CN107874981A - 一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，包括辅助支撑背板组件、两个具有长度调节功能的腰部固连组件、两个外骨骼机械腿组件，所述外骨骼机械腿组件左右对称，所述外骨骼机械腿组件包括髋关节内外旋组件、带驱动的髋关节屈伸组件、具有长度调节功能的大腿组件、带驱动的膝关节组件、具有长度调节功能的小腿组件、具有传感功能的足部组件。本发明涉及康复医疗器械领域，满足不同体型人群的使用需求，提供坐卧模式和训练模式，通过提供患者步态康复训练数据，辅助康复医师客观判断康复效果，使患者得到安全可靠的重复性训练，减轻康复医师在物理治疗方面的工作负担，提高工作质量。
Description
技术领域
本发明涉及康复医疗器械领域，特别是一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人。
技术背景
本发明主要针对因下肢损伤或功能缺陷导致的下肢行动障碍患者。
传统的康复治疗中，患者的康复治疗主要依赖于康复医师提供的物理性疗法，康复训练的过程单调枯燥，患者缺乏主动性。对于康复训练的结果取决于康复医师的主观判断，缺乏客观有效的评估手段。因此，需要一种替代康复医师提供物理治疗，并能够提供训练信息反馈，辅助康复医师客观判断康复效果的手段。
外骨骼康复机器人设备直接与人的肢体接触，其结构和运动特征必须要与人体康复运动机理相符，必须可控、安全、重量上可承受、关节活动度满足人体基本运动需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，包括辅助支撑背板组件、两个具有长度调节功能的腰部固连组件、两个外骨骼机械腿组件。其特征在于，所述外骨骼机械腿组件包括髋关节内外旋组件、带驱动的髋关节屈伸组件、具有长度调节功能的大腿组件、带驱动的膝关节组件、具有长度调节功能的小腿组件、具有传感功能的足部组件，所述辅助支撑背板组件与腰部固连组件通过螺栓固定连接，所述腰部固连组件与髋关节内外旋组件铰接，所述髋关节内外旋组件与髋关节屈伸组件固定连接，所述髋关节屈伸组件与大腿组件铰接，所述大腿组件与膝关节组件固定连接，所述膝关节组件与小腿组件铰接，所述小腿组件与足部组件铰接。
所述辅助支撑背板组件包括第一背板、第二背板、L型背板固定支架，所述第一背板、第二背板与L型背板固定支架通过螺栓固定连接，所述第一背板上加工有直槽口。
所述具有长度调节功能的腰部固连组件包括腰部第一固连件、腰部第二固连件、腰部星形把手、腰部沉头螺栓，所述腰部第一固连件与第一背板上的直槽口通过螺栓实现横向长度调节，所述腰部第二固连件套装在腰部第一固连件的滑槽内，所述腰部第一固连件上加工有直槽口，所述腰部第二固连件上固定连接有腰部沉头螺栓，所述腰部沉头螺栓结合腰部第一固连件上的直槽口与腰部星形把手的旋紧旋松实现纵向长度调节。
所述外骨骼机械腿组件左右对称安装。
所述髋关节内外旋组件包括髋关节内外旋转动件、转动件中心轴、转动件端盖，所述髋关节内外旋转动件旋转端通过转动件中心轴与腰部第二固连件铰接，所述腰部第二固连件与转动件中心轴之间的两接触端分别装有轴承，并通过转动件端盖密封。
所述髋关节内外旋组件被动驱动，提供的髋关节内外旋角度为-10°～10°。
所述带驱动的髋关节屈伸组件包括髋关节电机、髋关节减速器、髋关节减速器连接件、髋关节第一支撑件、髋关节花键轴、髋关节限位块、髋关节第二支撑件、髋关节编码盘连接件、髋关节角度编码盘、髋关节限位块滑行槽、髋关节双头螺杆、髋关节星形把手，所述髋关节电机与髋关节减速器相连，髋关节减速器减速端通过髋关节减速器连接件与髋关节花键轴连接，髋关节减速器连接件与髋关节第一支撑件螺纹联接，髋关节花键轴通过髋关节编码盘连接件与髋关节角度编码盘连接，髋关节编码盘连接件与髋关节第二支撑件螺纹联接，所述髋关节花键轴与髋关节减速器连接件、髋关节编码盘连接件两接触端分别设有轴承，所述髋关节内外旋转动件固定端与髋关节第一支撑件、髋关节第二支撑件固定连接，所述髋关节第一支撑件、髋关节第二支撑件通过内六角螺钉固定连接并形成髋关节限位块滑行槽，所述髋关节限位块放置于髋关节限位块滑行槽内，所述髋关节限位块与髋关节第一支撑件上的直槽口、髋关节第二支撑件上的螺纹盲孔，通过髋关节双头螺杆连接，并结合髋关节星形把手的旋紧旋松实现限位调节。
根据权利要求所述的驱动的髋关节屈伸组件，其特征在于，所述髋关节电机处于非工作状态时，髋关节限位块通过髋关节双头螺杆固定于髋关节第一支撑件直槽口上顶点，髋关节角度限定范围为：-20°～90°；所述髋关节电机处于工作状态时，髋关节限位块通过髋关节双头螺杆固定于髋关节第一支撑件直槽口下顶点，髋关节角度限定范围为：-20°～50°。
所述具有长度调节功能的大腿组件包括大腿第一杆件、大腿第二杆件、大腿沉头螺栓、大腿星形把手、大腿人机接口，所述大腿第一杆件通过髋关节花键轴与带驱动的髋关节屈伸组件铰接，所述大腿第一杆件与大腿人机接口固定连接，所述大腿人机接口处连接有肌电传感器，所述大腿第二杆件套装在大腿第一杆件的滑槽内，所述大腿第一杆件上加工有直槽口，所述大腿第二杆件上固定连接有两个大腿沉头螺栓，所述大腿沉头螺栓结合大腿第一杆件上的直槽口与大腿星形把手的旋紧旋松实现腿部长度调节。
所述带驱动的膝关节组件包括膝关节电机、膝关节减速器、膝关节减速器连接件、膝关节第一支撑件、膝关节花键轴、膝关节限位块、膝关节第二支撑件、膝关节编码盘连接件、膝关节角度编码盘、膝关节限位块滑行槽、膝关节双头螺杆、膝关节星形把手，所述膝关节电机与膝关节减速器相连，膝关节减速器减速端通过膝关节减速器连接件与膝关节花键轴连接，膝关节减速器连接件与膝关节第一支撑件螺纹联接，膝关节花键轴通过膝关节编码盘连接件与膝关节角度编码盘连接，膝关节编码盘连接件与膝关节第二支撑件螺纹联接，所述膝关节花键轴与膝关节减速器连接件、膝关节编码盘连接件两接触端分别设有轴承，所述大腿第二杆件与膝关节第一支撑件、膝关节第二支撑件固定连接，所述膝关节第一支撑件与膝关节第二支撑件通过内六角螺钉固定连接，并形成膝关节限位块滑行槽，所述膝关节限位块放置于膝关节限位块滑行槽内，所述膝关节限位块与膝关节第一支撑件外表面上的直槽口、膝关节第二支撑件上螺纹盲孔的通过膝关节双头螺杆连接，并结合膝关节星形把手的旋紧旋松实现限位调节。
所述膝关节电机处于非工作状态时，膝关节限位块通过膝关节双头螺杆固定于膝关节第一支撑件直槽口上顶点，膝关节角度限定范围为：0°～90°；所述膝关节电机处于工作状态时，膝关节限位块通过膝关节双头螺杆固定于膝关节第一支撑件直槽口下顶点，膝关节角度限定范围为：0°～60°。
所述具有长度调节功能的小腿组件包括小腿第一杆件、小腿第二杆件、小腿沉头螺栓、小腿星形把手、小腿人机接口，所述小腿第一杆件通过膝关节花键轴与带驱动的膝关节组件铰接，所述小腿第一杆件与小腿人机接口固定连接，所述小腿人机接口处连接有肌电传感器，所述小腿第二杆件套装在小腿第一杆件的滑槽内，所述小腿第一杆件上加工有直槽口，所述小腿第二杆件上固定连接有小腿沉头螺栓，所述小腿沉头螺栓结合小腿第一杆件上的直槽口与小腿星形把手的旋紧旋松实现腿部长度调节。
所述具有传感功能的足部组件包括踝关节第一端盖、踝关节关节轴、脚底板、踝关节第二端盖、脚底橡胶减震层、脚底聚酯纤维感应层，所述脚底板通过踝关节关节轴与小腿第二杆件铰接，所述踝关节关节轴与小腿第二杆件两接触端分别安装有轴承，同时，两端分别通过踝关节第一端盖与踝关节第二端盖密封，所述脚底板上固定连接有脚底橡胶减震层，所述脚底橡胶减震层上固定连接有脚底聚酯纤维感应层，所述脚底聚酯纤维感应层上设有六个足底压力传感器放置孔，足底压力传感器放置孔内放置有压力传感器。
所述具有传感功能的足部组件被动驱动，提供的踝关节屈伸角度为-20°～30°。
利用本发明的技术方案制作的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，具有以下特点：单侧外骨骼机械腿具有四个自由度，其中髋关节、膝关节屈伸运动采用主动驱动，依靠直流无刷电机结合减速器为主动驱动关节提供动力，通过角度编码盘收集关节角度运动信息；髋关节内外旋与踝关节屈伸采用被动驱动。髋关节内外旋组件所限制角度范围满足人体步行康复训练时保持平衡的基本需求。具有长度调节功能的腰部固连组件可以满足患者腰部横向和纵向两个方向上的尺寸调节，结合具有长度调节功能的大腿组件、小腿组件，能够满足不同体型人群的使用要求。腿部长度调节装置均采用直槽口形式，可调节腿部尺寸到允许范围内任意数值，对不同体型的患者适应性更强；通过腿部人机接口处连接的肌电传感器，收集腿部肌电信号。带驱动的髋关节屈伸组件、膝关节组件根据人体动力学特性设计限位可调装置，保证患者使用过程中的稳定性、安全性。具有传感功能的足部组件通过足底压力传感器收集患者步行训练过程中的足底压力信息。本发明所设计的可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人提供坐卧模式和训练模式，准备步行训练时，患者在坐、卧情况下穿戴，电机处于非工作状态，髋关节屈伸组件、膝关节组件上的双头螺杆位于直槽口上顶点，方便患者佩戴；进行步行康复训练时，电机处于工作状态，髋关节屈伸组件、膝关节组件上的双头螺杆位于直槽口下顶点，限位角度符合人体行走过程中的动力学特性。通过角度编码盘和足底压力传感器收集患者步态康复训练数据，用于辅助康复医师客观判断康复治疗效果。
附图说明
图1是本发明所述一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人的结构示意图；
图2是本发明所述辅助支撑背板组件结构示意图；
图3是本发明所述具有长度调节功能的腰部固连组件的结构示意图；
图4是本发明所述髋关节内外旋组件结构局部剖面示意图；
图5是本发明所述带驱动的髋关节屈伸组件结构示意图；
图6是本发明所述带驱动的髋关节屈伸组件剖面结构示意图；
图7是本发明所述带驱动的髋关节部分组件非工作状态剖面结构示意图；
图8是本发明所述带驱动的髋关节部分组件结构示意图；
图9是本发明所述带驱动的髋关节部分组件工作状态剖面结构示意图；
图10是本发明所述具有具有长度调节功能的大腿组件结构示意图；
图11是本发明所述具有具有长度调节功能的大腿组件剖面结构示意图；
图12是本发明所述带驱动的膝关节组件结构示意图；
图13是本发明所述带驱动的膝关节组件剖面结构示意图；
图14是本发明所述带驱动的膝关节部分组件非工作状态剖面结构示意图；
图15是本发明所述带驱动的膝关节部分组件结构示意图；
图16是本发明所述带驱动的膝关节部分组件工作状态剖面结构示意图；
图17是本发明所述具有具有长度调节功能的小腿组件结构示意图；
图18是本发明所述具有具有长度调节功能的小腿组件剖面结构示意图；
图19是本发明所述具有传感功能的足部组件剖面结构示意图；
图20是本发明所述具有传感功能的足部组件局部剖视图；
图中，1、辅助支撑背板组件；2、具有长度调节功能的腰部固连组件；3、髋关节内外旋组件；4、带驱动的髋关节屈伸组件；5、具有长度调节功能的大腿组件；6、带驱动的膝关节组件；7、具有长度调节功能的小腿组件；8、具有传感功能的足部组件；1.1、第一背板；1.2、第二背板；1.3、L型背板固定支架；2.1、腰部第一固连件；2.2、腰部第二固连件；2.3、腰部星形把手；2.4、腰部沉头螺栓；3.1、髋关节内外旋转动件；3.2、转动件中心轴；3.3、转动件端盖；4.1、髋关节电机；4.2、髋关节减速器；4.3、髋关节减速器连接件；4.4、髋关节第一支撑件；4.5、髋关节花键轴；4.6、髋关节限位块；4.7、髋关节第二支撑件；4.8、髋关节编码盘连接件；4.9、髋关节角度编码盘；4.10、髋关节限位块滑行槽；4.11、髋关节双头螺柱；4.12、髋关节星形把手；5.1、大腿第一杆件；5.2、大腿第二杆件；5.3、大腿沉头螺栓；5.4、大腿星形把手；5.5、大腿人机接口；6.1、膝关节电机；6.2、膝关节减速器；6.3、膝关节减速器连接件；6.4、膝关节第一支撑件；6.5、膝关节花键轴；6.6、膝关节限位块；6.7、膝关节第二支撑件；6.8、膝关节编码盘连接件；6.9、膝关节角度编码盘；6.10、膝关节限位块滑行槽；6.11、膝关节双头螺杆；6.12、膝关节星形把手；7.1、小腿第一杆件；7.2、小腿第二杆件；7.3、小腿沉头螺栓；7.4、小腿星形把手；7.5、小腿人机接口；8.1、踝关节第一端盖；8.2、踝关节关节轴；8.3、脚底板；8.4、踝关节第二端盖；8.5、脚底橡胶减震层；8.6、脚底聚酯纤维感应层。
具体实施内容
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，包括辅助支撑背板组件1、两个具有长度调节功能的腰部固连组件2、两个外骨骼机械腿组件，所述外骨骼机械腿组件左右对称，所述外骨骼机械腿组件包括髋关节内外旋组件3、带驱动的髋关节屈伸组件4、具有长度调节功能的大腿组件5、带驱动的膝关节组件6、具有长度调节功能的小腿组件7、具有传感功能的足部组件8，所述辅助支撑背板组件1与腰部固连组件2通过螺栓固定连接，所述腰部固连组件2与髋关节内外旋组件3铰接，所述髋关节内外旋组件3与髋关节屈伸组件4固定连接，所述髋关节屈伸组件4与大腿组件5铰接，所述大腿组件5与膝关节组件6固定连接，所述膝关节组件6与小腿组件7铰接，所述小腿组件7与足部组件8铰接。
如图2所示，所述辅助支撑背板组件1包括第一背板1.1、第二背板1.2、L型背板固定支架1.3，所述第一背板1.1、第二背板1.2与L型背板固定支架1.3通过螺栓固定连接，所述第一背板1.1上加工有直槽口。
如图3所示，所述具有长度调节功能的腰部固连组件2对称安装在第一背板1.1左右两侧；所述具有长度调节功能的腰部固连组件2包括腰部第一固连件2.1、腰部第二固连件2.2、腰部星形把手2.3、腰部沉头螺栓2.4，所述腰部第一固连件2.1与第一背板1.1上的直槽口通过螺栓实现横向长度调节，所述腰部第二固连件2.2套装在腰部第一固连件2.1的滑槽内，所述腰部第一固连件2.1上加工有直槽口，所述腰部第二固连件2.2上固定连接有腰部沉头螺栓2.4，所述腰部沉头螺栓2.4结合腰部第一固连件2.1上的直槽口与腰部星形把手2.3的旋紧旋松实现纵向长度调节。
如图4～6所示，所述髋关节内外旋组件3包括髋关节内外旋转动件3.1、转动件中心轴3.2、转动件端盖3.3，所述髋关节内外旋转动件3.1旋转端通过转动件中心轴3.2与腰部第二固连件2.2铰接，所述腰部第二固连件2.2与转动件中心轴3.2之间的两接触端分别装有轴承，并通过转动件端盖3.3密封；所述髋关节内外旋组件3被动驱动，提供的髋关节内外旋运动角度限定范围为：-10°～10°。
如图5～9所示，所述带驱动的髋关节屈伸组件4包括髋关节电机4.1、髋关节减速器4.2、髋关节减速器连接件4.3、髋关节第一支撑件4.4、髋关节花键轴4.5、髋关节限位块4.6、髋关节第二支撑件4.7、髋关节编码盘连接件4.8、髋关节角度编码盘4.9、髋关节限位块滑行槽4.10、髋关节双头螺杆4.11、髋关节星形把手4.12，所述髋关节电机4.1与髋关节减速器4.2相连，髋关节减速器4.2减速端通过髋关节减速器连接件4.3与髋关节花键轴4.5连接，髋关节减速器连接件与髋关节第一支撑件4.4螺纹联接，髋关节花键轴4.5通过髋关节编码盘连接件4.8与髋关节角度编码盘4.9连接，髋关节编码盘连接件4.8与髋关节第二支撑件4.7螺纹联接，所述髋关节花键轴4.5与髋关节减速器连接件4.3、髋关节编码盘连接件4.8两接触端分别设有轴承，所述髋关节内外旋转动件3.1固定端与髋关节第一支撑件4.4、髋关节第二支撑件4.7固定连接，所述髋关节第一支撑件4.4、髋关节第二支撑件4.7通过内六角螺钉固定连接并形成髋关节限位块滑行槽4.10，所述髋关节限位块4.6放置于髋关节限位块滑行槽4.10内，所述髋关节限位块4.6与髋关节第一支撑件4.4上的直槽口、髋关节第二支撑件4.7上的螺纹盲孔，通过髋关节双头螺杆4.11连接，并结合髋关节星形把手的旋紧旋松实现限位调节；所述髋关节电机4.1处于非工作状态时，髋关节限位块4.6通过髋关节双头螺杆4.11固定于髋关节第一支撑件4.4直槽口上顶点，髋关节屈伸运动角度限定范围为：-20°～90°；所述髋关节电机4.1处于工作状态时，髋关节限位块4.6通过髋关节双头螺杆4.11固定于髋关节第一支撑件4.4直槽口下顶点，髋关节屈伸运动角度限定范围为：-20°～50°。
如图10～11所示，所述具有长度调节功能的大腿组件5包括大腿第一杆件5.1、大腿第二杆件5.2、大腿沉头螺栓5.3、大腿星形把手5.4、大腿人机接口5.5，所述大腿第一杆件5.1通过髋关节花键轴4.5与带驱动的髋关节屈伸组件4铰接，所述大腿第一杆件5.1与大腿人机接口5.5固定连接，所述大腿人机接口5.5处连接有肌电传感器，所述大腿第二杆件5.2套装在大腿第一杆件5.1的滑槽内，所述大腿第一杆件5.1上加工有直槽口，所述大腿第二杆件5.2上固定连接有两个大腿沉头螺栓5.3，所述大腿沉头螺栓5.3结合大腿第一杆件5.1上的直槽口与大腿星形把手5.4的旋紧旋松实现腿部长度调节。
如图12～16所示，所述带驱动的膝关节组件6包括膝关节电机6.1、膝关节减速器6.2、膝关节减速器连接件6.3、膝关节第一支撑件6.4、膝关节花键轴6.5、膝关节限位块6.6、膝关节第二支撑件6.7、膝关节编码盘连接件6.8、膝关节角度编码盘6.9、膝关节限位块滑行槽6.10、膝关节双头螺杆6.11、膝关节星形把手6.12，所述膝关节电机6.1与膝关节减速器6.2相连，膝关节减速器6.2减速端通过膝关节减速器连接件6.3与膝关节花键轴6.5连接，膝关节减速器连接件与膝关节第一支撑件6.4螺纹联接，膝关节花键轴6.5通过膝关节编码盘连接件6.8与膝关节角度编码盘6.9连接，膝关节编码盘连接件6.8与膝关节第二支撑件6.7螺纹联接，所述膝关节花键轴6.5与膝关节减速器连接件6.3、膝关节编码盘连接件6.8两接触端分别设有轴承，所述大腿第二杆件5.2与膝关节第一支撑件6.4、膝关节第二支撑件6.7固定连接，所述膝关节第一支撑件6.4与膝关节第二支撑件6.7通过内六角螺钉固定连接，并形成膝关节限位块滑行槽6.10，所述膝关节限位块6.6放置于膝关节限位块滑行槽6.10内，所述膝关节限位块6.6与膝关节第一支撑件6.6外表面上的直槽口、膝关节第二支撑件6.7上螺纹盲孔的通过膝关节双头螺杆6.11连接，并结合膝关节星形把手6.12的旋紧旋松实现限位调节；所述膝关节电机6.1处于非工作状态时，膝关节限位块6.6通过膝关节双头螺杆6.11固定于膝关节第一支撑件6.4直槽口上顶点，膝关节屈伸运动角度限定范围为：0°～90°；所述膝关节电机6.1处于工作状态时，膝关节限位块6.6通过膝关节双头螺杆6.11固定于膝关节第一支撑件4.4直槽口下顶点，膝关节屈伸运动角度限定范围为：0°～60°。
如图17～18所示，所述具有长度调节功能的小腿组件7包括小腿第一杆件7.1、小腿第二杆件7.2、小腿沉头螺栓7.3、小腿星形把手7.4、小腿人机接口7.5，所述小腿第一杆件7.1通过膝关节花键轴6.5与带驱动的膝关节组件6铰接，所述小腿第一杆件7.1与小腿人机接口7.5固定连接，所述小腿人机接口7.5处连接有肌电传感器，所述小腿第二杆件7.2套装在小腿第一杆件7.1的滑槽内，所述小腿第一杆件7.1上加工有直槽口，所述小腿第二杆件7.2上固定连接有小腿沉头螺栓7.3，所述小腿沉头螺栓7.3结合小腿第一杆件7.1上的直槽口与小腿星形把手7.4的旋紧旋松实现腿部长度调节。
如图19～20所示，所述具有传感功能的足部组件8包括踝关节第一端盖8.1、踝关节关节轴8.2、脚底板8.3、踝关节第二端盖8.4、脚底橡胶减震层8.5、脚底聚酯纤维感应层8.6，所述脚底板通过踝关节关节轴8.2与小腿第二杆件7.2铰接，所述踝关节关节轴8.2与小腿第二杆件7.2两接触端分别安装有轴承，同时，两端分别通过踝关节第一端盖8.1与踝关节第二端盖8.4密封，所述脚底板8.3上固定连接有脚底橡胶减震层8.5，所述脚底橡胶减震层8.5上固定连接有脚底聚酯纤维感应层8.6，所述脚底聚酯纤维感应层8.6上设有六个足底压力传感器放置孔，足底压力传感器放置孔内放置有压力传感器；所述具有传感功能的足部组件8被动驱动，提供的踝关节屈伸运动角度限定范围为：-20°～30°。
本实施方案的特点为：一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，包括辅助支撑背板组件、两个具有长度调节功能的腰部固连组件、两个外骨骼机械腿组件。外骨骼机械腿组件包括髋关节内外旋组件、带驱动的髋关节屈伸组件、具有长度调节功能的大腿组件、带驱动的膝关节组件、具有长度调节功能的小腿组件、具有传感功能的足部组件。辅助支撑背板组件与腰部固连组件通过螺栓固定连接，腰部固连组件与髋关节内外旋组件铰接，髋关节内外旋组件与髋关节屈伸组件固定连接，髋关节屈伸组件与大腿组件铰接，大腿组件与膝关节组件固定连接，膝关节组件与小腿组件铰接，小腿组件与足部组件铰接；其中，髋关节内外旋组件所限制角度满足人体步行康复训练时的基本需求。具有长度调节功能的腰部固连组件可以满足患者腰部横向和纵向两个方向上的尺寸调节，结合具有长度调节功能的大腿组件、小腿组件，能够满足不同体型人群的使用要求。腿部长度调节装置均采用直槽口形式，可调节腿部尺寸到允许范围内任意数值，对不同体型的患者适应性更强。带驱动的髋关节屈伸组件、膝关节组件根据人体动力学特性设计限位可调装置，保证患者使用过程中的稳定性、安全性。
在本实施方案中，本发明所设计的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，单侧外骨骼机械腿具有四个自由度，其中髋关节、膝关节屈伸运动采用主动驱动，依靠直流无刷电机结合减速器为主动驱动关节提供动力，髋关节内外旋与踝关节屈伸采用被动驱动，通过角度编码盘收集关节角度运动信息，通过足底压力传感器收集患者步态训练过程中足底压力信息，与腿部人机接口处的肌电传感器共同形成闭环伺服控制系统，提供坐卧模式和训练模式。患者穿戴设备前，首先根据患者人体尺寸参数，分别调节腰部固连件、大腿组件、小腿组件上的星形把手，使其达到相应需求尺寸，将腰部固连件通过医用绑带与患者腰部连接，将外骨骼机械腿组件上的腿部人机接口通过医用绑缚固定装置与患者大腿、小腿连接，准备步行训练时，患者在坐、卧情况下穿戴设备，启动坐卧模式，电机处于非工作状态，为方便患者佩戴使用，髋关节屈伸组件、膝关节组件上的双头螺杆位于直槽口上顶点，髋、膝限位角度分别为-20°～90°、0°～90°；进行步行康复训练时，转到训练模式，电机处于工作状态，髋关节屈伸组件、膝关节组件上的双头螺杆位于直槽口下顶点，髋、膝限位角度分别为-20°～50°、0°～60°，限位角度符合人体动力学特性，同时，通过反馈的关节角度运动信息、足底压力信息和肌电信号控制电机运转；完成步态训练时，切换到坐卧模式，髋关节屈伸组件、膝关节组件上的双头螺杆位于直槽口上顶点，患者停止训练，由站姿转变到坐姿或卧姿，电机停转，解除患者腿部医用绑缚固定装置，调松腰部固连件，解除腰部医用绑带。通过角度编码盘和足底压力传感器收集患者步态康复训练数据，用于辅助康复医师客观判断康复治疗效果。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，包括辅助支撑背板组件1、两个具有长度调节功能的腰部固连组件2、两个外骨骼机械腿组件。其特征在于，所述外骨骼机械腿组件左右对称，所述外骨骼机械腿组件包括髋关节内外旋组件3、带驱动的髋关节屈伸组件4、具有长度调节功能的大腿组件5、带驱动的膝关节组件6、具有长度调节功能的小腿组件7、具有传感功能的足部组件8，所述辅助支撑背板组件1与腰部固连组件2通过螺栓固定连接，所述腰部固连组件2与髋关节内外旋组件3铰接，所述髋关节内外旋组件3与髋关节屈伸组件4固定连接，所述髋关节屈伸组件4与大腿组件5铰接，所述大腿组件5与膝关节组件6固定连接，所述膝关节组件6与小腿组件7铰接，所述小腿组件7与足部组件8铰接。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述辅助支撑背板组件1包括第一背板1.1、第二背板1.2、L型背板固定支架1.3，所述第一背板1.1、第二背板1.2与L型背板固定支架1.3通过螺栓固定连接，所述第一背板1.1上加工有直槽口。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述具有长度调节功能的腰部固连组件2包括腰部第一固连件2.1、腰部第二固连件2.2、腰部星形把手2.3、腰部沉头螺栓2.4，所述具有长度调节功能的腰部固连组件2对称安装在第一背板1.1左右两侧，所述腰部第一固连件2.1与第一背板1.1上的直槽口通过螺栓实现横向长度调节，所述腰部第二固连件2.2套装在腰部第一固连件2.1的滑槽内，所述腰部第一固连件2.1上加工有直槽口，所述腰部第二固连件2.2上固定连接有腰部沉头螺栓2.4，所述腰部沉头螺栓2.4结合腰部第一固连件2.1上的直槽口与腰部星形把手2.3的旋紧旋松实现纵向长度调节。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述髋关节内外旋组件3包括髋关节内外旋转动件3.1、转动件中心轴3.2、转动件端盖3.3，所述髋关节内外旋转动件3.1旋转端通过转动件中心轴3.2与腰部第二固连件2.2铰接，所述腰部第二固连件2.2与转动件中心轴3.2之间的两接触端分别装有轴承，并通过转动件端盖3.3密封。
5.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述带驱动的髋关节屈伸组件4包括髋关节电机4.1、髋关节减速器4.2、髋关节减速器连接件4.3、髋关节第一支撑件4.4、髋关节花键轴4.5、髋关节限位块4.6、髋关节第二支撑件4.7、髋关节编码盘连接件4.8、髋关节角度编码盘4.9、髋关节限位块滑行槽4.10、髋关节双头螺杆4.11、髋关节星形把手4.12，所述髋关节电机4.1与髋关节减速器4.2相连，髋关节减速器4.2减速端通过髋关节减速器连接件4.3与髋关节花键轴4.5连接，髋关节减速器连接件与髋关节第一支撑件4.4螺纹联接，髋关节花键轴4.5通过髋关节编码盘连接件4.8与髋关节角度编码盘4.9连接，髋关节编码盘连接件4.8与髋关节第二支撑件4.7螺纹联接，所述髋关节花键轴4.5与髋关节减速器连接件4.3、髋关节编码盘连接件4.8两接触端分别设有轴承，所述髋关节内外旋转动件3.1固定端与髋关节第一支撑件4.4、髋关节第二支撑件4.7固定连接，所述髋关节第一支撑件4.4、髋关节第二支撑件4.7通过内六角螺钉固定连接并形成髋关节限位块滑行槽4.10，所述髋关节限位块4.6放置于髋关节限位块滑行槽4.10内，所述髋关节限位块4.6与髋关节第一支撑件4.4上的直槽口、髋关节第二支撑件4.7上的螺纹盲孔，通过髋关节双头螺杆4.11连接，并结合髋关节星形把手的旋紧旋松实现限位调节。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述具有长度调节功能的大腿组件5包括大腿第一杆件5.1、大腿第二杆件5.2、大腿沉头螺栓5.3、大腿星形把手5.4、大腿人机接口5.5，所述大腿第一杆件5.1通过髋关节花键轴4.5与带驱动的髋关节屈伸组件4铰接，所述大腿第一杆件5.1与大腿人机接口5.5固定连接，所述大腿人机接口5.5处连接有肌电传感器，所述大腿第二杆件5.2套装在大腿第一杆件5.1的滑槽内，所述大腿第一杆件5.1上加工有直槽口，所述大腿第二杆件5.2上固定连接有两个大腿沉头螺栓5.3，所述大腿沉头螺栓5.3结合大腿第一杆件5.1上的直槽口与大腿星形把手5.4的旋紧旋松实现腿部长度调节。
7.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述带驱动的膝关节组件6包括膝关节电机6.1、膝关节减速器6.2、膝关节减速器连接件6.3、膝关节第一支撑件6.4、膝关节花键轴6.5、膝关节限位块6.6、膝关节第二支撑件6.7、膝关节编码盘连接件6.8、膝关节角度编码盘6.9、膝关节限位块滑行槽6.10、膝关节双头螺杆6.11、膝关节星形把手6.12，所述膝关节电机6.1与膝关节减速器6.2相连，膝关节减速器6.2减速端通过膝关节减速器连接件6.3与膝关节花键轴6.5连接，膝关节减速器连接件与膝关节第一支撑件6.4螺纹联接，膝关节花键轴6.5通过膝关节编码盘连接件6.8与膝关节角度编码盘6.9连接，膝关节编码盘连接件6.8与膝关节第二支撑件6.7螺纹联接，所述膝关节花键轴6.5与膝关节减速器连接件6.3、膝关节编码盘连接件6.8两接触端分别设有轴承，所述大腿第二杆件5.2与膝关节第一支撑件6.4、膝关节第二支撑件6.7固定连接，所述膝关节第一支撑件6.4与膝关节第二支撑件6.7通过内六角螺钉固定连接，并形成限位块膝关节滑行槽6.10，所述膝关节限位块6.6放置于膝关节限位块滑行槽6.10内，所述膝关节限位块6.6与膝关节第一支撑件6.6外表面上的直槽口、膝关节第二支撑件6.7上螺纹盲孔的通过膝关节双头螺杆6.11连接，并结合膝关节星形把手6.12的旋紧旋松实现限位调节。
8.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述具有长度调节功能的小腿组件7包括小腿第一杆件7.1、小腿第二杆件7.2、小腿沉头螺栓7.3、小腿星形把手7.4、小腿人机接口7.5，所述小腿第一杆件7.1通过膝关节花键轴6.5与带驱动的膝关节组件6铰接，所述小腿第一杆件7.1与小腿人机接口7.5固定连接，所述小腿人机接口7.5处连接有肌电传感器，所述小腿第二杆件7.2套装在小腿第一杆件7.1的滑槽内，所述小腿第一杆件7.1上加工有直槽口，所述小腿第二杆件7.2上固定连接有小腿沉头螺栓7.3，所述小腿沉头螺栓7.3结合小腿第一杆件7.1上的直槽口与小腿星形把手7.4的旋紧旋松实现腿部长度调节。
9.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述具有传感功能的足部组件8包括踝关节第一端盖8.1、踝关节关节轴8.2、脚底板8.3、踝关节第二端盖8.4、脚底橡胶减震层8.5、脚底聚酯纤维感应层8.6，所述脚底板通过踝关节关节轴8.2与小腿第二杆件7.2铰接，所述踝关节关节轴8.2与小腿第二杆件7.2两接触端分别安装有轴承，同时，两端分别通过踝关节第一端盖8.1与踝关节第二端盖8.4密封，所述脚底板8.3上固定连接有脚底橡胶减震层8.5，所述脚底橡胶减震层8.5上固定连接有脚底聚酯纤维感应层8.6，所述脚底聚酯纤维感应层8.6上设有六个足底压力传感器放置孔，足底压力传感器放置孔内放置有压力传感器。
10.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人，其特征在于，所述髋关节内外旋组件3被动驱动，髋关节内外旋运动角度限定范围为：-10°～10°；所述带驱动的髋关节屈伸组件4主动驱动，所述髋关节电机4.1处于非工作状态时，髋关节限位块4.6通过髋关节双头螺杆4.11固定于髋关节第一支撑件4.4直槽口上顶点，髋关节屈伸运动角度限定范围为：-20°～90°；所述电机髋关节4.1处于工作状态时，髋关节限位块4.6通过髋关节双头螺杆4.11固定于髋关节第一支撑件4.4直槽口下顶点，髋关节屈伸运动角度限定范围为：-20°～50°；所述带驱动的膝关节组件6主动驱动，其特征在于，所述膝关节电机6.1处于非工作状态时，膝关节膝关节限位块6.6通过膝关节双头螺杆6.11固定于膝关节第一支撑件6.4直槽口上顶点，膝关节屈伸运动角度限定范围为：0°～90°；所述膝关节电机6.1处于工作状态时，膝关节限位块6.6通过膝关节双头螺杆6.11固定于膝关节第一支撑件4.4直槽口下顶点，膝关节屈伸运动角度限定范围为：0°～60°；所述具有传感功能的足部组件8被动驱动，提供的踝关节屈伸运动角度限定范围为-20°～30°。
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