bar, and the upper end of the leg bar is connected with the waist structure of the frame through the hip joint, and the lower end of the leg bar is connected with the upper end of the leg bar through the knee joint. The knee joint includes the thigh wheel, the leg wheel, two arc connecting blocks, two knee wire ropes and the knee joint driving motor. \u3002 The invention provides a rope-driven inner foot mechanism for lower limb rehabilitation robot, which can coordinate with human gait and better realize the coupling between human and machine.

【技术实现步骤摘要】
用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构
本专利技术涉及康复机器人
，尤其是涉及一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构。
技术介绍
康复机器人是近年来出现的一种新型机器人，作为医疗机器人的一个重要分支，他的研究贯穿了康复医学、机械学、力学、材料学、数学分析、有限元仿真以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域研究的一个热点。近年来，由于经济的飞速发展，交通运输工具迅速增多，因交通事故而造成肢体损伤的人数直线上升。同时，随着人民生活水平的提高，我国和许多国家一样，正在步入老龄化。据统计，我国60岁即以上的人口已有2.22亿，占全国人口的16.5％。在老龄人群众中有大量的心脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状。目前患心脑血管疾病的中老年人出现偏瘫的人数不断增多，而且年龄呈现年轻化趋势。医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复起到很重要的作用。尽早进行康复训练不仅能够维持关节活动度，防止关节挛缩，而且能够明显提高患者运动功能的最终恢复程度。目前，在我国，康复医学工程虽然得到了普遍的重视，但康复机器人研究仍处于起步阶段。近几年我国康复工程在个方面取得了一定的成果，特别是在技术含量不太高的中档产品如康复器械发展较快。浙江大学机电所开发研制了可穿戴式假肢，该研究致力于开发一套用于增强人体步行能力的可穿戴式下肢假肢，他引入人作为整个控制系统的主要部分，可以缓解人们由于过量的双足步行所引起的身体疲劳。目前，已经开发了一套下肢的原型试验系统，用来验证一些理论成果并依次为平台进行下一阶段的实验研究。上海大学机电工程与自动化学院也开始研究了一套可穿戴式助力机械腿，单侧下肢有两个自由度，分别为髋关节和膝关节的屈伸自由度，这两个自由度分别有电动缸驱动。美国麻省理工学院研制了著名的PAMM系统，包括智能型步行机和智能手杖装置，该系统利用力觉传感器作为主要的输入接口，驱动系统底部的主动轮，从而实现用户行走的功能。为解决穿戴不方便问题，日本本田公司设计智能下肢助力系统，这种佩戴在图nude机械装置可以帮助肌肉力量不足的老年人提高行走速度、延长行走距离、改善步伐整齐性。通过对市场上已有的类似产品的分析我们总结如下：1.质量过大，导致体积过大、动作笨拙的问题。由于康复机器人在助力用户行走的过程中所需要的自由度过多，多数产品添加的电机数量过多，由此导致控制困难、体积过大、噪声、舒适度等一系列问题。2.自适应能力不够，学习能力差。要想更好地达到康复训练的目的，学习使用者的行走规律和习惯，同时根据使用者不同阶段的状况机器人提供不同大小的助力是必不可少的。3.信号传输的延迟导致与操作者的预期动作不符合。目前多采用sEMG传感器和压力传感器，信号传输到中央处理器后经过分析，再将操作指令传送出去，由此导致信号的滞后问题。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，能够与人的步态协调一致，能够更好的实现人机之间的耦合。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，包括髋关节、大腿机构、膝关节和小腿机构，所述大腿机构包括大腿杆和用于固定大腿的大腿助力板，所述大腿助力板安装在大腿杆的内侧，所述小腿机构包括小腿杆和用于固定小腿的小腿助力板，所述小腿助力板安装在小腿杆的内侧，所述小腿助力板和大腿助力板均为弧形，所述大腿杆的上端通过髋关节与机架的腰部结构连接，所述大腿杆的下端通过膝关节与小腿杆的上端连接；所述髋关节包括上下两块平板、三根曲线连杆、三个球铰链、三个万向节、四根髋关节线绳和两个髋关节驱动电机，三个万向节等圆周设置在上侧的平板底面上，三个球铰链与三个万向节上下错位布置且等圆周设置在下侧的平板顶面上，三个万向节分别通过三根曲线连杆与三个球铰链连接，每根曲线连杆上端连接的万向节与该根曲线连杆下端连接的球铰链映射在同一个平面上呈中心对称布置；上下两块平板的四周分别设有四个线轮，位于上下同一侧的两块平板上的线轮通过一根髋关节线绳连接，髋关节线绳的一端固定，另一端与髋关节驱动电机的电机轴同步联动，左右对称设置的两个髋关节线绳共用一个髋关节驱动电机，前后对称布置的两个髋关节线绳共用另一个髋关节驱动电机，两个髋关节驱动电机安装在机架腰部结构上；上侧平板顶面安装在腰部结构上，下侧平板的底面安装在大腿杆的上端；所述膝关节包括大腿转轮、小腿转轮、两个弧形连接块、两根膝关节线绳和膝关节驱动电机，所述大腿转轮与小腿转轮始终相切并布置在两个弧形连接块之间，两个弧形连接块的上下两端分别通过一根转动轴连接，所述大腿转轮通过大腿三角支架可转动的安装在位于上侧的转动轴上，所述大腿三角支架固定在大腿杆的下端，所述小腿转轮通过小腿三角支架可转动的安装在位于下侧的转动轴上，小腿三角支架固定在小腿杆的上端，所述大腿三角支架的前部和小腿三角支架的前部分别设置两个弹簧连接柱，两个弹簧连接柱分别对称布置在相应的转轮的左右两侧，大腿三角支架上的每个弹簧连接柱与同一侧的小腿三角支架上的弹簧连接柱分别通过膝关节复位弹簧连接；所述大腿三角支架的后部和小腿三角支架的后部分别设置两个线轮，两个线轮分别对称布置在相应的转轮的左右两侧；在大腿杆的下端左右两侧分别对称设有一个线轮，每根膝关节线绳的一端绕在小腿三角支架上的线轮并固定在该线轮上，其另一端绕过位于同一侧的大腿三角支架上的线轮后，再绕回小腿三角支架上的线轮，接着经过大腿三角支架上的线轮、大腿杆上的线轮后贴着大腿杆向上延伸，两根膝关节线绳向上延伸后与膝关节驱动电机同步联动，膝关节驱动电机安装在机架的腰部结构上。再进一步，所述大腿转轮的边沿中部设有弧形凸起，所述小腿转轮的边沿中部设有弧形凹槽，所述弧形凸起与弧形凹槽啮合。更进一步，所述大腿杆为矩形杆，大腿助力板上设有用于套装在大腿杆上的矩形管，所述小腿杆为矩形杆，小腿助力板上设有用于套装在小腿杆上的矩形管。本专利技术的有益效果主要表现在：(1)本专利技术能够与人的步态协调一致，能够满足下肢康复患者在平地上行走的基本步态，两内足机构能够与人的腿部运动情况一致，能够更好的实现人机之间的耦合；(2)本专利技术在两内足机构的关节处的设计上均采用柔性传动，利用柔性传动特点，将电机集中在机架腰部结构上，便于电路的优化布置；(3)本专利技术在两内足机构的髋关节处采用并联机构，实现三自由度运动，具有高刚度、高承载力、高动态性能的特性，有着占用空间小优点。附图说明图1是下肢康复机器人的后视图。图2是下肢康复机器人的侧视图。图3是内足机构的三维图。图4是图5的后视图。图5是内足机构的膝关节三维图。图6是内足机构的膝关节装配图。图7是膝关节局部放大图。图8是髋关节万向机构三维图。图9是髋关节万向机构装配图。图10是从上俯视，万向节、球铰链布置图。图11是髋关节处线轮绕线方式图。图12是大腿助力板三维图。图13是图12的侧视图。图14是是人体腿部肌肉模型图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图14，一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，包括髋关节、大腿机构、膝关节和小腿机构，所述大腿机构包括大腿杆和用于固定大腿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，其特征在于：所述内足机构包括髋关节、大腿机构、膝关节和小腿机构，所述大腿机构包括大腿杆和用于固定大腿的大腿助力板，所述大腿助力板安装在大腿杆的内侧，所述小腿机构包括小腿杆和用于固定小腿的小腿助力板，所述小腿助力板安装在小腿杆的内侧，所述小腿助力板和大腿助力板均为弧形，所述大腿杆的上端通过髋关节与机架的腰部结构连接，所述大腿杆的下端通过膝关节与小腿杆的上端连接；所述髋关节包括上下两块平板、三根曲线连杆、三个球铰链、三个万向节、四根髋关节线绳和两个髋关节驱动电机，三个万向节等圆周设置在上侧的平板底面上，三个球铰链与三个万向节上下错位布置且等圆周设置在下侧的平板顶面上，三个万向节分别通过三根曲线连杆与三个球铰链连接，每根曲线连杆上端连接的万向节与该根曲线连杆下端连接的球铰链映射在同一个平面上呈中心对称布置；上下两块平板的四周分别设有四个线轮，位于上下同一侧的两块平板上的线轮通过一根髋关节线绳连接，髋关节线绳的一端固定，另一端与髋关节驱动电机的电机轴同步联动，左右对称设置的两个髋关节线绳共用一个髋关节驱动电机，前后对称布置的两个髋关节线绳共用另一个髋关节驱动电机，两个髋关节驱动电机安装在机架腰部结构上；上侧平板顶面安装在腰部结构上，下侧平板的底面安装在大腿杆的上端；所述膝关节包括大腿转轮、小腿转轮、两个弧形连接块、两根膝关节线绳和膝关节驱动电机，所述大腿转轮与小腿转轮始终相切并布置在两个弧形连接块之间，两个弧形连接块的上下两端分别通过一根转动轴连接，所述大腿转轮通过大腿三角支架可转动的安装在位于上侧的转动轴上，所述大腿三角支架固定在大腿杆的下端，所述小腿转轮通过小腿三角支架可转动的安装在位于下侧的转动轴上，小腿三角支架固定在小腿杆的上端，所述大腿三角支架的前部和小腿三角支架的前部分别设置两个弹簧连接柱，两个弹簧连接柱分别对称布置在相应的转轮的左右两侧，大腿三角支架上的每个弹簧连接柱与同一侧的小腿三角支架上的弹簧连接柱分别通过膝关节复位弹簧连接；所述大腿三角支架的后部和小腿三角支架的后部分别设置两个线轮，两个线轮分别对称布置在相应的转轮的左右两侧；在大腿杆的下端左右两侧分别对称设有一个线轮，每根膝关节线绳的一端绕在小腿三角支架上的线轮并固定在该线轮上，其另一端绕过位于同一侧的大腿三角支架上的线轮后，再绕回小腿三角支架上的线轮，接着经过大腿三角支架上的线轮、大腿杆上的线轮后贴着大腿杆向上延伸，两根膝关节线绳向上延伸后与膝关节驱动电机同步联动，膝关节驱动电机安装在机架的腰部结构上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于下肢康复机器人的基于绳驱动的内足机构，其特征在于：所述内足机构包括髋关节、大腿机构、膝关节和小腿机构，所述大腿机构包括大腿杆和用于固定大腿的大腿助力板，所述大腿助力板安装在大腿杆的内侧，所述小腿机构包括小腿杆和用于固定小腿的小腿助力板，所述小腿助力板安装在小腿杆的内侧，所述小腿助力板和大腿助力板均为弧形，所述大腿杆的上端通过髋关节与机架的腰部结构连接，所述大腿杆的下端通过膝关节与小腿杆的上端连接；所述髋关节包括上下两块平板、三根曲线连杆、三个球铰链、三个万向节、四根髋关节线绳和两个髋关节驱动电机，三个万向节等圆周设置在上侧的平板底面上，三个球铰链与三个万向节上下错位布置且等圆周设置在下侧的平板顶面上，三个万向节分别通过三根曲线连杆与三个球铰链连接，每根曲线连杆上端连接的万向节与该根曲线连杆下端连接的球铰链映射在同一个平面上呈中心对称布置；上下两块平板的四周分别设有四个线轮，位于上下同一侧的两块平板上的线轮通过一根髋关节线绳连接，髋关节线绳的一端固定，另一端与髋关节驱动电机的电机轴同步联动，左右对称设置的两个髋关节线绳共用一个髋关节驱动电机，前后对称布置的两个髋关节线绳共用另一个髋关节驱动电机，两个髋关节驱动电机安装在机架腰部结构上；上侧平板顶面安装在腰部结构上，下侧平板的底面安装在大腿杆的上端；所述膝关节包括大腿转轮、小腿转轮、两个弧形连接块、两根膝关节线绳和膝关节驱动电机，所述大腿转轮与小腿转轮始终相切并布置在两个弧形连接块之间，两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈欢，陈禹名，钱强强，沈钦涛，王健，常珂，邬江北，王志恒，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33