【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及康复医疗设备，尤其涉及一种模块化变刚度四肢康复训练外骨骼。
技术介绍
1、据统计，目前我国每年由于脑卒中等疾病引起的四肢功能障碍患者数量庞大，研究显示科学的运动康复训练可有效改善肢体运动功能。另外随着我国逐渐步入老龄化社会，助老助残问题也得到了社会的广泛关注。康复机器人可有效降低康复医师的工作强度，同时还能满足不同患者的训练强度要求，因此有着广泛的应用需求。
2、随着技术发展，四肢康复训练外骨骼得到飞速发展，基于仿生学和人体工程学设计的外骨骼机器人拥有末端牵引式康复机器人无法比拟的治疗效果与用户体验。四肢外骨骼辅助机器人可以模拟人体正常活动时四肢的运动规律，并且能承担一部分人体的重量，能够对四肢运动功能障碍的患者进行有效锻炼。
3、但现有的四肢康复训练外骨骼大多采用一体式设计，即上肢和下肢各自成为一体结构无法分离，若其中上肢或下肢某一处出现故障，就需要整个结构一起更换，造成不必要的浪费，大大增加了使用成本。
4、此外，随着变刚度关节的不断发展，其具备的刚度调节范围广、被动弹性储能容量大、任务适应能力强、控制带宽灵活性好、安全性高等优势逐渐凸显，更适合于要求兼顾安全性和控制精度的康复训练外骨骼。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，提供一种模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，将上肢结构进一步细化为肩部、大臂、小臂以及各个关节，下肢进一步细化为腰部、大腿、小腿、脚部、髋部关节以及膝部关节，实现模块化、通用化、可拆卸，只需针对不同的康
2、本专利技术提供的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼包括上肢康复训练外骨骼和下肢康复训练外骨骼；其中，上肢康复训练外骨骼包括支撑组件、转动关节、肩部柔性关节、肩部结构、大臂支撑板、肘部关节组件和小臂结构；肘部关节组件将大臂支撑板和小臂结构可拆卸连接，用于模拟使用者的肘部活动；肩部柔性关节将大臂支撑板和肩部结构可拆卸连接，用于模拟使用者的肩部活动；转动关节将支撑组件与肩部结构可拆卸连接，用于模拟使用者的上肢进行水平转动；
3、下肢康复训练外骨骼包括腰部支撑机构和下肢训练机构，腰部支撑机构固定在使用者的腰部位置，下肢训练机构对称安装在腰部支撑机构的两侧；下肢训练机构包括髋部柔性关节、膝部柔性关节、大腿组件、小腿组件和脚部支撑组件；腰部支撑机构与大腿组件可拆卸连接，髋部柔性关节可拆卸安装在腰部支撑机构与大腿组件的连接处，用于模拟使用者的髋部活动；大腿组件与小腿组件可拆卸连接，膝部柔性关节可拆卸安装在大腿组件和小腿组件的连接处，用于模拟使用者的膝部活动；小腿组件和脚部支撑组件通过球铰可拆卸连接，用于模拟使用者的踝部活动；
4、髋部柔性关节、膝部柔性关节、转动关节与肩部柔性关节均为变刚度关节。
5、进一步的，支撑组件包括支撑基底和承重升高架；其中，支撑基底为l形结构，承重升高架的一端根据使用者的上肢高度通过螺栓安装在支撑基底上；承重升高架的另一端开设有放置转动关节的转动关节安装槽，使转动关节放入转动关节安装槽中并与肩部结构相连。
6、进一步的，肩部结构包括横向肩部支撑板与纵向肩部支撑板；其中，横向肩部支撑板的一端与转动关节可拆卸连接；纵向肩部支撑板的一端开设有连接孔，使横向肩部支撑板的另一端通过轴承安装在连接孔中，纵向肩部支撑板的另一端设置有用于放置肩部柔性关节的肩部关节支撑架。
7、进一步的，肘部关节组件包括肘部旋转关节、肘部旋转连接件、肘部旋转齿轮组、肘部旋转架、肘部屈伸关节和肘部连接架；其中，肘部旋转关节和肘部屈伸关节均为与肩部柔性关节结构一致的变刚度关节；
8、肘部旋转连接件同轴套装在肘部旋转关节上，且在肘部旋转连接件的侧壁设有限位块，大臂支撑板的一端与肩部柔性关节可拆卸连接，大臂支撑板的另一端穿过限位块使肩部柔性关节与肘部旋转连接件相连，并限制大臂支撑板的长度；
9、肘部旋转齿轮组包括相啮合的小齿轮和大齿轮，小齿轮与肘部旋转关节可拆卸连接，大齿轮套设在肘部旋转架上设置的旋转滑槽的外圈上，使肘部旋转关节通过肘部旋转齿轮组带动肘部旋转架进行轴向旋转；在肘部旋转架的一侧设置有用于放置肘部屈伸关节的肘部关节支撑架，以及相对于肘部关节支撑架的辅助支撑架；
10、肘部连接架为u形结构，肘部连接架的一侧与肘部屈伸关节和肘部关节支撑架可拆卸连接，肘部连接架的另一侧通过旋转轴与辅助支撑架相连，使肘部连接架在肘部屈伸关节与旋转轴的配合下以肘部屈伸关节为中心进行转动。
11、进一步的，小臂结构包括小臂支撑板和握把；其中，握把可拆卸安装在小臂支撑板的一端；小臂支撑板的另一端穿过肘部连接架，并设有限制小臂支撑板的移动位置的限位块。
12、进一步的，腰部支撑机构包括两个一体结构的腰板和腰部连接件；其中，两个腰板上安装有用于固定使用者的腰部绑带；两个腰部连接件分别与两个腰板仿形固接，用于支撑髋部柔性关节。
13、进一步的，大腿组件包括大腿支撑板、大腿伸缩连接件和大腿绑带；其中，大腿伸缩连接件包括一体结构的大腿伸缩滑板和膝关节安装架，膝关节安装架位于大腿伸缩滑板的一端，用于支撑膝部柔性关节；大腿绑带安装在大腿支撑板上，用于绑缚使用者的大腿；大腿支撑板的一端开设有连接口，使髋部柔性关节与大腿支撑板相连；从大腿支撑板的另一端向大腿支撑板的内部开设有与大腿伸缩滑板匹配的大腿伸缩滑槽，使大腿伸缩滑板伸入大腿伸缩滑槽中，进而调节大腿支撑板和大腿伸缩连接件的总长度。
14、进一步的，小腿组件包括小腿绑带、小腿支撑板和小腿伸缩板；小腿绑带安装在小腿支撑板上，用于绑缚使用者的小腿；小腿支撑板的一端开设有连接口，使膝部柔性关节与小腿支撑板相连；从小腿支撑板的另一端向小腿支撑板的内部开设有与小腿伸缩板匹配的小腿伸缩滑槽，使小腿伸缩板伸入小腿伸缩滑槽中，进而调节小腿支撑板和小腿伸缩板的总长度；在小腿伸缩板的一端开设有与安装在脚部支撑组件上的球铰对应的球铰连接座，使脚部支撑组件安装在小腿伸缩板上。
15、进一步的，髋部柔性关节、膝部柔性关节、转动关节和肩部柔性关节采用结构一致的变刚度关节；变刚度关节包括关节外壳、调刚机构、调刚电机、转动机构和转动电机；其中，调刚机构和转动机构同轴安装在关节外壳的内部，调刚电机和转动电机的输出轴伸入关节外壳中，并分别通过联轴器和蜗杆控制调刚机构和转动机构的转速，通过调节调刚机构和转动机构之间的转速比，当调刚机构和转动机构保持特定转速比时，调刚机构和转动机构保持相对静止的转动；当调刚机构和转动机构的转速比偏离特定转速比时，调刚机构配合转动机构进行转动刚度的调整。
16、进一步的，调刚机构包括中心轴、调刚涡轮、太阳轮、行星轮、保持架和滚轮滑块组；其中，调刚涡轮同轴固定在中心轴的一端，调刚电机的输出轴通过联轴器和蜗杆驱动调刚涡轮转动，进而带动中心轴转动；保持架通过轴承同轴套设在中心轴上，并沿保持本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，包括上肢康复训练外骨骼和下肢康复训练外骨骼；其中，
2.根据权利要求1所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述支撑组件包括支撑基底和承重升高架；其中，所述支撑基底为L形结构，所述承重升高架的一端根据所述使用者的上肢高度通过螺栓安装在所述支撑基底上；所述承重升高架的另一端开设有放置所述转动关节的转动关节安装槽，使所述转动关节放入所述转动关节安装槽中并与所述肩部结构相连。
3.根据权利要求1所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述肩部结构包括横向肩部支撑板与纵向肩部支撑板；其中，所述横向肩部支撑板的一端与所述转动关节可拆卸连接；所述纵向肩部支撑板的一端开设有连接孔，使所述横向肩部支撑板的另一端通过轴承安装在所述连接孔中，所述纵向肩部支撑板的另一端设置有用于放置所述肩部柔性关节的肩部关节支撑架。
4.根据权利要求3所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述肘部关节组件包括肘部旋转关节、肘部旋转连接件、肘部旋转齿轮组、肘部旋转架、肘部屈伸关节和肘部连接架；其中，
5.根据权利要求4所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述小臂结构包括小臂支撑板和握把；其中，所述握把可拆卸安装在所述小臂支撑板的一端；所述小臂支撑板的另一端穿过所述肘部连接架，并设有限制所述小臂支撑板的移动的限位块。
6.根据权利要求5所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述腰部支撑机构包括两个一体结构的腰板和腰部连接件；其中，两个腰板上安装有用于固定所述使用者的腰部绑带；两个腰部连接件分别与两个腰板仿形固接，用于支撑所述髋部柔性关节。
7.根据权利要求6所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述大腿组件包括大腿支撑板、大腿伸缩连接件和大腿绑带；其中，所述大腿伸缩连接件包括一体结构的大腿伸缩滑板和膝关节安装架，所述膝关节安装架位于所述大腿伸缩滑板的一端，用于支撑所述膝部柔性关节；所述大腿绑带安装在所述大腿支撑板上，用于绑缚所述使用者的大腿；所述大腿支撑板的一端开设有连接口，使所述髋部柔性关节与所述大腿支撑板相连；从所述大腿支撑板的另一端向所述大腿支撑板的内部开设有与所述大腿伸缩滑板匹配的大腿伸缩滑槽，使所述大腿伸缩滑板伸入所述大腿伸缩滑槽中，进而调节所述大腿支撑板和所述大腿伸缩连接件的总长度。
8.根据权利要求7所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述小腿组件包括小腿绑带、小腿支撑板和小腿伸缩板；所述小腿绑带安装在所述小腿支撑板上，用于绑缚所述使用者的小腿；所述小腿支撑板的一端开设有连接口，使所述膝部柔性关节与所述小腿支撑板相连；从所述小腿支撑板的另一端向所述小腿支撑板的内部开设有与所述小腿伸缩板匹配的小腿伸缩滑槽，使所述小腿伸缩板伸入所述小腿伸缩滑槽中，进而调节所述小腿支撑板和所述小腿伸缩板的总长度；在所述小腿伸缩板的一端开设有与安装在所述脚部支撑组件上的球铰对应的球铰连接座，使所述脚部支撑组件安装在所述小腿伸缩板上。
9.根据权利要求8所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述髋部柔性关节、所述膝部柔性关节、所述转动关节和所述肩部柔性关节采用结构一致的变刚度关节；所述变刚度关节包括关节外壳、调刚机构、调刚电机、转动机构和转动电机；其中，所述调刚机构和所述转动机构同轴安装在所述关节外壳的内部，所述调刚电机和所述转动电机的输出轴伸入所述关节外壳中，并分别通过联轴器和蜗杆控制所述调刚机构和所述转动机构的转速，通过调节所述调刚机构和所述转动机构之间的转速比，当所述调刚机构和所述转动机构保持特定转速比时，所述调刚机构和所述转动机构保持相对静止的转动；当所述调刚机构和所述转动机构的转速比偏离所述特定转速比时，所述调刚机构配合所述转动机构进行转动刚度的调整。
10.根据权利要求9所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述调刚机构包括中心轴、调刚涡轮、太阳轮、行星轮、保持架和滚轮滑块组；其中，所述调刚涡轮同轴固定在所述中心轴的一端，所述调刚电机的输出轴通过所述联轴器和所述蜗杆驱动所述调刚涡轮转动，进而带动所述中心轴转动；所述保持架通过轴承同轴套设在所述中心轴上，并沿所述保持架的周向均匀安装有不少于2个的行星轮，使所述行星轮与固定在所述中心轴上的太阳轮啮合；所述滚轮滑块组与所述转动机构和所述关节外壳接触；所述滚轮滑块组的数量与所述行星轮的数量一致并与所述行星轮齿纹啮合。
11.根据权利要求10所述的模块化变刚度四肢康复训...
【技术特征摘要】
1.一种模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，包括上肢康复训练外骨骼和下肢康复训练外骨骼；其中，
2.根据权利要求1所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述支撑组件包括支撑基底和承重升高架；其中，所述支撑基底为l形结构，所述承重升高架的一端根据所述使用者的上肢高度通过螺栓安装在所述支撑基底上；所述承重升高架的另一端开设有放置所述转动关节的转动关节安装槽，使所述转动关节放入所述转动关节安装槽中并与所述肩部结构相连。
3.根据权利要求1所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述肩部结构包括横向肩部支撑板与纵向肩部支撑板；其中，所述横向肩部支撑板的一端与所述转动关节可拆卸连接；所述纵向肩部支撑板的一端开设有连接孔，使所述横向肩部支撑板的另一端通过轴承安装在所述连接孔中，所述纵向肩部支撑板的另一端设置有用于放置所述肩部柔性关节的肩部关节支撑架。
4.根据权利要求3所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述肘部关节组件包括肘部旋转关节、肘部旋转连接件、肘部旋转齿轮组、肘部旋转架、肘部屈伸关节和肘部连接架；其中，所述肘部旋转关节和所述肘部屈伸关节均为与所述肩部柔性关节结构一致的变刚度关节；
5.根据权利要求4所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述小臂结构包括小臂支撑板和握把；其中，所述握把可拆卸安装在所述小臂支撑板的一端；所述小臂支撑板的另一端穿过所述肘部连接架，并设有限制所述小臂支撑板的移动的限位块。
6.根据权利要求5所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述腰部支撑机构包括两个一体结构的腰板和腰部连接件；其中，两个腰板上安装有用于固定所述使用者的腰部绑带；两个腰部连接件分别与两个腰板仿形固接，用于支撑所述髋部柔性关节。
7.根据权利要求6所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述大腿组件包括大腿支撑板、大腿伸缩连接件和大腿绑带；其中，所述大腿伸缩连接件包括一体结构的大腿伸缩滑板和膝关节安装架，所述膝关节安装架位于所述大腿伸缩滑板的一端，用于支撑所述膝部柔性关节；所述大腿绑带安装在所述大腿支撑板上，用于绑缚所述使用者的大腿；所述大腿支撑板的一端开设有连接口，使所述髋部柔性关节与所述大腿支撑板相连；从所述大腿支撑板的另一端向所述大腿支撑板的内部开设有与所述大腿伸缩滑板匹配的大腿伸缩滑槽，使所述大腿伸缩滑板伸入所述大腿伸缩滑槽中，进而调节所述大腿支撑板和所述大腿伸缩连接件的总长度。
8.根据权利要求7所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述小腿组件包括小腿绑带、小腿支撑板和小腿伸缩板；所述小腿绑带安装在所述小腿支撑板上，用于绑缚所述使用者的小腿；所述小腿支撑板的一端开设有连接口，使所述膝部柔性关节与所述小腿支撑板相连；从所述小腿支撑板的另一端向所述小腿支撑板的内部开设有与所述小腿伸缩板匹配的小腿伸缩滑槽，使所述小腿伸缩板伸入所述小腿伸缩滑槽中，进而调节所述小腿支撑板和所述小腿伸缩板的总长度；在所述小腿伸缩板的一端开设有与安装在所述脚部支撑组件上的球铰对应的球铰连接座，使所述脚部支撑组件安装在所述小腿伸缩板上。
9.根据权利要求8所述的模块化变刚度四肢康复训练外骨骼，其特征在于，所述髋部柔性关节、所述膝部柔性关节、所述转动关节和所述肩部柔性关节采用结构一致的变刚度关节；所述变刚度关节包括关节外壳、调刚机构、调刚电机、转动机构和转动电机；其中，所述调刚机构和所述转动机构同轴安装在所述关节外壳的内部，所述调刚电机和所述转动电机的输出轴伸入所述关节外壳中，并分别通过联轴器和蜗杆控制所述调刚机构和...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡金鑫，吴清文，于鹏，李中灿，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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