CN109602582A - 一种助行外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种助行外骨骼机器人，包括腰部机构；腿部机构与所述腰部机构连接；检测机构，所述检测机构与所述腿部机构和腰部机构连接并用于检测所述腿部机构和腰部机构的运动状态；所述腰部机构与腿部机构的连接处以及不同所述腿部机构的连接处均设有所述驱动机构，所述驱动机构接收所述检测机构的检测信息，并驱动所述腿部机构之间以及所述腿部机构与腰部机构之间相对运动。通过检测机构对腿部机构与腰部机构之间的相互运动及腿部机构运动状态的检测和反馈，使驱动机构能够根据穿戴者的具体运动情况对腿部机构进行驱动，提高助行外骨骼机器人对人体的配合度，和穿戴者运动的灵活性，并且结构简单，便于穿戴，舒适性高。

Description

一种助行外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种助行外骨骼机器人。

背景技术

目前脑卒中、脊髓外伤等神经系统的损伤导致人体对机体的控制能力下降，针对行走能力的下降，常见的行走辅具只有拐杖、助行架、轮椅等，使用者无法维持正常的步态，导致活动量下降，进而引发心血管疾病等健康问题。

随着医疗条件的不断改进，行走助力外骨骼应运而生，与传统行走辅具相比，可在很大程度上使佩戴者保持直立姿态，并贴近正常行走的步态，对佩戴者的活动能力和生理、心理健康均有助益。但现有的助力外骨骼结构复杂，体积庞大，限制了使用者穿戴的舒适性和灵活性。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种助行外骨骼机器人，以克服现有的外骨骼穿戴舒适性低，灵活性差的缺陷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种助行外骨骼机器人，包括，

腰部机构；

腿部机构，所述腿部机构与所述腰部机构连接；

检测机构，所述检测机构与所述腿部机构和腰部机构连接并用于检测所述腿部机构和腰部机构的运动状态；

驱动机构，所述腰部机构与腿部机构的连接处以及不同所述腿部机构的连接处均设有驱动机构，所述驱动机构接收所述检测机构的检测信息，并驱动所述腿部机构之间以及所述腿部机构与腰部机构之间相对运动。

在一种优选的实施方式中，所述驱动机构包括动力装置和输出装置，所述检测机构包括第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件与所述动力装置连接，所述第二检测组件与输出装置连接，所述动力装置接收所述第一检测组件和第二检测组件的检测信息并驱动输出装置运动。

在一种优选的实施方式中，所述输出装置包括弹性驱动体和安装壳，所述弹性驱动体容置于所述安装壳内并能够在所述安装壳内弹性伸缩，所述弹性驱动体的两侧分别与所述动力装置和输出装置连接。

在一种优选的实施方式中，所述弹性驱动体呈盘状并相对其中心对称，所述弹性驱动体的中心处设有端轴，所述端轴与所述输出装置连接并带动输出装置运动，所述端轴与所述弹性驱动体的边缘之间设有盘旋的弹性片。

在一种优选的实施方式中，所述动力装置包括谐波减速器和用于提供动力的动力元件，所述谐波减速器的另一侧与所述安装壳连接。

在一种优选的实施方式中，所述第一检测组件包括第一连接体和用于检测第一连接体运动状态的第一检测单元，所述第一连接体与所述安装壳连接；所述第二检测组件包括第二连接体和用于检测第二连接体运动状态的第二检测单元，所述第二连接体与所述输出装置连接。

在一种优选的实施方式中，所述输出装置包括输出转盘，所述输出转盘与第二连接体连接并带动第二连接体转动，所述驱动机构还包括限位装置，所述限位装置包括限位压盘，所述输出转盘能够相对所述限位压盘转动，所述限位压盘上设有对所述输出转盘限位的限位体。

在一种优选的实施方式中，所述限位装置还包括安装座，所述安装座包括一基体和一壳状主体，所述限位压盘与主体固定连接，所述输出装置、弹性驱动体、安装壳容置于所述主体内。

在一种优选的实施方式中，所述腰部机构包括基座、第一臂和第二臂，所述第一臂和第二臂分别连接于所述基座的两端，所述第一臂与第二臂远离所述基座的一端弯折以使所述第一臂及第二臂呈U型，所述第一臂与基座之间以及所述第二臂与基座之间能够相对移动。

在一种优选的实施方式中，所述第一臂远离所述基座的一端以及所述第二臂远离所述基座的一端设有滑套，所述滑套与腿部机构连接，所述滑套与第一臂之间以及所述滑套与第二臂之间能够相对移动。

在一种优选的实施方式中，所述腿部机构包括腿部骨架和伸缩装置，所述腿部骨架与所述滑套连接，所述伸缩装置包括伸缩骨架和固定座，所述固定座与所述腿部骨架连接，所述伸缩骨架穿过所述固定座，并能够相对所述固定座移动。

在一种优选的实施方式中，还包括踝部机构，所述踝部机构包括支撑板、平衡块及中心轴，所述平衡块的两侧反向延伸形成第一端和第二端，所述第一端与所述支撑板之间以及所述第二端与所述支撑板之间设有缓冲组件，所述中心轴穿过所述平衡块与支撑板，所述平衡块能够基于所述中心轴转动，以使所述第一端和第二端相对所述支撑板摆动并压迫所述缓冲组件，所述支撑板远离所述平衡块的一端与所述伸缩骨架连接。

在一种优选的实施方式中，还包括鞋板，所述鞋板连接于所述平衡块远离所述支撑板别的一端，所述鞋板能够跟随所述平衡块转动，所述鞋板上设有绑带孔。

在一种优选的实施方式中，所述缓冲组件包括缓冲弹簧、导向柱和导向杆，所述导向杆与导向柱之间设有缓冲间隙，所述缓冲弹簧的两端分别与所述导向柱和导向杆连接。

在一种优选的实施方式中，所述腿部机构还包括支撑组件，所述支撑组件包括腿部挡板和挡板座，所述挡板座安装于所述腿部骨架上，所述腿部挡板与所述挡板座连接并能够基于挡板座转动。

在一种优选的实施方式中，所述第一臂与基座的连接处、所述第二臂与基座的连接处以及所述伸缩骨架与所述固定座的连接处均设有定位组件，所述定位组件包括定位销和定位套筒，所述定位套筒设有一通孔，所述定位销穿过所述通孔并插入第一臂与基座内或者第二臂与基座内或者伸缩骨架与固定座以进行定位。

在一种优选的实施方式中，所述定位组件还包括定位弹簧，所述定位销设有一凸起，基于所述凸起处反向延伸形成弹性部和插接部，所述弹性部从所述通孔内穿过，所述定位弹簧容置于所述通孔内并套设在所述弹性部的外表面，所述定位弹簧的两端分别与所述凸起和通孔的内部抵持，拉动所述弹性部，所述凸起压迫所述定位弹簧以使所述插接部从所述第一臂、第二臂或伸缩骨架处脱离；释放所述弹性部，所述定位弹簧推动所述插接部插入所述基座或固定座内。

本发明至少具有如下有益效果：通过检测机构对腿部机构与腰部机构之间的相互运动及腿部机构运动状态的检测和反馈，使驱动机构能够根据穿戴者的具体运动情况对腿部机构进行驱动，提高助行外骨骼机器人对人体的配合度，和穿戴者运动的灵活性，并且结构简单，便于穿戴，舒适性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的助行外骨骼机器人的立体示意图；

图2是本发明实施例的腰部机构的立体示意图；

图3是本发明实施例的腰部机构另一方向的立体示意图；

图4是本发明实施例的第一臂和第二臂的体示意图；

图5是本发明实施例的定位组件的立体示意图；

图6是本发明实施例的腿部机构的立体示意图；

图7是本发明实施例的腿部机构另一方向的立体示意图；

图8是本发明实施例的腿部机构的爆炸示意图；

图9是本发明实施例的定位组件的剖面示意图；

图10是本发明实施例的定位组价的爆炸示意图；

图11是本发明实施例的连接装置的立体示意图；

图12是本发明实施例的驱动机构的爆炸示意图；

图13是本发明实施例的驱动机构的立体示意图；

图14是本发明实施例的动力装置的立体示意图；

图15是本发明实施例的弹性驱动体的立体示意图；

图16是本发明实施例的限位装置的爆炸示意图；

图17是本发明实施例的限位装置的立体示意图；

图18是本发明实施例的安装座的立体示意图；

图19是本发明实施例的踝部机构的立体示意图；

图20是本发明实施例的踝部机构的爆炸示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1，本发明实施例中的助行外骨骼机器人包括腰部机构100、腿部机构200和驱动机构300，腰部机构100的两侧各连接有两个腿部机构200，同侧的腿部机构200分别与人体的大腿部和小腿部对应；腰部机构100为对称式结构，腿部机构200相对于腰部机构100的中心对称，使助行外骨骼机器人整体左右对称，提高穿戴者行走的稳定性；腰部机构100与腿部机构200之间、相邻的腿部机构200之间均连接有驱动机构300，在驱动机构300的带动下实现腿部机构200相对腰部机构100以及腿部机构200之间的相对运动，为使用者执行行走、站立、下蹲等动作提供动力。

本发明实施例中在腰部机构100的两侧均设有腿部机构200，也可根据穿戴者的使用情况，只在腰部机构100的单侧设置腿部机构200。

本发明实施例的助行外骨骼机器人还包括检测机构500，检测机构500位于所述驱动机构300处，检测机构500与腿部机构200和腰部机构100连接，用于对腿部机构200和腰部机构100的运动状态进行检测，驱动机构300接收检测机构500的检测信息，并根据该信息驱动腿部机构200之间以及腿部机构200与腰部机构100之间相对运动；通过检测机构500对腿部机构200、腰部机构100之间运动状态的检测和反馈，助行外骨骼机器人与人体的配合度增强，且结构简单、易于穿戴，提高使用者运动的灵活性及舒适性。

具体的，参照图2至图3，本发明实施例中的腰部机构100包括基座110、第一臂120和第二臂130，第一臂120和第二臂130分别连接于基座110的两端，第一臂120和第二臂130远离基座110的一端向内(朝向基座110的方向)弯折，使得第一臂120和第二臂130呈L型，第一臂120、第二臂130及基座110围合成一呈U型的腰部框架。该腰部框架相对于矢状面(即垂直于底面将人体分为左右两部分的断面)左右对称，基座110的中心恰好位于矢状面上，从而保证腰部外骨骼的重心在整体设备的对称位置，保证外骨骼运动的平稳性。

基座110的内部中空形成安装孔(因遮挡未示出)，第一臂120和第二臂130分别从基座110的两端插入安装孔内，并可相对基座110进行移动，以对第一臂120与基座110及第二臂130与基座110之间的相对位置进行调节，使得腰部外骨骼可适用于不同体型的使用者穿戴，提高腰部机构100的通用性。第一臂120和基座110的连接处，以及第二臂130与基座110的连接处均设有锁定件140，该锁定件140抱紧于基座110的外表面，锁定件140上还设有把手，通过掰动把手实现锁定件140对基座110的锁紧与松动，从而使得第一臂120与基座110之间以及第二臂130与基座110之间相对固定。

腰部机构100还设有支撑板150，支撑板150安装于基座110上，支撑板150上安装有电源模块151和控制模块152，控制模块152可通过螺纹紧固件固定于支撑板150上；支撑板150上还设有固定柱153，该固定柱153分布于电源模块151的四周并压紧电源模块151，实现电源模块151与支撑板150之间的相对固定；电源模块151位于支撑板150的中心位置，以保证腰部外骨骼相对于矢状面对称。

优选的，支撑板150上还连接有支撑杆154，该支撑杆154向背向U型腰部框架的一侧弯折，抵住使用者的背部，避免使用者处于坐姿状态时，上身向后倾斜。

支撑板150上还设有用于进行穿戴的绑带155，绑带155上设有可拆卸的插扣(未示出)，通过调整绑带155的长度使绑带155与使用者的腰部紧密贴合，提高腰部机构100与人体连接的稳定性及穿戴舒适性。

第一臂120和第二臂130远离基座110的一端设有滑套160，以第一臂120上的滑套160为例，滑套160套设于第一臂120的外表面，滑套160可沿第一臂120滑动，以调节滑套160与第一臂120的相对位置。滑套160上连接有输出板161，输出板161与外骨骼的腿部装置连接，通过对滑套160位置的调节可改变腿部装置与腰部外骨骼的相对位置，使使用者的腿部与身体位于同一条直线上，提高使用者穿戴的舒适性和行走的灵活性。

优选的，滑套160呈半开口状，使其能够沿第一臂120滑动，滑套160的外表面设有锁定件140，锁紧锁定件140实现第一臂120与滑套160的相对固定。滑套160的开口端还设有连接孔1611，通过在连接孔1611内设置螺纹紧固件，使滑套160的开口闭合，滑套160抱紧于第一臂120的外表面，辅助锁定件140实现滑套160与第一臂120的固定连接，提高腰部机构100连接的稳定性。

本发明实施例中的腰部机构100通过第一臂120、第二臂130与基座110的相对滑动，实现沿冠状面(垂直于底面将人体分为前后两部分的断面)的长度调节；通过第一臂120、第二臂130与滑套160的相对滑动，实现沿矢状面的长度调节。通过从不同方向对腰部外骨骼进行距离调节，以适应不同使用者进行穿戴，提高了腰部机构100的通用性能，且结构简单，穿戴便捷，使用者的活动更为灵活。

参照图4和图5，本发明实施例的腰部机构100还包括用于对第一臂120与基座110、第二臂130与基座110进行定位的定位组件170，定位组件170包括定位销171，基座110上设有第一定位孔111，第一臂120和第二臂130上设有第二定位孔121，定位销171穿过第一定位孔111插入第二定位孔121内实现对第一臂120和第二臂130的定位。第二定位孔121在第一臂120和第二臂130上等间距分布并排列成一条直线，根据使用者的体型，调整好第一臂120、第二臂130与基座110的相对位置后，将定位销171插入第一定位孔111和第二定位孔121内，实现第一臂120和第二臂130的定位。定位组件170在实现对第一臂120和第二臂130定位的前提下，可防止锁定件140在未进行锁定时，腰部机构100松动，影响穿戴。

参照图6至图8，本发明实施例中的腿部机构200包括腿部骨架210和伸缩装置220，伸缩装置220与腿部骨架210连接，通过伸缩装置220相对腿部骨架210的距离调整，实现外骨骼腿部机构200长度的调整，以适应不同体型和身高的穿戴者使用。

腿部骨架210上还设有绑带(未示出)，便于使用者进行穿戴，实现外骨骼腿部机构200与人体的相对固定，绑带上还可设置可拆卸的插扣，以提高穿戴的便利性。驱动机构300安装于腿部骨架210上，腿部骨架210上还连接有输出板211，输出板211在驱动机构300的带动下相对腿部骨架210转动。在使用者穿戴完毕后，腿部机构200与人体相对固定，驱动机构300为使用者提供行走的动力，带动患者完成腿部摆动的姿态，使患者实现站立或行走。

还设有驱动模块240，驱动模块240安装于腿部骨架210上，驱动模块240对外骨骼腿部机构200的运动状态进行测量及反馈，通过使用者在行走过程中的运动情况，实时调整腿部机构的摆动幅度或速度，提高外骨骼腿部机构200与患者运动状态的贴合度以及患者活动的灵活性。

具体的，伸缩装置220包括伸缩骨架221、固定座222和固定夹223，固定座222与腿部骨架210固定连接，伸缩骨架221从固定座222的内部穿过，伸缩骨架221的外表面包覆有固定夹223，伸缩骨架221的上端隐藏于腿部骨架210侧部，伸缩骨架221的下端从腿部骨架210下方伸出，伸缩骨架221的下端与腿部骨架210的上端之间的距离为腿部的整体长度。锁紧固定夹223可使伸缩骨架221与固定座222相对固定；松开固定夹223，通过调整伸缩骨架221与固定夹223的相对位置，实现伸缩骨架221从腿部骨架210伸出部分的长度变化，进而达到调整外骨骼腿部机构200长度的目的。

伸缩骨架221的顶端还设有端盖2213，防止在调整伸缩骨架221与固定夹223之间位置时，伸缩骨架221从固定夹223内脱出。

上述伸缩装置220的结构简单，通过锁紧或松开固定夹223，调整伸缩骨架221与固定夹223的相对位置即可实现腿部长度的变化，操作简单，适用于不同的使用者，提高了外骨骼腿部机构200的通用性。

优选的，参照图9-图10，伸缩骨架221与固定夹223的连接处、第一臂120与基座110的连接处、第二臂130与基座110的连接处均设有定位组件170，基座110、固定夹223上设有第一定位孔111，第一臂120、第二臂130及伸缩骨架221上设有第二定位孔121，定位组件170包括定位销171，定位销171穿过固定夹223上的第一定位孔111、伸缩骨架221上的第二定位孔121对伸缩骨架221进行定位；定位销171穿过第一臂120上的第二定位孔121、基座110上的第一定位孔111对第一臂120进行定位；定位销171穿过第二臂130上的第二定位孔121、基座110上的第一定位孔111对第二臂130进行定位。

第二定位孔121在第一臂120、第二臂130及伸缩骨架221上等间距分布且排列成一条直线，根据使用者的身高和体型，调整好第一臂120、第二臂130与基座110的相对位置，以及伸缩骨架221与固定夹223的相对位置，通过定位组件170实现上述结构的定位；通过定位组件170实使得助行外骨骼机器人满足不同使用者的穿戴要求，通用性好。

定位组件170还包括定位座172，定位座172安装于基座110上，定位座172设有贯穿的通孔1721，该通孔1721与第一定位孔111连通，定位座172在远离基座110的一侧设有卡槽1722，卡槽1722与通孔1721连通，并与通孔1721的连接处形成一阶梯状结构。定位销171上设有一凸台1711，该凸台1711沿定位销171的外表面设有一周，基于该凸台1711反向延伸出弹性部1712和插接部1713，定位销171插入通孔1721，使得插接部1713与凸台1711位于通孔1721内部，弹性部1712从通孔1721内穿出，推动弹性部1712，插接部1713与凸台1711在通孔1721内滑动。定位销171滑动至图中最左端时，凸台1711与卡槽1722的端部抵持；定位销171滑动至最右端时，插接部1713穿过第一定位孔111进入第二定位孔121内，实现对第一臂120和第二臂130的定位。

优选的，定位组件170还包括弹簧(未示出)，弹簧位于弹性部1712与通孔1721之间，且弹簧的两端分别与凸台1711与卡槽1722的端面抵持。拉动弹性部1712时，凸台1711与卡槽1722压迫弹簧，弹簧压缩，此时插接部1713从第一定位孔111和第二定位孔121内脱离，可对第一臂120、第二臂130与基座110的相对位置进行调整；释放弹性部1712，弹簧恢复原长并释放其所蓄积的弹性力，推动凸台1711移动，此时插接部1713穿过第一定位孔111插入第二定位孔121内，对第一臂120、第二臂130进行定位。

定位组件170还包括滑动头173，弹性部1712的远离凸台1711的一端还设有卡柱1714，卡柱1714插入滑动头173内并与滑动头173卡接，拉动或释放滑动头173即可实现对定位销171的推拉，提高对第一臂120和第二臂130的定位操作便利性。

定位座172的通孔1721的内壁上设有衬套(未示出)，衬套用于对定位销171起到导向作用，避免因定位销171移动的形成过长影响其插入定位座172的准确度；并且衬套的内表面顺滑，便于定位销171在定位座172内的插拔，操作快捷。

伸缩骨架221可设置为空心状结构以减轻外骨骼腿部机构200的重量，从而提高腿部运动的便利性。伸缩装置220还包括导向柱225，固定座222上设有安装导向柱225的固定孔2221，伸缩骨架221上设有导向槽2212，在调整伸缩骨架221与固定座222的相对位置时，导向柱225沿导向槽2212滑动。一方面，导向槽2212对伸缩骨架221的滑动进行导向，另一方面，防止伸缩骨架221在滑动过程中相对固定座222转动，影响腿部机构与其他装置的配合。

参照图11，还包括连接装置250，连接装置250位于同侧相邻的两个腿部机构200之间并用于连接腿部机构200，实现两个腿部机构200运动传递。具体的，连接装置250包括连接座251和锁紧环252，连接座251的两端分别连接不同腿部机构200中的伸缩骨架221和输出板211，图4中下端外骨骼腿部机构200中的输出板211在驱动机构300的带动下进行转动，并带动上方的外骨骼腿部机构200中的伸缩骨架221转动，实现两个外骨骼腿部机构200的相对转动。

连接座251上设有一安装槽，伸缩骨架221的端部插入该安装槽内，伸缩骨架221的端部、安装槽内以及锁紧环252上设有相配合的螺纹，拧紧锁紧环252即可实现伸缩骨架221与连接座251的相对固定；也可通过其他方式实现二者的固定，如采用定位销2241等。

结合图1，腿部机构200上还设有支撑组件230，支撑组件230包括腿部挡板231和挡板座232，挡板座232安装于腿部骨架210上，腿部挡板231与挡板座232铰接并可相对挡板座232转动。该支撑组件230位于小腿部的腿部机构200处，能够限制使用者小腿的倾斜角度，防止使用者突然下蹲，对使用者的关节做成损害。

输出板211上还连接有托板架270，托板架270位于大腿部与小腿部的腿部机构200之间，在腿部机构200之间相互转动时，托板架270与使用者的腿部贴合并提供支撑，便于使用者进行行走及站立活动，并防止使用者关节受到伤害。

参照图12和图13，本发明实施例中的驱动机构300包括动力装置310、输出装置320和限位装置340。动力装置310作为动力源为其他装置的运动提供动力，动力装置310与输出装置320连接并驱动输出装置320运动。检测机构500与输出装置320连接并对输出装置320的运动状态进行检测，动力装置310接收检测机构500的检测数据，并调整对输出装置320的动力驱动，以适应使用者的活动情况。限位装置340与输出装置320连接并对输出装置320的运动进行限位，防止运动幅度多大对人体造成损伤。通过检测机构500对输出装置320的运动检测及数据反馈，提高了输出装置320对人体运动的配合度，提高使用者活动的舒适性及驱动机构300的实用性。

动力装置310可选用伺服电机，动力装置310与输出装置320之间设有谐波减速器350，谐波减速器350具有传动速比大、承载能力高、传动精度高、体积小、重量轻的特点。结合图14，动力装置310与谐波减速器350之间设有连接法兰311，连接法兰311可通过螺纹紧固件与谐波减速器350和动力装置310连接。还包括连接圆环312和连接座313，动力装置310的输出轴穿过连接圆环312的中心插入连接座313内，连接圆环312上设有卡接槽3121，连接座313上设有可插入卡接槽3121的凸块3131，从而实现连接圆环312与连接座313的周向固定。连接座313与谐波减速器350内圈的输入端固定连接，因此动力装置310的输出轴转动时通过连接圆环312、连接座313带动谐波减速器350进行转动，实现动力装置310与谐波减速器350之间的运动传递。

谐波减速器350的输出端与输出装置320连接，将动力装置310的动力传递至输出装置320处。具体的，输出装置320包括第一输出组件321和第二输出组件322，第一输出组件321与谐波减速器350连接，第一输出组件321与第二输出组件322之间设有弹性驱动体360，通过弹性驱动体360实现第一输出组件321与第二输出组件322之间的运动传递。弹性驱动体360跟随第一输出组件321产生弹性运动，缓冲动力装置310对人体关节造成的冲击，使驱动机构300的驱动模式与人体肌肉的驱动相同，通过肌肉驱动关节产生驱动力矩，并以低阻尼的被动方式放松肌肉，从而在遇到外界环境模式变化时，肌肉带动关节做出灵活调整以适应环境变化。

第一输出组件321包括第一传动体3211，第二输出组件322包括第二传动体3221，本发明实施例中的第一传动体3211和第二传动体3221优选为齿轮。第一输出组件321还包括安装壳370，第一传动体3211套设于安装壳370靠近动力装置310的一侧并与安装壳370固定连接，弹性驱动体360容置于安装壳370内。检测机构500包括第一检测组件510和第二检测组件520，第一检测组件510与第一传动体3211连接并对第一传动体3211的运动状态进行检测，第二检测组件520与第二传动体3221连接并对第二传动体3221的运动状态进行检测；第一检测组件510所测得的数据即为动力装置310输出端及输出装置320输入端的运动数据，第二检测组件520所测得的数据即为输出装置320输出端的运动数据，因此通过输出装置320输入端及输出端数据的检测及反馈，可实时监控使用者的运动状态及动力装置310的运动传递情况，从而根据该情况配合调整以适应使用者的具体活动。

以第一检测组件510为例进行描述(第二检测组件520与第一检测组件510的结构大致相同)，第一检测组件510包括传动轮511和第一检测单元512，传动轮511优选为齿轮结构，传动轮511与第一传动体3211连接并跟随第一传动体3211转动，第一检测单元512与传动轮511连接并对传动轮511的运动状态进行检测；第一检测单元512可直接与传动轮511连接，本发明实施例中在第一检测单元512的端部设有一传动轴513，传动轴513插入传动轮511中心处，并跟随传动轮511的转动而转动，从而实现第一检测单元512对传动轮511的运动检测。

相应的，图12中未示出第二检测组件520的具体结构，但参见第一检测组件510的结构描述可知，第二检测组件520也包括传动轮和第二检测单元，传动轮优选为齿轮结构，传动轮与第二传动体3221连接并跟随第二传动体3221转动，第二检测单元与传动轮连接并对第二传动轮的运动状态进行检测；第二检测单元可直接与传动轮连接，本发明实施例中在第二检测单元的端部设有传动轴，传动轴插入传动轮中心处，并跟随传动轮的转动而转动，从而实现第二检测单元对传动轮的运动检测。

本发明中实施例中的第一检测单元512和第二检测单元优选为编码器，分别用于读取跟随第一传动体3211和第二传动体3221转动的传动轮的转动角度，通过第一检测单元512及第二检测单元所检测的转动角度，得出弹性驱动体360的变形量以及第二输出组件322的角度位移，从而可计算出输出装置320输出力的大小，不需使用测力传感器即达到对输出力的精确测量，并通过输出角度精确控制人体关节的摆动幅度，防止使用者关节受到冲击或伤害，提高外骨骼使用的安全性能。

结合图15，弹性驱动体360呈盘状结构，弹性驱动体360的边缘处设有环形弹性框361，该弹性框361的外表面设有凸起362，安装壳370上设有与凸起362配合的凹槽371，弹性驱动体360容置于安装壳370内后，凸起362恰好插入凹槽371，安装壳370与谐波减速器350的输出端固定连接，因此在安装壳370跟随谐波减速器350转动时，弹性驱动体360跟随安装壳370同步转动。凸起362设有多个，且沿弹性驱动体360周向均匀分布，凹槽371的排布形式与凸起362相同，以保证弹性驱动体360与安装壳370运动传递的稳定性。

弹性驱动体360的中心处设有端轴363，第二传动体3221的中心处设有与端轴363配合的通孔，端轴363的中心呈圆柱形，端轴363穿过第二传动体3221并带动第二传动体3221转动。端轴363与弹性框361之间设有盘旋状的弹性片364，因弹性驱动体360的边缘与第一输出组件321连接，中心处与第二输出组件322连接，安装壳370转动时，边缘处的凸起362带动弹性驱动体360转动，从而使得弹性片364产生弹性位移，并传递至中心处的端轴363，进而端轴363带动第二输出组件322运动，弹性片364所产生的变形量通过检测机构500的检测数据得出。通过设置弹性驱动体360一方面缓解动力装置310的驱动力，达到对使用者关节的缓冲作用；另一方面，通过检测机构500的数据检测，得出弹性驱动体360的变形量及输出角度，从而精确控制驱动力，提供使用者活动的舒适性。

本发明实施例中的弹性片364设有四组，且相对弹性驱动体360的中心对称，便于数据测量及运动传递。

参照图16-图18，限位装置340包括限位压盘341及输出转盘342，第二输出组件322包括转动法兰3222，弹性驱动体360的端轴363插入转动法兰3222并带动转动法兰3222转动，转动法兰3222与输出转盘342固定连接，从而带动输出转盘342旋转，输出转盘342与外骨骼关节连接，输出转盘342的转动实现人体关节的活动。限位装置340还包括安装座343，安装座343上设有用于安装外骨骼关节的安装位，输出转盘342相对安装座343的转动实现外骨骼不同关节之间的相互转动。

具体的,安装座343包括基体3432和本体3431，本体3431的中心处中空且设有一环形的容置腔体，第一传动体3211、第二传动体3221、弹性驱动体360及安装壳370容置于该容置腔体内，结构紧凑，占用空间小。转动法兰3222位于本体3431的中心处并与输出转盘342连接，限位压盘341固定连接于本体3431背离输出装置320的一端，限位压盘341呈环形，输出转盘342位于限位压盘341的中心处并可基于限位压盘341的中心转动。限位压盘341的内壁上设有限位挡块3411，用于对输出转盘342进行限位，使输出转盘342的摆动角度在人体的正常活动范围之内，避免因输出转盘342的转动角度过大，对使用者造成伤害。

限位装置340还包括限位片344，输出转盘342上设有安装限位片344的通槽，限位片344的两端从输出转盘342的边缘突出，限位片344的端部与限位压盘341的内壁接触，并在弹性驱动体360的带动下沿限位压盘341的内壁转动，在限位片344的端部移动至限位挡块3411处时，限位挡块3411对限位片344的端部抵持，从而实现对输出转盘342的限位。本发明实施例中限位挡块3411沿限位压盘341的周向分布有两个，限位挡块3411的数量及距离可根据外骨骼的实际使用情况合理选择；本发明实施例是通过限位挡块3411对限位片344的端部抵持实现定位，也可不设置限位片344，在输出转盘342的边缘设置与限位挡块3411抵持的限位体进行限位，限位结构不限于此。限位片344与输出转盘342背离动力装置310的侧面齐平，为外骨骼关节提供平整的安装平面。

基体3432上还设有一安装架3433，第一检测单元512及第二检测单元安装于该安装架3433上，传动轴513穿过安装架3433与传动轮511连接，本体3431的下方设有供传动轮511与第二传动体3221连接的开口，从而使检测机构500与限位装置340连接更为紧凑，节省安装空间。基体3432背向安装架3433的一侧设有用于安装外骨骼关节的安装位。

参照图19，本发明实施例中的踝部机构400包括支撑板410、平衡块420及中心轴430，支撑板410的上方设有用于与腿部机构200的伸缩骨架221连接的插接座413，伸缩骨架221插入插接座413内，锁紧插接座413可实现腿部机构200与踝部机构400之间的固定连接。中心轴430穿过支撑板410及平衡块420，从而使支撑板410和平衡块420可基于中心轴430相互转动。平衡块420的两端向相反方向延伸形成第一端421和第二端422，同样的，支撑板410的两端向相反方向延伸形成第三端411和第四端412，第三端411和第一端421之间以及第二端422与第四端412之间均连接有缓冲组件440。在平衡块420基于中心轴430转动并相对支撑板410摆动时，第一端421或第二端422压迫缓冲组件440，缓冲组件440给予支撑板410及平衡块420反向的作用力，支持平衡块420的摆动，在实现平衡块420相对支撑板410摆动的前提下，在人体运动时对关节进行缓冲，防止损伤。

优选的，还包括一转动轴承431，转动轴承431内圈与中心轴430配合，转动轴承431的外圈与平衡块420或支撑板410配合，从而保证中心轴430与平衡块420、支撑板410之间的有效连接，使平衡块420与支撑板410可相对中心轴430转动，保证运动传递的稳定性。

中心轴430位于支撑板410的中心处，即第一端421与第二端422、第三端411与第四端412均相对于中心轴430的轴心对称，使得支撑板410及平衡块420的摆动更为均衡，提高了人体踝关节运动的稳定性。

平衡块420的下端还连接有鞋板450，鞋板450与平衡块420固定连接并可跟随平衡块420进行摆动。鞋板450上设有用于固定绑带的绑带孔451，使用者可通过绑带将鞋底鞋面与鞋板450固定，便于使用者穿着自己的鞋子与外骨骼踝关节绑定，并进行行走，提高患者与鞋板450的贴合度及行走的舒适性。

使用者在穿戴后，中心轴430与患者的踝部相对应，在患者行走过程中，随着患者脚部的向前迈动，平衡块420跟随鞋板450进行摆动，在平衡块420基于中心轴430相对支撑板410进行摆动时，中心轴430与患者踝关节的运动趋势一致，保证外骨骼踝关节活动的灵敏度。另外，平衡块420在摆动过程中对缓冲组件440进行压迫，缓冲组件440向支撑板410与平衡块420提供反向作用力，防止人体损伤。

优选的，鞋板450上还设有传感器(未示出)，该传感器可对人体脚部及鞋板450的运动状态进行测量和反馈，便于对外骨骼踝关节及脚部运动进行精确控制和调节。鞋板450的具体大小及形状可根据实际需要合理选择，可根据人体仿生学，将鞋板450前后端及中心处设置为弧状，以使鞋板450与人体的脚部或鞋底更为贴合。

优选的，平衡块420在鞋板450的上方和缓冲组件440的下方设有一凹孔423，该凹孔423向远离鞋板450的方向进行凹陷。通过设置凹孔423，在节省材料，降低成本的基础上，减轻了外骨骼踝关节的重量，提高了踝关节运动的灵活性及便捷度。

参照图20并结合图19，本发明实施例中设有两个缓冲组件440，该缓冲组件440位于支撑板410和平衡块420之间并相对于中心轴430对称分布。具体的，缓冲组件440包括缓冲弹簧441，两个缓冲弹簧441分别位于第一端421与第三端411之间以及第二端422与第四端412之间，缓冲弹簧441的两端分别与第一端421、第三端411抵持，或者分别与第二端422、第四端412抵持，从而在平衡块420相对支撑板410摆动时，平衡块420、支撑板410压迫缓冲弹簧441，使缓冲弹簧441压缩或伸长，从而缓冲弹簧441对平衡块420及支撑板410提供相反作用力，避免人体损伤。

优选的，缓冲组件440还包括第一导柱442和第二导柱443，图20中右侧的第一导柱442与第一端421固定连接，第二导柱443与第三端411固定连接，图20中左侧的第一导柱442与第二端422连接，第二导柱443与第四端412连接；缓冲弹簧441的两端分别套设于第一导柱442及第二导柱443上，并与第一导柱442和第二导柱443固定连接，防止在缓冲弹簧441伸缩时，缓冲弹簧441与第一导柱442或第二导柱443脱离，影响运动传递；在平衡块420相对支撑板410转动时，缓冲弹簧441的两端始终与支撑板410或平衡块420抵持，提高外骨骼踝关节连接的牢固性及运动的稳定性。

位于同一缓冲组件440内的第一导柱442与第二导柱443之前设有一缓冲间隙444，为缓冲弹簧441提供伸缩空间。优选的，同一缓冲组件440内的第一导柱442与第二导柱443同轴心，使缓冲弹簧441的运动更为稳定。

作为第一导柱442和第二导柱443的一个优选结构，第一导柱442和/或第二导柱443沿其轴心方向延伸，形成第一导杆和第二导杆(未示出)，第一导杆、第二导杆的长度不小于第一导柱442和第二导柱443的长度。在为缓冲弹簧441留有足够的缓冲间隙444的前提下，使得缓冲弹簧441能够沿第一导杆和第二导杆伸缩，从而进一步提高缓冲弹簧441及平衡板运动的稳定性。

在使用者穿戴完成后行走时，若鞋板450踩踏到不平坦路面，鞋板450基于路面情况向一个方向进行转动，并对该方向上的缓冲组件440进行压迫，缓冲组件440中的缓冲弹簧441压缩蓄力，当使用者再次抬脚时，缓冲弹簧441反弹释放积蓄的弹性力，为患者的脚部及踝部恢复提供助力，便于患者恢复到初始状态并继续行走。在缓冲组件440的作用下，能够根据使用者的步态，自适应的调整脚部下压或抬起，防止患者在踩踏过于用力、路面不平整时对关节处造成损伤。

以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (17)

1.一种助行外骨骼机器人，其特征在于，包括，

腰部机构；

腿部机构，所述腿部机构与所述腰部机构连接；

检测机构，所述检测机构与所述腿部机构和腰部机构连接并用于检测所述腿部机构和腰部机构的运动状态；

驱动机构，所述腰部机构与腿部机构的连接处以及不同所述腿部机构的连接处均设有所述驱动机构，所述驱动机构接收所述检测机构的检测信息，并驱动所述腿部机构之间以及所述腿部机构与腰部机构之间相对运动。

2.根据权利要求1所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述驱动机构包括动力装置和输出装置，所述检测机构包括第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件与所述动力装置连接，所述第二检测组件与所述输出装置连接，所述动力装置接收所述第一检测组件和第二检测组件的检测信息并驱动输出装置运动。

3.根据权利要求2所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述输出装置包括弹性驱动体和安装壳，所述弹性驱动体容置于所述安装壳内并能够在所述安装壳内弹性伸缩，所述弹性驱动体的两侧分别与所述动力装置和输出装置连接。

4.根据权利要求3所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述弹性驱动体呈盘状并相对其中心对称，所述弹性驱动体的中心处设有端轴，所述端轴与所述输出装置连接并带动输出装置运动，所述端轴与所述弹性驱动体的边缘之间设有盘旋的弹性片。

5.根据权利要求3所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述动力装置包括谐波减速器和用于提供动力的动力元件，所述谐波减速器的另一侧与所述安装壳连接。

6.根据权利要求3所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述第一检测组件包括第一连接体和用于检测第一连接体运动状态的第一检测单元，所述第一连接体与所述安装壳连接；所述第二检测组件包括第二连接体和用于检测第二连接体运动状态的第二检测单元，所述第二连接体与所述输出装置连接。

7.根据权利要求6所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述输出装置包括输出转盘，所述输出转盘与第二连接体连接并带动第二连接体转动，所述驱动机构还包括限位装置，所述限位装置包括限位压盘，所述输出转盘能够相对所述限位压盘转动，所述限位压盘上设有对所述输出转盘限位的限位体。

8.根据权利要求7所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述限位装置还包括安装座，所述安装座包括一基体和一壳状主体，所述限位压盘与主体固定连接，所述输出装置、弹性驱动体、安装壳容置于所述主体内。

9.根据权利要求1所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部机构包括基座、第一臂和第二臂，所述第一臂和第二臂分别连接于所述基座的两端，所述第一臂与第二臂远离所述基座的一端弯折以使所述第一臂及第二臂呈U型，所述第一臂与基座之间以及所述第二臂与基座之间能够相对移动。

10.根据权利要求9所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述第一臂远离所述基座的一端以及所述第二臂远离所述基座的一端设有滑套，所述滑套与腿部机构连接，所述滑套与第一臂之间以及所述滑套与第二臂之间能够相对移动。

11.根据权利要求10所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述腿部机构包括腿部骨架和伸缩装置，所述腿部骨架与所述滑套连接，所述伸缩装置包括伸缩骨架和固定座，所述固定座与所述腿部骨架连接，所述伸缩骨架穿过所述固定座，并能够相对所述固定座移动。

12.根据权利要求11所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，还包括踝部机构，所述踝部机构包括支撑板、平衡块及中心轴，所述平衡块的两侧反向延伸形成第一端和第二端，所述第一端与所述支撑板之间以及所述第二端与所述支撑板之间设有缓冲组件，所述中心轴穿过所述平衡块与支撑板，所述平衡块能够基于所述中心轴转动，以使所述第一端和第二端相对所述支撑板摆动并压迫所述缓冲组件，所述支撑板远离所述平衡块的一端与所述伸缩骨架连接。

13.根据权利要求12所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，还包括鞋板，所述鞋板连接于所述平衡块远离所述支撑板别的一端，所述鞋板能够跟随所述平衡块转动，所述鞋板上设有绑带孔。

14.根据权利要求12所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述缓冲组件包括缓冲弹簧、导向柱和导向杆，所述导向杆与导向柱之间设有缓冲间隙，所述缓冲弹簧的两端分别与所述导向柱和导向杆连接。

15.根据权利要求11所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述腿部机构还包括支撑组件，所述支撑组件包括腿部挡板和挡板座，所述挡板座安装于所述腿部骨架上，所述腿部挡板与所述挡板座连接并能够基于挡板座转动。

16.根据权利要求11至15任一项所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述第一臂与基座的连接处、所述第二臂与基座的连接处以及所述伸缩骨架与所述固定座的连接处均设有定位组件，所述定位组件包括定位销和定位套筒，所述定位套筒设有一通孔，所述定位销穿过所述通孔并插入第一臂与基座内或者第二臂与基座内或者伸缩骨架与固定座以进行定位。

17.根据权利要求16所述的助行外骨骼机器人，其特征在于，所述定位组件还包括定位弹簧，所述定位销设有一凸起，基于所述凸起处反向延伸形成弹性部和插接部，所述弹性部从所述通孔内穿过，所述定位弹簧容置于所述通孔内并套设在所述弹性部的外表面，所述定位弹簧的两端分别与所述凸起和通孔的内部抵持，拉动所述弹性部，所述凸起压迫所述定位弹簧以使所述插接部从所述第一臂、第二臂或伸缩骨架处脱离；释放所述弹性部，所述定位弹簧推动所述插接部插入所述基座或固定座内。