CN110063875B - 一种用于全身康复训练的外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于全身康复训练的外骨骼机器人，采用人体仿生结构设计，机器人上躯体的两条手臂均可以帮助患者进行小臂康复训练以及帮助患者进行多模式下的大臂康复训练；机器人下躯体的两条腿部均可以帮助患者进行小腿康复训练以及帮助患者进行多模式下的大腿康复训练；机器人中间躯体可以帮助患者进行向前/后/左/右弯曲运动以实现腰部的康复训练；机器人上躯体通过前胸板、后背板及松紧带与患者上躯体进行固定并配有护颈，机器人上躯体的手臂可调整长度，以适应不同患者手臂长度；机器人下躯体通过腿部绑带与患者腿部进行固定，机器人下躯体的腿部可调整长度，以适应不同患者腿部长度，且机器人下躯体的足部板也可调整位置以适应患者的脚部长度。

Description

一种用于全身康复训练的外骨骼机器人

技术领域

本发明属于康复训练设备技术领域，特别是涉及一种用于全身康复训练的外骨骼机器人。

背景技术

据不完全统计，目前我国存在全身或部分肢体运动功能障碍的患者大约1500万，为了使这类患者尽可能的恢复行动能力，必须进行必要的康复治疗。现阶段，绝大多数患者仍然需要依赖康复治疗师的辅助才行完成康复训练，导致康复治疗师的工作强度很高，为了降低康复治疗师的工作强度，越来越多的自动康复设备被研发出来，目前使用最多的自动康复设备包括牵引式康复设备和悬挂式康复设备，但是上述两类自动康复设备功能较为单一，对于基数庞大的患者来说已经难以满足实际需求。因此，研发一种可帮助患者完成康复训练的多功能康复训练设备十分迫切。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于全身康复训练的外骨骼机器人，首次将人体仿生结构引入康复训练设备的设计中，而且能够根据实际需要帮助患者完成全身或局部肢体的康复训练。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于全身康复训练的外骨骼机器人，包括上躯体、下躯体及中间躯体；所述上躯体包括左臂、右臂、护颈、前胸板、后背板及侧向抬臂驱动机构；所述前胸板与后背板之间通过松紧带相连；所述护颈位于前胸板和后背板上方；所述左臂和右臂对称安装在后背板左右两侧，所述侧向抬臂驱动机构设置在后背板背面，左臂和右臂通过侧向抬臂驱动机构提供侧向抬臂驱动力；所述下躯体包括左腿、右腿、臀板及侧向抬腿驱动机构；所述左腿和右腿对称安装在臀板左右两侧，所述侧向抬腿驱动机构设置在臀板背面，左腿和右腿通过侧向抬腿驱动机构提供侧向抬腿驱动力；所述中间躯体用于连接上躯体和下躯体，中间躯体包括腰椎、第一电动推杆、第二电动推杆、第一绳索、第二绳索、第一线轮、第二线轮、第一线轮驱动电机及第二线轮驱动电机；所述腰椎上端与后背板相连，腰椎下端与臀板相连，在腰椎上安装有腰带；所述第一电动推杆和第二电动推杆相对于腰椎左右对称设置，第一电动推杆和第二电动推杆的推杆端部通过两自由度关节与前胸板相连，第一电动推杆的底座底部通过两自由度关节与左腿相连，第二电动推杆的底座底部通过两自由度关节与右腿相连；所述第一线轮驱动电机及第二线轮驱动电机均设置在侧向抬腿驱动机构内；所述第一线轮固装在第一线轮驱动电机的电机轴上，第一绳索一端连接在第一线轮上，第一绳索另一端连接在腰椎的左半边；所述第二线轮固装在第二线轮驱动电机的电机轴上，第二绳索一端连接在第二线轮上，第二绳索另一端连接在腰椎的右半边。

所述左臂和右臂结构相同，均包括小臂、小臂回转驱动电机、大臂、大臂回转驱动电机及肩甲板；所述大臂回转驱动电机安装在肩甲板上，所述大臂一端固连在大臂回转驱动电机的电机轴上，所述小臂回转驱动电机安装在大臂另一端，所述小臂一端固连在小臂回转驱动电机的电机轴后，小臂另一端为自由端；在所述小臂和大臂均安装有手臂绑带；所述大臂长度可调。

所述侧向抬臂驱动机构包括抬臂驱动机构基板、左臂侧抬驱动组件和右臂侧抬驱动组件，抬臂驱动机构基板固装在后背板背面；所述左臂侧抬驱动组件包括左臂侧抬驱动电机、左臂侧抬驱动蜗杆及左臂侧抬驱动蜗轮；所述左臂侧抬驱动电机固装在抬臂驱动机构基板表面，所述左臂侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬臂驱动机构基板表面，左臂侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与左臂侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述左臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬臂驱动机构基板和后背板相连，所述左臂的肩甲板固连在左臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，左臂侧抬驱动蜗轮与左臂侧抬驱动蜗杆相啮合；所述右臂侧抬驱动组件包括右臂侧抬驱动电机、右臂侧抬驱动蜗杆及右臂侧抬驱动蜗轮；所述右臂侧抬驱动电机固装在抬臂驱动机构基板表面，所述右臂侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬臂驱动机构基板表面，右臂侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与右臂侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述右臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬臂驱动机构基板和后背板相连，所述右臂的肩甲板固连在右臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，右臂侧抬驱动蜗轮与右臂侧抬驱动蜗杆相啮合。

所述左腿和右腿结构相同，均包括足部板、脚踝组件、小腿、小腿回转驱动电机、大腿、大腿回转驱动电机及髋部板；所述大腿回转驱动电机安装在髋部板上，所述大腿上端固连在大腿回转驱动电机的电机轴上，所述小腿回转驱动电机安装在大腿下端，所述小腿上端固连在小腿回转驱动电机的电机轴上，小腿下端通过脚踝组件与足部板相连；所述小腿及大腿长度可调；在所述大腿上半段上安装有腿部水平扭转驱动组件。

所述脚踝组件包括脚踝底座、脚踝侧摆转轴、脚踝侧摆转动块、转动块夹板、足部尺寸自适应调整块、调整块夹板及足部回转驱动电机；所述脚踝底座固装在足部板上，所述脚踝侧摆转轴固装在脚踝底座上，所述脚踝侧摆转动块套装在脚踝侧摆转轴上，脚踝侧摆转动块在脚踝侧摆转轴上具有转动自由度度，所述转动块夹板固连在脚踝侧摆转动块左右两侧，所述脚踝底座与转动块夹板之间具有转动限位；所述足部尺寸自适应调整块上开设有长条形槽孔，所述转动块夹板上端安装有紧固螺栓，紧固螺栓穿装于长条形槽孔内，通过紧固螺栓对转动块夹板与足部尺寸自适应调整块之间的相对位置进行调整和固定；所述调整块夹板固连在调整块夹板左右两侧，所述足部回转驱动电机固装在调整块夹板上，足部回转驱动电机的电机轴与脚踝侧摆转轴相垂直，所述小腿下端固连在足部回转驱动电机的电机轴上。

所述腿部水平扭转驱动组件包括上半外圈定环、下半外圈定环、上半内圈动环、下半内圈动环、环间轴承、弧形齿条、齿轮及腿部水平扭转驱动电机；所述上半外圈定环和下半外圈定环通过螺栓固连在一起构成整体外圈定环；所述上半内圈动环和下半内圈动环通过螺栓固连在一起构成整体内圈动环；所述环间轴承的轴承外圈固定装夹在上半外圈定环与下半外圈定环之间，环间轴承的轴承内圈固定装夹在上半内圈动环和下半内圈动环之间，所述大腿上半段分为上下两节，大腿上半段的上节部分固连在上半外圈定环上，大腿上半段的下节部分固连在下半内圈动环上；所述腿部水平扭转驱动电机竖直固装在上半外圈定环上且电机轴朝下，所述齿轮固装在腿部水平扭转驱动电机的电机轴上，所述弧形齿条固定设置在下半内圈动环上，且齿轮与弧形齿条相啮合。

所述侧向抬腿驱动机构包括抬腿驱动机构基板、左腿侧抬驱动组件和右腿侧抬驱动组件，抬腿驱动机构基板固装在臀板背面；所述左腿侧抬驱动组件包括左腿侧抬驱动电机、左腿侧抬驱动蜗杆及左腿侧抬驱动蜗轮；所述左腿侧抬驱动电机固装在抬腿驱动机构基板表面，所述左腿侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬腿驱动机构基板表面，左腿侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与左腿侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述左腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬腿驱动机构基板和臀板相连，所述左腿的髋部板固连在左腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，左腿侧抬驱动蜗轮与左腿侧抬驱动蜗杆相啮合；所述右腿侧抬驱动组件包括右腿侧抬驱动电机、右腿侧抬驱动蜗杆及右腿侧抬驱动蜗轮；所述右腿侧抬驱动电机固装在抬腿驱动机构基板表面，所述右腿侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬腿驱动机构基板表面，右腿侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与右腿侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述右腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬腿驱动机构基板和臀板相连，所述右腿的髋部板固连在右腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，右腿侧抬驱动蜗轮与右腿侧抬驱动蜗杆相啮合；所述第一线轮驱动电机及第二线轮驱动电机均固装在抬腿驱动机构基板上。

所述腰椎由若干椎节体串联组成，椎节体包括椎节体母块和椎节体子块，椎节体母块与椎节体子块之间通过螺栓固连在一起，所述腰带固定装夹在椎节体母块与椎节体子块之间；在所述椎节体母块顶端开设有串接销孔，在椎节体母块下端安装有串接销轴，相邻椎节体母块之间通过串接销轴与串接销孔配合进行连接，在串接销孔内安装有减摩轴承。

在所述小腿和大腿上均安装有腿部绑带，腿部绑带固装在绑带内安装板上，绑带内安装板通过导向销柱固连有绑带外安装板，在所述小腿和大腿上开设有销柱导向孔，导向销柱位于销柱导向孔内，在绑带内安装板与小腿之间、在绑带内安装板与大腿之间的导向销柱上均安装有弹簧，在绑带外安装板与小腿之间、在绑带外安装板与大腿之间均安装有绑带调距螺钉。

本发明的有益效果：

本发明的用于全身康复训练的外骨骼机器人，首次将人体仿生结构引入康复训练设备的设计中，而且能够根据实际需要帮助患者完成全身或局部肢体的康复训练。

附图说明

图1为本发明的一种用于全身康复训练的外骨骼机器人的前视立体图；

图2为本发明的一种用于全身康复训练的外骨骼机器人的后视立体图；

图3为本发明的上躯体的结构示意图；

图4为本发明的下躯体的结构示意图；

图5为本发明的中间躯体的结构示意图；

图6为本发明的左臂的结构示意图；

图7为本发明的侧向抬臂驱动机构的结构示意图；

图8为本发明的左腿的结构示意图；

图9为本发明的脚踝组件的结构示意图；

图10为本发明的腿部水平扭转驱动组件的爆炸视图；

图11为本发明的腿部水平扭转驱动组件的结构示意图；

图12为本发明的侧向抬腿驱动机构的结构示意图；

图13为本发明的腰椎椎节体的结构示意图；

图14为本发明的腿部绑带与大腿/小腿的装配示意图；

图中，1—上躯体，2—下躯体，3—中间躯体，4—左臂，5—右臂，6—护颈，7—前胸板，8—后背板，9—侧向抬臂驱动机构，10—松紧带，11—左腿，12—右腿，13—臀板，14—侧向抬腿驱动机构，15—腰椎，16—第一电动推杆，17—第二电动推杆，18—第一绳索，19—第二绳索，20—第一线轮，21—第二线轮，22—第一线轮驱动电机，23—第二线轮驱动电机，24—腰带，25—两自由度关节，26—小臂，27—小臂回转驱动电机，28—大臂，29—大臂回转驱动电机，30—肩甲板，31—手臂绑带，32—抬臂驱动机构基板，33—左臂侧抬驱动电机，34—左臂侧抬驱动蜗杆，35—左臂侧抬驱动蜗轮，36—右臂侧抬驱动电机，37—右臂侧抬驱动蜗杆，38—右臂侧抬驱动蜗轮，39—足部板，40—脚踝，41—小腿，42—小腿回转驱动电机，43—大腿，44—大腿回转驱动电机，45—髋部板，46—腿部水平扭转驱动组件，47—脚踝底座，48—脚踝侧摆转轴，49—脚踝侧摆转动块，50—转动块夹板，51—足部尺寸自适应调整块，52—调整块夹板，53—足部回转驱动电机，54—长条形槽孔，55—紧固螺栓，56—上半外圈定环，57—下半外圈定环，58—上半内圈动环，59—下半内圈动环，60—环间轴承，61—弧形齿条，62—齿轮，63—腿部水平扭转驱动电机，64—抬腿驱动机构基板，65—左腿侧抬驱动电机，66—左腿侧抬驱动蜗杆，67—左腿侧抬驱动蜗轮，68—右腿侧抬驱动电机，69—右腿侧抬驱动蜗杆，70—右腿侧抬驱动蜗轮，71—椎节体母块，72—椎节体子块，73—串接销孔，74—串接销轴，75—减摩轴承，76—腿部绑带，77—绑带内安装板，78—导向销柱，79—绑带外安装板，80—绑带调距螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～14所示，一种用于全身康复训练的外骨骼机器人，包括上躯体1、下躯体2及中间躯体3；所述上躯体1包括左臂4、右臂5、护颈6、前胸板7、后背板8及侧向抬臂驱动机构9；所述前胸板7与后背板8之间通过松紧带10相连；所述护颈6位于前胸板7和后背板8上方；所述左臂4和右臂5对称安装在后背板8左右两侧，所述侧向抬臂驱动机构9设置在后背板8背面，左臂4和右臂5通过侧向抬臂驱动机构9提供侧向抬臂驱动力；所述下躯体2包括左腿11、右腿12、臀板13及侧向抬腿驱动机构14；所述左腿11和右腿12对称安装在臀板13左右两侧，所述侧向抬腿驱动机构14设置在臀板13背面，左腿11和右腿12通过侧向抬腿驱动机构14提供侧向抬腿驱动力；所述中间躯体3用于连接上躯体1和下躯体2，中间躯体3包括腰椎15、第一电动推杆16、第二电动推杆17、第一绳索18、第二绳索19、第一线轮20、第二线轮21、第一线轮驱动电机22及第二线轮驱动电机23；所述腰椎15上端与后背板8相连，腰椎15下端与臀板13相连，在腰椎15上安装有腰带24；所述第一电动推杆16和第二电动推杆17相对于腰椎15左右对称设置，第一电动推杆16和第二电动推杆17的推杆端部通过两自由度关节25与前胸板7相连，第一电动推杆16的底座底部通过两自由度关节25与左腿11相连，第二电动推杆17的底座底部通过两自由度关节25与右腿12相连；所述第一线轮驱动电机22及第二线轮驱动电机23均设置在侧向抬腿驱动机构14内；所述第一线轮20固装在第一线轮驱动电机22的电机轴上，第一绳索18一端连接在第一线轮20上，第一绳索18另一端连接在腰椎15的左半边；所述第二线轮21固装在第二线轮驱动电机23的电机轴上，第二绳索19一端连接在第二线轮21上，第二绳索19另一端连接在腰椎15的右半边。

所述左臂4和右臂5结构相同，均包括小臂26、小臂回转驱动电机27、大臂28、大臂回转驱动电机29及肩甲板30；所述大臂回转驱动电机29安装在肩甲板30上，所述大臂28一端固连在大臂回转驱动电机29的电机轴上，所述小臂回转驱动电机27安装在大臂28另一端，所述小臂26一端固连在小臂回转驱动电机27的电机轴后，小臂26另一端为自由端；在所述小臂26和大臂28均安装有手臂绑带31；所述大臂28长度可调。

所述侧向抬臂驱动机构9包括抬臂驱动机构基板32、左臂侧抬驱动组件和右臂侧抬驱动组件，抬臂驱动机构基板32固装在后背板8背面；所述左臂侧抬驱动组件包括左臂侧抬驱动电机33、左臂侧抬驱动蜗杆34及左臂侧抬驱动蜗轮35；所述左臂侧抬驱动电机33固装在抬臂驱动机构基板32表面，所述左臂侧抬驱动蜗杆34两端通过轴承座连接在抬臂驱动机构基板32表面，左臂侧抬驱动电机33的电机轴通过联轴器与左臂侧抬驱动蜗杆34一端相固连；所述左臂侧抬驱动蜗轮35的蜗轮轴通过轴承分别与抬臂驱动机构基板32和后背板8相连，所述左臂4的肩甲板30固连在左臂侧抬驱动蜗轮35的蜗轮轴上，左臂侧抬驱动蜗轮35与左臂侧抬驱动蜗杆34相啮合；所述右臂侧抬驱动组件包括右臂侧抬驱动电机36、右臂侧抬驱动蜗杆37及右臂侧抬驱动蜗轮38；所述右臂侧抬驱动电机36固装在抬臂驱动机构基板32表面，所述右臂侧抬驱动蜗杆37两端通过轴承座连接在抬臂驱动机构基板32表面，右臂侧抬驱动电机36的电机轴通过联轴器与右臂侧抬驱动蜗杆37一端相固连；所述右臂侧抬驱动蜗轮38的蜗轮轴通过轴承分别与抬臂驱动机构基板32和后背板8相连，所述右臂5的肩甲板30固连在右臂侧抬驱动蜗轮38的蜗轮轴上，右臂侧抬驱动蜗轮38与右臂侧抬驱动蜗杆37相啮合。

所述左腿11和右腿12结构相同，均包括足部板39、脚踝组件40、小腿41、小腿回转驱动电机42、大腿43、大腿回转驱动电机44及髋部板45；所述大腿回转驱动电机44安装在髋部板45上，所述大腿43上端固连在大腿回转驱动电机44的电机轴上，所述小腿回转驱动电机42安装在大腿43下端，所述小腿41上端固连在小腿回转驱动电机42的电机轴上，小腿41下端通过脚踝组件40与足部板39相连；所述小腿41及大腿43长度可调；在所述大腿43上半段上安装有腿部水平扭转驱动组件46。

所述脚踝组件40包括脚踝底座47、脚踝侧摆转轴48、脚踝侧摆转动块49、转动块夹板50、足部尺寸自适应调整块51、调整块夹板52及足部回转驱动电机53；所述脚踝底座47固装在足部板39上，所述脚踝侧摆转轴48固装在脚踝底座47上，所述脚踝侧摆转动块49套装在脚踝侧摆转轴48上，脚踝侧摆转动块49在脚踝侧摆转轴48上具有转动自由度度，所述转动块夹板50固连在脚踝侧摆转动块49左右两侧，所述脚踝底座47与转动块夹板50之间具有转动限位；所述足部尺寸自适应调整块51上开设有长条形槽孔54，所述转动块夹板50上端安装有紧固螺栓55，紧固螺栓55穿装于长条形槽孔54内，通过紧固螺栓55对转动块夹板50与足部尺寸自适应调整块51之间的相对位置进行调整和固定；所述调整块夹板52固连在调整块夹板52左右两侧，所述足部回转驱动电机53固装在调整块夹板52上，足部回转驱动电机53的电机轴与脚踝侧摆转轴48相垂直，所述小腿41下端固连在足部回转驱动电机53的电机轴上。

所述腿部水平扭转驱动组件46包括上半外圈定环56、下半外圈定环57、上半内圈动环58、下半内圈动环59、环间轴承60、弧形齿条61、齿轮62及腿部水平扭转驱动电机63；所述上半外圈定环56和下半外圈定环57通过螺栓固连在一起构成整体外圈定环；所述上半内圈动环58和下半内圈动环59通过螺栓固连在一起构成整体内圈动环；所述环间轴承60的轴承外圈固定装夹在上半外圈定环56与下半外圈定环57之间，环间轴承60的轴承内圈固定装夹在上半内圈动环58和下半内圈动环5之间，所述大腿43上半段分为上下两节，大腿43上半段的上节部分固连在上半外圈定环56上，大腿43上半段的下节部分固连在下半内圈动环59上；所述腿部水平扭转驱动电机63竖直固装在上半外圈定环56上且电机轴朝下，所述齿轮62固装在腿部水平扭转驱动电机63的电机轴上，所述弧形齿条61固定设置在下半内圈动环59上，且齿轮62与弧形齿条61相啮合。

所述侧向抬腿驱动机构14包括抬腿驱动机构基板64、左腿侧抬驱动组件和右腿侧抬驱动组件，抬腿驱动机构基板64固装在臀板13背面；所述左腿侧抬驱动组件包括左腿侧抬驱动电机65、左腿侧抬驱动蜗杆66及左腿侧抬驱动蜗轮67；所述左腿侧抬驱动电机65固装在抬腿驱动机构基板64表面，所述左腿侧抬驱动蜗杆66两端通过轴承座连接在抬腿驱动机构基板64表面，左腿侧抬驱动电机65的电机轴通过联轴器与左腿侧抬驱动蜗杆66一端相固连；所述左腿侧抬驱动蜗轮67的蜗轮轴通过轴承分别与抬腿驱动机构基板64和臀板13相连，所述左腿11的髋部板45固连在左腿侧抬驱动蜗轮67的蜗轮轴上，左腿侧抬驱动蜗轮67与左腿侧抬驱动蜗杆66相啮合；所述右腿侧抬驱动组件包括右腿侧抬驱动电机68、右腿侧抬驱动蜗杆69及右腿侧抬驱动蜗轮70；所述右腿侧抬驱动电机68固装在抬腿驱动机构基板64表面，所述右腿侧抬驱动蜗杆69两端通过轴承座连接在抬腿驱动机构基板64表面，右腿侧抬驱动电机68的电机轴通过联轴器与右腿侧抬驱动蜗杆69一端相固连；所述右腿侧抬驱动蜗轮70的蜗轮轴通过轴承分别与抬腿驱动机构基板64和臀板13相连，所述右腿12的髋部板45固连在右腿侧抬驱动蜗轮70的蜗轮轴上，右腿侧抬驱动蜗轮70与右腿侧抬驱动蜗杆69相啮合；所述第一线轮驱动电机22及第二线轮驱动电机23均固装在抬腿驱动机构基板64上。

所述腰椎15由若干椎节体串联组成，椎节体包括椎节体母块71和椎节体子块72，椎节体母块71与椎节体子块72之间通过螺栓固连在一起，所述腰带24固定装夹在椎节体母块71与椎节体子块72之间；在所述椎节体母块71顶端开设有串接销孔73，在椎节体母块71下端安装有串接销轴74，相邻椎节体母块71之间通过串接销轴7与串接销孔73配合进行连接，在串接销孔73内安装有减摩轴承75。

在所述小腿41和大腿43上均安装有腿部绑带76，腿部绑带76固装在绑带内安装板77上，绑带内安装板77通过导向销柱78固连有绑带外安装板79，在所述小腿41和大腿43上开设有销柱导向孔，导向销柱78位于销柱导向孔内，在绑带内安装板77与小腿41之间、在绑带内安装板77与大腿43之间的导向销柱78上均安装有弹簧79，在绑带外安装板79与小腿41之间、在绑带外安装板79与大腿43之间均安装有绑带调距螺钉80。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

首先，患者需要由护理人员辅助进入机器人内，通过调整机器人大臂28的长度，以使机器人大臂28适应患者的手臂长度；通过调整松紧带10的松紧度，以使前胸板7和后背板8牢固的夹紧患者的上躯体；通过调整护颈6的绑带松紧度，用以稳定的托住患者的头部和颈部；通过调整机器人大腿43和小腿41的长度，以使机器人大腿43和小腿41适应患者的腿部长度；通过调整腿部绑带76的松紧度，以适应患者的腿部粗细；通过调整紧固螺栓55在足部尺寸自适应调整块51内长条形槽孔54中的位置，以适应患者的脚部长度。

当需要对患者的小臂进行康复训练时，只需启动小臂回转驱动电机27，以使机器人的小臂26跟随小臂回转驱动电机27的电机轴同步转动即可。

当需要对患者的大臂进行康复训练时，有两种康复训练模式，第一种康复训练模式为：启动大臂回转驱动电机29，以使机器人的大臂28跟随大臂回转驱动电机29的电机轴同步转动即可；第二种康复训练模式为：启动左臂侧抬驱动电机33/右臂侧抬驱动电机36，带动左臂侧抬驱动蜗杆34/右臂侧抬驱动蜗杆37转动，进而带动与之啮合的左臂侧抬驱动蜗轮35/右臂侧抬驱动蜗轮38转动，最终使机器人的大臂28跟随左臂侧抬驱动蜗轮35/右臂侧抬驱动蜗轮38的蜗轮轴同步转动即可。

当需要对患者的脚部进行康复训练时，只需启动足部回转驱动电机53，以使机器人的足部板39跟随足部回转驱动电机53的电机轴同步转动即可。

当需要对患者的小腿进行康复训练时，只需启动小腿回转驱动电机42，以使机器人的小腿41跟随小腿回转驱动电机42的电机轴同步转动即可。

当需要对患者的大腿进行康复训练时，有三种康复训练模式，第一种康复训练模式为：启动大腿回转驱动电机44，以使机器人的大腿43跟随大腿回转驱动电机44的电机轴同步转动即可；第二种康复训练模式为：启动左腿侧抬驱动电机65/右腿侧抬驱动电机68，带动左腿侧抬驱动蜗杆66/右腿侧抬驱动蜗杆69转动，进而带动与之啮合的左腿侧抬驱动蜗轮67/右腿侧抬驱动蜗轮70转动，最终使机器人的大腿43跟随左腿侧抬驱动蜗轮67/右腿侧抬驱动蜗轮70的蜗轮轴同步转动即可；第三种康复训练模式为：启动腿部水平扭转驱动电机63，带动齿轮62转动，进而带动与之啮合的弧形齿条61转动，通过弧形齿条61的转动会带动内圈动环同步转动，最终带动腿部整体进行水平扭转运动。

当需要对患者的腰部进行康复训练时，有四种康复训练模式，第一种康复训练模式为：同步启动第一电动推杆16和第二电动推杆17进行回缩，以使患者的上躯体进行向前弯曲运动；第二种康复训练模式为：同步启动第一电动推杆16和第二电动推杆17进行外伸，以使患者的上躯体进行向后弯曲运动；第三种康复训练模式为：启动第一电动推杆16进行回缩，同时启动第二电动推杆17进行外伸，以使患者的上躯体进行向左弯曲运动；第四种康复训练模式为：启动第一电动推杆16进行外伸，同时启动第二电动推杆17进行回缩，以使患者的上躯体进行向右弯曲运动；在患者腰部康复训练过程中，通过第一线轮驱动电机22和第二线轮驱动电机23同步控制第一线轮20和第二线轮21进行收绳动作或放绳动作，以使第一绳索18或第二绳索19进行绷紧或放松，保证腰椎15在做弯曲运动时仍具有适度的支撑强度。

根据实际需要，可以对患者进行多个康复训练模式联动下的全身康复训练。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种用于全身康复训练的外骨骼机器人，其特征在于：包括上躯体、下躯体及中间躯体；所述上躯体包括左臂、右臂、护颈、前胸板、后背板及侧向抬臂驱动机构；所述前胸板与后背板之间通过松紧带相连；所述护颈位于前胸板和后背板上方；所述左臂和右臂对称安装在后背板左右两侧，所述侧向抬臂驱动机构设置在后背板背面，左臂和右臂通过侧向抬臂驱动机构提供侧向抬臂驱动力；所述下躯体包括左腿、右腿、臀板及侧向抬腿驱动机构；所述左腿和右腿对称安装在臀板左右两侧，所述侧向抬腿驱动机构设置在臀板背面，左腿和右腿通过侧向抬腿驱动机构提供侧向抬腿驱动力；所述中间躯体用于连接上躯体和下躯体，中间躯体包括腰椎、第一电动推杆、第二电动推杆、第一绳索、第二绳索、第一线轮、第二线轮、第一线轮驱动电机及第二线轮驱动电机；所述腰椎上端与后背板相连，腰椎下端与臀板相连，在腰椎上安装有腰带；所述第一电动推杆和第二电动推杆相对于腰椎左右对称设置，第一电动推杆和第二电动推杆的推杆端部通过两自由度关节与前胸板相连，第一电动推杆的底座底部通过两自由度关节与左腿相连，第二电动推杆的底座底部通过两自由度关节与右腿相连；所述第一线轮驱动电机及第二线轮驱动电机均设置在侧向抬腿驱动机构内；所述第一线轮固装在第一线轮驱动电机的电机轴上，第一绳索一端连接在第一线轮上，第一绳索另一端连接在腰椎的左半边；所述第二线轮固装在第二线轮驱动电机的电机轴上，第二绳索一端连接在第二线轮上，第二绳索另一端连接在腰椎的右半边；

所述左臂和右臂结构相同，均包括小臂、小臂回转驱动电机、大臂、大臂回转驱动电机及肩甲板；所述大臂回转驱动电机安装在肩甲板上，所述大臂一端固连在大臂回转驱动电机的电机轴上，所述小臂回转驱动电机安装在大臂另一端，所述小臂一端固连在小臂回转驱动电机的电机轴后，小臂另一端为自由端；在所述小臂和大臂均安装有手臂绑带；所述大臂长度可调；

所述侧向抬臂驱动机构包括抬臂驱动机构基板、左臂侧抬驱动组件和右臂侧抬驱动组件，抬臂驱动机构基板固装在后背板背面；所述左臂侧抬驱动组件包括左臂侧抬驱动电机、左臂侧抬驱动蜗杆及左臂侧抬驱动蜗轮；所述左臂侧抬驱动电机固装在抬臂驱动机构基板表面，所述左臂侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬臂驱动机构基板表面，左臂侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与左臂侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述左臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬臂驱动机构基板和后背板相连，所述左臂的肩甲板固连在左臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，左臂侧抬驱动蜗轮与左臂侧抬驱动蜗杆相啮合；所述右臂侧抬驱动组件包括右臂侧抬驱动电机、右臂侧抬驱动蜗杆及右臂侧抬驱动蜗轮；所述右臂侧抬驱动电机固装在抬臂驱动机构基板表面，所述右臂侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬臂驱动机构基板表面，右臂侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与右臂侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述右臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬臂驱动机构基板和后背板相连，所述右臂的肩甲板固连在右臂侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，右臂侧抬驱动蜗轮与右臂侧抬驱动蜗杆相啮合；

所述左腿和右腿结构相同，均包括足部板、脚踝组件、小腿、小腿回转驱动电机、大腿、大腿回转驱动电机及髋部板；所述大腿回转驱动电机安装在髋部板上，所述大腿上端固连在大腿回转驱动电机的电机轴上，所述小腿回转驱动电机安装在大腿下端，所述小腿上端固连在小腿回转驱动电机的电机轴上，小腿下端通过脚踝组件与足部板相连；所述小腿及大腿长度可调；在所述大腿上半段上安装有腿部水平扭转驱动组件；

所述脚踝组件包括脚踝底座、脚踝侧摆转轴、脚踝侧摆转动块、转动块夹板、足部尺寸自适应调整块、调整块夹板及足部回转驱动电机；所述脚踝底座固装在足部板上，所述脚踝侧摆转轴固装在脚踝底座上，所述脚踝侧摆转动块套装在脚踝侧摆转轴上，脚踝侧摆转动块在脚踝侧摆转轴上具有转动自由度，所述转动块夹板固连在脚踝侧摆转动块左右两侧，所述脚踝底座与转动块夹板之间具有转动限位；所述足部尺寸自适应调整块上开设有长条形槽孔，所述转动块夹板上端安装有紧固螺栓，紧固螺栓穿装于长条形槽孔内，通过紧固螺栓对转动块夹板与足部尺寸自适应调整块之间的相对位置进行调整和固定；所述调整块夹板固连在调整块夹板左右两侧，所述足部回转驱动电机固装在调整块夹板上，足部回转驱动电机的电机轴与脚踝侧摆转轴相垂直，所述小腿下端固连在足部回转驱动电机的电机轴上；

所述腿部水平扭转驱动组件包括上半外圈定环、下半外圈定环、上半内圈动环、下半内圈动环、环间轴承、弧形齿条、齿轮及腿部水平扭转驱动电机；所述上半外圈定环和下半外圈定环通过螺栓固连在一起构成整体外圈定环；所述上半内圈动环和下半内圈动环通过螺栓固连在一起构成整体内圈动环；所述环间轴承的轴承外圈固定装夹在上半外圈定环与下半外圈定环之间，环间轴承的轴承内圈固定装夹在上半内圈动环和下半内圈动环之间，所述大腿上半段分为上下两节，大腿上半段的上节部分固连在上半外圈定环上，大腿上半段的下节部分固连在下半内圈动环上；所述腿部水平扭转驱动电机竖直固装在上半外圈定环上且电机轴朝下，所述齿轮固装在腿部水平扭转驱动电机的电机轴上，所述弧形齿条固定设置在下半内圈动环上，且齿轮与弧形齿条相啮合；

所述侧向抬腿驱动机构包括抬腿驱动机构基板、左腿侧抬驱动组件和右腿侧抬驱动组件，抬腿驱动机构基板固装在臀板背面；所述左腿侧抬驱动组件包括左腿侧抬驱动电机、左腿侧抬驱动蜗杆及左腿侧抬驱动蜗轮；所述左腿侧抬驱动电机固装在抬腿驱动机构基板表面，所述左腿侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬腿驱动机构基板表面，左腿侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与左腿侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述左腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬腿驱动机构基板和臀板相连，所述左腿的髋部板固连在左腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，左腿侧抬驱动蜗轮与左腿侧抬驱动蜗杆相啮合；所述右腿侧抬驱动组件包括右腿侧抬驱动电机、右腿侧抬驱动蜗杆及右腿侧抬驱动蜗轮；所述右腿侧抬驱动电机固装在抬腿驱动机构基板表面，所述右腿侧抬驱动蜗杆两端通过轴承座连接在抬腿驱动机构基板表面，右腿侧抬驱动电机的电机轴通过联轴器与右腿侧抬驱动蜗杆一端相固连；所述右腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴通过轴承分别与抬腿驱动机构基板和臀板相连，所述右腿的髋部板固连在右腿侧抬驱动蜗轮的蜗轮轴上，右腿侧抬驱动蜗轮与右腿侧抬驱动蜗杆相啮合；所述第一线轮驱动电机及第二线轮驱动电机均固装在抬腿驱动机构基板上；

所述腰椎由若干椎节体串联组成，椎节体包括椎节体母块和椎节体子块，椎节体母块与椎节体子块之间通过螺栓固连在一起，所述腰带固定装夹在椎节体母块与椎节体子块之间；在所述椎节体母块顶端开设有串接销孔，在椎节体母块下端安装有串接销轴，相邻椎节体母块之间通过串接销轴与串接销孔配合进行连接，在串接销孔内安装有减摩轴承；

在所述小腿和大腿上均安装有腿部绑带，腿部绑带固装在绑带内安装板上，绑带内安装板通过导向销柱固连有绑带外安装板，在所述小腿和大腿上开设有销柱导向孔，导向销柱位于销柱导向孔内，在绑带内安装板与小腿之间、在绑带内安装板与大腿之间的导向销柱上均安装有弹簧，在绑带外安装板与小腿之间、在绑带外安装板与大腿之间均安装有绑带调距螺钉。

Images