CN107049715B - 一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其包括左下肢、右下肢、腰部支撑板、左、右连接块；其中，腰部支撑板带弧度，水平布置，凹面朝前方，其左右两端分别通过左连接块和右连接块与左下肢和右下肢连接成一体；左连接块和右连接块均为轴孔一体结构，竖直方向为轴、水平方向开孔；以上述腰部支撑板的纵向中心线的垂直平分线为对称轴，助力行走机器人由左右对称的左半部分和右半部分组成。本发明结构简单、布局紧凑合理，其具有3个主动自由度：2个髋关节运动和1个膝关节运动，1个被动自由度：踝关节运动。本发明的机器人各组成部分协调性好、运转精度高、操控灵活，腿部长度可调，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种助力行走机器人及其控制方法，具体涉及一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人。
背景技术
关节退化或者是由其他意外引起的人体腿部结构损伤或异常等疾病在现实生活中非常常见，这种疾病使人体膝关节、髋关节慢慢变得不能正常运转，最后导致病人无法行走。特别是在中国，下肢运动功能障碍的残疾人数量甚至超过某些国家的总人口。
因此，很多情况下，通过全膝关节置换(TKA)手术将该发病的关节将被替换为人工关节，在中国每年都要进行大约41万例这种手术。
然而，由于关节炎引起的异常行走习惯仍然存在，关节炎患者很难在没有辅助的情况下恢复正常的行走习惯。
在一般情况下，持续被动运动装置经常用于病人的康复。
然而，该装置的操作条件会因步行状态不同而不同，使用效果不佳。
因此，可穿戴式膝关节辅助机器人是必需的装备。除医学上对辅助行走装置的需要之外，军事或体育运动训练上的辅助用下肢助力机器人，不仅仅用于提高士兵在战场上的背负能力，它还可以发挥双足机器人能够克服复杂地形的特点在崎岖的山路等地势辅助穿戴者背负或运送货物。
辅助用下肢助力机器人技术的研究涉及了机器人技术多项前沿的领域，包括双足步行机器人的步态控制、高效率驱动器技术、人体生物信号的识别和人机交互等技术，辅助用下肢助力机器人技术的研究能够促进机器人领域的快速发展。
总之，结构更加简单、操控灵活、运动部位更加协调，具有更高精度的助力行走机器人，更加贴合社会迫切需要的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，具有良好的市场前景，一定程度上，代表了助力行走机器人行业研究和发展的方向。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其结构简单、布局紧凑合理，其具有3个主动自由度(2个髋关节运动和1个膝关节运动)和1个被动自由度(踝关节运动)，能够模拟人腿部髋关节、膝关节和踝关节的运动，精度高、操控灵活，特别适于在腿部疾病恢复期间可以借用辅助用下肢助力机器人来进行辅助行走，避免再次对腿部造成伤害。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，包括左下肢、右下肢、腰部支撑板、左连接块和右连接块；其中，腰部支撑板为一带弧度的条形板，水平布置，凹面朝前方，并腰部支撑板的左右两端分别通过左连接块和右连接块与左下肢和右下肢连接成一体；左连接块和右连接块均为轴孔一体结构，竖直朝上的方向为轴、水平方向开孔；
以上述腰部支撑板的纵向中心线的垂直平分线为对称轴，所述适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人由左右对称的左半部分和右半部分组成；
其中，左半部分结构如下：
腰部支撑板的左端边缘内侧处，开设有一通透的第一轴孔，第一电机的输出轴自上向下，经由第一轴孔的上端穿过并伸出，伸出端与上述左连接块的轴端通过凸缘联轴器固定连接，左连接块的轴端通过双轴承安装在第一轴孔的下端，连接处成为髋关节的一个转动运动关节；
上述左连接块的下端水平开设有第二轴孔，第二轴孔内装配有第二转动轴，第二转动轴的一端与大腿上部轴孔之间成过渡配合，通过平键联接传递转矩，第二转动轴的另一端与左连接块通过轴承形成髋关节的另一个转动关节；
上述第一转轴和第二转轴连接处配合运动成为髋关节部。
上述左下肢包括足部、小腿和大腿三部分；其中，小腿和大腿均分别为组合式一体结构，小腿包括小腿下部和小腿上部；大腿包括大腿上部和大腿下部；
所述足部为组合式一体结构，包括前脚掌、足弓部和后脚掌三部分；其中，前脚掌和后脚掌均为平板，前脚掌和后脚掌之间通过可弯曲变形的弹性材料连接在一起，形成足弓部；
上述前脚掌的上表面设置有供机器人的使用人用于固定并锁紧鞋子的卡扣；
上述后脚掌后方外侧边缘处设置有一竖立的耳板，耳板上开设有第三轴孔，第三轴孔内转配有第三转动轴，第三转动轴分别与后脚掌和小腿下部之间采用间隙配合的方式形成可被动式转动连接，连接处成为踝关节部；
上述小腿下部和小腿上部之间通过第一连接柱连接，第一连接柱的一端与小腿下部或小腿上部焊接，另一端与小腿上部或小腿下部上对应位置处开设的不透孔承插连接，插入深度可根据机器人使用人的腿长进行小腿长度的匹配调节，调节到位后，由锁紧装置锁紧；
上述大腿下部和大腿上部之间通过第二连接柱连接，第一连接柱的一端与大腿下部或大腿上部焊接，另一端与大腿上部或大腿下部上对应位置处开设的不透孔承插连接，插入深度可根据机器人使用人的腿长进行大腿长度的匹配调节，调节到位后，由锁紧装置锁紧；
上述小腿上部与大腿下部分别开设有第四轴孔，并通过装配在第四轴孔中的第四转动轴连接，连接处成为膝关节部；其中，小腿上部的第四轴孔与第四转动轴成过渡配合，通过平键联接传递转矩；
第四转动轴与大腿下部的第四轴孔配合处装配有轴套和轴承，第四转动轴与大腿下部通过上述轴承与大腿下部的第四轴孔之间形成可转动连接；
第四转动轴的端部伸出大腿下部的外侧面，伸出端装配有一被动齿轮，被动齿轮的中心孔与第四转动轴成过渡配合，通过平键联接传递转矩；
在大腿下部的外侧面，第四转动轴的上方位置处，设置有一门框形状的第一电机安装座，电机安装座由两块竖板和一块横板焊接而成，其中，两块竖板分别与大腿下部外侧焊接，横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接，横板的中心位置开设有第五轴孔；第二电机固定在第一的电机安装座上；第二电机的输出轴经由上述第五轴孔穿过电机安装座的横板；
上述主动齿轮的传动轴的一端安装在大腿下部的齿轮轴孔内，主动齿轮轴与齿轮轴孔配合处，安装有轴套和轴承，形成可转动连接；
主动齿轮轴的另一端伸出左下肢下部外侧面，主动齿轮轴的伸出端中段装配主动齿轮，主动齿轮轴的伸出末端通过联轴器与上述第二电机的输出轴固定连接；
上述主动齿轮的中心孔与主动齿轮轴成过渡配合，通过平键传递转矩；主动齿轮整体位于上述第一电机安装座的内部；
所述主动齿轮与被动齿轮啮合，成为齿轮副，齿轮副的减速比的比值大于1；
上述大腿上部的外侧，一上一下，分别安装有一组由同步带传动的带轮；其中，主动带轮位置靠下、被动带轮位置靠上；具体安装结构如下：
被动带轮安装轴的右端通过轴承装配在左连接块前部的轴孔中，另一端从大腿上部的外侧伸出，被动带轮装配在伸出端，形成过渡配合，通过平键联接传递转矩；
上述被动带轮安装轴与左连接块的轴孔之间通过轴承和轴套形成可转动连接；被动带轮安装轴与大腿上部连接成过渡配合，通过平键传递转矩；在大腿上部的外侧下方位置处，设置有一门框形状的第二电机安装座，第二电机安装座由两块竖板和一块横板焊接而成，其中，两块竖板分别与大腿上部外侧壁面焊接，横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接，横板的中心位置开设有第六轴孔；第三电机的输出轴经由上述第六轴孔穿过电机安装座的横板并伸出；
在与上述第六轴孔的中心位于同一直线上，大腿上部上设置有一通透的轴孔，轴孔内装配有一主动带轮轴，主动带轮轴与轴孔配合处装配有轴套和轴承，形成可转动连接；
主动带轮朝大腿上部的外侧伸出，主动带轮装配在伸出端的右侧，主动带轮与主动带轮轴成过渡配合，利用平键传递转矩，伸出端的末端经联轴器与上述第三电机的输出轴固定连接；
上述主动带轮与被动带轮之间通过同步带转动。
上述技术方案直接带来的技术效果是，机器人整体结构简单、布局紧凑合理。
其具有2个髋关节运动和1个膝关节运动的3个主动自由度和1个踝关节运动的被动自由度，可以充分满足模拟人腿部髋关节、膝关节和踝关节运动的需要，其运转精度高、操控灵活，特别适于在腿部疾病恢复期间可以借用辅助用下肢助力机器人来进行辅助行走，避免再次对腿部造成伤害。详细说明如下：
上述技术方案的辅助行走机器人，膝关节只有一个主动自由度，髋关节有两个主动自由度，踝关节有1个被动自由度。
其中，膝关节的1个自由度，可以通过一对齿轮传动来实现；髋关节有两个自由度，用两组转动副来模拟，一个通过大腿上部与侧腰板连接实现；另一个通过侧腰板与背板的连接实现；踝关节使用一对转动铰链实现。
显然，对于常规的“髋关节”通常采用的三连杆或四连杆结构形式，上述技术方案大幅简化了机器人的结构，并且，整机结构更加紧凑合理。
更为重要的是，在具备如上所述三个自由度可满足执行各类简单任务的基础上，上述方案膝关节处通过采用齿轮传动和髋关节处采用带轮传动起到很好的减速作用。
腰部电机轴和侧腰板之间通过一个简单的凸缘联轴器相连接，起到传递力矩的作用。
上述技术方案中，腰板支撑板带弧度，可与人体腰部更好地贴合；电动机安装成竖直方向，不会影响到人手和腿的摆动。
上述技术方案中，大腿、小腿长度均可调；脚掌部位采用前、后分体式结构，中间部位为足弓部，采用可完全变形的弹性材料制成；脚掌上表面设置有供机器人的使用人用于固定并锁紧鞋子的卡扣。使得机器人具有功能齐全、使用时穿戴方便等特点。
上述技术方案的机器人，非常适合协助腿部疾病患者或残疾人的正常行走，解决残疾人或腿部疾病患者的行走难问题；并且，还可以作为增强机构，增强正常人的负重能力并减轻行走时消耗的能量，可以辅助人体承受负载并增强承受大负载的耐久力，可以作为士兵的行走助力装备，增强士兵背负载荷以及长久作战的能力。
此外，上述技术方案中，左连接块与第一电机输出轴之间通过凸缘联轴器形成固定连接。原因在于，凸缘联轴器结构简单、制造成本较低、工作可靠，装拆与维护简便，传递转矩较大，能保证两轴具有较高的对中精度。
进一步优选，上述第一电机、第二电机和第三电机均为集成有行星齿轮减速器的一体式结构，电机均为无刷直流伺服电机。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，电机均选用无刷直流伺服电机可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，可保证速度与位置的控制达到较高的精度。
由于直流伺服电机转速过快，需要加装减速机构。其中，踝关节部分不需要额外的动力，该关节只要能够实现转动即可，膝关节需要一个电机，髋关节需要两个电机。关节功能的实现要通过转轴之间的传动来实现。膝关节只有一个自由度，只需一对可以相互转动的转轴即可，轴上零件的定位主要通过轴肩，套筒及轴端螺母来实现。
考虑到使用人在正常走路时，大腿及小腿的转动很低，因此，需要对直流电动机加装行星齿轮减速器进行减速，为进一步减速和提升转矩需设计减速机构。
进一步考虑到加装减速器减速后，转速可能仍不能满足要求，因此采用一对齿轮来实现膝关节所需的无刷直流电动机的减速，使用一对带轮来实现髋关节所需无刷直流电动机的减速。
进一步优选，上述主动齿轮转轴的中心孔与被动齿轮第四转动轴之间装配有轴套和深沟球轴承，轴端使用轴用挡圈对轴承内圈进行限位，深沟球轴承数量为两个，成对布置，轴承外圈通过端盖进行限位。
进一步优选，同样地，上述主动带轮转轴的中心孔与被动带轮第二转动轴之间装配有轴套和深沟球轴承，轴端使用轴用挡圈对轴承内圈进行限位，深沟球轴承数量为两个，成对布置，轴承外圈通过端盖进行限位。该优选技术方案直接带来的技术效果是，上述轴上零件的定位主要采用轴肩的方式，但在两个深沟球轴承之间，为了方便加工采用了套筒来进行定位。在齿轮轴上的齿轮，周向靠键来定位，而周向是靠一个轴肩，一个挡圈来实现。
采用两个滚动轴承对称布置来替代了一个轴承支撑，可避免因结构不稳定而导致传动出现问题。在轴承的选择上，考虑到了此处轴承的轴向载荷并不大，主要承受的是径向载荷，因此，采用了能够承受较大径向载荷，并且能够承受一定轴向载荷的深沟球轴承。
进一步优选，上述腰部支撑板上，设置有捆绑用腰带，腰带为常规的带自动扣或板扣的腰带，或常规的带松紧扣的帆布带。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，绑定操作简单、松紧调节简便；且使用时具有较好的舒适度。
进一步优选，上述腰部支撑板的两端端部向下凹陷的缺口部，第一电机安装到位后，电机的端面沉入缺口部。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，第一电机的端面沉入缺口部(即，位置在腰部支撑板的顶缘下方)，一是，避免转动部位裸露可能导致使用人的衣服被绞入，造成安全隐患；二是，结构更紧凑、整体更美观。
进一步优选，上述主动齿轮与被动齿轮位置处设置有防护罩；所述腰部支撑板的弧度与人体的腰部弧度相一致；所述大腿与小腿上的连接柱的锁紧装置均为紧固螺钉，数量均为两个。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，紧固螺钉作为连接柱的锁紧装置，其制作最为简单、成本更为低廉，且便于损坏后的更换。
进一步优选，上述大腿上部、大腿下部、小腿上部和小腿下部的主体部分均采用条形的板材制作。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以进一步简化主体部分的结构、整齐划一，降低制造成本。
进一步优选，上述的辅助行走机器人，还配套有控制系统，控制系统借助现有技术实现；
控制系统的硬件部分包括有盘式电机驱动器、测量人体步态姿态的位姿传感器、足底压力分布测试系统和上位工控机；其中，位姿传感器贴在人体膝关节和髋关节处，用于采集人体姿态变化信号；
前脚掌和后脚掌的足底均分别设置有一凹陷部，各凹陷部内均分别嵌入安装有压力分布式传感器，用于采集使用人行走过程中足底压力信号；上述足底压力传感器利用应变桥原理实现压力的测量，实时感应足底所受压力的变化，并以此为基础判断步态相序的目的；髋关节部和膝关节部分别安装有关节电机码盘，以采集运动过程中髋关节部和膝关节部的关节角度信号，并通过人机交互传给工控机；
工控机通过控制上述第一电机、第二电机和第三电机的启/停和转速调节，进而控制助力行走机器人的各关节部位的运动，以切合机器人使用人的步频、步幅和步态的变化规律。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，控制系统依据步态规划，建立以动力学为理论基础的助力机器人的控制策略，使用位置与力的控制方法来达到控制目标，使助力机器人能够快速准确的随着人体的步态运动进行跟随，在既能完成助力的同时又使人体感受到较小的阻碍，提供穿戴者的舒适性。
上述方案的助力行走机器人，其控制系统硬件包括盘式电机驱动器、测量人体步态姿态的位姿传感器、足底压力分布测试系统和上位工控机。位姿传感器贴在人体膝关节和髋关节处，采集人体姿态变化信号，压力分布式传感器装在助力行走机器人的脚掌中，实现行走过程中足底压力信号的采集，各关节电机码盘能够采集各关节角度信号，通过人机交互传给工控机，工控机将要驱动的信号传递给各个关节的电机，驱动电机的转动，带动助力行走机器人各个关节的运动，配合人体实现步态运动。
即，上述技术方案的控制方案，使得适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人能够对病人腿部进行助力，并能根据步态的变化，调整各个关节的转动速度，以辅助腿部受伤病人的行走。
在模拟病人行走过程中各个关节的旋转角度不同，同时各个阶段需要的功率也是不同的，该辅助行走机器人通过电控系统和机械部分的协调运动模拟出人体髋关节、膝关节和踝关节运动。
上述技术方案的控制系统，可以充分满足机器人能够快速的追随穿戴者运动，实现基本的步态运动，使穿戴者感受到较小的阻力，增加舒适性和稳定性等要求。
综上所述，本发明相对于现有技术，具有操控灵活，运行平缓、稳定性、可靠性与协调性好。功能要实现辅助人体行走，并能根据步态的变化，利用电控系统调整各个关节的转动速度，以实现腿部受伤的病人的正常行走。
附图说明
图1为本发明辅助行走机器人的三维结构示意图；
图2为本发明辅助行走机器人的主视结构示意图；
图3为本发明辅助行走机器人的左视结构示意图；
图4为本发明辅助行走机器人的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，包括左下肢a、右下肢b、腰部支撑板6-6、左连接块和右连接块；其中，腰部支撑板为一带弧度的条形板，水平布置，凹面朝前方，并腰部支撑板的左右两端分别通过左连接块和右连接块与左下肢和右下肢连接成一体；
左连接块和右连接块均为轴孔一体结构，竖直朝上的方向为轴、水平方向开孔；
以上述腰部支撑板的纵向中心线的垂直平分线为对称轴，所述适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人由左右对称的左半部分和右半部分组成；
其中，左半部分结构如下：
如图2至4所示，腰部支撑板6-6的左端边缘内侧处，开设有一通透的第一轴孔，第一电机6-1的输出轴自上向下，经由第一轴孔上端穿过并伸出，伸出端与上述左连接块6-3的轴端通过凸缘联轴器6-2固定连接，左连接块6-3的轴端通过轴承6-7安装在第一轴孔的下端，轴承通过锁紧螺母6-4和轴承端盖6-5轴向固定；
上述左连接块6-3的下水平开设有第二轴孔，第二轴孔内装配有第二转动轴6-10，第二转动轴6-10的一端与大腿上部5轴孔之间成过渡配合，通过平键6-16联接并传递转矩，第二转动轴6-10的另一端与左连接块6-3的孔端通过轴承6-11、套筒6-12安装起来，通过轴承端盖6-8和锁紧螺母6-9轴向固定，深沟球轴承数量为两个，成对布置，形成髋关节的另一个转动关节；
上述左下肢包括足部1、小腿下部2、小腿上部3小腿、大腿下部4和大腿上部5五部分；其中，小腿和大腿均分别为组合式一体结构；
上述足部1为组合式一体结构，包括前脚掌1-1、足弓部1-2和后脚掌1-3三部分；其中，前脚掌1-1和后脚掌1-3均为平板，前脚掌1-1和后脚掌1-3之间通过可弯曲变形的弹性材料连接在一起，形成足弓部；
上述前脚掌1-1的上表面设置有供机器人的使用人用于固定并锁紧鞋子的卡扣1-4；
上述后脚掌1-3后方外侧边缘处设置有一竖立的耳板，耳板上开设有第三轴孔，第三轴孔内转配有第三转动轴1-5，第三转动轴1-5分别与后脚掌1-3和小腿下部2之间采用过渡配合的方式形成可转动连接，连接处成为踝关节部；
上述小腿下部2和小腿上部3之间通过第一连接柱2-2连接，第一连接柱2-2的一端与小腿下部2或小腿上部3焊接，另一端与小腿上部3或小腿下部2上对应位置处开设的不透孔承插连接，插入深度可根据机器人使用人的腿长进行小腿长度的匹配调节，调节到位后，由锁紧装置3-1锁紧；
上述大腿下部4和大腿上部5之间通过第二连接柱4-15连接，第二连接柱4-15的一端与大腿下部4或大腿上部5焊接，另一端与大腿上部5或大腿下部4上对应位置处开设的不透孔承插连接，插入深度可根据机器人使用人的腿长进行大腿长度的匹配调节，调节到位后，由锁紧装置锁紧5-13；
上述小腿上部3与大腿下部4分别开设有第四轴孔，并通过装配在第四轴孔中的第四转动轴4-2连接，连接处成为膝关节部；其中，小腿上部的第四轴孔与第四转动轴4-2成过渡配合，通过平键4-21联接传递转矩；
第四转动轴4-2与大腿下部4的第四轴孔配合处装配有轴套4-6和轴承4-4，深沟球轴承数量为两个，成对布置，轴承通过锁紧螺母4-5和轴承端盖4-9轴向固定；
第四转动轴4-2与大腿下部4通过轴承4-4的与大腿下部4的第四轴孔之间形成可转动连接；
第四转动轴4-2的端部伸出左下肢的外侧面，伸出端装配有一被动齿轮4-3，被动齿轮4-3的中心孔与第四转动轴4-2成过渡配合，通过平键4-8联接传递转矩；
在左下肢的外侧面，第四转动轴4-2的上方位置处，设置有一门框形状的第一电机安装座4-10，电机安装座4-10由两块竖板和一块横板焊接而成，其中，两块竖板分别与大腿下部4外侧焊接，横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接，横板的中心位置开设有第五轴孔；第二电机4-12固定在第一的电机安装座4-10上；第二电机4-12的输出轴经由上述第五轴孔穿过电机安装座4-10的横板；
上述主动齿轮轴4-11的一端安装在左下肢下部的齿轮轴孔内，安装有轴套4-19和轴承4-20，深沟球轴承数量为两个，成对布置，通过轴承端盖4-17和锁紧螺母4-18轴向固定；
主动齿轮轴4-11的另一端伸出左下肢下部外侧面，主动齿轮轴4-11的伸出端中段装配主动齿轮4-15，主动齿轮轴4-11的伸出末端与上述第二电机4-12的输出轴通过紧定螺钉固定连接；
上述主动齿轮4-15的中心孔与主动齿轮轴4-11成过渡配合，通过平键4-14传递转矩，通过弹性挡圈4-13轴向定位；主动齿轮4-15整体位于上述第一电机安装座4-10的内部；
上述主动齿轮4-15与被动齿轮4-3啮合，成为齿轮副，齿轮副的减速比的比值大于1；
上述大腿上部5的外侧，一上一下，分别安装有一组由同步带传动的带轮；其中，主动带轮5-8位置靠下、被动带轮6-13位置靠上；具体安装结构如下：
被动带轮安装轴6-10的右端装配在左连接块6-3前部的轴孔中，另一端从大腿上部5的外侧伸出，被动带轮6-13装配在伸出端，形成过渡配合；
上述被动带轮安装轴6-10与左连接块6-3的轴孔之间通过轴承和套形成可转动连接；被动带轮安装轴6-10与大腿上部4通过平键6-14联接传递扭矩，通过锁紧螺母6-15轴向固定；
在大腿上部5的外侧下方位置处，设置有一门框形状的第二电机安装座5-2，第二电机安装座5-2由两块竖板和一块横板焊接而成，其中，两块竖板分别与大腿上部外侧壁面焊接，横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接，横板的中心位置开设有第六轴孔；第三电机5-3的输出轴经由上述第六轴孔穿过电机安装座的横板并伸出；
在与上述第六轴孔的中心位于同一直线上，大腿上部上设置有一通透的轴孔，轴孔内装配有一主动带轮轴5-4，主动带轮轴5-4与轴孔5-11配合处装配有轴套5-6和轴承5-5，深沟球轴承数量为两个，成对布置，通过锁紧螺母5-7和轴承端盖5-12预紧，形成可转动连接；
主动带轮5-8朝大腿上部的内侧伸出，主动带轮5-8装配在伸出端的右侧，主动带轮5-8与主动带轮轴5-4成过渡配合，利用平键5-9传递转矩，轴端通过弹性挡圈5-10固定，伸出端的末端与上述第三电机的输出轴固定连接；
上述主动带轮5-8与被动带轮6-13之间通过同步带转动。
上述左连接块6-3的后端设置有竖立朝上的连接短轴，连接短轴与第一电机6-1输出轴之间通过凸缘联轴器6-2形成固定连接。
上述第一电机6-1、第二电机4-12和第三电机5-3均为集成有行星齿轮减速器的一体式结构，电机均为无刷直流伺服电机。
上述腰部支撑板6上，设置有捆绑用腰带，腰带为常规的带自动扣或板扣的腰带，或常规的带松紧扣的帆布带。
上述腰部支撑板6的两端端部向下凹陷的缺口部，第一电机6-1安装到位后，电机的端面沉入缺口部。
上述主动齿轮4-15与被动齿轮4-3位置处设置有防护罩；上述腰部支撑板的弧度与人体的腰部弧度相一致；上述大腿与小腿上的连接柱的锁紧装置均为紧固螺钉，数量均为两个。
上述大腿上部5、大腿下部4、小腿上部3和小腿下部2的主体部分均采用条形的板材制作。
说明：上述的辅助行走机器人，配套有控制系统，控制系统借助现有技术实现。具体如下：
控制系统的硬件部分包括有盘式电机驱动器、测量人体步态姿态的位姿传感器、足底压力分布测试系统和上位工控机；其中，位姿传感器贴在人体膝关节和髋关节处，用于采集人体姿态变化信号；
前脚掌1-1和后脚掌的足底1-3均分别设置有一凹陷部，各凹陷部内均分别嵌入安装有压力分布式传感器，用于采集使用人行走过程中足底压力信号；上述足底压力传感器利用应变桥原理实现压力的测量，实时感应足底所受压力的变化，并以此为基础判断步态相序的目的；髋关节部和膝关节部分别安装有关节电机码盘，以采集运动过程中髋关节部和膝关节部的关节角度信号，并通过人机交互传给工控机；
工控机通过控制上述第一电机6-1、第二电机4-12和第三电机5-3的启/停和转速调节，进而控制助力行走机器人的各关节部位的运动，以切合机器人使用人的步频、步幅和步态的变化规律。
Claims (8)
1.一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，包括左下肢、右下肢、腰部支撑板、左连接块和右连接块；其中，腰部支撑板为一带弧度的条形板，水平布置，凹面朝前方，并腰部支撑板的左右两端分别通过左连接块和右连接块与左下肢和右下肢连接成一体；左连接块和右连接块均为轴孔一体结构，竖直朝上的方向为轴、水平方向开孔；
以上述腰部支撑板的纵向中心线的垂直平分线为对称轴，所述适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人由左右对称的左半部分和右半部分组成；
其中，左半部分结构如下：
腰部支撑板的左端边缘内侧处，开设有一通透的第一轴孔，第一电机的输出轴自上向下，经由第一轴孔的上端穿过并伸出，伸出端与上述左连接块的轴端通过凸缘联轴器固定连接，左连接块的轴端通过轴承安装在第一轴孔的下端，连接处成为髋关节的一个转动运动关节；
上述左连接块的下端水平开设有第二轴孔，第二轴孔内装配有第二转动轴，第二转动轴的一端与大腿上部轴孔之间成过渡配合，通过平键联接传递转矩，第二转动轴的另一端与左连接块通过轴承形成髋关节的另一个转动关节；
上述第一电机的输出轴和第二转动轴连接处配合运动成为髋关节部；
上述左下肢包括足部、小腿和大腿三部分；其中，小腿和大腿均分别为组合式一体结构，小腿包括小腿下部和小腿上部；大腿包括大腿上部和大腿下部；
所述足部为组合式一体结构，包括前脚掌、足弓部和后脚掌三部分；其中，前脚掌和后脚掌均为平板，前脚掌和后脚掌之间通过可弯曲变形的弹性材料连接在一起，形成足弓部；
上述前脚掌的上表面设置有供机器人的使用人用于固定并锁紧鞋子的卡扣；
上述后脚掌后方外侧边缘处设置有一竖立的耳板，耳板上开设有第三轴孔，第三轴孔内转配有第三转动轴，第三转动轴分别与后脚掌和小腿下部之间采用间隙配合的方式形成可被动式转动连接，连接处成为踝关节部；
上述小腿下部和小腿上部之间通过第一连接柱连接，第一连接柱的一端与小腿下部或小腿上部焊接，另一端与小腿上部或小腿下部上对应位置处开设的不透孔承插连接，插入深度可根据机器人使用人的腿长进行小腿长度的匹配调节，调节到位后，由锁紧装置锁紧；
上述大腿下部和大腿上部之间通过第二连接柱连接，第一连接柱的一端与大腿下部或大腿上部焊接，另一端与大腿上部或大腿下部上对应位置处开设的不透孔承插连接，插入深度可根据机器人使用人的腿长进行大腿长度的匹配调节，调节到位后，由锁紧装置锁紧；
上述小腿上部与大腿下部分别开设有第四轴孔，并通过装配在第四轴孔中的第四转动轴连接，连接处成为膝关节部；其中，小腿上部的第四轴孔与第四转动轴成过渡配合，通过平键联接传递转矩；
第四转动轴与大腿下部的第四轴孔配合处装配有轴套和轴承，第四转动轴与大腿下部通过上述轴承与大腿下部的第四轴孔之间形成可转动连接；
第四转动轴的端部伸出大腿下部的外侧面，伸出端装配有一被动齿轮，被动齿轮的中心孔与第四转动轴成过渡配合，通过平键联接传递转矩；
在大腿下部的外侧面，第四转动轴的上方位置处，设置有一门框形状的第一电机安装座，电机安装座由两块竖板和一块横板焊接而成，其中，两块竖板分别与大腿下部外侧焊接，横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接，横板的中心位置开设有第五轴孔；第二电机固定在第一的电机安装座上；第二电机的输出轴经由上述第五轴孔穿过电机安装座的横板；
主动齿轮轴的一端安装在大腿下部的齿轮轴孔内，主动齿轮轴与齿轮轴孔配合处，安装有轴套和轴承，形成可转动连接；
主动齿轮轴的另一端伸出左下肢下部外侧面，主动齿轮轴的伸出端中段装配主动齿轮，主动齿轮轴的伸出末端通过联轴器与上述第二电机的输出轴固定连接；
上述主动齿轮的中心孔与主动齿轮轴成过渡配合，通过平键传递转矩；主动齿轮整体位于上述第一电机安装座的内部；
所述主动齿轮与被动齿轮啮合，成为齿轮副，齿轮副的减速比的比值大于1；
上述大腿上部的外侧，一上一下，分别安装有一组由同步带传动的带轮；其中，主动带轮位置靠下、被动带轮位置靠上；具体安装结构如下：
被动带轮安装轴的右端通过轴承装配在左连接块前部的轴孔中，另一端从大腿上部的外侧伸出，被动带轮装配在伸出端，形成过渡配合，通过平键联接传递转矩；
上述被动带轮安装轴与左连接块的轴孔之间通过轴承和轴套形成可转动连接；被动带轮安装轴与大腿上部连接成过渡配合，通过平键传递转矩；在大腿上部的外侧下方位置处，设置有一门框形状的第二电机安装座，第二电机安装座由两块竖板和一块横板焊接而成，其中，两块竖板分别与大腿上部外侧壁面焊接，横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接，横板的中心位置开设有第六轴孔；第三电机的输出轴经由上述第六轴孔穿过电机安装座的横板并伸出；在与上述第六轴孔的中心位于同一直线上，大腿上部上设置有一通透的轴孔，轴孔内装配有一主动带轮轴，主动带轮轴与轴孔配合处装配有轴套和轴承，形成可转动连接；
主动带轮朝大腿上部的外侧伸出，主动带轮装配在伸出端的右侧，主动带轮与主动带轮轴成过渡配合，利用平键传递转矩，伸出端的末端经联轴器与上述第三电机的输出轴固定连接；
上述主动带轮与被动带轮之间通过同步带转动。
2.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，所述第一电机、第二电机和第三电机均为集成有行星齿轮减速器的一体式结构，电机均为无刷直流伺服电机。
3.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，所述主动齿轮的中心孔与第四转动轴之间装配有轴套和深沟球轴承，轴端使用轴用挡圈对轴承内圈进行限位，深沟球轴承数量为两个，成对布置，轴承外圈通过端盖进行限位；
所述主动带轮转轴的中心孔与被动带轮第二转动轴之间装配有轴套和深沟球轴承，轴端使用轴用挡圈对轴承内圈进行限位，深沟球轴承数量为两个，成对布置，轴承外圈通过端盖进行限位。
4.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，所述腰部支撑板上，设置有捆绑用腰带，腰带为常规的带自动扣或板扣的腰带，或常规的带松紧扣的帆布带。
5.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，所述腰部支撑板的两端端部向下凹陷的缺口部，第一电机安装到位后，电机的端面沉入缺口部。
6.根据权利要求1-5任一所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，所述主动齿轮与被动齿轮位置处设置有防护罩；
所述腰部支撑板的弧度与人体的腰部弧度相一致；
所述大腿与小腿上的连接柱的锁紧装置均为紧固螺钉，数量均为两个。
7.根据权利要求1-5任一所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，所述大腿上部、大腿下部、小腿上部和小腿下部的主体部分均采用条形的板材制作。
8.根据权利要求1-5任一所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其特征在于，配套有控制系统，控制系统的硬件部分包括有盘式电机驱动器、测量人体步态姿态的位姿传感器、足底压力分布测试系统和上位工控机；其中，位姿传感器贴在人体膝关节和髋关节处，用于采集人体姿态变化信号；
前脚掌和后脚掌的足底均分别设置有一凹陷部，各凹陷部内均分别嵌入安装有压力分布式传感器，用于采集使用人行走过程中足底压力信号；上述足底压力传感器利用应变桥原理实现压力的测量，实时感应足底所受压力的变化，并以此为基础判断步态相序的目的；髋关节部和膝关节部分别安装有关节电机码盘，以采集运动过程中髋关节部和膝关节部的关节角度信号，并通过人机交互传给工控机；
工控机通过控制上述第一电机、第二电机和第三电机的启/停和转速调节，进而控制助力行走机器人的各关节部位的运动，以切合机器人使用人的步频、步幅和步态的变化规律。
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