人體下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種康復(fù)醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，包括：腰部后背運(yùn)動(dòng)模塊、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊，后背伺服電機(jī)通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和空間四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，膝部電動(dòng)推桿帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；踝部電動(dòng)推桿帶動(dòng)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明是幫助下肢癱瘓患者實(shí)現(xiàn)站立并行走，通過采集腳底壓力信號(hào)來控制髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，從而幫助患者實(shí)現(xiàn)跨步，踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻/外翻被動(dòng)驅(qū)動(dòng)自由度的構(gòu)型設(shè)計(jì)可以幫助減少來自地面的沖擊，有助于減輕使用者保持自身及外骨骼機(jī)器人在額狀面內(nèi)平衡性的負(fù)擔(dān)，有益于患者舒適行走，提高康復(fù)訓(xùn)練效率。
【專利說明】人體下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，確切地說是指一種下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著現(xiàn)代社會(huì)的老齡化，腦卒中、偏癱等心血管疾病患者以及下肢肌肉萎縮、脊髓損傷患者已經(jīng)逐步成為現(xiàn)代社會(huì)的一種常見群體。脊髓是感覺、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)通路，因此脊髓損傷的主要癥狀是因傳導(dǎo)通路的中斷而引起的麻痹。脊髓損傷是指由于各種外力作用于脊柱所造成的脊髓壓迫或斷裂，嚴(yán)重的脊髓損傷將導(dǎo)致下肢癱瘓，患者往往因?yàn)檫z留不同程度的功能障礙而無法恢復(fù)和準(zhǔn)確掌握步行運(yùn)動(dòng)技能。因此，尋求有效的康復(fù)手段，使患者能夠在一定程度上恢復(fù)失去的功能，不僅有利于提高患者本身的生活質(zhì)量，也可以減輕家庭和社會(huì)的總體負(fù)擔(dān)。下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人是一種可穿戴的、具有人工智能的機(jī)器人外骨骼系統(tǒng)，結(jié)合了人的智能和機(jī)械裝置的機(jī)械能量，癱瘓患者借助此系統(tǒng)可以擺脫輪椅，實(shí)現(xiàn)站立并行走訓(xùn)練，建立起對(duì)生活的信心。
[0003]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?00910088396.9的中國(guó)發(fā)明專利，名稱:穿戴式下肢外骨骼裝置，該技術(shù)包括:腰部支撐架和載物架，可調(diào)整髖部機(jī)構(gòu)，連桿可調(diào)膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，連桿可調(diào)踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，壓力檢測(cè)鞋，腿部連桿，約束部件及各連接件，該外骨骼裝置單下肢有六個(gè)自由度，分別是髖關(guān)節(jié)兩個(gè)，膝關(guān)節(jié)一個(gè)和踝關(guān)節(jié)三個(gè)自由度，該裝置可用于增強(qiáng)穿戴者步行負(fù)重和長(zhǎng)時(shí)間行走的能力，但該裝置并未涉及驅(qū)動(dòng)，故此發(fā)明所提供的功能有限，不能用于康復(fù)，不能用于幫助患者行走。申請(qǐng)?zhí)枮?00410053695.6的中國(guó)發(fā)明專利，名稱:可穿戴式的下肢步行外骨骼，該技術(shù)包括:腰部支撐、髖部四桿機(jī)構(gòu)、膝蓋四桿機(jī)構(gòu)、腳踝四桿機(jī)構(gòu)和足底支撐，該外骨骼單下肢有四個(gè)自由度，使用四桿機(jī)構(gòu)可以很好的完成較大的負(fù)載，但該外骨骼機(jī)器人只用于輔助或者增強(qiáng)穿戴者的步行運(yùn)動(dòng)能力，不能用于幫助患者實(shí)現(xiàn)行走，且結(jié)構(gòu)中沒有機(jī)械限位。申請(qǐng)?zhí)枮?01010158178.0的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人是幫助腦卒中患者訓(xùn)練的設(shè)備，不能用于幫助患者行走。申請(qǐng)?zhí)枮?01310726945.7的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開的腦癱綜合康復(fù)訓(xùn)練輔具，下肢外骨骼裝置固裝在支架上，能夠?qū)崿F(xiàn)患者髖關(guān)節(jié)前屈/后伸、外展/內(nèi)收、旋內(nèi)/旋外、膝關(guān)節(jié)/屈伸、足背屈/趾屈、足內(nèi)翻/外翻、足旋內(nèi)/旋外等康復(fù)訓(xùn)練，但是每個(gè)關(guān)節(jié)都沒有驅(qū)動(dòng)，是被動(dòng)自由度，同時(shí)也不能用于幫助患者行走。申請(qǐng)?zhí)枮?01310688125.3的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開的一種擬人化的下肢外骨骼機(jī)器人，它包括上體后背部、左腿和右腿，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、膝部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和腳部穿戴系統(tǒng)，但是它的腳部沒有驅(qū)動(dòng)，是被動(dòng)自由度，它能夠用于助力行走，但是不能用于患者的康復(fù)訓(xùn)練。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，輔助患者擺脫輪椅站立起來并行走訓(xùn)練，此發(fā)明裝置單下肢包括四個(gè)自由度，髖關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)以及踝關(guān)節(jié)的跖屈/背屈和內(nèi)翻/外翻運(yùn)動(dòng)，其中內(nèi)翻/外翻自由度沒有驅(qū)動(dòng)。通過外骨骼機(jī)器人帶動(dòng)下肢功能障礙的患者進(jìn)行下肢運(yùn)動(dòng)，從而使患者改善或者逐步恢復(fù)和準(zhǔn)確掌握步行運(yùn)動(dòng)技能。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:外骨骼本體和拐杖模塊；其中，所述外骨骼本體包括腰部后背運(yùn)動(dòng)及支撐架模塊、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊，其中:所述外骨骼下肢由髖部桿、大腿桿、小腿桿和足部桿依次串聯(lián)構(gòu)成，所述髖部桿和所述大腿桿鉸接構(gòu)成髖關(guān)節(jié)，所述大腿桿和所述小腿桿鉸接構(gòu)成膝關(guān)節(jié)，所述小腿桿和所述足部桿鉸接構(gòu)成踝關(guān)節(jié)；膝部電動(dòng)推桿的兩端分別與大腿下桿和所述小腿上桿鉸接，踝部電動(dòng)推桿的兩端分別與小腿下桿和足部桿的后端鉸接，拐杖模塊結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于外骨骼本體。
[0006]所述的腰部后背運(yùn)動(dòng)模塊及支撐架模塊包括:腰部支撐、支架支撐板、支架立板、支架底板、伺服電機(jī)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、連桿、背部搖桿和定位螺栓，其中:背部曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的搖桿固定，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿往復(fù)擺動(dòng)，從而帶動(dòng)與該連桿相連的背部搖桿上下擺動(dòng)。同時(shí)背部搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)副還是空間四桿機(jī)構(gòu)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩側(cè)機(jī)構(gòu)完全對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)髖關(guān)節(jié)的往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)。
[0007]所述的髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊包括:髖關(guān)節(jié)、大腿桿件、大腿桿件尼龍綁帶、定位螺栓、髖關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)、髖關(guān)節(jié)角度傳感器、空間四連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、銷釘、大腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中:大腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)大腿桿件對(duì)應(yīng)部分的長(zhǎng)度，并用定位螺栓鎖緊，髖關(guān)節(jié)上的限位機(jī)構(gòu)連接于髖關(guān)節(jié)上，通過限位機(jī)構(gòu)來限制髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位髖關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，角度傳感器安裝在髖關(guān)節(jié)的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度反饋值。
[0008]所述的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊包括:電動(dòng)推桿、膝關(guān)節(jié)、小腿桿件、小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、定位螺栓、小腿桿件尼龍綁帶、膝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)角度傳感器，其中:膝部電動(dòng)推桿的兩端分別與大腿下桿和所述小腿上桿鉸接，通過控制電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)小腿桿件對(duì)應(yīng)部分的長(zhǎng)度，并用定位螺栓鎖緊，膝關(guān)節(jié)上的限位機(jī)構(gòu)連接于膝關(guān)節(jié)上，通過限位機(jī)構(gòu)來限制膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位膝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，角度傳感器安裝在膝關(guān)節(jié)的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度反饋值，小腿桿件尼龍綁帶固定在小腿上，小腿的一端通過軸承連接與腳部相連。
[0009]所述的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊包括:電動(dòng)推桿、踝關(guān)節(jié)、足托、足部桿件、足底拉簧、關(guān)節(jié)鉸鏈、銷軸、足底關(guān)節(jié)、定位螺栓、踝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度傳感器、足底壓力傳感器，其中:踝部電動(dòng)推桿的兩端分別與小腿下桿和踝部后端鉸接，通過控制電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)踝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)上的限位機(jī)構(gòu)連接于踝關(guān)節(jié)上，通過限位機(jī)構(gòu)來限制踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位踝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，角度傳感器安裝在踝關(guān)節(jié)的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度反饋值，腳底壓力傳感器安裝于足托，用來檢測(cè)腳底壓力的變化情況，踝部尼龍綁帶固定在踝部桿件上，足底拉簧安裝在足部關(guān)節(jié)下面，用于足部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生回復(fù)力，內(nèi)翻/外翻運(yùn)動(dòng)采用被動(dòng)自由度，通過鉸鏈和銷軸連接。
[0010]本發(fā)明工作時(shí):首先測(cè)量癱瘓患者髖部、大腿和小腿的尺寸，然后調(diào)節(jié)外骨骼機(jī)器人髖部、大腿和小腿到合適的尺寸。穿戴外骨骼機(jī)器人時(shí)，通過尼龍寬腰帶將患者和髖部連接在一起，通過尼龍綁帶將患者的大小腿與外骨骼的大小腿相連，癱瘓患者雙手握住拐杖來平衡身體并通過采集腳底壓力信號(hào)來控制外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
[0011]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕便的特點(diǎn)，本發(fā)明中外骨骼機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)沒有采用通常情況下在雙側(cè)髖關(guān)節(jié)分別安裝電機(jī)的設(shè)計(jì)方式，而是通過一個(gè)伺服電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)患者雙側(cè)下肢交替運(yùn)動(dòng)。其中，背部“曲柄滑塊”機(jī)構(gòu)的搖桿固定，電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿往復(fù)擺動(dòng)，從而帶動(dòng)與該連桿相連的背部搖桿上下擺動(dòng)。同時(shí)背部搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)副還是空間四桿機(jī)構(gòu)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩側(cè)機(jī)構(gòu)完全對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)髖關(guān)節(jié)的往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明中外骨骼機(jī)器人的機(jī)械裝置單下肢具有四個(gè)自由度，利用較少卻必須的自由度來實(shí)現(xiàn)行走，降低了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高了裝置的效率，通過膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)跨步，踝關(guān)節(jié)的跖屈、背屈運(yùn)動(dòng)可以幫助患者在邁步的過程中減少來自地面的沖擊、踝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻/外翻被動(dòng)驅(qū)動(dòng)自由度的構(gòu)型設(shè)計(jì)有助于減輕使用者保持自身及外骨骼機(jī)器人在額狀面內(nèi)平衡性的負(fù)擔(dān)；膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍在95°，即患者可以借助此外骨骼實(shí)現(xiàn)行走和坐下。且每個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)自由度與人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)自由度基本保持了同軸，這一仿生設(shè)計(jì)增強(qiáng)了機(jī)器的舒適性和可靠性，更有益于機(jī)器人輔助患者行走，從而使患者改善或者逐步恢復(fù)和準(zhǔn)確掌握步行運(yùn)動(dòng)技能。
[0012]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步的說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2、3是圖1所示實(shí)施例中腰部后背運(yùn)動(dòng)及支撐架模塊局部示意圖。
[0015]圖4是圖1所不實(shí)施例中散關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)|旲塊的局部不意圖。
[0016]圖5是圖1所不實(shí)施例中膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)|旲塊的局部不意圖。
[0017]圖6是圖1所示實(shí)施例中踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊的局部示意圖。
[0018]圖7是圖1所示實(shí)施例的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人的控制原理流程圖。
[0019]圖8是圖1所示實(shí)施例的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人的閉環(huán)控制圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本實(shí)施例包括:腰部后背運(yùn)動(dòng)及支撐架模塊1、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊2、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊3、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊4，其中:膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊3兩端分別與髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊2和踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊4相連，腰部后背運(yùn)動(dòng)及支撐架模塊I和髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊2相連，拐杖模塊獨(dú)立于外骨骼機(jī)器人本體。
[0021]如圖2、3所示，所述的腰部后背運(yùn)動(dòng)模塊及支撐架模塊I包括:腰部支撐10、支架支撐板11、支架立板12、支架底板13、伺服電機(jī)14、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)15、空間四連桿機(jī)構(gòu)16、背部搖桿17和定位螺栓18，其中:背部曲柄滑塊機(jī)構(gòu)15的搖桿17固定，伺服電機(jī)14驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿往復(fù)擺動(dòng)，從而帶動(dòng)與該連桿相連的背部搖桿17上下擺動(dòng)。同時(shí)背部搖桿17轉(zhuǎn)動(dòng)副還是空間四桿機(jī)構(gòu)16的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩側(cè)機(jī)構(gòu)完全對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)髖關(guān)節(jié)的往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)。
[0022]如圖4所示，所述的髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊2包括:支架20、髖關(guān)節(jié)21、大腿桿件22、大腿桿件尼龍綁帶23、定位螺栓24、髖關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)25、髖關(guān)節(jié)角度傳感器26、銷釘27、大腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)28，其中:大腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)28可以調(diào)節(jié)大腿桿件22對(duì)應(yīng)部分的長(zhǎng)度，并用定位螺栓24鎖緊，髖關(guān)節(jié)21上的限位機(jī)構(gòu)25連接于髖關(guān)節(jié)21上，通過限位機(jī)構(gòu)25來限制髖關(guān)節(jié)21旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘27用來定位髖關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)25的位置，角度傳感器26安裝在髖關(guān)節(jié)21的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)髖關(guān)節(jié)21運(yùn)動(dòng)的角度反饋值。
[0023]如圖5所示，所述的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊3包括:支架30、電動(dòng)推桿31、膝關(guān)節(jié)32、小腿桿件33、小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)34、定位螺栓35、小腿桿件尼龍綁帶36、膝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)37、膝關(guān)節(jié)角度傳感器38，其中:膝部電動(dòng)推桿31的兩端分別與大腿下桿和所述小腿上桿33鉸接，通過控制電動(dòng)推桿31的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)32的屈伸運(yùn)動(dòng)，小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)34可以調(diào)節(jié)小腿桿件33對(duì)應(yīng)部分的長(zhǎng)度，并用定位螺栓35鎖緊，膝關(guān)節(jié)32上的限位機(jī)構(gòu)37連接于膝關(guān)節(jié)32上，通過限位機(jī)構(gòu)37來限制膝關(guān)節(jié)32旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位膝關(guān)節(jié)32限位機(jī)構(gòu)37的位置，角度傳感器38安裝在膝關(guān)節(jié)32的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膝關(guān)節(jié)32運(yùn)動(dòng)的角度反饋值，小腿桿件尼龍綁帶36固定在小腿桿件上，小腿桿件的一端通過軸承與腳部相連接。
[0024]如圖6所示，所述的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊4包括:支架40、電動(dòng)推桿41、踝關(guān)節(jié)42、足托43、足部桿件44、足底拉簧45、關(guān)節(jié)鉸鏈46、銷軸47、足底關(guān)節(jié)48、定位螺栓49、踝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)410、踝關(guān)節(jié)角度傳感器411、足底壓力傳感器412，其中:踝部電動(dòng)推桿41的兩端分別與小腿下桿和踝部42后端鉸接，通過控制電動(dòng)推桿41的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)踝關(guān)節(jié)42的屈伸運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)42上的限位機(jī)構(gòu)410連接于踝關(guān)節(jié)42上，通過限位機(jī)構(gòu)410來限制踝關(guān)節(jié)42旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位踝關(guān)節(jié)42限位機(jī)構(gòu)410的位置，角度傳感器411安裝在踝關(guān)節(jié)42的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)踝關(guān)節(jié)42運(yùn)動(dòng)的角度反饋值，腳底壓力傳感器412安裝于足托，用來檢測(cè)腳底壓力的變化情況，踝部尼龍綁帶固定在踝部桿件44上，足底拉簧45安裝在足部關(guān)節(jié)43下面，用于足部關(guān)節(jié)43運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生回復(fù)力，內(nèi)翻/外翻運(yùn)動(dòng)采用被動(dòng)自由度，通過鉸鏈和銷軸47連接。
[0025]本實(shí)例工作時(shí):癱瘓患者坐于座椅的合適位置上穿戴外骨骼機(jī)器人本體,調(diào)整外骨骼機(jī)器人本體的各個(gè)部分的尺寸，使人體的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)于機(jī)器人相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸，以適應(yīng)癱瘓患者身體穿戴。穿戴好外骨骼本體后患者借助拐杖模塊站立起來。髖-膝關(guān)節(jié)控制原理流程圖和閉環(huán)控制圖如圖7、8所示，患者通過身體重心的左右擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)腳底壓力的變化，檢測(cè)到雙腳腳底壓力差值達(dá)到額定值后觸發(fā)電機(jī)/電動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)邁步，患者得以借助外骨骼機(jī)器人進(jìn)行行走訓(xùn)練。
[0026]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理、或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，包括:外骨骼本體和拐杖模塊；其中，所述外骨骼本體包括腰部后背運(yùn)動(dòng)及支撐架模塊、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊，其中:所述外骨骼下肢由髖部桿、大腿桿、小腿桿和足部桿依次串聯(lián)構(gòu)成，所述髖部桿和所述大腿桿鉸接構(gòu)成髖關(guān)節(jié)，所述大腿桿和所述小腿桿鉸接構(gòu)成膝關(guān)節(jié)，所述小腿桿和所述足部桿鉸接構(gòu)成踝關(guān)節(jié)；膝部電動(dòng)推桿的兩端分別與大腿下桿和所述小腿上桿鉸接，踝部電動(dòng)推桿的兩端分別與小腿下桿和足部桿的后端鉸接，拐杖模塊結(jié)構(gòu)上獨(dú)立于外骨骼本體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，其特征是，所述的腰部后背運(yùn)動(dòng)模塊及支撐架模塊包括:腰部支撐、支架支撐板、支架立板、支架底板、伺服電機(jī)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、連桿、背部搖桿和定位螺栓，其中:背部曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的搖桿固定，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿往復(fù)擺動(dòng)，從而帶動(dòng)與該連桿相連的背部搖桿上下擺動(dòng)。同時(shí)背部搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)副還是空間四桿機(jī)構(gòu)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩側(cè)機(jī)構(gòu)完全對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)髖關(guān)節(jié)的往復(fù)交替運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，其特征是，所述的髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊包括:髖關(guān)節(jié)、大腿桿件、大腿桿件尼龍綁帶、定位螺栓、髖關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)、髖關(guān)節(jié)角度傳感器、空間四連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、銷釘、大腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中:大腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)大腿桿件對(duì)應(yīng)部分的長(zhǎng)度，并用定位螺栓鎖緊，髖關(guān)節(jié)上的限位機(jī)構(gòu)連接于髖關(guān)節(jié)上，通過限位機(jī)構(gòu)來限制髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位髖關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，角度傳感器安裝在髖關(guān)節(jié)的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度反饋值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，其特征是，所述的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊包括:電動(dòng)推桿、膝關(guān)節(jié)、小腿桿件、小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、定位螺栓、小腿桿件尼龍綁帶、膝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)角度傳感器，其中:膝部電動(dòng)推桿的兩端分別與大腿下桿和所述小腿上桿鉸接，通過控制電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，小腿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)小腿桿件對(duì)應(yīng)部分的長(zhǎng)度，并用定位螺栓鎖緊，膝關(guān)節(jié)上的限位機(jī)構(gòu)連接于膝關(guān)節(jié)上，通過限位機(jī)構(gòu)來限制膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位膝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，角度傳感器安裝在膝關(guān)節(jié)的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度反饋值，小腿桿件尼龍綁帶固定在小腿上，小腿的一端通過軸承連接與腳部相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢外骨骼助行康復(fù)機(jī)器人，其特征是，踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊包括:電動(dòng)推桿、踝關(guān)節(jié)、足托、足部桿件、足底拉簧、關(guān)節(jié)鉸鏈、銷軸、足底關(guān)節(jié)、定位螺栓、踝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度傳感器、足底壓力傳感器，其中:踝部電動(dòng)推桿的兩端分別與小腿下桿和踝部后端鉸接，通過控制電動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)踝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)上的限位機(jī)構(gòu)連接于踝關(guān)節(jié)上，通過限位機(jī)構(gòu)來限制踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的極限位置，銷釘用來定位踝關(guān)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，角度傳感器安裝在踝關(guān)節(jié)的外側(cè)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度反饋值，腳底壓力傳感器安裝于足托，用來檢測(cè)腳底壓力的變化情況，踝部尼龍綁帶固定在踝部桿件上，足底拉簧安裝在足部關(guān)節(jié)下面，用于足部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生回復(fù)力，內(nèi)翻/外翻運(yùn)動(dòng)采用被動(dòng)自由度，通過鉸鏈和銷軸連接。
【文檔編號(hào)】A61H3/00GK104490568SQ201410827881
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】陳殿生, 寧萌, 張本光 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)