CN108247606B - 一种模块化可重构多功能外骨骼机器人 - Google Patents

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Abstract

一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，涉及外骨骼机器人领域；包括轨道室内环境、多自由度支撑架和全身外骨骼装置；其中，轨道室内环境为空旷空间；轨道室内环境的地面设置有轨道；多自由度支撑架设置在轨道上，实现多自由度支撑架沿轨道轴向平移运动；全身外骨骼装置与多自由度支撑架固定连接；实现多自由度支撑架带动全身外骨骼装置沿轨道轴向平移运动；且全身外骨骼装置相对于多自由度支撑架实现平移、俯仰和旋转运动；本发明适用于多个虚拟特定应用环境，功能结构多样化，模块化，可重构化，能够运用一套高度模块化的可重构外骨骼机器人系统并结合多自由度的康复辅助支撑装置来实现各种需求功能和更加接近现实的康复效果。

Description

一种模块化可重构多功能外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及一种外骨骼机器人领域，特别是一种模块化可重构多功能外骨骼机器人。
背景技术
目前，康复外骨骼机器人主要有坐式、卧式、坐卧式、跑步机悬吊式以及悬吊卧躺结合式等，但这些外骨骼机器人均是固定不动的，不能提供给患者相对地面移动的更加真实的康复手段，且只适用于某个特定应用环境，往往功能结构单一，不具备高度的模块化，更谈不上高度的可重构性，如何能够运用一套高度模块化的可重构外骨骼机器人系统并结合多自由度的康复辅助支撑装置来实现各种需求功能和更加接近现实的康复效果成为亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，适用于多个虚拟特定应用环境，功能结构多样化，模块化，可重构化，能够运用一套高度模块化的可重构外骨骼机器人系统并结合多自由度的康复辅助支撑装置来实现各种需求功能和更加接近现实的康复效果。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，包括轨道室内环境、多自由度支撑架和全身外骨骼装置；其中，轨道室内环境为空旷空间；轨道室内环境的地面设置有轨道；多自由度支撑架设置在轨道上，实现多自由度支撑架沿轨道轴向平移运动；全身外骨骼装置与多自由度支撑架固定连接；实现多自由度支撑架带动全身外骨骼装置沿轨道轴向平移运动；且全身外骨骼装置相对于多自由度支撑架实现水平平移、竖直平移、偏转和旋转运动。
在上述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，所述的多自由度支撑架包括龙门架、横移回转装置、回转俯仰支撑架、前后俯仰装置和升降装置；其中；龙门架为拱门形状，龙门架的底部与轨道室内环境的轨道连接；龙门架顶部下表面设置有凹槽；横移回转装置设置在凹槽中；回转俯仰支撑架固定安装在横移回转装置的底部；前后俯仰装置固定安装在回转俯仰支撑架的中部；升降装置固定设置在前后俯仰装置的中部。
在上述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，横移回转装置实现沿凹槽方向做平移和旋转运动；回转俯仰支撑架实现沿横移回转装置的轴向做旋转运动；同时回转俯仰支撑架沿横移回转装置做偏转运动；实现前后俯仰装置沿回转俯仰支撑架做俯仰偏转运动；升降装置实现沿竖直方向在前后俯仰装置上移动。
在上述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，所述全身外骨骼装置包括后背快速连接架、VR虚拟场景系统、上肢外骨骼装置和下肢外骨骼装置；其中，后背快速连接架固定安装在人体背部；VR虚拟场景系统固定在人体头部的眼睛处；上肢外骨骼装置固定安装在人体上臂的两侧；下肢外骨骼装置固定安装在热体腿部的两侧。
在上述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，所述外骨骼机器人还包括移动式控制装置；移动式控制装置固定安装在后背快速连接架上，实现与升降装置固定连接。
在上述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，后背快速连接架和上肢外骨骼装置组成上肢外骨骼康复装置，实现只针对人体上肢的康复运动。
在上述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，后背快速连接架和下肢外骨骼装置组成下肢外骨骼康复装置，实现只针对人体下肢的康复运动。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了模块化可重构快速拆装背架结构设计，使用者可根据人体关节康复运动需求快速拆装重构出上肢康复外骨骼、下肢康复外骨骼、全身康复外骨骼。所重构的上肢康复外骨骼、下肢康复外骨骼和全身康复外骨骼可快速安装于多自由度支撑架结构的升降式背部安装结构上，构成支撑架式上肢康复系统、支撑架式下肢康复系统和支撑架式全身康复系统。所重构的上肢康复外骨骼、下肢康复外骨骼和全身康复外骨骼也可快速安装于便携式控制及动力装置上，构成动力电源式上肢康复系统、动力电源式下肢康复系统、动力电源式全身康复系统。所述的支撑架式上肢康复系统、支撑架式下肢康复系统和支撑架式全身康复系统是面向较重病患患者或康复周期的前期和中期阶段，所述动力电源式上肢康复系统、动力电源式下肢康复系统、动力电源式全身康复系统是面向较轻病患患者或康复周期的后期阶段，本发明提供了一种面向全康复训练周期和多病症患者的模块化可重构多功能的康复外骨骼机器人；
(2)本发明提出了多自由度支撑架结构，能够让患者站在地面上康复，康复效果更加真实，消除患者心理负担，而且患者可在多自由度支撑架结构的支撑下完成行走、转身、蹲起、侧向移动等其他固定式康复外骨骼无法完成的康复动作；
(3)本发明的多自由度支撑架的升降式背部安装结构可完成上下升降及翻转，使患者能完成地面运动康复训练、吊装康复训练、坐式康复训练以及卧式康复训练，是一种多功能的康复训练设备；
(4)本发明提出了VR虚拟交互系统、轨道康复室内空间和多功能支撑架结构配合的康复训练方式。在有限的室内空间内，构建出无限的户外康复训练空间，当患者康复训练时走到室内边缘时，VR虚拟现实系统会构建处真实的户外障碍物场景，使患者改变行走方向，使其身临其境，在游戏互动场景中训练，在享受娱乐中训练，提高康复训练效果。
附图说明
图1为本发明全身康复系统组成示意图；
图2为本发明多自由度支撑架示意图；
图3为本发明全身外骨骼装置示意图；
图4为本发明多移动式控制装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为全身康复系统组成示意图，由图可知，一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，包括轨道室内环境1、多自由度支撑架2和全身外骨骼装置3；其中，轨道室内环境1为空旷空间；轨道室内环境1的地面设置有轨道；多自由度支撑架2设置在轨道上，实现多自由度支撑架2沿轨道轴向平移运动；全身外骨骼装置3与多自由度支撑架2固定连接；实现多自由度支撑架2带动全身外骨骼装置3沿轨道轴向平移运动；且全身外骨骼装置3相对于多自由度支撑架2实现水平平移、竖直平移、偏转和旋转运动。
如图2所示为多自由度支撑架示意图，由图可知，多自由度支撑架2包括龙门架2-1、横移回转装置2-2、回转俯仰支撑架2-3、前后俯仰装置2-4和升降装置2-5；其中；龙门架2-1为拱门形状，龙门架2-1的底部与轨道室内环境1的轨道连接；龙门架2-1顶部下表面设置有凹槽；横移回转装置2-2设置在凹槽中；回转俯仰支撑架2-3固定安装在横移回转装置2-2的底部；前后俯仰装置2-4固定安装在回转俯仰支撑架2-3的中部；升降装置2-5固定设置在前后俯仰装置2-4的中部。
横移回转装置2-2实现沿凹槽方向做平移和旋转运动；回转俯仰支撑架2-3实现沿横移回转装置2-2的轴向做旋转运动；同时回转俯仰支撑架2-3沿横移回转装置2-2做偏转运动；实现前后俯仰装置2-4沿回转俯仰支撑架2-3做俯仰偏转运动；升降装置2-5实现沿竖直方向在前后俯仰装置2-4上移动。
如图3所示为全身外骨骼装置示意图，由图可知，全身外骨骼装置3包括后背快速连接架3-1、VR虚拟场景系统3-2、上肢外骨骼装置3-3和下肢外骨骼装置3-4；其中，后背快速连接架3-1固定安装在人体背部；VR虚拟场景系统3-2固定在人体头部的眼睛处；上肢外骨骼装置3-3固定安装在人体上臂的两侧；下肢外骨骼装置3-4固定安装在热体腿部的两侧。
如图4所示为多移动式控制装置示意图，由图可知，外骨骼机器人还包括移动式控制装置3-5；移动式控制装置3-5固定安装在后背快速连接架3-1上，实现与升降装置2-5固定连接。
当只选用后背快速连接架3-1和上肢外骨骼装置3-3组成上肢外骨骼康复装置时，可以实现只针对人体上肢的康复运动。当只选用后背快速连接架3-1和下肢外骨骼装置3-4组成下肢外骨骼康复装置，实现只针对人体下肢的康复运动。
根据人体关节康复运动需求快速拆装重构出上肢康复外骨骼、下肢康复外骨骼、全身康复外骨骼。所重构的上肢康复外骨骼、下肢康复外骨骼和全身康复外骨骼可快速安装于多自由度支撑架2结构的升降式背部安装结构上，构成支撑架式上肢康复系统、支撑架式下肢康复系统和支撑架式全身康复系统。所重构的上肢康复外骨骼、下肢康复外骨骼和全身康复外骨骼也可快速安装于便携式控制及动力装置上，构成动力电源式上肢康复系统、动力电源式下肢康复系统、动力电源式全身康复系统。所述的支撑架式上肢康复系统、支撑架式下肢康复系统和支撑架式全身康复系统是面向较重病患患者或康复周期的前期和中期阶段，所述动力电源式上肢康复系统、动力电源式下肢康复系统、动力电源式全身康复系统是面向较轻病患患者或康复周期的后期阶段，
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，其特征在于：包括轨道室内环境(1)、多自由度支撑架(2)和全身外骨骼装置(3)；其中，轨道室内环境(1)为空旷空间；轨道室内环境(1)的地面设置有轨道；多自由度支撑架(2)设置在轨道上，实现多自由度支撑架(2)沿轨道轴向平移运动；全身外骨骼装置(3)与多自由度支撑架(2)固定连接，实现多自由度支撑架(2)带动全身外骨骼装置(3)沿轨道轴向平移运动；且全身外骨骼装置(3)相对于多自由度支撑架(2)实现水平平移、竖直平移、偏转和旋转运动；
所述的多自由度支撑架(2)包括龙门架(2-1)、横移回转装置(2-2)、回转俯仰支撑架(2-3)、前后俯仰装置(2-4)和升降装置(2-5)；其中；龙门架(2-1)为拱门形状，龙门架(2-1)的底部与轨道室内环境(1)的轨道连接；龙门架(2-1)顶部下表面设置有凹槽；横移回转装置(2-2)设置在凹槽中；回转俯仰支撑架(2-3)固定安装在横移回转装置(2-2)的底部；前后俯仰装置(2-4)固定安装在回转俯仰支撑架(2-3)的中部；升降装置(2-5)固定设置在前后俯仰装置(2-4)的中部。
2.根据权利要求1所述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，其特征在于：横移回转装置(2-2)实现沿凹槽方向做平移和旋转运动；回转俯仰支撑架(2-3)实现沿横移回转装置(2-2)的轴向做旋转运动；同时回转俯仰支撑架(2-3)沿横移回转装置(2-2)做偏转运动；实现前后俯仰装置(2-4)沿回转俯仰支撑架(2-3)做俯仰偏转运动；升降装置(2-5)实现沿竖直方向在前后俯仰装置(2-4)上移动。
3.根据权利要求2所述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，其特征在于：所述全身外骨骼装置(3)包括后背快速连接架(3-1)、VR虚拟场景系统(3-2)、上肢外骨骼装置(3-3)和下肢外骨骼装置(3-4)；其中，后背快速连接架(3-1)固定安装在人体背部；VR虚拟场景系统(3-2)固定在人体头部的眼睛处；上肢外骨骼装置(3-3)固定安装在人体上臂的两侧；下肢外骨骼装置(3-4)固定安装在人体腿部的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，其特征在于：所述外骨骼机器人还包括移动式控制装置(3-5)；移动式控制装置(3-5)固定安装在后背快速连接架(3-1)上，实现与升降装置(2-5)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，其特征在于：后背快速连接架(3-1)和上肢外骨骼装置(3-3)组成上肢外骨骼康复装置，实现只针对人体上肢的康复运动。
6.根据权利要求5所述的一种模块化可重构多功能外骨骼机器人，其特征在于：后背快速连接架(3-1)和下肢外骨骼装置(3-4)组成下肢外骨骼康复装置，实现只针对人体下肢的康复运动。
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