一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人，包括腰髋部组件、髋关节驱动机构、大腿杆件、膝关节驱动机构、小腿杆件、足部组件；腰髋部组件包括背板、第一拉压力传感器、髋部固定杆、髋部调节杆、髋关节杆件；背板固定在髋部固定杆上；髋部固定杆左右两端分别连接有髋部调节杆；两个髋部调节杆另一端均连接有髋关节杆件；背板上设有第一连接件，第一连接件上设有绑带第一拉压力传感器固定于背板，且与第一连接件相连；两个大腿杆件内侧均设有第二拉压力传感器；两个小腿杆件内侧均设有第三拉压力传感器；足部组件上端通过第三转轴与小腿杆件下端转动连接；足部组件上设有压力传感器；本发明专利技术可实现下肢外骨骼机器人的多功能。

A multi-sensor intelligent wearable lower limb exoskeleton robot

【技术实现步骤摘要】
一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人
本专利技术属于医疗器械领域，特别是一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人。
技术介绍
我国存在大量老龄化人口与下肢功能障碍人士，且老龄化趋势愈加严重。本专利技术以实现残障人士(偏瘫、脑卒中、运动神经受损等)康复训练与正常人的行走增力辅助为主要目标，设计具备多功能模块化特点的下肢外骨骼机器人。目前老龄人口由于下肢机能衰退，日常生活能力减弱，其中存在巨大的护理需求，下肢功能障碍人士仍需更为有效的康复训练手段，提高康复效率，减轻医师负担。目前取得较成功应用的多为用于康复训练的下肢外骨骼，且其功能较为单一，通常针对单关节或结合其他辅助设备进行康复训练，应用中缺乏一定的灵活性，患者需要花费较长时间与外骨骼进行适配与磨合。中国专利申请号108578174A公开了一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，该外骨骼机器人仅有关节角度/速度反馈，主要用于康复训练，且外骨骼的关节按照预定的轨迹进行重复性运动，带动人体下肢进行运动，由于缺乏相应的力传感装置，其功能较为单一，仅针对被动式康复，无法做到智能化地实时调整康复训练的步态轨迹，实现主动康复，且不具备针对健康人士的日常行走助力能力。中国专利公开号105798886A公开了一种具有半环状髋部结构的人体下肢外骨骼，该外骨骼在关节处增加弹簧装置，减轻人体穿戴后行走负担，但关节均为非驱动关节，不具备主动辅助能力。中国专利公开号106002962A公开了一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人，其主要应用于物资运送场合，其用于检测人与外骨骼交互情况的拉压力传感器设置于结构体之间，而不是直接检测人与外骨骼杆件之间的接触力，导致在控制过程中力反馈会有一定的物理延迟，降低实时性。此外在对于老年人口等行走能力衰退的对象进行日常的机能康复训练与正常人日常负重辅助的外骨骼设备目前仍缺乏较成功的设计与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多传感智能化可穿戴下肢康复外骨骼机器人，以解决现有下肢外骨骼机器人功能单一、适应性差及灵活性不足的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人，包括腰髋部组件、髋关节驱动机构、大腿杆件、膝关节驱动机构、小腿杆件、足部组件；所述腰髋部组件包括背板、第一拉压力传感器、髋部固定杆、髋部调节杆、髋关节杆件；所述背板固定在髋部固定杆的上端；所述髋部固定杆左右两端分别连接有髋部调节杆；两个髋部调节杆另一端均连接有髋关节杆件；所述背板上设有第一连接件，第一连接件上设有绑带，用以将人体背部与背板固定；所述第一拉压力传感器固定于背板，且与第一连接件相连，用以检测人体背部与背板之间的拉压力；所述大腿杆件上端通过第一转轴与髋关节杆件转动连接；所述髋关节驱动机构与髋关节杆件固定，并与转轴相连，用以驱动髋关节杆件与大腿杆件之间相对转动；所述髋关节驱动机构内设有编码器，用以检测髋关节驱动机构的转动角度；所述大腿杆件上设有第二连接件，第二连接件上设有绑带，用以将人体大腿与大腿杆件固定；两个大腿杆件内侧均设有第二拉压力传感器，第二拉压力传感器与第二连接件相连，用以检测人体大腿与大腿杆件之间的拉压力；所述小腿杆件上端通过第二转轴与大腿杆件下端转动连接；所述膝关节驱动机构与小腿杆件固定，且与第二转轴相连，用以驱动小腿杆件与大腿杆件相对转动；所述膝关节驱动机构内设有编码器，用以检测膝关节驱动机构的转动角度；所述小腿杆件上设有第三连接件，第三连接件上设有绑带，用以将人体小腿与小腿杆件固定；两个小腿杆件内侧均设有第三拉压力传感器，第三拉压力传感器与第三连接件相连，用以检测人体小腿与大腿杆件之间的拉压力；所述足部组件上端通过第三转轴与小腿杆件下端转动连接；所述足部组件上设有压力传感器，用以检测人体足部对足部组件的压力。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术应用更为智能化且具备更好的灵活性，在背部与大小腿处均设置有拉压力传感，膝关节与髋关节配备了角度/角速度传感，脚底板配有压力传感，多传感方式使得该外骨骼可适用于不同的应用需求与不同的控制方式。(2)本专利技术进行了模块化结构设计，除双下肢整体使用外，可对该外骨骼进行拆卸组装，进行单关节(膝关节/髋关节)使用或者单腿使用(偏瘫或者)等。(3)本专利技术在具有多功能特点，可适用于各类人群如需要提供日程生活助力的老年人，需提供增力辅助的繁重体力劳动从业者，需提供康复训练的偏瘫患者等。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人的总体结构示意图。图2为与穿戴者腰背部相固定的宽度可调节的腰髋部组件示意图。图3为具备驱动能力的髋关节组件示意图。图4为长度可调且具有拉压力传感的大腿组件示意图。图5为具备驱动能力的膝关节组件示意图。图6为长度可调且具有拉压力传感的小腿组件示意图。图7为具有足底压力传感的踝关节及脚部组件示意图。图8(a-c)为各关节活动范围图示意图。具体实施方式为了说明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1-7、图8(a-c)，本专利技术的一种多传感智能化可穿戴下肢康复外骨骼机器人，包括腰髋部组件1、髋关节驱动机构2、大腿杆件3、膝关节驱动机构4、小腿杆件5、足部组件6；所述腰髋部组件包括背板7、第一拉压力传感器10、髋部固定杆12、髋部调节杆14、髋关节杆件17；所述背板7固定在髋部固定杆12的上端；所述拉压力传感器10固定于背板7，受力端穿过背板孔与第一连接件8相连，实现拉压力检测；所述髋部固定杆12与髋部套筒14固连，髋部套筒14连接髋部调节杆14，实现髋部长度的调节，；两个髋部调节杆14另一端均连接有髋关节杆件17；第一连接件8上设有绑带，用以将第一连接件8与人体固定连接；背部转轴16与背部转孔15连接，进而与髋关节杆件17连接；所述大腿杆件3上端通过第一转轴24与髋关节杆件17转动连接；所述髋关节驱动机构2与髋关节杆件17固定，并与转轴相连，用以驱动髋关节杆件17与大腿杆件3之间相对转动；所述髋关节驱动机构2内设有编码器，用以检测髋关节驱动机构2的转动角度；所述大腿杆件3上设有第二连接件37，第二连接件37上设有绑带，用以将人体大腿与大腿杆件3固定；两个大腿杆件3内侧均设有第二拉压力传感器40，第二拉压力传感器40与固定片39固定，且受力端与第二连接件37相连，用以检测人体大腿与大腿杆件3之间的拉压力；所述小腿杆件5上端通过第二转轴44与大腿杆件3下端转动连接；所述膝关节驱动机构4与小腿杆件5固定，且与第二转轴44相连，用以驱动小腿杆件5绕与大腿杆件3相对转动；所述膝关节驱动机构4内设有编码器，用以检测膝关节驱动机构4的转动角度；所述小腿杆件5上设有第三连接件61，第三连接件61上设有绑带，用以将人体小腿与小腿杆件5固定；两个小腿杆件5内侧均设有第三拉压力传感器59，第三拉压力传感器5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多传感智能化可穿戴下肢康复外骨骼机器人，其特征在于，包括腰髋部组件(1)、髋关节驱动机构(2)、大腿杆件(3)、膝关节驱动机构(4)、小腿杆件(5)、足部组件(6)；/n所述腰髋部组件包括背板(7)、第一拉压力传感器(10)、髋部固定杆(12)、髋部调节杆(14)、髋关节杆件(17)；所述背板(7)固定在髋部固定杆(12)的上端；所述髋部固定杆(12)左右两端分别连接有髋部调节杆(14)；两个髋部调节杆(14)另一端均连接有髋关节杆件(17)；所述第一连接件(8)上设有绑带，与人体背部相固定，同时与第一拉压力传感的受力端相连；所述第一拉压力传感器(10)固定于背板(7)，且受力端与第一连接件(8)相连，用以检测人体背部与背板(7)之间的拉压力；/n所述大腿杆件(3)上端通过第一转轴(24)与髋关节杆件(17)转动连接；所述髋关节驱动机构(2)与髋关节杆件(17)固定，并与转轴相连，用以驱动髋关节杆件(17)与大腿杆件(3)之间相对转动；所述髋关节驱动机构(2)内设有编码器，用以检测髋关节驱动机构(2)的转动角度；所述大腿杆件(3)上设有第二连接件(37)，第二连接件(37)上设有绑带，用以将人体大腿与大腿杆件(3)固定；两个大腿杆件(3)内侧均设有第二拉压力传感器(40)，第二拉压力传感器(40)的受力端穿过第一固定板(39)与第二连接件(37)相连，用以检测人体大腿与大腿杆件(3)之间的拉压力；/n所述小腿杆件(5)上端通过第二转轴(44)与大腿杆件(3)下端转动连接；所述膝关节驱动机构(4)与小腿杆件(5)固定，且与第二转轴(44)相连，用以驱动小腿杆件(5)绕与大腿杆件(3)相对转动；所述膝关节驱动机构(4)内设有编码器，用以检测膝关节驱动机构(4)的转动角度；所述小腿杆件(5)上设有第三连接件(61)，第三连接件(61)上设有绑带，用以将人体小腿与小腿杆件(5)固定；两个小腿杆件(5)内侧均设有第三拉压力传感器(59)，第三拉压力传感器(59)的受力端与第三连接件(61)相连，用以检测人体小腿与小腿杆件(5)之间的拉压力；/n所述足部组件(6)上端通过第三转轴(67)与小腿杆件(5)下端转动连接；所述足部组件(6)上设有压力传感器，用以检测人体足部对足部组件(6)的压力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多传感智能化可穿戴下肢康复外骨骼机器人，其特征在于，包括腰髋部组件(1)、髋关节驱动机构(2)、大腿杆件(3)、膝关节驱动机构(4)、小腿杆件(5)、足部组件(6)；
所述腰髋部组件包括背板(7)、第一拉压力传感器(10)、髋部固定杆(12)、髋部调节杆(14)、髋关节杆件(17)；所述背板(7)固定在髋部固定杆(12)的上端；所述髋部固定杆(12)左右两端分别连接有髋部调节杆(14)；两个髋部调节杆(14)另一端均连接有髋关节杆件(17)；所述第一连接件(8)上设有绑带，与人体背部相固定，同时与第一拉压力传感的受力端相连；所述第一拉压力传感器(10)固定于背板(7)，且受力端与第一连接件(8)相连，用以检测人体背部与背板(7)之间的拉压力；
所述大腿杆件(3)上端通过第一转轴(24)与髋关节杆件(17)转动连接；所述髋关节驱动机构(2)与髋关节杆件(17)固定，并与转轴相连，用以驱动髋关节杆件(17)与大腿杆件(3)之间相对转动；所述髋关节驱动机构(2)内设有编码器，用以检测髋关节驱动机构(2)的转动角度；所述大腿杆件(3)上设有第二连接件(37)，第二连接件(37)上设有绑带，用以将人体大腿与大腿杆件(3)固定；两个大腿杆件(3)内侧均设有第二拉压力传感器(40)，第二拉压力传感器(40)的受力端穿过第一固定板(39)与第二连接件(37)相连，用以检测人体大腿与大腿杆件(3)之间的拉压力；
所述小腿杆件(5)上端通过第二转轴(44)与大腿杆件(3)下端转动连接；所述膝关节驱动机构(4)与小腿杆件(5)固定，且与第二转轴(44)相连，用以驱动小腿杆件(5)绕与大腿杆件(3)相对转动；所述膝关节驱动机构(4)内设有编码器，用以检测膝关节驱动机构(4)的转动角度；所述小腿杆件(5)上设有第三连接件(61)，第三连接件(61)上设有绑带，用以将人体小腿与小腿杆件(5)固定；两个小腿杆件(5)内侧均设有第三拉压力传感器(59)，第三拉压力传感器(59)的受力端与第三连接件(61)相连，用以检测人体小腿与小腿杆件(5)之间的拉压力；
所述足部组件(6)上端通过第三转轴(67)与小腿杆件(5)下端转动连接；所述足部组件(6)上设有压力传感器，用以检测人体足部对足部组件(6)的压力。


2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，在支撑状态下，所述第一拉压力传感器(10)反馈拉压力F背部；若拉压力值F背部＞0，髋关节驱动机构(2)带动腰髋部组件向贴近人体背部方向转动；若拉压力值F背部＜0，髋关节驱动机构(2)带动腰髋部组件向远离人体背部转动。


3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，在支撑状态，对于康复训练，所述第二拉压力传感器反馈的拉压力F大腿；若拉压力值F大腿＞0，膝关节驱动机构(4)带动大腿杆件(3)向前转动；若拉压力值F大腿＜0，膝关节驱动机构(4)带动大腿杆件(3)向后运动。


4.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，在支撑状态，对于行走增力辅助，根据膝关节处编码器和髋关节处编码器获得此时这两个关节的角度/角速度；膝关节驱动机构(4)转动带动大腿杆件(3)转动，使第二拉压力传感器(40)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩平，韩帅帅，田杨，徐辉，郭一达，王宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32