一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构制造技术

本发明专利技术涉及一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，该下肢康复外骨骼机构包括：髋关节支撑组件、左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统；所述左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统中的任一包括：引入柔性关节的髋关节驱动装置、髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件、引入柔性关节的膝关节驱动装置以及小腿伸缩组件；柔性关节的引入使该下肢康复外骨骼机构具有柔弹性，髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件以及小腿伸缩组件能根据不同患者的身形尺寸进行调节；同时，在引入柔性关节的髋关节驱动装置和膝关节驱动装置的相互配合下，能辅助人体下肢实现相应的运动。通过上述方式，本发明专利技术能够支撑人体的下肢并为腿部摆动伸屈提供动力，且整体结构具有柔顺性和通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构
本专利技术涉及一种下肢康复外骨骼机构，具体说，涉及一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构。
技术介绍
含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，通过引入具有柔性的部件以提升康复训练过程中人机交互的舒适性和运动的柔顺性，相比于传统的人工康复训练，极大程度上降低了人工的工作强度，拥有更大的需求。随着时代和科学技术的进步，下肢康复外骨骼机构在医疗康复、民用、军队等领域的应用将愈加广泛。目前，下肢康复机器人的种类繁多，相互间具有很大差异性，但从关节驱动装置类型上可分为刚性关节驱动和柔性关节驱动，两者相比较来看，现有技术中刚性关节驱动的下肢外骨骼机构主要是为人体关节提供运动助力，但存在因刚度大而导致训练过程生硬的问题，人体在主动或被动康复中容易因缺少缓冲而造成二次损伤，缺乏良好的穿戴舒适性和安全性。同时，当人体在刚性康复外骨骼机构辅助下进行下肢伸屈运动时，只有人体关节自身产生柔性活动范围，这降低了机构灵活性且容易造成不适感和疲劳感，缺乏康复训练的耐力性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，以解决上述问题。本专利技术的实施例提供了一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，其特征在于，该下肢康复外骨骼机构包括髋关节支撑组件、左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统；所述左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统中的任一包括：引入柔性关节的髋关节驱动装置、髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件、引入柔性关节的膝关节驱动装置以及小腿伸缩组件；柔性关节包括第一柔性关节和第二柔性关节，关节驱动装置通过引入柔性关节、使该下肢康复外骨骼机构具有柔弹性，髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件以及小腿伸缩组件能根据不同患者的身形尺寸进行调节，髋关节支撑组件、髋关节被动转动组件、引入柔性关节的髋关节驱动装置以及大腿伸缩组件相互配合以支撑人体的髋部和大腿运动，小腿伸缩组件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件以辅助人体小腿运动。进一步地，所述髋关节被动转动组件连接于髋关节支撑组件远离中心轴线的一侧，引入柔性关节的髋关节驱动装置设置在髋关节被动转动组件上，髋关节支撑组件、髋关节被动转动组件以及引入柔性关节的髋关节驱动装置相互配合，用以对人体的髋部进行支撑并辅助人体直立，引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件远离髋关节的一端，小腿伸缩组件设置在膝关节驱动装置上，大腿伸缩组件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置带动小腿伸缩组件以辅助人体小腿运动。进一步地，所述髋关节支撑组件包括：髋关节被动滑动副、髋关节绑缚件、腰部连接件以及背板固定件，髋关节被动滑动副连接于腰部连接件，可根据患者身形尺寸的不同进行调节，髋关节支撑组件通过髋关节绑缚件绑缚于人体的腰部，腰部连接件与背板固定件连接以支撑腰部。进一步地，所述髋关节被动转动组件包括：髋关节支撑件以及髋关节被动转动副，髋关节支撑件连接于髋关节被动转动副，髋关节被动转动副安装在髋关节被动滑动副远离腰部的一端，髋关节支撑件开设有第一轴承支撑孔，髋关节支撑件下端和大腿伸缩组件上端通过所述引入柔性关节的髋关节驱动装置连接。进一步地，所述大腿伸缩组件包括：大腿支撑杆、大腿带孔空心杆、大腿伸缩节连接件、大腿卡紧头、大腿关节连接件、膝关节大腿连接件以及大腿绑缚件；大腿带孔空心杆的上端连接于大腿关节连接件，大腿带孔空心杆的下端与大腿支撑杆的上端通过大腿伸缩节连接件连接，由大腿卡紧头实现固定，大腿支撑杆的下端连接于膝关节大腿连接件，大腿绑缚件设置于大腿伸缩节连接件上以连接人体大腿。进一步地，所述小腿伸缩组件包括：小腿支撑杆、小腿带孔空心杆、小腿伸缩节连接件、大腿卡紧头、小腿关节连接件以及小腿绑缚件；小腿带孔空心杆的上端连接于小腿关节连接件，小腿带孔空心杆的下端与小腿支撑杆的上端通过小腿伸缩节连接件连接，由小腿卡紧头实现固定，小腿绑缚件设置于小腿伸缩节连接件上以连接人体小腿；大腿关节连接件和小腿关节连接件分别开设有第一转轴安装孔和第二转轴安装孔，膝关节大腿连接件开设有第三轴承支撑孔，大腿关节连接件通过引入柔性关节的髋关节驱动装置连接于髋关节被动转动组件，小腿关节连接件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件。进一步地，所述引入柔性关节的髋关节驱动装置包括：第一滚动轴承、髋部传动轴、髋部套筒、第二滚动轴承、髋部电机关节连接框、髋部轴端挡板、髋部电机固定框、第一柔性关节、髋部扭矩传感器以及髋部盘式电机；引入柔性关节的膝关节驱动装置包括：第三滚动轴承、膝部传动轴、膝部套筒、第四滚动轴承、膝部电机关节连接框、膝部轴端挡板、膝部电机固定框、第二柔性关节、膝部扭矩传感器以及膝部盘式电机；引入柔性关节的膝关节驱动装置和膝关节驱动装置分别通过髋部电机关节连接框和膝部电机关节连接框连接于髋关节支撑件和膝关节大腿连接件。进一步地，所述第一柔性关节包括：髋部主动轮、髋部从动轮、髋部扭簧、髋部第一螺钉以及髋部第二螺钉，髋部主动轮开设有髋部凹槽以及髋部圆弧通孔，髋部从动轮开设有髋部从动轮安装孔、髋部紧定孔以及髋部第一螺纹孔，髋部主动轮一侧与传感器固定连接，髋部扭簧卡设于髋部凹槽内，髋部第一螺钉穿过髋部圆弧通孔和髋部扭簧固定于髋部第一螺纹孔，髋部第二螺钉通过髋部紧定孔将髋部从动轮固定于髋部传动轴远离髋关节的一侧；所述第二柔性关节包括：膝部主动轮、膝部从动轮、膝部扭簧、膝部第一螺钉以及膝部第二螺钉；膝部主动轮开设有膝部凹槽以及膝部圆弧通孔，膝部从动轮开设有膝部从动轮安装孔、膝部紧定孔以及膝部第一螺纹孔，膝部主动轮一侧与传感器固定连接，膝部扭簧卡设在膝部凹槽内，膝部第一螺钉通过膝部圆弧通孔和膝部扭簧固定于膝部第一螺纹孔，膝部第二螺钉通过膝部紧定孔将膝部从动轮固定于膝部传动轴远离膝关节的一侧。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：通过在下肢康复外骨骼机构的关节驱动装置处引入柔性关节，使人机交互由刚性连接驱动转化为柔性连接驱动，在康复训练过程中为髋关节和膝关节的转动提供缓冲，形成刚柔混合的驱动系统，便可在人体下肢与外骨骼机构之间增加运动的柔顺性。同时，由于髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件以及小腿伸缩组件能根据不同患者的身形尺寸进行调节，提高该机构的通用性，髋关节支撑组件、大腿伸缩组件和小腿伸缩组件通过绑缚件相互配合，辅助支撑人体的下肢，可以很大程度上降低患者的负载和附加的约束，解决了现有技术中下肢外骨骼缺乏舒适性的问题。附图说明图1是本专利技术一种含柔性关节下肢康复外骨骼机构的结构示意图；图2是图1所述实施例的髋关节支撑组件的轴测视图；图3是图1所述实施例的髋关节被动转动组件的结构示意图；图4是图1所述实施例的髋关节驱动装置的爆炸视图；图5是图1所述实施例的第一柔性关节的爆炸视图；图6是图1所述实施例的大腿伸缩组件的轴测视图；图7是图1所述实施例的膝关节驱动装置的爆炸视图；图8是图1所述实施例的小腿伸缩组件的轴测视图。图9是图1所述实施例的髋部传动轴的剖面图；图10是图1所述实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，其特征在于，该下肢康复外骨骼机构包括：髋关节支撑组件、左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统；所述左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统中的任一包括：引入柔性关节的髋关节驱动装置、髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件、引入柔性关节的膝关节驱动装置以及小腿伸缩组件；柔性关节包括第一柔性关节和第二柔性关节；/n所述髋关节支撑组件、髋关节被动转动组件和引入柔性关节的髋关节驱动装置相互配合，用以对人体的髋部进行支撑并辅助人体直立，大腿伸缩组件通过引入柔性关节的髋关节驱动装置连接于髋关节被动转动组件以支撑大腿运动，小腿伸缩组件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件以辅助人体小腿运动；/n所述髋关节支撑组件包括：髋关节被动滑动副、髋关节绑缚件、腰部连接件以及背板固定件；髋关节被动滑动副采用导轨和滑块结构连接于腰部连接件，髋关节绑缚件可将髋关节支撑组件绑缚于人体的腰部，腰部连接件可用于连接及支撑腰部；/n所述髋关节被动转动组件包括：髋关节被动转动副以及设置在髋关节被动转动副上的髋关节支撑件；髋关节被动转动副安装在髋关节被动滑动副远离腰部的一端，髋关节支撑件开设有第一轴承支撑孔，髋关节支撑件下端和大腿伸缩组件上端通过所述引入柔性关节的髋关节驱动装置连接；/n所述大腿伸缩组件包括：大腿支撑杆、大腿带孔空心杆、大腿伸缩节连接件、大腿卡紧头、大腿关节连接件、膝关节大腿连接件以及大腿绑缚件，大腿关节连接件开设有第一转轴安装孔，膝关节大腿连接件开设有第三轴承支撑孔，大腿关节连接件通过所述引入柔性关节的髋关节驱动装置连接于髋关节被动转动组件；/n所述小腿伸缩组件包括：小腿支撑杆、小腿带孔空心杆、小腿伸缩节连接件、小腿卡紧头、小腿关节连接件以及小腿绑缚件，小腿关节连接件开设有第二转轴安装孔，小腿关节连接件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，其特征在于，该下肢康复外骨骼机构包括：髋关节支撑组件、左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统；所述左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统中的任一包括：引入柔性关节的髋关节驱动装置、髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件、引入柔性关节的膝关节驱动装置以及小腿伸缩组件；柔性关节包括第一柔性关节和第二柔性关节；
所述髋关节支撑组件、髋关节被动转动组件和引入柔性关节的髋关节驱动装置相互配合，用以对人体的髋部进行支撑并辅助人体直立，大腿伸缩组件通过引入柔性关节的髋关节驱动装置连接于髋关节被动转动组件以支撑大腿运动，小腿伸缩组件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件以辅助人体小腿运动；
所述髋关节支撑组件包括：髋关节被动滑动副、髋关节绑缚件、腰部连接件以及背板固定件；髋关节被动滑动副采用导轨和滑块结构连接于腰部连接件，髋关节绑缚件可将髋关节支撑组件绑缚于人体的腰部，腰部连接件可用于连接及支撑腰部；
所述髋关节被动转动组件包括：髋关节被动转动副以及设置在髋关节被动转动副上的髋关节支撑件；髋关节被动转动副安装在髋关节被动滑动副远离腰部的一端，髋关节支撑件开设有第一轴承支撑孔，髋关节支撑件下端和大腿伸缩组件上端通过所述引入柔性关节的髋关节驱动装置连接；
所述大腿伸缩组件包括：大腿支撑杆、大腿带孔空心杆、大腿伸缩节连接件、大腿卡紧头、大腿关节连接件、膝关节大腿连接件以及大腿绑缚件，大腿关节连接件开设有第一转轴安装孔，膝关节大腿连接件开设有第三轴承支撑孔，大腿关节连接件通过所述引入柔性关节的髋关节驱动装置连接于髋关节被动转动组件；
所述小腿伸缩组件包括：小腿支撑杆、小腿带孔空心杆、小腿伸缩节连接件、小腿卡紧头、小腿关节连接件以及小腿绑缚件，小腿关节连接件开设有第二转轴安装孔，小腿关节连接件通过引入柔性关节的膝关节驱动装置连接于大腿伸缩组件。


2.根据权利要求1所述的一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，其特征在于，所述引入柔性关节的髋关节驱动装置包括：第一滚动轴承、髋部传动轴、髋部套筒、第二滚动轴承、髋部电机关节连接框、髋部轴端挡板、髋部电机固定框、第一柔性关节、髋部扭矩传感器以及髋部盘式电机；引入柔性关节的膝关节驱动装置包括：第三滚动轴承、膝部传动轴、膝部套筒、第四滚动轴承、膝部电机关节连接框、膝部轴端挡板、膝部电机固定框、第二柔性关节、膝部扭矩传感器以及膝部盘式电机；引入柔性关节的髋关节驱动装置和膝关节驱动装置分别通过髋部电机关节连接框和膝部电机关节连接框连接于髋关节支撑件和膝关节大腿连接件；
所述第一柔性关节包括：髋部主动轮、髋部从动轮、髋部扭簧、髋部第一螺钉以及髋部第二螺钉；髋部主动轮开设有髋部凹槽以及髋部圆弧通孔，髋部从动轮开设有髋部从动轮安装孔、髋部紧定孔以及髋部第一螺纹孔，髋部主动轮一侧与传感器固定连接，髋部扭簧卡设在髋部凹槽内，髋部第一螺钉通过髋部圆弧通孔和髋部扭簧固定于髋部第一螺纹孔；所述第二柔性关节包括：膝部主动轮、膝部从动轮、膝部扭簧、膝部第一螺钉以及膝部第二螺钉；膝部主动轮开设有膝部凹槽以及膝部圆弧通孔，膝部从动轮开设有膝部从动轮安装孔、膝部紧定...

【专利技术属性】
技术研发人员：董明杰，袁建平，李剑锋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11