CN110025455A - 一种四肢外骨骼康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四肢外骨骼康复机器人，其中：左右外骨骼基架通过宽度调节导轨滑块安装于机器人翻转床上；所述左右上肢外骨骼分别安装于左右外骨骼基架的上端；所述左右下肢外骨骼分别安装于左右外骨骼基架的下端；所述宽度调节机构安装于左右外骨骼基架之间，并固定于机器人翻转床上；所述肩部高度调节机构安装于左右上肢外骨骼的上部，并固定于机器人翻转床上；所述腿部长度调节机构安装于左右下肢外骨骼上；所述左右肩髋膝踝关节旋转机构分别安装于左右上肢外骨骼的肩关节以及左右下肢外骨骼的髋关节、膝关节和踝关节上。本发明用电动推杆电机实现尺寸范围的调整，用伺服电机控制关节运动，具有节省成本、调节时间、简化控制过程的特点。

Description

一种四肢外骨骼康复机器人

技术领域

本发明属于康复工程技术领域，具体地，涉及一种依据神经可塑性原理对四肢活动不便的病人进行康复训练的四肢外骨骼康复机器人。

背景技术

康复医学是一门新兴的学科，是20世纪中期出现的一个新的概念。康复医学和预防医学、保健医学、临床医学并称为“四大医学”，它是一门以消除和减轻人的功能障碍，弥补和重建人的功能缺失，设法改善和提高人的各方面功能的医学学科，也就是功能障碍的预防、诊断、评估、治疗、训练和处理的医学学科。通过物理疗法，运动疗法，生活训练，技能训练，言语训练和心理咨询等多种手段使病伤残者尽快的得到最大限度的恢复，使身体残留部分的功能得到最充分的发挥，达到最大可能的生活自理，劳动和工作的能力，为病伤残者重返社会打下基础。其中，运动疗法是现代康复医学的重要内容和手段。

现有的康复训练产品，大多采用手动调节，无法实现对外骨骼自动调节，费时费力，无法满足人们的日益增加的康复需求。

经检索，申请号为201210122947.0的中国专利申请，公开一种床式下肢康复外骨骼康复机器人，并具体公开了一种床式下肢外骨骼康复机器人，包括起立床辅助平台、第一下肢外骨骼机构、第二下肢外骨骼机构、第一调宽机构、第二调宽机构、第一下肢外骨骼升降机构、第二下肢外骨骼升降机构和控制柜。其中，第一下肢外骨骼升降机构与第一调宽机构及第一下肢外骨骼机构相连，并带动它们升降；第二下肢外骨骼升降机构与第二调宽机构及第二下肢外骨骼机构相连，并带动它们升降；第一下肢外骨骼升降机构和第二下肢外骨骼升降机构分别连接到起立床辅助平台的床面翻转及升降机构。但是，该康复机器人仍然存在如下问题：

1、没有上肢机构；

2、腿部长度不可以电动调节，智能采用手动定位销调节长度，操作困难复杂；

3、脚踝关节无电机驱动，无法实现步态训练时脚踝关节的康复训练。

综上，现有的康复机器人无法真正满足病人进行康复训练的需求，通过对病人进行渐进性的功能训练，无法达到预期康复效果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种四肢外骨骼康复机器人，该四肢外骨骼康复机器人依据神经可塑性原理对四肢活动不便的病人进行康复训练，通过数个推杆电机实现外骨骼机构的尺寸调节，使外骨骼可以满足不同患者体形要求进行康复训练。通过电动推杆使外骨骼机器人整体可以旋转，用来满足患者在不同体位模式下进行标准步态的康复训练。本发明适用于因脑卒中、脑外伤等其他因素造成行走不便的病人进行康复训练，通过对病人进行渐进性的功能训练达到预期康复效果。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种四肢外骨骼康复机器人，包括外骨骼结构部分和翻转床体部分，所述外骨骼结构部分安装于可翻转床体部分上；

所述可翻转床体部分包括机器人翻转床；

所述外骨骼结构部分包括左右外骨骼基架、宽度调节导轨滑块、左右上肢外骨骼、左右下肢外骨骼、宽度调节机构、肩部高度调节机构、腿部长度调节机构以及左右肩髋膝踝关节旋转机构；其中：

所述左右外骨骼基架通过宽度调节导轨滑块安装于机器人翻转床上；

所述左右上肢外骨骼分别安装于左右外骨骼基架的上端；所述左右下肢外骨骼分别安装于左右外骨骼基架的下端；

所述宽度调节机构安装于左右外骨骼基架之间，并固定于机器人翻转床上，调节外骨骼结构部分的宽度；

所述肩部高度调节机构安装于左右上肢外骨骼的上部，并固定于机器人翻转床上，调节左右上肢外骨骼的高度；

所述腿部长度调节机构安装于左右下肢外骨骼上，调节左右下肢外骨骼的长度；

所述左右肩髋膝踝关节旋转机构分别安装于左右上肢外骨骼的肩关节以及左右下肢外骨骼的髋关节、膝关节和踝关节上，调节外骨骼结构部分按照目标运动曲线往复运动。

优选地，所述宽度调节机构包括：左右宽度调整机构、一驱动部件以及一宽度调节导轨，其中：

所述左右宽度调整机构由横向安装的复数连杆构成，所述驱动部件、所述宽度调节导轨纵向设置，所述宽度调节导轨连接所述驱动部件的输出端，复数根所述连杆的一端均与所述宽度调节导轨连接，所述连杆的另一端分别连接到左右外骨骼基架的左右侧，所述连杆关于所述宽度调节导轨对称设置且两根连杆在所述宽度调节导轨上连接于同一点，所述连杆与所述驱动部件总体形成“Y”形结构，所述“Y”形的两上端为一组或多组；

通过一所述驱动部件驱动所述宽度调节导轨上下运动，所述宽度调节导轨带动所述连杆左右运动，所述连杆再带动左右外骨骼基架在左右方向上的同步运动，进而调节外骨骼结构部分的宽度。

更优选地，所述连杆为四根，四根所述连杆的一端均连接于所述宽度调节导轨，两根所述连杆平行且它们的另一端均连接左外骨骼基架，从而所述宽度调节导轨、两根所述连杆以及左外骨骼基架构成一个平行四边形机构；同样的，另外两根连杆平行且它们的另一端均连接右外骨骼基架，从而所述宽度调节导轨、两根连杆以及左侧外骨骼基架构成另一个平行四边形机构；所述驱动部件驱动所述宽度调节导轨上下运动，所述宽度调节导轨同时带动驱动四根所述连杆左右运动，四根所述连杆再带动左右外骨骼基架在左右方向上的同步运动。

进一步优选地，所述宽度调节机构还包括直线滑块，其中：所述直线滑块设置于所述左右外骨骼基架之间，所述宽度调节导轨在所述直线滑块的约束下上下运动，所述宽度调节导轨的上下运动带动两个平行四边形机构变形，实现左右外骨骼基架在左右方向的同步运动。

具体一实施方式中，所述宽度调节机构包括宽度调节推杆电机、宽度调节导轨、直线滑块以及四连杆机构；其中：

所述宽度调节推杆电机纵向设置，宽度调节推杆电机的一端固定在机器人翻转床上，宽度调节推杆电机的另一端固定在宽度调节导轨上，所述宽度调节导轨在直线滑块的约束下上下运动，所述四连杆机构的一端铰接在宽度调节导轨上，四连杆机构的另一端分别铰接在左右外骨骼基架上，四连杆机构、宽度调节导轨以及左右外骨骼基架之间形成两个平行四边形机构；通过控制宽度调节导轨的上下运动，带动平行四边形机构变形，实现左右外骨骼基架在左右方向的运动，进而实现了外骨骼结构部分宽度的调节；所述宽度调节机构采用一所述宽度调节推杆电机，实现四肢外骨骼左右宽度方向的连续调节。

优选地，所述肩部高度调节机构包括高度调节推杆电机以及肩高调节板；其中：

所述高度调节推杆电机纵向设置，高度调节推杆电机的一端固定在机器人翻转床上，所述高度调节推杆电机的另一端固定在肩高调节板上；所述肩高调节板的左右两端分别与左右上肢外骨骼的左右上肢外骨骼固定件固定连接；通过控制高度调节推杆电机的伸缩，驱动肩高调节板进行上下运动，从而带动左右上肢外骨骼上下运动，进而实现左右上肢外骨骼高度的调节。

优选地，所述腿部长度调节机构包括左右大腿长度调节推杆电机以及左右小腿长度调节推杆电机；其中：

所述左右大腿长度调节推杆电机的一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右大腿摆动件上，左右大腿长度调节推杆电机的另一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右大腿伸缩件上；通过控制左右大腿长度调节推杆电机的伸缩，带动左右大腿伸缩件运动，进而调节了大腿的长度；

所述左右小腿长度调节推杆电机的一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右小腿摆动件上，左右小腿长度调节推杆电机的另一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右小腿伸缩件上；通过控制左右小腿长度调节推杆电机的伸缩，带动左右小腿伸缩件的运动，进而调节了小腿的长度；

通过控制左右大腿长度调节推杆电机以及左右小腿长度调节推杆电机，进而调节左右下肢外骨骼的膝关节与髋关节的距离以及踝关节与膝关节的距离，最终实现左右下肢外骨骼长度的调节。

优选地，所述运动调节机构包括左右肩关节旋转电机、左右髋关节旋转电机、左右膝关节旋转电机以及左右踝关节旋转电机；其中：

所述左右肩关节旋转电机分别固定在左右上肢外骨骼固定件上，左右肩关节旋转电机的输出端分别与左右上肢外骨骼固定连接；通过控制左右肩关节旋转电机的运动，实现左右上肢外骨骼的前后摆动；

所述左右髋关节旋转电机分别固定在左右下肢外骨骼的左右髋关节底座上，左右髋关节旋转电机的输出端分别与左右大腿摆动件固定连接；通过控制左右髋关节旋转电机的转动，实现左右大腿摆动件的前后摆动；

所述左右膝关节旋转电机分别固定在左右下肢外骨骼的左右大腿伸缩件上，左右膝关节旋转电机的输出端分别与左右下肢外骨骼的左右小腿摆动件固定连接；通过控制左右膝关节旋转电机的旋转，带动左右小腿摆动件的前后运动；

所述左右踝关节旋转电机分别固定在左右下肢外骨骼的左右小腿摆动件上，左右踝关节旋转电机的输出端分别与左右下肢外骨骼的左右脚底板零件固定连接；通过控制左右踝关节旋转电机的旋转，实现左右脚踝关节的往复运动；

通过对左右肩关节旋转电机、左右髋关节旋转电机、左右膝关节旋转电机和左右踝关节旋转电机的组合控制，使外骨骼结构部分按照目标运动曲线实现往复运动。

优选地，通过设置运动参数，能够使得外骨骼结构部分按照标准步态曲线进行运动。

优选地，所述运动参数包括：肩髋膝踝关节的运动范围、肩髋膝踝关节的运动周期、各旋转电机的运动速度和/或左右下肢外骨骼长度。

优选地，所述翻转床体部分包括机器人底座、机器人升降用推杆电机、机器人升降用四连杆机构、机器人翻转基座以及机器人翻转用推杆电机；其中：

所述机器人翻转基座与机器人翻转床之间铰接；

所述机器人升降用推杆电机的一端固定在机器人底座上，机器人升降用推杆电机的另一端通过一根横梁与机器人升降用四连杆机构铰接在一起，所述机器人升降用四连杆机构的两端分别与机器人底座和机器人翻转床铰接，机器人升降用四连杆机构与机器人底座之间以及机器人升降用四连杆机构与机器人翻转床之间分别形成一个平行四边形机构；通过控制机器人升降用推杆电机的伸缩带动机器人升降用四连杆机构绕铰接处旋转，进而控制机器人翻转床上下(升降)运动，从而实现机器人翻转床的高度调节；

所述机器人翻转用推杆电机的一端固定在机器人翻转基座上，机器人翻转用推杆电机的另一端固定在机器人翻转床上；通过控制机器人翻转用推杆电机的伸缩，使得机器人翻转基座绕着机器人翻转基座与机器人翻转床之间的铰接处旋转，实现安装在机器人翻转床上的外骨骼结构部分的自动翻转运动。

优选地，所述机器人翻转床的翻转范围为：大于等于0°、小于等于90°。

本发明通过控制升降用推杆电机以及翻转用推杆电机驱动升降用四连杆机构实现整体外骨骼翻转，通过控制宽度调节电机、肩高调节电机以及安装在左右下肢外骨骼上的推杆电机实现外骨骼机器人的尺寸调节功能，通过控制肩关节、髋关节、膝关节以及脚踝关节的电机带动连接杆件运动，整体拟合出标准的步态曲线。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、宽度调节机构，可以用横向安装的连杆推动外骨骼机器人左右宽度调节，但是缺点是横向安装会影响上肢外骨骼运动，故本发明中选择竖向安装一个驱动部件的方案，驱动两侧外骨骼运动；

2、床体整体的升降调节，可以采用升降柱方案，取代直线推杆电机加四连杆机构；但是升降柱无法承受过大的径向负载，故本发明中采用平行四边形机构；

3、本发明实施例中采用一根宽度调节驱动部件，实现四肢外骨骼左右宽度方向的连续调节；

4、本发明实施例中采用一根高度调节推杆，实现四肢外骨骼肩关节高度的调节；

5、本发明实施例中采用4根长度调节推杆，实现四肢外骨骼结构长度的电动调节；

6、本发明实施例中采用4组伺服电机(肩关节旋转电机、髋关节旋转电机、膝关节旋转电机、踝关节旋转电机)，同时控制肩、髋、膝、踝的运动范围；

7、本发明实施例中采用两组推杆(伸缩推杆和翻转推杆)，实现外骨骼床体角度调节的同时能够避免干涉，整体重心后移保持稳定性；

综上，本发明用电动推杆电机实现尺寸范围的调整，用伺服电机控制关节运动，具有节省成本、调节时间、简化控制过程的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中外骨骼机器人整体示意图；

图2为本发明一实施例中外骨骼机器人侧视图；

图3为本发明一实施例中底架运动示意图；

图4为本发明一实施例中外骨骼翻转运动示意图；

图5为本发明一实施例中外骨骼直立示意图；

图6为本发明一实施例中外骨骼宽度调节示意图；

图7为本发明另一实施例中外骨骼宽度调节机构示意图；

图8为本发明另一较优实施例中外骨骼宽度调节机构示意图；

图9、10为本发明一较优实施例中外骨骼宽度调节工作示意图；

图11为本发明一实施例中外骨骼腿部示意图；

图12为本发明一实施例中外骨骼腿部长度调节机构示意图；

图13为本发明一实施例中外骨骼运动示意图；

图中：1为机器人底座，2为机器人升降用推杆电机，3为机器人升降用四连杆机构，4为机器人翻转床，5为机器人翻转用推杆电机，6为机器人翻转基座，7为左右外骨骼基架，8为宽度调节推杆电机，9为宽度调节导轨，10为直线滑块，11为宽度调节四连杆机构，12为左外骨骼基架，13为右外骨骼基架，14为左上肢外骨骼固定件，15为右上肢外骨骼固定件，16为左上肢外骨骼，17为右上肢外骨骼，18为高度调节推杆电机，19为肩高调节板，20为右大腿长度调节推杆电机，21为右大腿摆动件，22为右大腿伸缩件，23为右小腿长度调节推杆电机，24为右小腿摆动件，25为右小腿伸缩件，26为右肩关节旋转电机，27为右髋关节旋转电机，28为右膝关节旋转电机，29为右踝关节旋转电机，30为右脚底板零件，31为右髋关节底座。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

请同时参阅图1至图11。

四肢外骨骼康复机器人整体示意图：如图1所示，此外骨骼机器人分为四肢外骨骼结构部分和可升降和翻转的床体部分。

在本发明部分实施例中，底架运动示意图如图2和图3所示，机器人升降用推杆电机2的一端固定在机器人底座1上，机器人升降用推杆电机2的另一端通过一根横梁与机器人升降用四连杆机构3铰接在一起，机器人升降用四连杆机构3两端分别与机器人底座1和机器人翻转床4铰接，机器人升降用四连杆机构3与机器人底座1和机器人翻转床4形成两个平行四边形机构，通过控制机器人升降用推杆电机2的伸缩可以带动机器人升降用四连杆机构3绕铰接处旋转，进而控制机器人翻转床4上下运动，从而实现床架的高度调节。

在本发明部分实施例中，外骨骼翻转运动示意图4：如图4所示，机器人翻转用推杆电机5固定在机器人翻转床4上，机器人翻转基座6一端与机器人翻转床4铰接在一起，通过控制机器人翻转用推杆电机5的伸缩可以使得机器人翻转基座6绕着铰接处旋转，即实现机器人翻转基座6的翻转运动。通过控制机器人翻转用推杆电机5的运动行程，可以使得机器人翻转基座6在0°至90°范围内翻转。效果见图5外骨骼直立示意图。

在本发明部分实施例中，所述宽度调节机构包括：左右宽度调整机构、一驱动部件801以及一宽度调节导轨802，所述左右宽度调整机构由横向安装的复数连杆构成，所述驱动部件801、所述宽度调节导轨802纵向设置，所述宽度调节导轨802连接所述驱动部件801的输出端，复数根所述连杆的一端均与所述宽度调节导轨802连接，所述连杆的另一端分别连接到左右外骨骼基架的左右侧，所述连杆关于所述宽度调节导轨802对称设置且两根连杆在所述宽度调节导轨802上连接于同一点，所述连杆与所述驱动部件801总体形成“Y”形结构，所述“Y”形的两上端为一组或多组。

如图6所示的一实施例中，所述连杆为两根即1101、1102，所述连杆1101、1102与所述驱动部件801总体形成“Y”形结构，所述“Y”形的两上端为一组。通过一所述驱动部件801驱动所述宽度调节导轨802上下运动，所述宽度调节导轨802带动所述连杆1101、1102运动，所述连杆再带动左右外骨骼基架在左右方向上的同步运动，进而调节外骨骼结构部分的宽度。

如图7所示的另一较优实施例中，所述宽度调节机构中：所述连杆为四根即1101、1102、1103、1104，四根所述连杆1101、1102、1103、1104的一端均连接于所述宽度调节导轨802，两根所述连杆1101、1103平行且它们的另一端均连接左外骨骼基架12，从而所述宽度调节导轨802、两根所述连杆1101、1103以及左外骨骼基架12构成一个平行四边形机构；同样的，另外两根连杆1102、1104平行且它们的另一端均连接右外骨骼基架13，从而所述宽度调节导轨802、两根连杆1102、1104以及右外骨骼基架13构成另一个平行四边形机构；所述驱动部件801驱动所述宽度调节导轨802上下运动，所述宽度调节导轨802同时带动驱动四根所述连杆1101、1102、1103、1104运动，四根所述连杆1101、1102、1103、1104再带动左外骨骼基架1212、右外骨骼基架13在左右方向上的同步运动。

进一步的，上述实施例可以选择设置直线滑块，所述直线滑块设置于所述左外骨骼基架1212、右外骨骼基架13之间，所述宽度调节导轨801在所述直线滑块的约束下上下运动，具体可以参加如图8所示的实施例。

本发明一具体优选实施例中，驱动部件801和宽度调节导轨802可以采用宽度调节推杆电机8实现，如图8所示：宽度调节推杆电机8纵向设置，其一端固定在左右外骨骼基架7上，另一端固定在宽度调节导轨9上，宽度调节导轨9在直线滑块10的约束下只能上下运动。宽度调节导轨9上铰接了4根连杆机构，形成四连杆机构11，四连杆机构11另外一端分别铰接在左右外骨骼基架12、13上，四连杆机构11、宽度调节导轨9与铰接的左右外骨骼基架12、13之间分别形成两个平行四边形机构，通过控制宽度调节导轨9的上下运动就可以带动平行四边形机构变形，从而实现左右外骨骼基架12、13在左右方向的运动。即实现了外骨骼机构(外骨骼结构部分)宽度的调节，具体的调节效果见图9、10所示外骨骼宽度调节示意图。

当然，所述连杆可以不限于上述的两根、四根，也可以是其他数目。

在本发明部分实施例中，外骨骼肩高调节示意图如图11所示：高度调节推杆电机18纵向设置，同样固定在左右外骨骼基架7上的高度调节推杆电机18另外一端固定在肩高调节板19上，左右上肢外骨骼16、17分别固定在左右上肢外骨骼固定件14、15上。肩高调节板19连接上肢外骨骼固定件14、15，通过控制高度调节推杆电机18的伸缩，可以驱动肩高调节板19进行上下运动，从而带动左右上肢外骨骼16、17上下运动，最终实现外骨骼结构部分肩关节高度的调节。

在本发明部分实施例中，外骨骼腿部示意图如图12所示：右大腿长度调节推杆电机20一端固定在右大腿摆动件21上，另外一端固定在右大腿伸缩件22上，通过控制右大腿长度调节推杆电机20的伸缩可以带动右大腿伸缩件22运动，即调节了大腿的长度。右小腿长度调节推杆电机23一端固定在右小腿摆动件24上，另外一端固定在右小腿伸缩件25上，通过控制右小腿长度调节推杆电机23的伸缩可以带动右小腿伸缩件25的运动，即调节了小腿的长度。通过分别控制右大、小腿长度调节推杆电机20和23可以调节膝关节与髋关节的距离以及踝关节与膝关节的距离。左腿长度调节方式和右腿相同，具体为，左大腿长度调节推杆电机一端固定在左大腿摆动件上，另外一端固定在左大腿伸缩件上，通过控制左大腿长度调节推杆电机的伸缩可以带动左大腿伸缩件运动，即调节了大腿的长度。左小腿长度调节推杆电机一端固定在左小腿摆动件上，另外一端固定在左小腿伸缩件上，通过控制左小腿长度调节推杆电机的伸缩可以带动左小腿伸缩件的运动，即调节了小腿的长度。通过分别控制左大、小腿长度调节推杆电机和可以调节膝关节与髋关节的距离以及踝关节与膝关节的距离。最终实现腿部长度的调节功能如图11所示。

在本发明部分实施例中，外骨骼运动示意图如图13所示：左肩关节旋转电机固定在左上肢外骨骼固定件14上，左肩关节旋转电机的输出端固定左上肢外骨骼16；通过控制左肩关节旋转电机的运动既可以实现左上肢外骨骼16的前后摆动。左髋关节旋转电机固定在左髋关节底座上，左髋关节旋转电机的输出端固定有左大腿摆动件，通过控制左髋关节旋转电机的转动即可控制左大腿外骨骼的前后摆动。左膝关节旋转电机固定在左大腿伸缩件上，左膝关节旋转电机的输出端固定有左小腿摆动件，通过控制左膝关节旋转电机的旋转即可带动左小腿摆动件进行往复运动。左踝关节旋转电机固定在左小腿摆动件上，左踝关节旋转电机的输出端固定有左脚底板零件，通过控制左踝关节旋转电机的旋转即可控制左脚踝关节的往复运动。与左侧部件相对应，右肩关节旋转电机26固定在右上肢外骨骼固定件15上，右肩关节旋转电机26的输出端固定右上肢外骨骼17；通过控制右肩关节旋转电机26的运动既可以实现右上肢外骨骼17的前后摆动。右髋关节旋转电机27固定在右髋关节底座31上，右髋关节旋转电机27的输出端固定有右大腿摆动件21，通过控制右髋关节旋转电机27的转动即可控制右大腿外骨骼的前后摆动。右膝关节旋转电机28固定在右大腿伸缩件22上，右膝关节旋转电机28的输出端固定有右小腿摆动件24，通过控制右膝关节旋转电机28的旋转即可带动右小腿摆动件24进行往复运动。右踝关节旋转电机29固定在右小腿摆动件24上，右踝关节旋转电机29的输出端固定有右脚底板零件30，通过控制右踝关节旋转电机29的旋转即可控制右脚踝关节的往复运动。综上，通过对肩关节、髋关节、膝关节和踝关节电机的组合控制，可以使四肢外骨骼按照目标运动曲线实现往复运动，通过输入运动参数可以使得四肢外骨骼按照标准步态曲线进行运动。其中：运动参数包括：各个旋转电机运动速度、(肩髋膝踝关节的)运动范围、(肩髋膝踝关节的)运动周期和/或左右下肢外骨骼长度。

在本发明上述的部分实施例中：宽度调节机构，可以用横向安装的两根推杆推动外骨骼机器人左右宽度调节，但是缺点是横向安装会影响上肢外骨骼运动，故选择本实施例中的方案，竖向安装一个推杆电机，驱动两侧外骨骼运动，能够有效克服上述影响。

床体(翻转床体部分)整体的升降调节，可以采用升降柱方案，取代直线推杆电机加四连杆机构；但是升降柱无法承受过大的径向负载，故采用本实施例中的平行四边形机构，能够有效克服上述问题。

上述实施例提供的四肢外骨骼康复机器人：

1.采用一根推杆，实现外骨骼左右宽度方向的连续调节。

2.采用一根推杆，实现外骨骼肩关节高度的调节。

3.采用2组推杆电机，实现外骨骼结构长度的电动调节。

4.采用4组伺服电机，同时控制肩、髋、膝、踝的运动范围。

5.采用两组推杆，实现外骨骼床体角度调节的同时能够避免干涉，整体重心后移保持稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (12)

1.一种四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括外骨骼结构部分和可翻转床体部分，所述外骨骼结构部分安装于可翻转床体部分上；

所述可翻转床体部分包括机器人翻转床；

所述外骨骼结构部分包括左右外骨骼基架、宽度调节导轨滑块、左右上肢外骨骼、左右下肢外骨骼、宽度调节机构、肩部高度调节机构、腿部长度调节机构以及左右肩髋膝踝关节旋转机构；其中：

所述左右外骨骼基架通过宽度调节导轨滑块安装于机器人翻转床上；

所述左右上肢外骨骼分别安装于左右外骨骼基架的上端；所述左右下肢外骨骼分别安装于左右外骨骼基架的下端；

所述宽度调节机构安装于左右外骨骼基架之间，并固定于机器人翻转床上，调节外骨骼结构部分的宽度；

所述肩部高度调节机构安装于左右上肢外骨骼的上部，并固定于机器人翻转床上，调节左右上肢外骨骼的高度；

所述腿部长度调节机构安装于左右下肢外骨骼上，调节左右下肢外骨骼的长度；

所述左右肩髋膝踝关节旋转机构分别安装于左右上肢外骨骼的肩关节以及左右下肢外骨骼的髋关节、膝关节和踝关节上，调节外骨骼结构部分按照目标运动曲线往复运动。

2.根据权利要求1所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述宽度调节机构包括宽度调节推杆电机、宽度调节导轨、直线滑块以及四连杆机构；其中：

所述宽度调节推杆电机纵向设置，宽度调节推杆电机的一端固定在机器人翻转床上，宽度调节推杆电机的另一端固定在宽度调节导轨上，所述宽度调节导轨在直线滑块的约束下上下运动，所述四连杆机构的一端铰接在宽度调节导轨上，四连杆机构的另一端分别铰接在左右外骨骼基架上，四连杆机构、宽度调节导轨以及左右外骨骼基架之间形成两个平行四边形机构；通过控制宽度调节导轨的上下运动，带动平行四边形机构变形，实现左右外骨骼基架在左右方向的运动，进而实现了外骨骼结构部分宽度的调节；所述宽度调节机构采用一所述宽度调节推杆电机，实现四肢外骨骼左右宽度方向的连续调节。

3.根据权利要求1所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述宽度调节机构包括：左右宽度调整机构、一驱动部件以及一宽度调节导轨，其中：

所述左右宽度调整机构由横向安装的复数连杆构成，所述驱动部件、所述宽度调节导轨纵向设置，所述宽度调节导轨连接所述驱动部件的输出端，复数根所述连杆的一端均与所述宽度调节导轨连接，所述连杆的另一端分别连接到左右外骨骼基架的左右侧，所述连杆关于所述宽度调节导轨对称设置且两根连杆在所述宽度调节导轨上连接于同一点，所述连杆与所述驱动部件总体形成“Y”形结构，所述“Y”形的两上端为一组或多组；

通过一所述驱动部件驱动所述宽度调节导轨上下运动，所述宽度调节导轨带动所述连杆左右运动，所述连杆再带动左右外骨骼基架在左右方向上的同步运动，进而调节外骨骼结构部分的宽度。

4.根据权利要求3所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述连杆为四根，四根所述连杆的一端均连接于所述宽度调节导轨，两根所述连杆平行且它们的另一端均连接左外骨骼基架，从而所述宽度调节导轨、两根所述连杆以及左外骨骼基架构成一个平行四边形机构；同样的，另外两根连杆平行且它们的另一端均连接右外骨骼基架，从而所述宽度调节导轨、两根连杆以及左侧外骨骼基架构成另一个平行四边形机构；所述驱动部件驱动所述宽度调节导轨上下运动，所述宽度调节导轨同时带动驱动四根所述连杆左右运动，四根所述连杆再带动左右外骨骼基架在左右方向上的同步运动。

5.根据权利要求4所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述宽度调节机构还包括直线滑块，其中：所述直线滑块设置于所述左右外骨骼基架之间，所述宽度调节导轨在所述直线滑块的约束下上下运动，所述宽度调节导轨的上下运动带动两个平行四边形机构变形，实现左右外骨骼基架在左右方向的同步运动。

6.根据权利要求1所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述肩部高度调节机构包括高度调节推杆电机以及肩高调节板；其中：

所述高度调节推杆电机纵向设置，高度调节推杆电机的一端固定在机器人翻转床上，所述高度调节推杆电机的另一端固定在肩高调节板上；所述肩高调节板的左右两端分别与左右上肢外骨骼的左右上肢外骨骼固定件固定连接；通过控制高度调节推杆电机的伸缩，驱动肩高调节板进行上下运动，从而带动左右上肢外骨骼上下运动，进而实现左右上肢外骨骼高度的调节。

7.根据权利要求1所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述腿部长度调节机构包括左右大腿长度调节推杆电机以及左右小腿长度调节推杆电机；其中：

所述左右大腿长度调节推杆电机的一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右大腿摆动件上，左右大腿长度调节推杆电机的另一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右大腿伸缩件上；通过控制左右大腿长度调节推杆电机的伸缩，带动左右大腿伸缩件运动，进而调节了大腿的长度；

所述左右小腿长度调节推杆电机的一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右小腿摆动件上，左右小腿长度调节推杆电机的另一端分别固定在左右下肢外骨骼的左右小腿伸缩件上；通过控制左右小腿长度调节推杆电机的伸缩，带动左右小腿伸缩件的运动，进而调节了小腿的长度；

通过控制左右大腿长度调节推杆电机以及左右小腿长度调节推杆电机，进而调节左右下肢外骨骼的膝关节与髋关节的距离以及踝关节与膝关节的距离，最终实现左右下肢外骨骼长度的调节。

8.根据权利要求1所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述运动调节机构包括左右肩关节旋转电机、左右髋关节旋转电机、左右膝关节旋转电机以及左右踝关节旋转电机；其中：

所述左右肩关节旋转电机分别固定在左右上肢外骨骼固定件上，左右肩关节旋转电机的输出端分别与左右上肢外骨骼固定连接；通过控制左右肩关节旋转电机的运动，实现左右上肢外骨骼的前后摆动；

所述左右髋关节旋转电机分别固定在左右下肢外骨骼的左右髋关节底座上，左右髋关节旋转电机的输出端分别与左右大腿摆动件固定连接；通过控制左右髋关节旋转电机的运动，实现左右大腿摆动件的前后摆动；

所述左右膝关节旋转电机分别固定在左右下肢外骨骼的左右大腿伸缩件上，左右膝关节旋转电机的输出端分别与左右下肢外骨骼的左右小腿摆动件固定连接；通过控制左右膝关节旋转电机的运动，带动左右小腿摆动件的往复运动；

所述左右踝关节旋转电机分别固定在左右下肢外骨骼的左右小腿摆动件上，左右踝关节旋转电机的输出端分别与左右下肢外骨骼的左右脚底板零件固定连接；通过控制左右踝关节旋转电机的运动，实现左右脚踝关节的往复运动；

通过对左右肩关节旋转电机、左右髋关节旋转电机、左右膝关节旋转电机和左右踝关节旋转电机的组合控制，使外骨骼结构部分按照目标运动曲线实现往复运动。

9.根据权利要求8所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，通过设置运动参数，能够使得外骨骼结构部分按照标准步态运动曲线进行运动。

10.根据权利要求9所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述运动参数包括：肩髋膝踝关节的运动范围、肩髋膝踝关节的运动周期、各旋转电机的运动速度和/或左右下肢外骨骼长度。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述可翻转床体部分还包括机器人底座、机器人升降用推杆电机、机器人升降用四连杆机构、机器人翻转基座以及机器人翻转用推杆电机；其中：

所述机器人翻转基座与机器人翻转床之间铰接；

所述机器人升降用推杆电机的一端固定在机器人底座上，机器人升降用推杆电机的另一端与机器人升降用四连杆机构铰接在一起；

所述机器人升降用四连杆机构的两端分别与机器人底座和机器人翻转床铰接，调节机器人翻转床的升降运动；

所述机器人翻转用推杆电机的一端固定在机器人翻转基座上，机器人翻转用推杆电机的另一端固定在机器人翻转床上；通过控制机器人翻转用推杆电机的伸缩，使得机器人翻转基座绕着机器人翻转基座与机器人翻转床之间的铰接处旋转，实现安装在机器人翻转床上的外骨骼结构部分的自动翻转运动。

12.根据权利要求11所述的四肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述外骨骼结构部分的翻转范围为：大于等于0°、小于等于90°。