基于绳索传动的下肢康复外骨骼制造技术

本发明专利技术公开了一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼，包括：背包装置、腰部固定装置、左驱动机构和右驱动机构；左驱动机构和右驱动机构结构相同，均包括与腰部固定装置连接的髋关节驱动机构、与髋关节驱动机构下端连接的膝关节驱动机构、与膝关节驱动机构的下端连接的踝关节驱动机构以及连接在所述踝关节驱动机构下端的足底支撑机构。本发明专利技术的单腿具有6个自由度：髋关节驱动机构2个自由度、膝关节驱动机构2个自由度、踝关节驱动机构2个自由度，整体装置能实现12个自由度；本发明专利技术的各关节结构与人体关节运动形式耦合，每个关节通过背部的驱动电机组件驱动，采用绳索传动的方式驱动，驱动设备可远关节而设置在背部，能减轻节处的重量。

【技术实现步骤摘要】
基于绳索传动的下肢康复外骨骼
本专利技术涉及康复机器人领域，特别涉及一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼。
技术介绍
外骨骼机器人是一种具备运动支撑防护功能的可穿戴式设备，具有广泛应用。在医疗领域，康复外骨骼机器人能够有效地辅助残疾人进行上肢下肢的康复训练，大大减轻医疗人员的工作压力。目前外骨骼机器人的部分关节的结构不符合人体工学，不仅造成人机运动不协调，还会造成关节的压力，从而可能损伤关节。例如，对于膝关节，研究表明，人体膝关节运动复杂，当膝关节做屈伸运动时，并不是简单的单自由度的转动，股骨会在胫骨上转动并滑动，而目前下肢外骨骼的膝关节的结构普遍至具有单自由度的转动，不符合人体工学，不仅造成人机运动不协调，还会造成关节的压力，从而可能损伤关节。另外，目前主动式外骨骼的驱动机构普遍都设置在关节处，会造成下肢的重量增大，关节运动惯性增大。所以，现在需要一种更可靠的方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼，包括：背包装置、腰部固定装置以及对称连接在所述腰部固定装置左右两侧的左驱动机构和右驱动机构；所述左驱动机构和右驱动机构结构相同，均包括与所述腰部固定装置连接的髋关节驱动机构、与所述髋关节驱动机构下端连接的膝关节驱动机构、与所述膝关节驱动机构的下端连接的踝关节驱动机构以及连接在所述踝关节驱动机构下端的足底支撑机构；r>所述背包装置内设置有若干个驱动电机组件，每个所述髋关节驱动机构、膝关节驱动机构和踝关节驱动机构各自通过绳索驱动连接有至少一个驱动电机组件；所述髋关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第一被动储能组件实现的内收/外摆自由度；所述膝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现矢状面的自适应两个自由度；所述踝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第二被动储能组件实现的内翻/外翻自由度。优选的是，所述腰部固定装置包括固定板、连接在所述固定板上的腰部绑带以及设置在所述固定板内侧的靠背。优选的是，所述髋关节驱动机构通过第一被动储能组件与所述固定板可转动连接，所述第一被动储能组件包括固接在所述固定板上的髋关节上连接板、固接在所述髋关节上连接板上的两轴承座、可沿人体髋关节的内收/外摆方向转动设置在所述两轴承座上的髋关节转轴、与所述髋关节转轴固接的连接件以及上端与所述髋关节上连接板固接且下端与所述连接件固接的板簧；所述连接件随髋关节进行内收/外摆运动时，所述板簧会因产生变形而储存能量。优选的是，所述髋关节驱动机构包括可转动设置在所述连接件下端的髋关节驱动轮、与所述髋关节驱动轮固接的髋关节下连接板以及连接在所述髋关节下连接板上的用于固定套设在大腿上的髋关节绑带；所述髋关节驱动轮通过第一绳索与至少一个所述驱动电机组件驱动连接。优选的是，所述膝关节驱动机构包括通过所述大腿连杆与所述髋关节下连接板连接的膝关节上连接板、连接于所述膝关节上连接板下端的上安装板、可转动连接在所述上安装板上的膝关节驱动轮、第一端与所述上安装板可转动连接的第一连杆、可转动连接在所述第一连杆的第二端的第一从动轮、第一端与所述第一从动轮固连的第二连杆、可转动连接在所述第二连杆的第二端的第二从动轮、固接在所述第二从动轮上的下安装板以及连接在所述下安装板下端的膝关节下连接板；所述膝关节驱动轮通过第二绳索与至少一个所述驱动电机组件驱动连接，所述膝关节驱动轮、第一从动轮、第二从动轮之间通过传动绳索依次驱动连接；所述膝关节上连接板上连接有用于固定在大腿上的膝关节大腿绑带，所述膝关节下连接板上连接有用于固定在小腿上的膝关节小腿绑带。优选的是，所述上安装板上固接有第一连接轴，所述膝关节驱动轮通过第一轴承可转动连接在所述第一连接轴上；所述第一连接轴内部具有的轴孔中通过第二轴承可转动插设有第二连接轴，所述第二连接轴的另一端与所述第一连杆的第一端固接；所述第一连杆的第二端固接有第三连接轴，所述第一从动轮通过第三轴承可转动连接在所述第三连接轴上；所述第二连杆的第一端与所述第一从动轮固接，所述第二连杆的第二端固接有第四连接轴；所述第二从动轮通过第四轴承可转动连接在所述第四连接轴上，所述下安装板固接在所述第二从动轮上。优选的是，所述踝关节驱动机构包括通过小腿连杆与所述膝关节下连接板连接的踝关节上连接板、可转动连接在所述踝关节上连接板上的踝关节驱动轮以及与所述踝关节驱动轮固接的踝关节下连接板；所述踝关节下连接板上连接有踝关节小腿绑带；所述踝关节驱动轮通过第三绳索与至少一个所述驱动电机组件驱动连接。优选的是，所述足底支撑机构通过所述第二被动储能组件与所述踝关节下连接板可转动连接，所述足底支撑机构包括鞋底板、设置在所述鞋底板上的足部绑带以及连接在所述鞋底板上的用于与所述第二被动储能组件连接的支撑柱。优选的是，所述第二被动储能组件包括第一端均与所述踝关节下连接板可转动连接的第一上转动连接杆和第二上转动连接杆、两端分别与所述第一上转动连接杆和第二上转动连接杆可转动连接的第一中间转动连接杆、至少一个两端分别与所述第一上转动连接杆和第二上转动连接杆可转动连接的第一储能弹块、第一端与所述第一上转动连接杆的第二端可转动连接的第一下转动连接杆、第一端与所述第二上转动连接杆的第二端可转动连接的第二下转动连接杆、两端分别与所述第一下转动连接杆和第二下转动连接杆可转动连接的第二中间转动连接杆以及至少一个两端分别与所述第一下转动连接杆和第二下转动连接杆可转动连接的第二储能弹块；所述第一下转动连接杆和第二下转动连接杆的第二端均与所述支撑柱可转动连接。优选的是，所述驱动电机组件包括电机、与所述电机的输出端驱动连接的减速器以及与所述减速器的输出端驱动连接的电机驱动轮；所述驱动电机组件包括6个，分别为通过所述第一绳索与2个所述髋关节驱动轮驱动连接的第一驱动电机组件和第二驱动电机组件、通过所述第二绳索与2个所述膝关节驱动轮驱动连接的第三驱动电机组件和第四驱动电机组件、通过所述第三绳索与2个所述踝关节驱动轮驱动连接的第五驱动电机组件和第六驱动电机组件。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其单腿具有6个自由度：髋关节驱动机构2个自由度、膝关节驱动机构2个自由度、踝关节驱动机构2个自由度，整体装置能实现12个自由度；本专利技术的各关节结构与人体关节运动形式耦合，每个关节通过背部的驱动电机组件驱动，采用绳索传动的方式驱动，驱动设备可远关节而设置在背部，能减轻节处的重量；本专利技术中，膝关节欠驱动机构具有两个矢状面的自由度，能自适应膝关节的运动特性，不会造成关节压力；本专利技术的装置可辅助因下肢关节、肌肉组织损伤或骨骼疾病引起的下肢功能障碍或功能受限的患者在家即可进行平地行走以及上下楼梯等康复训练；可减轻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其特征在于，包括：背包装置、腰部固定装置以及对称连接在所述腰部固定装置左右两侧的左驱动机构和右驱动机构；/n所述左驱动机构和右驱动机构结构相同，均包括与所述腰部固定装置连接的髋关节驱动机构、与所述髋关节驱动机构下端连接的膝关节驱动机构、与所述膝关节驱动机构的下端连接的踝关节驱动机构以及连接在所述踝关节驱动机构下端的足底支撑机构；/n所述背包装置内设置有若干个驱动电机组件，每个所述髋关节驱动机构、膝关节驱动机构和踝关节驱动机构各自通过绳索驱动连接有至少一个驱动电机组件；/n所述髋关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第一被动储能组件实现的内收/外摆自由度；/n所述膝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和向膝关节方向或远离膝关节方向的移动自由度；/n所述踝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第二被动储能组件实现的内翻/外翻自由度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其特征在于，包括：背包装置、腰部固定装置以及对称连接在所述腰部固定装置左右两侧的左驱动机构和右驱动机构；
所述左驱动机构和右驱动机构结构相同，均包括与所述腰部固定装置连接的髋关节驱动机构、与所述髋关节驱动机构下端连接的膝关节驱动机构、与所述膝关节驱动机构的下端连接的踝关节驱动机构以及连接在所述踝关节驱动机构下端的足底支撑机构；
所述背包装置内设置有若干个驱动电机组件，每个所述髋关节驱动机构、膝关节驱动机构和踝关节驱动机构各自通过绳索驱动连接有至少一个驱动电机组件；
所述髋关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第一被动储能组件实现的内收/外摆自由度；
所述膝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和向膝关节方向或远离膝关节方向的移动自由度；
所述踝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第二被动储能组件实现的内翻/外翻自由度。


2.根据权利要求1所述的基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其特征在于，所述腰部固定装置包括固定板、连接在所述固定板上的腰部绑带以及设置在所述固定板内侧的靠背。


3.根据权利要求2所述的基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其特征在于，所述髋关节驱动机构通过第一被动储能组件与所述固定板可转动连接，所述第一被动储能组件包括固接在所述固定板上的髋关节上连接板、固接在所述髋关节上连接板上的两轴承座、可沿人体髋关节的内收/外摆方向转动设置在所述两轴承座上的髋关节转轴、与所述髋关节转轴固接的连接件以及上端与所述髋关节上连接板固接且下端与所述连接件固接的板簧；
所述连接件随髋关节进行内收/外摆运动时，所述板簧会因产生变形而储存能量。


4.根据权利要求3所述的基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其特征在于，所述髋关节驱动机构包括可转动设置在所述连接件下端的髋关节驱动轮、与所述髋关节驱动轮固接的髋关节下连接板以及连接在所述髋关节下连接板上的用于固定套设在大腿上的髋关节绑带；
所述髋关节驱动轮通过第一绳索与至少一个所述驱动电机组件驱动连接。


5.根据权利要求4所述的基于绳索传动的下肢康复外骨骼，其特征在于，所述膝关节驱动机构包括通过所述大腿连杆与所述髋关节下连接板连接的膝关节上连接板、连接于所述膝关节上连接板下端的上安装板、可转动连接在所述上安装板上的膝关节驱动轮、第一端与所述上安装板可转动连接的第一连杆、可转动连接在所述第一连杆的第二端的第一从动轮、第一端与所述第一从动轮固连的第二连杆、可转动连接在所述第二连杆的第二端的第二从动轮、固接在所述第二从动轮上的下安装板以及连接在所述下安装板下端的膝关节下连接板；
所述膝关节驱动轮通过第二绳索与至少一个所述驱动电机组件驱动连接，所述膝关节驱动轮、第一从动轮、第二从动轮之间通过传动绳索依次驱动连接；
所述膝关节上连接板上连接有用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锟，刘斌，杨洪波，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32