CN108778633A - 起立步行辅助机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种辅助丧失步行能力的人无需他人的帮助即可从坐着的姿势站起来做步行运动的起立步行辅助机器人。所公开的起立步行辅助机器人具备：下体外骨骼，其支撑用户的下体，并提供外力以使下体移动；起立辅助臂，其使用户从坐着的姿势站立；以及本体，其支撑下体外骨骼和起立辅助臂，并通过所输入的移动命令，或感测支撑于下体外骨骼的下体的反应而移动。起立辅助臂向上拉动佩戴于用户的上体的上体佩戴带来扶起所述用户。

Description

起立步行辅助机器人

技术领域

本发明涉及一种辅助老弱者、残疾人或患者的起立和步行，并辅助步行康复运动的起立步行辅助机器人。

背景技术

随着老龄化社会的到来和对卫生保健(health care)的关注的增加，公开了辅助老弱者、残疾人、患者等丧失步行能力的人的步行的步行辅助装置。步行辅助装置辅助恢复暂时性地丧失步行能力的人的步行能力的康复运动，或辅助永久性地丧失部分步行能力的人自行步行。

然而，以往的步行辅助装置所存在的问题是，严重丧失步行能力以致于要利用轮椅(wheel chair)的人或肌肉力量很弱的人很难在没有他人的帮助的情况下自行利用。附带而言，利用以往的步行辅助装置的人只有将胳膊或上体倚靠在所述步行辅助装置站起来才能步行，而状态严重的人在没有他人的帮助的情况下甚至无法站起来倚靠于步行辅助装置，因而步行辅助装置的有用性减半。

发明内容

技术问题

本发明提供一种辅助丧失步行能力的人无需他人的帮助即可从坐着的姿势站起来做步行运动的起立步行辅助机器人。

本发明提供一种当丧失步行能力的人佩戴上体佩戴带时，抬起所述上体佩戴带来扶起所述丧失步行能力的人并辅助进行步行运动的起立步行辅助机器人。

技术方案

本发明提供一种起立步行辅助机器人，具备：下体外骨骼，其支撑用户的下体，并提供外力以使所述下体移动；起立辅助臂，其使所述用户从坐着的姿势站立；以及本体，其支撑所述下体外骨骼和所述起立辅助臂，并通过所输入的移动命令，或感测支撑于所述下体外骨骼的下体的反应而移动，所述起立辅助臂向上拉动佩戴于所述用户的上体的上体佩戴带来扶起所述用户。

可以是，在所述起立辅助臂的末端具备永磁铁和电磁铁中的一个磁铁，在所述上体佩戴带具备由在与所述磁铁之间有引力作用的强磁体构成的磁体贴附部件，所述起立辅助臂的末端以接触于所述磁体贴附部件的状态向上移动来向上拉动所述上体佩戴带。

可以是，在所述起立辅助臂的末端具备吊钩(hook)，在所述上体佩戴带具备能够拆装地连接于所述吊钩的吊钩连接部件，在所述吊钩连接于所述吊钩连接部件的状态下，所述起立辅助臂的末端向上移动来向上拉动所述上体佩戴带。

可以是，所述下体外骨骼具备：第一驱动关节(joint)，其与站立的用户的髋关节(coxa)的位置对应地配置，且能够与所述髋关节的旋转范围对应地动力旋转；第二驱动关节，其与所述用户的膝关节的位置对应地配置，且能够与所述膝关节的旋转范围对应地动力旋转；支撑所述用户的脚的踏板；大腿部外骨骼，其连接所述第一驱动关节和所述第二驱动关节；以及小腿外骨骼，其连接所述第二驱动关节和所述踏板。

可以是，在所述下体外骨骼具备至少一个感测所述用户的下体的动作的传感器(sensor)，若由至少一个所述传感器感测到所述用户的下体的动作，则所述第一驱动关节和所述第二驱动关节中的至少一个旋转以使所述用户的下体的动作被放大。

可以是，在所述下体外骨骼具备至少一个感测所述用户的下体的动作的传感器，若至少一个所述传感器感测为所述用户的下体的动作跟不上所述下体外骨骼的动作，则所述第一驱动关节和所述第二驱动关节中的至少一个以使所述下体外骨骼的动作追随所述用户的下体的动作的方式工作。

可以是，所述下体外骨骼还具备接触支撑所述用户的骨盆的骨盆支撑带(harness)、以及接触支撑所述用户的膝盖的膝盖支撑带。

可以是，所述下体外骨骼还具备：大腿佩戴带(harness)，其结合于所述大腿部外骨骼，被佩戴为贴紧于所述用户的大腿来联结所述大腿部外骨骼和所述用户的大腿部；以及小腿佩戴带，其结合于所述小腿外骨骼，被佩戴为贴紧于所述用户的小腿来联结所述小腿外骨骼和所述用户的小腿。

本发明的起立步行辅助机器人还可以具备驱动轮(wheel)，该驱动轮为了使所述起立步行辅助机器人行进而动力旋转。

发明的效果

根据本发明，不具备自行站立的能力和步行能力的人无需他人的帮助即可轻松地从坐着的姿势站立，并能够在站立的姿势将下体外骨骼佩戴于自身的下体后，通过起立步行辅助机器人的帮助进行步行，且能够按照自身的当前状态来进行适当的步行康复运动。附带而言，虽然下体无法按照自己的意志移动，但上体可以按照自己的意志移动的人能够通过本发明的起立步行辅助机器人的辅助自行步行，且能够执行步行康复训练。

附图说明

图1是图示本发明的实施例的起立步行辅助机器人的侧面图。

图2是图示用于实现本发明的起立步行辅助机器人的功能的结构的一例的框图。

图3至图6是依次图示利用图1的起立步行辅助机器人的过程的图。

图7是图示连接图1的起立步行辅助机器人的起立辅助臂(arm)和用户所佩戴的上体佩戴带的结构的另一例的立体图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施例的起立步行辅助机器人进行详细说明。本说明书中使用的术语(terminology)是为适当地表现本发明的优选实施例而使用的术语，这可能会因用户或运用者的意图或本发明所属领域的惯例而不同。因此，对这些术语的定义应基于贯穿本说明书整体的内容而定义。

用于实施发明的方式

图1是图示本发明的实施例的起立步行辅助机器人的侧面图，图2是图示用于实现本发明的起立步行辅助机器人的功能的结构的一例的框图。同时参照图1和图2，本发明的实施例的起立步行辅助机器人10是辅助诸如丧失步行能力的老人、残疾人、患者等的用户3(参照图3)无需他人的帮助即可从坐着的姿势站起来做步行运动的机器人，具备本体11、支撑于所述本体11的下体外骨骼40以及起立辅助臂(arm)20。下体外骨骼40支撑用户3的下体6(参照图3)，并提供外力以使所述下体6移动。起立辅助臂20使用户3从坐着的姿势站立。

本体11在用户3通过起立辅助臂20起立并佩戴下体外骨骼40的状态下位于所述用户3的前方。在本体的下侧具备为了使起立步行辅助机器人10行进而动力旋转的一对驱动轮(wheel)17。在本体11内部可以具备向所述驱动轮17供应动力的电动马达(motor)。在本体11的下侧具备一对辅助轮18，该一对辅助轮18与一对驱动轮17一同支撑本体11，以使本体11稳定地站立而不倒下。所述一对辅助轮18连接支撑于从本体11的下部向后方延伸的辅助轮支架15。所述一对辅助轮18在一对驱动轮17动力旋转时空转(idling)，以免妨碍本体11的行进。驱动轮17或辅助轮18也可以相对于沿上下方向延伸的虚拟枢轴(pivot)中心轴枢轴旋转，以使本体11能够将行进方向转换至左侧或右侧。

一对扶手35连接支撑于本体11的上部而向后方延伸。在所述扶手35具备作为用于向下体外骨骼40、起立辅助臂20或驱动轮17输入启动命令的输入单元的一例的输入杆(stick)65。但是，所述输入杆65只是用于输入启动命令的输入单元的一例。例如，输入单元也可以包括具备触控面板(touch screen panel)的GUI(graphic user interface，图形化用户界面)或能够进行无线操作的遥控器(remote controller)。

与用户3的一双腿对应地具备一对下体外骨骼40。一对下体外骨骼40分别与站立的用户3(参照图6)的髋关节(coxa)的位置对应地配置，且具备：第一驱动关节(joint)(未图示)，其能够与所述髋关节的旋转范围对应地动力旋转；第二驱动关节(未图示)，其与所述用户3的膝关节的位置对应地配置，且能够与所述膝关节的旋转范围对应地动力旋转；踏板62，其支撑所述用户3的脚；大腿部外骨骼45，其连接所述第一驱动关节和所述第二驱动关节；小腿外骨骼50，其连接所述第二驱动关节和所述踏板62；骨盆支撑带(harness)41，其接触支撑所述用户3的骨盆；以及膝盖支撑带46，其接触支撑所述用户3的膝盖。

所述第一驱动关节位于骨盆支撑带41的内侧或具备于骨盆支撑带41的内部而被所述骨盆支撑带41遮挡，所述第二驱动关节位于膝盖支撑带46的内侧或具备于膝盖支撑带46的内部而被所述膝盖支撑带46遮挡，因而未图示于图1。同样地，向所述第一驱动关节提供动力的电动马达(motor)被所述骨盆支撑带41遮挡，向所述第二驱动关节提供动力的电动马达被所述膝盖支撑带46遮挡，因而未图示于图1。所述第一驱动关节可以支撑于所述扶手35的后端，也可以连接支撑于连接支撑于本体11而向后方延伸的另外的下体外骨骼支架(未图示)。

所述一对下体外骨骼40分别还具备大腿佩戴带(harness)53和小腿佩戴带57。如图6所图示，所述大腿佩戴带53结合于大腿部外骨骼45，且被佩戴为贴紧于用户3的大腿来联结大腿部外骨骼45和用户3的大腿部。小腿佩戴带57结合于小腿外骨骼50，且被佩戴为贴紧于用户3的小腿来联结小腿外骨骼50和用户3的小腿。参照编号“55”和“59”是用于将大腿佩戴带53和小腿佩戴带57贴紧佩戴于用户3的大腿和小腿的例如带条(strap)等固定机构。此外，参照编号“63”是进行固定以使用户3的脚固定支撑于踏板62的例如带条等固定机构。

在下体外骨骼40具备感测用户3的下体的动作的至少一个传感器(sensor)(未图示)。例如，可以在所述骨盆支撑带41或所述第一驱动关节具备感测用户3的髋关节的旋转方向和旋转力的传感器。此外，可以在所述膝盖支撑带46或所述第二驱动关节具备感测用户3的膝关节的旋转方向和旋转力的传感器。

起立辅助臂20用于使用户3(参照图3)从坐着的姿势站立，其具备能够旋转地结合于本体11的上部的第一杆21(rod)和能够旋转地结合于所述第一杆21的末端的第二杆24。第一臂关节(未图示)是连接所述第一杆21和所述本体11的媒介体，使所述第一杆21相对于所述本体11动力旋转。第二臂关节23是连接所述第一杆21和所述第二杆24的媒介体，使所述第二杆24相对于所述第一杆21动力旋转。向所述第一臂关节提供动力的电动马达(motor)和向所述第二臂关节23提供动力的电动马达未公开于图中。

起立辅助臂20向上拉动佩戴于用户2的上体的上体佩戴带(harness)70(参照图4)来扶起呈坐着的姿势的用户3。图4中图示了作为上体佩戴带70的一例的背心(vest)形态的上体佩戴带。所述上体佩戴带70具备能够根据上体4的动作柔性地弯曲的背心71和固定结合于所述背心71的外侧的框架(frame)73。在所述框架73的前面具备由强磁体构成的磁体贴附部件75A。

在起立辅助臂20的第二杆24的末端26具备电磁铁。从而，若在呈坐着的姿势的用户3的上体4的前面与起立辅助臂20的末端26接近的状态下启动所述末端26的电磁铁，则磁场引起的引力作用于所述电磁铁与所述磁体贴附部件75A之间，使得所述末端26贴附于所述磁体贴附部件75A。如此，若所述第一臂关节(未图示)和第二臂关节23进行工作，以使起立辅助臂20的末端26以接触于磁体贴附部件75A的状态向上移动，则上体佩戴带70被向上拉动，从而，如图6所图示，佩戴所述上体佩戴带70的用户3将不费力地站立。另一方面，可以在所述起立辅助臂20的末端26代替电磁铁地具备永磁铁也能够实现相同的功能。

图7是图示连接图1的起立步行辅助机器人的起立辅助臂(arm)和用户所佩戴的上体佩戴带的结构的另一例的立体图。同时参照图1、图4以及图7，在起立辅助臂20的末端26连接吊钩28，在上体佩戴带70代替磁体贴附部件75A地具备能够拆装地连接于所述吊钩28的吊钩连接部件75B。所述吊钩连接部件75B是相对直径小的小直径部77和相对直径大的大直径部76阶梯式地形成的部件，所述小直径部77固定贴附于框架73的前面。

所述吊钩28是大致接近抛物线的环(ring)形状的部件，吊钩28的下部29的曲率半径大于吊钩连接部件75B的小直径部77，但小于大直径部76。另外，在由所述吊钩28形成的开口31中，相对于所述吊钩下部29，上侧部分的横向宽度大于所述大直径部76。在吊钩28的上端部具备小的环(ring)形状的绳连接部30。打结将绳33的一侧端部连接至所述绳连接部30，虽然图7中未图示，但可以将所述绳33的另一侧端部连接至起立辅助臂20的末端26来将吊钩28连接至起立辅助臂20的末端26。

若以通过所述吊钩28的开口31使所述吊钩连接部件75B的大直径部76向前方凸出的方式使所述吊钩28接近上体佩戴带70的前面并向上拉动吊钩28，则所述吊钩下部29在支撑吊钩连接部件75B的小直径部77的同时被大直径部76阻挡，从而所述吊钩28连接于吊钩连接部件75B。若辅助臂20的第一臂关节(未图示)和第二臂关节23工作，以使起立辅助臂20的末端26以该状态向上移动，则上体佩戴带70被向上拉动，使得佩戴上体佩戴带70的用户3不费力地站立。

同时参照图1和图2，本发明的起立步行辅助机器人10具备：起立辅助臂20、一对下体外骨骼40、使一对驱动轮17进行动作的驱动单元69、控制所述驱动单元69的动作的控制单元67、以及感测佩戴所述一对下体外骨骼40的用户的状态的感测单元68。所述驱动单元69包括向起立辅助臂20的第一臂关节(未图示)提供旋转动力的电动马达(未图示)、向起立辅助臂20的第二臂关节23提供旋转动力的电动马达(未图示)、向下体外骨骼40的第一驱动关节(未图示)提供旋转动力的电动马达(未图示)、向下体外骨骼40的第二驱动关节(未图示)提供旋转动力的电动马达(未图示)、以及向驱动轮17提供旋转动力的电动马达(未图示)。

所述感测单元68包括如上述具备于下体外骨骼40的感测用户3的下体6的动作的至少一个传感器(sensor)(未图示)。所述控制单元67通过从所述感测单元68中包括的至少一个传感器发送的感测信号来掌握用户3(参照图6)的状态，并将启动所述驱动单元69中包括的电动马达的控制信号发送至所述电动马达。此外，所述控制单元67以使所述驱动单元69中包括的电动马达与通过上述输入单元输入的设定值对应地工作的方式将控制信号信号发送至所述电动马达。

例如，在康复运动模式(mode)下，如图6所图示，若在用户3佩戴下体外骨骼40并站立的状态下通过输入单元输入规定步行速度和步幅，则控制单元67将所规定的所述步行速度和步幅对应的驱动信号发送至驱动单元69的电动马达，下体外骨骼40的第一驱动关节(未图示)、第二驱动关节(未图示)和驱动轮17与所特定的所述步行速度和步幅对应地进行动作。但是，若在下体外骨骼40和驱动轮17的动作过程中，通过所述感测单元68中包括的至少一个传感器所感测的感测信号判断为用户3的下体6的动作跟不上下体外骨骼40的动作，则控制单元67发送适当的控制信号，通过所述控制信号，下体外骨骼40的第一驱动关节和所述第二驱动关节中的至少一个以追随用户3的下体6的动作的方式工作，且驱动轮17也旋转。即，按照用户3的状态减小下体外骨骼40的步行速速和步幅，且驱动轮17的旋转速度也被减速。

再例如，在辅助下体6的力气不足的用户3能够自行步行的步行辅助模式下，如图6所图示，若在用户3佩戴下体外骨骼40站立的状态下通过所述感测单元68中包括的至少一个传感器所感测的感测信号判断为用户3的下体6微弱地移动，则控制单元67发送适当的控制信号，通过所述控制信号，下体外骨骼40的第一驱动关节和所述第二驱动关节中的至少一个工作，以使用户3的下体6的动作，即步行动作被放大，且驱动轮17也旋转。

图3至图6是依次图示利用图1的起立步行辅助机器人的过程的图。参照图3，虽然下体6难以按照意志移动，但上体4可以按照意志移动的用户3能够自行利用起立步行辅助机器人10。所述用户3以骑在轮椅1(wheel chair)的状态从后方朝向起立步行辅助机器人10接近。参照图4，用户3将上体佩戴带70佩戴于上体4。由于所述上体佩戴带70包括背心71，因而用户3容易穿脱，以牢牢贴紧上体4地佩戴上体佩戴带70的状态，即使向上拉动上体佩戴带70，也不会从上体4脱落。

参照图5，用户3使轮椅1更接近起立步行辅助机器人10，脚放在踏板62并用固定机构63固定，并将小腿佩戴带57佩戴为贴紧于小腿。然后，按下诸如遥控器的输入单元的一按键来启动起立辅助臂20的末端26的电磁铁，并将所述起立辅助臂末端26贴附于上体佩戴带70的前面的磁体贴附部件75A。

参照图6，用户3按下诸如所述遥控器的输入单元的另一按键来使第一臂关节(未图示)和第二臂关节23进行动作，以使起立辅助臂20的末端26向上移动。这样，用户3呈从轮椅1站起而起立的姿势。然后，将大腿佩戴带53佩戴为贴紧于大腿。从而，用户3的骨盆被骨盆支撑带41接触支撑，用户3的膝盖被膝盖支撑带46接触支撑。

图6所图示的状态为利用起立步行辅助机器人10完成用户3自行步行的准备的状态，如上述，可以通过输入单元输入设定值来开始步行。另一方面，为了开始步行，或在步行中，用户3可以将自身的胳膊5支撑于扶手35，用手抓住并操作输入杆65l来变改步行速度和步行方向等。此外，如参照图2所上述，若用户3佩戴下体外骨骼40站立而做好步行准备，则反映感测单元68的感测结果而由控制控制单元67控制驱动单元69的动作。

尽管参考图中所图示的实施例对本发明进行了说明，但这只不过是示例性的，本领域的一般的技术人员可以理解由此可以实施多种变形和等同的其他实施例。因此，本发明的真正的保护范围应仅由所附权利要求书定义。

产业上利用的可能性

本发明可以适用于起立步行辅助机器人。

Claims (9)

1.一种起立步行辅助机器人，其特征在于，具备：

下体外骨骼，其支撑用户的下体，并提供外力以使所述下体移动；

起立辅助臂，其使所述用户从坐着的姿势站立；以及

本体，其支撑所述下体外骨骼和所述起立辅助臂，并通过所输入的移动命令，或感测支撑于所述下体外骨骼的下体的反应而移动，

所述起立辅助臂向上拉动佩戴于所述用户的上体的上体佩戴带来扶起所述用户。

2.根据权利要求1所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

在所述起立辅助臂的末端具备永磁铁和电磁铁中的一个磁铁，在所述上体佩戴带具备由在与所述磁铁之间有引力作用的强磁体构成的磁体贴附部件，所述起立辅助臂的末端以接触于所述磁体贴附部件的状态向上移动来向上拉动所述上体佩戴带。

3.根据权利要求1所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

在所述起立辅助臂的末端具备吊钩(hook)，在所述上体佩戴带具备能够拆装地连接于所述吊钩的吊钩连接部件，

在所述吊钩连接于所述吊钩连接部件的状态下，所述起立辅助臂的末端向上移动来向上拉动所述上体佩戴带。

4.根据权利要求1所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

所述下体外骨骼具备：

第一驱动关节(joint)，其与站立的用户的髋关节(coxa)的位置对应地配置，且能够与所述髋关节的旋转范围对应地动力旋转；

第二驱动关节，其与所述用户的膝关节的位置对应地配置，且能够与所述膝关节的旋转范围对应地动力旋转；

支撑所述用户的脚的踏板；

大腿部外骨骼，其连接所述第一驱动关节和所述第二驱动关节；以及

小腿外骨骼，其连接所述第二驱动关节和所述踏板。

5.根据权利要求4所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

在所述下体外骨骼具备至少一个感测所述用户的下体的动作的传感器(sensor)，

若由至少一个所述传感器感测到所述用户的下体的动作，则所述第一驱动关节和所述第二驱动关节中的至少一个旋转以使所述用户的下体的动作被放大。

6.根据权利要求4所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

在所述下体外骨骼具备至少一个感测所述用户的下体的动作的传感器，

若至少一个所述传感器感测为所述用户的下体的动作跟不上所述下体外骨骼的动作，则所述第一驱动关节和所述第二驱动关节中的至少一个以使所述下体外骨骼的动作追随所述用户的下体的动作的方式工作。

7.根据权利要求4所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

所述下体外骨骼还具备接触支撑所述用户的骨盆的骨盆支撑带(harness)、以及接触支撑所述用户的膝盖的膝盖支撑带。

8.根据权利要求4所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

所述下体外骨骼还具备：

大腿佩戴带(harness)，其结合于所述大腿部外骨骼，被佩戴为贴紧于所述用户的大腿来联结所述大腿部外骨骼和所述用户的大腿部；以及

小腿佩戴带，其结合于所述小腿外骨骼，被佩戴为贴紧于所述用户的小腿来联结所述小腿外骨骼和所述用户的小腿。

9.根据权利要求1所述的起立步行辅助机器人，其特征在于，

还具备驱动轮(wheel)，其为了使所述起立步行辅助机器人行进而动力旋转。