CN102670379B - 移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人 - Google Patents

移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，包括外骨骼支架和下肢外骨骼，所述外骨骼支架与下肢外骨骼相连接，其中：外骨骼支架，用于移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人与患者之间的固定；下肢外骨骼，用于患者行走。本发明能够对于患者下肢进行康复训练。借助于其可以动的特性，外骨骼可以跟随患者的步行移动，同时提供保护，从而进行下肢康复最为重要的步态分析和康复训练。本发明为使用电机对于患者关节进行驱动的主动的康复式机器人，其对于穿戴者的各个关节自由度进行了驱动，可控地帮助患者完成特定关节自由度的特定运动，为主动的对于患者运动进行辅助和牵引。

Description

移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人
技术领域
本发明涉及的是一种医疗康复器械领域的装置，具体是一种移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人。
技术背景
康复医学是20世纪中期出现的新兴学科，其目的在于通过物理疗法，运动疗法，生活训练，技能训练，言语训练和心理咨询等多种手段减轻和消除患者的功能障碍，使身体残留部分的功能得到最充分的发挥，弥补和重建患者的功能缺失，达到最大可能的生活自理，劳动和工作的能力。据统计，目前我国由于中风、脊髓损伤以及各种事故引起的肢体功能障碍患者有877万人，而其中半数以上可以通过训练改善肢体功能。传统的康复训练是首先是从专业医生手把手的指导下开始，而后由病人的健康上肢或其家属、护士人工对病人患肢进行反复牵引。随着科学技术的发展，医疗机器人技术得到快速发展，康复机器人就是机器人技术在康复医疗方面的新应用。由于机器人不存在疲倦问题，能够满足不同患者的训练强度要求，因而更加适合于患者单独进行康复训练。
经过对于现有的技术文献检索发现，中国发明专利公开号：CN102068367，名称：下肢多训练模式康复机器人。使用了链式传动提供了髋关节、膝关节、踝关节屈伸3个自由度，进行康复训练。但是机器人固定，无法供患者进行行走。
中国发明专利公开号：CN201888908，名称：步态训练康复机器人。将患者躯干固定，患者的下肢运动移动下方履带，实现行走动作。对于中风、偏瘫患者等普遍的不对称功能障碍，无法实现转弯、斜坡，避障等动作，功能较为单一。
中国发明专利公开号：CN2730338，名称：一种可穿戴式的下肢步行外骨骼。提供了下肢外骨骼和腰部支撑，但是没有对于患者的躯干部位进行固定或保护，对于重度的功能障碍患者容易造成危险。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，能够对于患者下肢进行康复训练。借助于其可以动的特性，外骨骼可以跟随患者的步行移动，同时提供保护，从而进行下肢康复最为重要的步态分析和康复训练。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，包括外骨骼支架和下肢外骨骼，所述外骨骼支架与下肢外骨骼相连接，其中：
-外骨骼支架，用于移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人与患者之间的固定；
-下肢外骨骼，用于主动的对于患者运动进行辅助和牵引。
所述外骨骼支架包括：支架底座、支架滚轮、支架立柱、支架下肢外骨骼连接件、支架把手和支架显示平台，其中，所述支架滚轮安装在支架底座上并与地面相接触；所述支架立柱与支架底座相连接；所述支架下肢外骨骼连接件的一端与支架立柱相连接，其另一端与下肢外骨骼相连；所述支架把手与支架立柱相连；所述支架显示平台安装在支架把手与支架立柱的连接处。
所述支架把手与支架立柱相接触处设有一条用于支架把手上下移动的滑槽。
所述支架滚轮为四个，分别安装在支架底座的四个端部。
所述下肢外骨骼包括：脚部外骨骼、踝关节外骨骼、小腿外骨骼杆件、膝关节外骨骼、大腿外骨骼杆件及髋关节外骨骼，其中，所述脚部外骨骼与踝关节外骨骼相连；所述小腿外骨骼杆件的一端与踝关节外骨骼相连，其另一端与膝关节外骨骼相连；所述大腿外骨骼杆件的一端与膝关节外骨骼相连，其另一端与踝关节外骨骼的一端相连，所述踝关节外骨骼的另一端与外骨骼支架相连。
所述踝关节外骨骼包括：踝关节脚部连接件、踝关节电机及踝关节小腿杆件，其中，所述踝关节电机的输出包括内法兰和外法兰；所述踝关节脚部连接件的一端与踝关节电机的内法兰相连，其另一端与脚部外骨骼相连；所述踝关节小腿杆件的一端与踝关节电机的外法兰相连，其另一端与小腿外骨骼相连；
所述踝关节电机为谐波减速器。
所述小腿外骨骼杆件包括：小腿外骨骼套筒及小腿固定板，其中，所述小腿外骨骼套筒与踝关节小腿杆件相连；所述小腿固定板与小腿外骨骼套筒相连；
所述小腿外骨骼套筒与踝关节小腿杆件之间长度可调节。
所述膝关节外骨骼包括：膝关节电机、膝关节小腿杆件及膝关节大腿杆件，其中，所述膝关节电机输出包括内法兰和外法兰；所述膝关节小腿杆件的一端与膝关节电机的内法兰相连，其另一端与小腿外骨骼套筒相连；所述膝关节大腿杆件的一端与膝关节电机的外法兰相连，其另一端与大腿外骨骼相连；
所述膝关节电机为谐波减速器。
所述大腿外骨骼杆件包括：大腿外骨骼套筒及大腿固定板，其中，所述大腿外骨骼套筒与膝关节大腿杆件相连；所述大腿固定板与大腿外骨骼套筒相连；
所述大腿外骨骼套筒与膝关节大腿杆件之间长度可调节。
所述髋关节外骨骼包括：髋关节屈伸电机、髋关节侧展电机、髋关节大腿杆件、髋关节连接件及髋关节支架板，其中，所述髋关节屈伸电机和髋关节侧展电机输出分别包括内法兰和外法兰；髋关节大腿杆件的一端与髋关节屈伸电机的内法兰相连，其另一端与大腿外骨骼杆件相连；髋关节连接件的一端与髋关节屈伸电机的外法兰相连，其另一端与髋关节侧展电机的内法兰相连；髋关节支架板的一端与髋关节侧展电机的外法兰相连，其另一端与外骨骼支架1相连；
所述髋关节屈伸电机和髋关节侧展电机为谐波减速器。
本发明提供的移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，为使用电机对于患者关节进行驱动的主动的康复式机器人，其对于穿戴者的各个关节自由度进行了驱动，可控地帮助患者完成特定关节自由度的特定运动，为主动的对于患者运动进行辅助和牵引。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为外骨骼支架结构示意图；
图3为下肢外骨骼结构示意图；
图4为踝关节外骨骼结构示意图；
图5为小腿外骨骼杆件结构示意图；
图6为膝关节外骨骼结构示意图；
图7为大腿外骨骼杆件结构示意图；
图8为髋关节外骨骼结构示意图；
图中，1为外骨骼支架，2为下肢外骨骼，3为支架底座，4为支架滚轮，5为支架立柱，6为支架下肢外骨骼连接件，7为支架把手，8为支架显示平台，9为脚部外骨骼，10为踝关节外骨骼，11为小腿外骨骼杆件，12为膝关节外骨骼，13为大腿外骨骼杆件，14为髋关节外骨骼，15为踝关节电机，16为踝关节脚部连接件，17为踝关节小腿杆件，18为小腿外骨骼套筒，19为小腿固定板，20为膝关节电机，21为膝关节小腿杆件，22为膝关节大腿杆件，23为大腿外骨骼套筒，24为大腿固定板，25为髋关节屈伸电机，26为髋关节侧展电机，27为髋关节大腿杆件，28为髋关节连接件，29为髋关节支架板。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人包括：外骨骼支架1；下肢外骨骼2，其中，外骨骼支架1穿戴于患者下肢和腰部，并与下肢外骨骼2相连，外骨骼支架1带有支架滚轮4，可以跟随患者的行走而移动。
如图2所示，外骨骼支架1包括：支架底座3、支架滚轮4、支架立柱5、支架下肢外骨骼连接件6、支架把手7、支架显示平台8，其中：支架滚轮4与地面接，可以移动；支架滚轮4安装在支架底座3上，构成支架的底面；支架立柱5与支架底座3相连；支架下肢外骨骼连接件6的一端与支架立柱5相连，其另一端与下肢外骨骼2相连；支架把手7与支架立柱5相连；支架显示平台8安装在支架把手7与支架立柱5的连接处。
支架把手7与支架立柱5相接触处设有一条滑槽，支架把手7可沿该滑槽上下移动，调整固定位置。
支架滚轮4优选为四个，安装在支架底座3的四个端部。
如图3所示，下肢外骨骼2包括：脚部外骨骼9、踝关节外骨骼10、小腿外骨骼杆件11、膝关节外骨骼12、大腿外骨骼杆件13、髋关节外骨骼14，其中：脚部外骨骼9直接穿戴于患者脚部；脚部外骨骼9与踝关节外骨骼10相连；小腿外骨骼杆件11的一端与踝关节外骨骼10相连，穿戴于患者小腿；其另一端与膝关节外骨骼12相连；大腿外骨骼杆件13的一端与膝关节外骨骼12相连，穿戴于患者大腿；其另一端与踝关节外骨骼14的一端相连，踝关节外骨骼14的另一端与外骨骼支架1相连。
如图4所示，踝关节外骨骼10包括：踝关节脚部连接件16、踝关节电机15、踝关节小腿杆件17，其中：踝关节电机15使用谐波减速器，输出为两个法兰，驱动踝关节屈伸自由度；踝关节脚部连接件16的一端与踝关节电机15的内法兰相连，其另一端与脚部外骨骼9相连；踝关节小腿杆件17的一端与踝关节电机15外法兰相连，其另一端与小腿外骨骼11相连。
如图5所示，小腿外骨骼杆件11包括：小腿外骨骼套筒18、小腿固定板19，其中：小腿外骨骼套筒18与踝关节小腿杆件17相连，可以调节长度；小腿固定板19与小腿外骨骼套筒18相连，和患者小腿固定。
如图6所示，膝关节外骨骼12包括：膝关节电机20、膝关节小腿杆件21、膝关节大腿杆件22，其中，膝关节电机20使用谐波减速器，输出为两个法兰，驱动膝关节屈伸自由度；膝关节小腿杆件21的一端与膝关节电机20内法兰相连，其另一端与小腿外骨骼套筒18相连；膝关节大腿杆件22的一端与膝关节电机20外法兰相连，其另一端与大腿外骨骼13相连。
如图7所示，大腿外骨骼杆件13包括：大腿外骨骼套筒23、大腿固定板24，其中：大腿外骨骼套筒与膝关节大腿杆件22相连，可以调节长度；大腿固定板24与大腿外骨骼套筒23相连，和患者大腿固定。
如图8所示，髋关节外骨骼14包括：髋关节屈伸电机25、髋关节侧展电机26、髋关节大腿杆件27、髋关节连接件28、髋关节支架板29，其中，髋关节屈伸电机25和髋关节侧展电机26使用谐波减速器，输出为两个法兰，驱动髋关节屈伸和侧展自由度；髋关节大腿杆件27的一端与髋关节屈伸电机25内法兰相连，其另一端与大腿外骨骼杆件13相连；髋关节连接件28的一端与髋关节屈伸电机25外法兰相连，其另一端与髋关节侧展电机26内法兰相连；髋关节支架板29的一端与髋关节侧展电机26外法兰相连，其另一端与外骨骼支架1相连。
本实施例提供的移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，为使用电机对于患者关节进行驱动的主动的康复式机器人，其对于穿戴者的各个关节自由度进行了驱动，可控地帮助患者完成特定关节自由度的特定运动，为主动的对于患者运动进行辅助和牵引。本实施例能够对于患者下肢进行康复训练。借助于其可以动的特性，外骨骼可以跟随患者的步行移动，同时提供保护，从而进行下肢康复最为重要的步态分析和康复训练。包括：肢外骨骼、外骨骼支架。下肢外骨骼穿戴于患者下肢与腰部，与外骨骼支架相连；外骨骼支架底面带有支架滚轮，实现可移动的特点。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括外骨骼支架和下肢外骨骼，所述外骨骼支架与下肢外骨骼相连接，其中：
-外骨骼支架，支撑下肢外骨骼，并随着患者的行走而移动；
-下肢外骨骼，用于主动的对于患者运动进行辅助和牵引，并与外骨骼支架一起帮助患者完成步态康复训练；
所述外骨骼支架提供了一个可以移动的支撑，与下肢外骨骼刚性连接；下肢外骨骼与患者下肢绑定，带动患者下肢移动完成行走动作，进行主动康复训练，同时也带动了外骨骼支架移动。
2.根据权利要求1所述的移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述外骨骼支架包括：支架底座、支架滚轮、支架立柱、支架下肢外骨骼连接件、支架把手和支架显示平台，其中，所述支架滚轮安装在支架底座上并与地面相接触；所述支架立柱与支架底座相连接；所述支架下肢外骨骼连接件的一端与支架立柱相连接，其另一端与下肢外骨骼相连；所述支架把手与支架立柱相连；所述支架显示平台安装在支架把手与支架立柱的连接处；
所述支架把手与支架立柱相接触处设有一条用于支架把手上下移动的滑槽；
所述支架滚轮为四个，分别安装在支架底座的四个端部。
3.根据权利要求1所述的移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述下肢外骨骼包括：脚部外骨骼、踝关节外骨骼、小腿外骨骼杆件、膝关节外骨骼、大腿外骨骼杆件及髋关节外骨骼，其中，所述脚部外骨骼与踝关节外骨骼相连；所述小腿外骨骼杆件的一端与踝关节外骨骼相连，其另一端与膝关节外骨骼相连；所述大腿外骨骼杆件的一端与膝关节外骨骼相连，其另一端与髋关节外骨骼的一端相连，所述髋关节外骨骼的另一端与外骨骼支架相连；
所述移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，所述踝关节外骨骼包括：踝关节脚部连接件、踝关节电机及踝关节小腿杆件，其中，所述踝关节电机的输出包括内法兰和外法兰；所述踝关节脚部连接件的一端与踝关节电机的内法兰相连，其另一端与脚部外骨骼相连；所述踝关节小腿杆件的一端与踝关节电机的外法兰相连，其另一端与小腿外骨骼相连；
所述踝关节电机为谐波减速器；
所述移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，所述小腿外骨骼杆件包括：小腿外骨骼套筒及小腿固定板，其中，所述小腿外骨骼套筒与踝关节小腿杆件相连；所述小腿固定板与小腿外骨骼套筒相连；
所述小腿外骨骼套筒与踝关节小腿杆件之间长度可调节；
所述移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，所述膝关节外骨骼包括：膝关节电机、膝关节小腿杆件及膝关节大腿杆件，其中，所述膝关节电机输出包括内法兰和外法兰；所述膝关节小腿杆件的一端与膝关节电机的内法兰相连，其另一端与小腿外骨骼套筒相连；所述膝关节大腿杆件的一端与膝关节电机的外法兰相连，其另一端与大腿外骨骼相连；
所述膝关节电机为谐波减速器；
所述移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，所述大腿外骨骼杆件包括：大腿外骨骼套筒及大腿固定板，其中，所述大腿外骨骼套筒与膝关节大腿杆件相连；所述大腿固定板与大腿外骨骼套筒相连；
所述大腿外骨骼套筒与膝关节大腿杆件之间长度可调节；
所述移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人，所述髋关节外骨骼包括：髋关节屈伸电机、髋关节侧展电机、髋关节大腿杆件、髋关节连接件及髋关节支架板，其中，所述髋关节屈伸电机和髋关节侧展电机输出分别包括内法兰和外法兰；髋关节大腿杆件的一端与髋关节屈伸电机的内法兰相连，其另一端与大腿外骨骼杆件相连；髋关节连接件的一端与髋关节屈伸电机的外法兰相连，其另一端与髋关节侧展电机的内法兰相连；髋关节支架板的一端与髋关节侧展电机的外法兰相连，其另一端与外骨骼支架1相连；
所述髋关节屈伸电机和髋关节侧展电机为谐波减速器；
所述踝关节电机、膝关节电机、髋关节屈伸电机和髋关节侧展电机对于患者各个关节自由度进行主动驱动，可控地帮助患者完成特定关节自由度的特定运动。
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