一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼及控制方法技术

本发明专利技术为一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼及控制方法。包括对称设置在中间背板机构外侧的的两组外骨骼机构，每组外骨骼机构均包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿机构和踝关节机构；背板机构中的髋板上安装有轮腿切换机构和髋—轮驱动装置，轮腿切换机构上安装有轮—腿支撑结构，轮—腿支撑结构上安装有主动轮结构，主动轮结构通过软轴与髋—轮驱动装置连接。本发明专利技术能够实现外骨骼运动和轮式运动两种状态；能够在帮助患者直立恢复的同时为患者提供轮椅式的助行；模式切换简单易操作、适合患者使用；实现了结构和驱动部分的共用，减轻了整体装置的质量，提高了外骨骼在直立行走模式下的稳定性，可用于患者的康复训练和日常助行。常助行。常助行。

【技术实现步骤摘要】
一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼及控制方法


[0001]本专利技术属于医疗康复机器人领域，具体涉及一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼及控制方法。

技术介绍

[0002]随着人类社会科学技术的进步，外骨骼系统作为一种能穿戴者增强物理能力的一种机电可穿戴设备已经逐渐应用于医疗领域，下肢外骨骼机器人主要以辅助残疾人和老年人行走、帮助暂时丧失运动能力的患者进行人体机能恢复训练为主要目标。但是，现有的下肢康复外骨骼大多只能实现针对患者的步态康复训练，并不适用于患者及老年人的日常代步助行。因此,能够同时满足步态康复训练和轮式代步的轮腿两用康复外骨骼机器人成为研究热点。
[0003]在医疗康复下肢外骨骼的设计中，由于医疗康复和生活助行的不兼容，在实际的使用中带来了一系列的问题：
[0004](1)现有的双足自主移动型康复外骨骼在结构上大多数具有髋、膝两个主动自由度，以及踝关节一个被动自由度，在康复训练中，动态稳定性控制一直是一个难题，现有的成熟的康复产品均借助外部的支撑去维持康复过程中的动态稳定。
[0005](2)现有的下肢康复外骨骼的穿戴、携带都比较麻烦，功能性也有限，这对残疾患者的生活带来巨大的不便。
[0006](3)现有的下肢康复外骨骼在实际使用中也无法长时间穿戴，不适用于日常代步助行，即康复训练和生活助行需要不同的设备
[0007](4)现有的轮腿两用康复训练外骨骼虽然在对患者进行康复训练的同时可以作为轮椅帮助患者正常生活，但很多此类康复系统都具有庞大且沉重的结构，使得患者的运动范围很小，大大限制了患者的运动自由性。
[0008]在申请号为CN 108309593 A的中国专利申请中，公开了一种轮足同构变形式轮椅外骨骼机器人，解决了现有轮足式医疗康复下肢外骨骼机器人在轮椅移动模式结构和外骨骼康复训练模式结构的变形过程中的机构冗余问题及便携程度低的问题。其缺点在于：首先，整个轮足外骨骼有6个驱动电机，导致整个驱动系统的质量大，成本高；其次，整个轮足系统的后轮的支撑结构在变形成康复训练模式时，依旧作为“负载”穿戴在患者的下肢，下肢结构质量大，不利于患者康复。
[0009]在申请号为201510574365.X的中国专利申请中，公开了一种具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，该外骨骼虽然能够实现轮式移动助行的功能，但是也有明显的缺点，整个结构更适用在轮式移动模式，在直立的助行模式中，轮式模式的结构成为冗余结构。
[0010]在申请号为201910526296.3的中国专利申请中，公开了一种下肢外骨骼轮式康复机器人及其使用方法，该机器人可以帮助下肢残疾或行走障碍的患者进行自主站立和室内外代步，但是也有明显的缺点：首先，整个站立机构和直立机构是完全独立的，患者始终处于直立的状态下；其次：使用者在移动时只能选择轮式运动，且只能在平整路面；另外,该外
骨骼用于蹲起的康复训练，不能够进行步态训练。
[0011]在申请号为201910582953.6的中国专利申请中，公开了一种可轮腿两用的下肢外骨骼，该轮腿外骨骼的传动设计能够实现外骨骼运动和轮式运动两种
[0012]状态，但是也有明显的缺点：首先，整个轮式运动的结构采用了变形轮，整体的质量大，不利于穿戴和助行；其次，整个外骨骼系统的冗余结构过多，没有实现结构的共用，另外，该轮足外骨骼主要用于对健康穿戴者的助行，不适用于医疗康复。
[0013]基于此，需要针对下肢需要做康复训练患者提供一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼进行康复训练和代步助行。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于提供一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼及其控制方法，能够解决偏瘫患者训练康复过程中动态稳定性的问题；解决轮腿两用的下肢康复外骨骼系统质量大，使用受限的问题。
[0015]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼，包括背板机构，轮
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腿支撑机构和左右对称设置的髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿机构、踝关节机构、轮腿切换机构、髋
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轮驱动装置、主动轮机构和软轴；
[0016]背板机构包括靠背，两个髋板和中心板，髋板呈L型，髋板一端和中心板连接，另一端安装髋关节机构，髋关节机构依次连接大腿机构、膝关节机构、小腿机构和踝关节机构；轮
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腿支撑机构通过轮腿切换机构可拆卸的和背板机构连接，两个髋
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轮驱动装置分别安装在髋板一侧，髋
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轮驱动装置分别通过套索和软轴(9)驱动髋关节机构或主动轮机构作动。
[0017]进一步的，背板与中心板通过螺钉连接，髋板安装在中心板的连接槽中，且髋板通过在中心板的安装槽内的相对移动调节髋距。
[0018]进一步的，髋关节机构包括端盖、转动板I、轴承Ⅰ、锁止螺栓、压缩弹簧、垫片、髋外展连接件、转动板II、轴承Ⅱ、套索从动盘I、套索、套索从动盘II和锁止螺母；
[0019]转动板I和转动板II分别通过轴承Ⅰ和轴承Ⅱ连接于髋板的轴两侧；髋外展连接件通过螺钉连接在转动板I和转动板II之间；端盖与转动板I通过螺钉连接；套索通过设置在套索从动盘I和套索从动盘II上的安装孔安装在套索从动盘I和套索从动盘II之间；套索从动盘I和套索从动盘II之间通过螺钉连接；锁止螺栓依次设有螺纹段、圆柱段和多边形段，锁止螺栓穿过压缩弹簧和垫片后依次穿过髋板、转动板II、轴承Ⅱ、套索从动盘I、套索从动盘II与锁止螺母螺纹连接。
[0020]进一步的，髋
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轮驱动装置通过安装板和髋板位于中心板同侧的一侧螺纹连接，髋
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轮驱动装置包括电机外壳、法兰板、髋关节电机、行星轮、太阳轮、齿圈、套索安装板、轴承、行星架、行星机构外壳和锁止套筒；
[0021]髋关节电机通过螺钉固定在电机外壳内；法兰板与电机外壳通过螺钉连接；3个行星轮和太阳轮齿合于齿圈内；行星架通过行星轮中心设置的安装孔与行星轮间隙连接；两套索安装板通过齿圈外缘设置的安装孔与齿圈螺钉连接；套索的主动端通过齿圈外缘设计的安装槽并固定在两套索安装板之间；轴承穿过行星架安装在行星机构外壳的安装孔内；行星机构外壳与法兰板螺钉连接；锁止套筒内设计有两阶的六角形孔，分别与行星架输出端和行星机构外壳轴端套接。
[0022]进一步的，轮腿切换机构包括蜗轮蜗杆机构、爪型压板、U型夹块I和U型夹块II；
[0023]蜗轮蜗杆机构的输出轴与U型夹块I之间通过键连接；蜗轮蜗杆机构通过爪型压板压紧在髋板上并与髋板螺钉连接；U型夹块I和U型夹块II之间由销钉连接，U型夹块II可绕任一侧销钉轴线转动。
[0024]进一步的，轮
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腿支撑结构包括支撑杆和扶手杆；其中扶手杆包括紧固环、紧固套轴、棘轮连接件、棘轮、六角销钉和扶手杆；
[0025]支撑杆由多个管件螺纹连接；紧固套轴穿过支撑杆并由紧固环将其固定在支撑杆上；棘轮连接件穿过紧固套轴后通过紧固螺栓固定；棘轮通过六角销钉与棘轮连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮腿两用的下肢康复助行外骨骼，其特征在于，包括背板机构(6)，轮
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腿支撑机构(5)和左右对称设置的髋关节机构(7)、大腿机构(4)、膝关节机构(3)、小腿机构(2)、踝关节机构(1)、轮腿切换机构(11)、髋
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轮驱动装置(8)、主动轮机构(10)和软轴(9)；背板机构(6)包括靠背(61)，两个髋板(62)和中心板(63)，髋板(62)呈L型，髋板(62)一端和中心板(63)连接，另一端安装髋关节机构(7)，髋关节机构(7)依次连接大腿机构(4)、膝关节机构(3)、小腿机构(2)和踝关节机构(1)；轮
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腿支撑机构(5)通过轮腿切换机构(11)可拆卸的和背板机构(6)连接，两个髋
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轮驱动装置(8)分别安装在髋板(62)一侧，髋
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轮驱动装置(8)分别通过套索和软轴(9)驱动髋关节机构(7)或主动轮机构(10)作动。2.根据权利要求1所述的助行外骨骼，其特征在于，背板(61)与中心板(63)通过螺钉连接，髋板(62)安装在中心板(63)的连接槽中，且髋板(62)通过在中心板(63)的安装槽内的相对移动调节髋距。3.根据权利要求2所述的助行外骨骼，其特征在于，髋关节机构(7)包括端盖(71)、转动板I(72)、轴承Ⅰ(73)、锁止螺栓(74)、压缩弹簧(75)、垫片(76)、髋外展连接件(77)、转动板II(78)、轴承Ⅱ(79)、套索从动盘I(710)、套索(711)、套索从动盘II(712)和锁止螺母(713)；转动板I(72)和转动板II(78)分别通过轴承Ⅰ(73)和轴承Ⅱ(79)连接于髋板(62)的轴两侧；髋外展连接件(77)通过螺钉连接在转动板I(72)和转动板II(78)之间；端盖(71)与转动板I(72)通过螺钉连接；套索(711)通过设置在套索从动盘I(710)和套索从动盘II(712)上的安装孔安装在套索从动盘I(710)和套索从动盘II(712)之间；套索从动盘I(710)和套索从动盘II(712)之间通过螺钉连接；锁止螺栓(74)依次设有螺纹段、圆柱段和多边形段，锁止螺栓(74)穿过压缩弹簧(75)和垫片(76)后依次穿过髋板(62)、转动板II(78)、轴承Ⅱ(79)、套索从动盘I(710)、套索从动盘II(712)与锁止螺母(713)螺纹连接。4.根据权利要求3所述的助行外骨骼，其特征在于，髋
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轮驱动装置(8)通过安装板和髋板(62)位于中心板同侧的一侧螺纹连接，髋
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轮驱动装置(8)包括电机外壳(81)、法兰板(82)、髋关节电机(83)、行星轮(84)、太阳轮(85)、齿圈(86)、套索安装板(87)、轴承(88)、行星架(89)、行星机构外壳(810)和锁止套筒(811)；髋关节电机(83)通过螺钉固定在电机外壳(81)内；法兰板(82)与电机外壳(81)通过螺钉连接；3个行星轮(84)和太阳轮(85)齿合于齿圈(86)内；行星架(89)通过行星轮(84)中心设置的安装孔与行星轮(84)间隙连接；两套索安装板(87)通过齿圈(86)外缘设置的安装孔与齿圈(86)螺钉连接；套索(711)的主动端通过齿圈(86)外缘设计的安装槽并固定在两套索安装板(87)之间；轴承(88)穿过行星架(89)安装在行星机构外壳(810)的安装孔内；行星机构外壳(810)与法兰板(82)螺钉连接；锁止套筒(811)内设计有两阶的六角形孔，分别与行星架(89)输出端和行星机构外壳(810)轴端套接。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：管小荣，李恒飞，赵帅杰，郑博烜，王铮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：