CN110833495A - 一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人 - Google Patents

一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN110833495A
CN110833495A CN201911122851.2A CN201911122851A CN110833495A CN 110833495 A CN110833495 A CN 110833495A CN 201911122851 A CN201911122851 A CN 201911122851A CN 110833495 A CN110833495 A CN 110833495A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hip joint
waist
driven
holes
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911122851.2A
Other languages
English (en)
Inventor
朱爱斌
武鑫雨
毛涵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201911122851.2A priority Critical patent/CN110833495A/zh
Publication of CN110833495A publication Critical patent/CN110833495A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0266—Foot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12—Driving means
    • A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1628—Pelvis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164—Feet or leg, e.g. pedal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164—Feet or leg, e.g. pedal
    • A61H2201/1642—Holding means therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/10—Leg
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/12—Feet

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，包括腰部‑髋关节装置、大小腿调节装置和踝关节‑足部装置，腰部‑髋关节装置两侧下方分别设置有大小腿调节装置，大小腿调节装置下方设置有踝关节‑足部装置。本发明具有依次连接的腰部‑髋关节装置、大小腿连续调节装置、踝关节‑足部装置三个部分，能够提高运动的灵活性、稳定性和穿戴的舒适性，具有穿戴舒适、灵活性高、可靠性高、适应能力强、寿命长、成本低的特点。

Description

一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人。
背景技术
外骨骼机器人是穿戴在人体外部的一种典型的人机一体化系统，综合了机械设计、控制、信息融合等机器人技术，将人的智力和机器人的“体力”结合在一起，提供动力以辅助人的运动。近20年来，外骨骼机器人作为一款辅助人体的装备得到了广泛的应用。
现有的下肢外骨骼康复机器人髋关节结构只包括一个前后屈伸自由度，没有严格按照仿生学的设计原理，满足实现人体髋关节前后屈伸、内外收展、内外旋转三个自由度的设计要求，自由度单一则不能提高运动的灵活性和穿戴的舒适性，更无法实现人体运动步态的多样性和康复训练策略的全面性，在面对未知的运动环境下，外骨骼康复机器人的适用程度将会进一步降低。
现有的外骨骼机器人腿部调节伸缩机构采用手动间隔调节的方式，即采用螺栓间隔固定以及联合手动调节的方式，这种手动间隔调节设计方式导致人体和外骨骼机器人之间的匹配度较差，降低人体穿戴的舒适性和运动的灵活性，而且在一定程度上还损失了电机的使用效率、减少外骨骼机器人的使用寿命。
现有的外骨骼康复机器人踝关节-足部结构多采用一体化钢板刚性结构，缺少对踝关节旋转结构和足部缓冲原理的仿生设计，极大地降低了运动的灵活性和穿戴的舒适性，而且无法适应其他未知的非结构化环境地面，一体化钢板结构设计降低传感器的集成程度，减少人机耦合的可能性，并且减少了接触面积和接触程度，降低运动过程中的稳定性和可靠性。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，能够提高运动的灵活性、稳定性和穿戴的舒适性，具有穿戴舒适、灵活性高、可靠性高、适应能力强、寿命长、成本低的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，包括腰部-髋关节装置1、大小腿调节装置2和踝关节-足部装置3，腰部-髋关节装置1两侧下方分别设置有大小腿调节装置2，大小腿调节装置2下方设置有踝关节-足部装置3。
所述的腰部-髋关节装置1包括腰部结构和髋关节结构两个部分，腰部结构包括腰连接件4，腰连接件4的两端分别通过内六角螺丝与两个呈L型的腰弯板件5固定连接；
所述腰连接件4和腰弯板件5上面均设有按照线性阵列方式布置的安装孔，二者通过安装孔配合连接。
所述的腰部-髋关节装置1包括中腰部结构下端和中腰部结构上端，中腰部结构下端包括髋关节电机连接板14为圆弧状结构，所述的髋关节电机连接板14顶端圆弧状左右内侧分别有用于安装髋关节下端轴承12的轴承孔，髋关节下端轴承12和轴承孔过盈连接，髋关节下端轴承12与髋关节旋转连接件10内侧设置有轴承孔相连，所述的髋关节旋转连接件10和髋关节电机连接板14的轴承孔置于同一中心线上，髋关节旋转轴13沿着中心线进行安装；
所述的中腰部结构上端包括髋关节固定件6，髋关节固定件6底部设置有与髋关节上端轴承9过盈连接的轴承孔，髋关节固定件6上端内部分别设计有不同直径的梯形孔，这些梯形孔自下向上分别安装髋关节上端轴承9(过盈连接)、微型平面推力球轴承8(间隙连接)、髋关节轴承端盖7，髋关节固定件6与腰弯板件5，且通过螺栓固定连接。
所述的髋关节旋转轴13两端分别与髋关节旋转连接件10和髋关节电机连接板14左右两侧内部的髋关节下端轴承12过盈连接，髋关节旋转轴13的一端绘制沟槽，沟槽用于安装卡簧来固定位于髋关节电机连接板14左右两侧内部的髋关节下端轴承12，所述的髋关节结构侧面轴承端盖11上面设计有圆周阵列的4个螺纹孔，同时髋关节旋转连接件10左右两侧内部也设计有圆周阵列的4个螺纹孔，通过螺栓将两者固定连接。
所述的大小腿调节装置2包括大腿调节结构和小腿调节结构两个部分，大腿调节机构和小腿调节机构结构相同，由两块板状结构组成，由螺栓固定连接。
所述的腰部-髋关节装置1中髋关节结构上端包括髋关节电机连接板14，髋关节电机连接板14为圆弧型结构，所述的髋关节电机连接板14圆弧端有圆周阵列分布的内螺纹孔，螺纹孔与髋关节电机连接法兰16外层圆周阵列的螺纹孔相配合，髋关节电机连接板14圆端阵列的螺纹孔通过螺纹固定连接谐波减速机17外围圆周阵列的螺纹孔，蜗轮蜗杆减速器17下侧设置正方形四角的螺纹孔，蜗轮蜗杆减速器17下侧正方形四角的螺纹孔通过螺栓固定连接步进电机19，蜗轮蜗杆减速器17中心部分设置有连接轴，连接轴穿过髋关节电机连接板14，将动力传给关节支撑板一15和电机连接法兰16。
所述的踝关节-足部装置3包括脚垫23，脚垫23左侧设置有带孔薄片，带孔薄片通过踝销轴24和两个六角螺栓22固定在膝关节支撑板21上，所述的脚垫23绕踝销轴24旋转，脚垫23左右两侧分别设置安装孔。
腰部-髋关节装置1通过髋关节旋转连接件10，与髋关节电机连接板14相连接，髋关节电机连接板14与髋关节支撑板一15由电机输出轴连接在一起，髋关节支撑板二20和髋关节支撑板一15构成大小腿调节装置2，大小腿调节装置2通过踝销轴24，与踝关节-足部装置3连接在一起。左右两侧各连接方式相同。
本发明的有益效果：
本发明具有依次连接的腰部-髋关节装置、大小腿连续调节装置、踝关节-足部装置三个部分，能够提高运动的灵活性、稳定性和穿戴的舒适性，具有穿戴舒适、灵活性高、可靠性高、适应能力强、寿命长、成本低的特点。
在现有的腰部-髋关节装置中，大多数髋关节只包括一个前后屈伸的自由度，本发明包含前后屈伸、内外收展、内外旋转三个自由度，不仅可以提高运动的灵活性和穿戴的舒适性，而且还可以增加运动步态的多样性和提升康复训练策略的全面性。
在现有的大小腿调节装置中，采用螺栓间隔固定调节的方式，可以提高人体和外骨骼机器人之间的匹配精确度，提高人体穿戴的舒适性和运动的灵活性。由于人体和外骨骼机器人之间匹配精确度高，电机产生的能量可以很大程度上用于驱动人体的运动，提高了电机的使用效率。而且较高的匹配精确度可以提高人机之间的耦合性，减少外骨骼机器人自身零部件的磨损，降低开发成本、提高外骨骼机器人的使用寿命。
在踝关节-足部装置中，采用销轴连接的踝关节结构。高度仿生化的足部结构设计，将很大程度上提高外骨骼机器人适应非结构化地面的能力。提高了运动过程中的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人结构示意图。
图2是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人腰部结构分解示意图及其整体结构示意图。
图3是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人髋关节结构下端分解示意图及其整体结构示意图。
图4是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人髋关节结构上端分解示意图及其整体结构示意图。
图5是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人大腿整体支撑结构的分解示意图及其整体结构示意图。
图6是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人大小腿长度调节装置。
图7是可穿戴式下肢外骨骼康复机器人足部结构的分解示意图及其整体结构示意图。
附图标记如下：
1腰部-髋关节装置、2大小腿连续调节装置、3踝关节-足部装置、4腰连接件、5腰弯板件、6髋关节固定件、7髋关节轴承端盖、8微型平面推力球轴承、9髋关节上端轴承、10髋关节旋转连接件、11髋关节侧面轴承端盖、12髋关节下端轴承、13髋关节旋转轴、14髋关节电机连接板、15髋关节支撑板1、16髋关节电机连接法兰、17蜗轮蜗杆减速器、18连接轴、19步进电机、20髋关节支撑板2、21膝关节支撑板2、22六角螺母、23脚垫、24踝销轴、25六角螺母
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人如图1所示，包括腰部-髋关节装置1、大小腿连续调节装置2、踝关节-足部装置3。其中，腰部-髋关节装置1与大小腿连续调节装置2相连，大小腿连续调节装置2与踝关节-足部装置3相连。
腰部-髋关节装置1分为腰部结构和髋关节结构两个部分，下面将分别对其进行详细说明。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人腰部结构如图2所示，腰部结构包括腰连接件4、腰弯板件5。其中，腰连接件4和腰弯板件5固定连接。腰连接件4和腰弯板件5上面有按照线性阵列方式设置的安装孔。一方面用于两者之间的固定连接，另一方面主要是用来调节间距，以满足不同穿戴者的腰围尺寸。
在髋关节结构中，采用自下向上的方式依次介绍。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人髋关节结构下端如图3所示，髋关节结构下端包括髋关节侧面轴承端盖11、髋关节下端轴承12、髋关节旋转轴13、髋关节电机连接板14。其中，髋关节电机连接板14顶端圆弧状左右内侧分别有用于安装髋关节下端轴承12的轴承孔，髋关节下端轴承12和轴承孔过盈连接，与此同时髋关节旋转连接件10左右两侧内部也有用于安装髋关节下端轴承12的轴承孔，髋关节下端轴承12和轴承孔过盈连接，当髋关节旋转连接件10和髋关节电机连接板14左右两侧分别安装髋关节下端轴承12之后，将髋关节旋转连接件10和髋关节电机连接板14的轴承孔置于同一中心线上，然后将髋关节旋转轴13沿着中心线进行安装，髋关节旋转轴13两端分别与髋关节旋转连接件10和髋关节电机连接板14左右两侧内部的髋关节下端轴承12过盈连接，髋关节旋转轴13的一端绘制沟槽用于安装卡簧来固定位于髋关节电机连接板14左右两侧内部的髋关节下端轴承12，然后髋关节侧面轴承端盖11上面设计有圆周阵列的4个螺纹孔，同时髋关节旋转连接件10左右两侧内部也设计有圆周阵列的4个螺纹孔，通过螺栓可以将两者固定连接。将零件全部安装完成之后，转动髋关节旋转连接件10，可以实现髋关节旋转连接件10绕髋关节电机连接板14转动，这可以实现人腿的内收—外展功能，整体结构示意图如图3右部分所示。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人髋关节结构上端如图4所示，髋关节结构上端包括髋关节固定件6、髋关节轴承端盖7、微型平面推力球轴承8、髋关节上端轴承9、髋关节旋转连接件10。其中，如图中方向位置所示，髋关节固定件6底部设计有与髋关节上端轴承9过盈连接的轴承孔，髋关节固定件6上端内部分别设计有不同直径的梯形孔，这些梯形孔自下向上分别安装髋关节上端轴承9(过盈连接)、微型平面推力球轴承8(间隙连接)、髋关节轴承端盖7，当把髋关节轴承端盖7、微型平面推力球轴承8、髋关节上端轴承9三者按照位置关系安装在髋关节固定件6内部之后，将髋关节旋转连接件10顶部的旋转轴穿过髋关节固定件6内部的安装孔，然后采用螺栓从髋关节轴承端盖7处开始与髋关节旋转连接件10顶部旋转轴的内部螺纹孔连接起来，这样就可以将髋关节固定件6、髋关节旋转连接件10连接起来，实现髋关节旋转连接件10绕着髋关节固定件6旋转，实现髋关节的多自由度，髋关节固定件6与腰弯板件5通过螺栓固定连接，整体结构示意图如图4右部分所示。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人大腿整体支撑结构如图5所示，整体支撑结构包括髋关节电机连接板14、关节支撑板一15、髋关节电机连接法兰16、蜗轮蜗杆减速器17、传动轴18、步进电机19。其中，髋关节电机连接板14圆弧端有圆周阵列分布的内螺纹孔，这些螺纹孔用来与髋关节电机连接法兰16外层圆周阵列的螺纹孔相配合，然后通过螺栓将两者固定连接，步进电机19与蜗轮蜗杆减速器17下侧正方形四角的螺纹孔通过螺栓固定连接，谐波减速机17外围圆周阵列的螺纹孔与髋关节电机连接板14圆端阵列的螺纹孔通过螺纹固定连接，蜗轮蜗杆减速器17中心部分装连接轴，穿过髋关节电机连接板，将动力传给关节支撑板一15和电机连接法兰16。将关节支撑板一15螺纹孔与髋关节电机连接法兰16中心部分的圆周阵列的螺纹孔相配合，然后通过螺栓就可以将髋关节电机连接板14、髋关节电机连接法兰16、步进电机19、蜗轮蜗杆减速器17、关节支撑板18连接成一个整体。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人大小腿长度调节装置如图6所示，髋关节支撑板一15上加工有凹槽，凹槽宽度和髋关节支撑板二20的宽度相同。髋关节支撑板2可以在髋关节支撑板1中自由运动。当确定穿戴者身长尺寸后，通过螺栓将两个支撑板紧固。
可穿戴式下肢外骨骼康复机器人足部结构的分解示意图及其整体结构如图7所示，包括膝关节支撑板21、六角螺栓22、六角螺栓25、踝销轴24、脚垫23。脚底板左侧带孔薄片，通过踝销轴24，两个六角螺栓固定与膝关节支撑板21铰接，脚垫23可以绕销轴旋转。脚垫23左右两侧分别设置安装孔，可以使用绑带将脚垫和人足固定在一起。
本发明具有腰部-髋关节装置、大小腿调节装置、踝关节-足部装置。腰部-髋关节装置中包含前后屈伸、内外收展、内外旋转三个自由度，不仅可以提高运动的灵活性和穿戴的舒适性，而且还可以增加运动步态的多样性和提升康复训练策略的全面性；
在大小腿连续调节装置中，采用螺栓间隔固定调节的方式，可以提高人体和外骨骼机器人之间的匹配精确度和电机的使用效率，减少外骨骼机器人自身零部件的磨损，提高外骨骼机器人的使用寿命；
在踝关节-足部装置中，采用销轴连接的踝关节结构。高度仿生化的足部结构设计，将很大程度上提高外骨骼机器人适应非结构化地面的能力。提高了运动过程中的稳定性和可靠性。
人穿戴外骨骼行走时，通过绑带将脚垫23、髋关节支撑板一15、髋关节支撑板2和人足、大腿固定在一起。步进电机19通电连接蜗轮蜗杆减速器17减速换向增矩，通过传动轴18，将力矩传递给髋关节支撑板一15，膝关节同理，而髋关节支撑板一15和髋关节支撑板二20把力矩传递给大腿，达到人在行走时助力的目的。

Claims (9)

1.一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，包括腰部-髋关节装置(1)、大小腿调节装置(2)和踝关节-足部装置(3)，腰部-髋关节装置(1)两侧下方分别设置有大小腿调节装置(2)，大小腿调节装置(2)下方设置有踝关节-足部装置(3)。
2.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的腰部-髋关节装置(1)包括腰部结构和髋关节结构两个部分，腰部结构包括腰连接件(4)，腰连接件(4)的两端分别与两个呈L型的腰弯板件(5)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腰连接件(4)和腰弯板件(5)上面均设有按照线性阵列方式布置的安装孔，二者通过安装孔配合连接。
4.根据权利要求2所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的腰部-髋关节装置(1)包括中腰部结构下端和中腰部结构上端，中腰部结构下端包括髋关节电机连接板(14)为圆弧状结构，所述的髋关节电机连接板(14)顶端圆弧状左右内侧分别有用于安装髋关节下端轴承(12)的轴承孔，髋关节下端轴承(12)和轴承孔过盈连接，髋关节下端轴承(12)与髋关节旋转连接件(10)内侧设置有轴承孔相连，所述的髋关节旋转连接件(10)和髋关节电机连接板(14)的轴承孔置于同一中心线上，髋关节旋转轴(13)沿着中心线进行安装；
所述的中腰部结构上端包括髋关节固定件(6)，髋关节固定件(6)底部设置有与髋关节上端轴承(9)过盈连接的轴承孔，髋关节固定件(6)上端内部分别设计有不同直径的梯形孔，梯形孔自下向上分别安装髋关节上端轴承(9)、微型平面推力球轴承(8)、髋关节轴承端盖(7)，髋关节固定件(6)与腰弯板件(5)，且通过螺栓固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，腰部-髋关节装置(1)通过髋关节旋转连接件(10)，与髋关节电机连接板(14)相连接，髋关节电机连接板(14)与髋关节支撑板一(15)由电机输出轴连接在一起，髋关节支撑板二(20)和髋关节支撑板一(15)构成大小腿调节装置(2)，大小腿调节装置(2)通过踝销轴(24)，与踝关节-足部装置(3)连接在一起，左右两侧各连接方式相同。
6.根据权利要求4所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的髋关节旋转轴(13)两端分别与髋关节旋转连接件(10)和髋关节电机连接板(14)左右两侧内部的髋关节下端轴承(12)过盈连接，髋关节旋转轴(13)的一端绘制沟槽，沟槽用于安装卡簧来固定位于髋关节电机连接板(14)左右两侧内部的髋关节下端轴承(12)，所述的髋关节结构侧面轴承端盖(11)上设置有圆周阵列的螺纹孔，同时髋关节旋转连接件(10)左右两侧内部也设计有圆周阵列的螺纹孔，通过螺栓将两者固定连接。
7.根据权利要求2所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的腰部-髋关节装置(1)中髋关节结构上端包括髋关节电机连接板(14)，髋关节电机连接板(14)为圆弧型结构，所述的髋关节电机连接板(14)圆弧端有圆周阵列分布的内螺纹孔，螺纹孔与髋关节电机连接法兰(16)外层圆周阵列的螺纹孔相配合，髋关节电机连接板(14)圆端阵列的螺纹孔通过螺纹固定连接谐波减速机(17)外围圆周阵列的螺纹孔，蜗轮蜗杆减速器(17)下侧设置正方形四角的螺纹孔，蜗轮蜗杆减速器(17)下侧正方形四角的螺纹孔通过螺栓固定连接步进电机(19)，蜗轮蜗杆减速器(17)中心部分设置有连接轴，连接轴穿过髋关节电机连接板(14)，将动力传给关节支撑板一(15)和电机连接法兰(16)。
8.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的大小腿调节装置(2)包括大腿调节结构和小腿调节结构两个部分，大腿调节机构和小腿调节机构结构相同，分别由两块板状结构组成，由螺栓固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的踝关节-足部装置(3)包括脚垫(23)，脚垫(23)左侧设置有带孔薄片，带孔薄片通过踝销轴(24)和两个六角螺栓(22)固定在膝关节支撑板(21)上，所述的脚垫(23)绕踝销轴(24)旋转，脚垫(23)左右两侧分别设置安装孔。
CN201911122851.2A 2019-11-16 2019-11-16 一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人 Pending CN110833495A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911122851.2A CN110833495A (zh) 2019-11-16 2019-11-16 一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911122851.2A CN110833495A (zh) 2019-11-16 2019-11-16 一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110833495A true CN110833495A (zh) 2020-02-25

Family

ID=69576583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911122851.2A Pending CN110833495A (zh) 2019-11-16 2019-11-16 一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110833495A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112847316A (zh) * 2021-03-10 2021-05-28 浙江工业大学 一种可支撑的下肢助力外骨骼
CN112870021A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 西安交通大学 一种基于四连杆机构的髋膝踝主被动训练康复器
CN112972205A (zh) * 2021-02-26 2021-06-18 周欢欢 一种脚腕恢复训练装置及训练方法
CN113230098A (zh) * 2021-06-11 2021-08-10 长春工业大学 一种六自由度穿戴式下肢外骨骼康复机器人
WO2023078202A1 (zh) * 2021-11-04 2023-05-11 上海神泰医疗科技有限公司 穿戴式下肢外骨骼机器人及其髋关节调节装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003002054A1 (fr) * 2001-06-27 2003-01-09 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Systeme de transmission de couple
US20080154165A1 (en) * 2004-12-28 2008-06-26 Honda Motor Co., Ltd. Body Weight Support Device and Body Weight Support Program
CN203790256U (zh) * 2014-03-12 2014-08-27 武汉理工大学 上肢康复训练装置
CN206007550U (zh) * 2016-06-21 2017-03-15 张翔宇 半自动协力骨骼机器人
CN106943276A (zh) * 2017-03-15 2017-07-14 深圳市奇诺动力科技有限公司 动力外骨骼
CN107874981A (zh) * 2017-12-21 2018-04-06 天津工业大学 一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人
CN109464264A (zh) * 2018-11-30 2019-03-15 内蒙古工业大学 一种人体下肢助力设备
CN109664274A (zh) * 2019-01-18 2019-04-23 西安交通大学 一种装甲车救援外骨骼机器人
CN109938970A (zh) * 2019-03-22 2019-06-28 西安交通大学 可穿戴式下肢外骨骼康复机器人

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003002054A1 (fr) * 2001-06-27 2003-01-09 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Systeme de transmission de couple
CN100393295C (zh) * 2001-06-27 2008-06-11 本田技研工业株式会社 扭矩施加系统
US20080154165A1 (en) * 2004-12-28 2008-06-26 Honda Motor Co., Ltd. Body Weight Support Device and Body Weight Support Program
CN203790256U (zh) * 2014-03-12 2014-08-27 武汉理工大学 上肢康复训练装置
CN206007550U (zh) * 2016-06-21 2017-03-15 张翔宇 半自动协力骨骼机器人
CN106943276A (zh) * 2017-03-15 2017-07-14 深圳市奇诺动力科技有限公司 动力外骨骼
CN107874981A (zh) * 2017-12-21 2018-04-06 天津工业大学 一种可穿戴外骨骼式下肢步行训练康复机器人
CN109464264A (zh) * 2018-11-30 2019-03-15 内蒙古工业大学 一种人体下肢助力设备
CN109664274A (zh) * 2019-01-18 2019-04-23 西安交通大学 一种装甲车救援外骨骼机器人
CN109938970A (zh) * 2019-03-22 2019-06-28 西安交通大学 可穿戴式下肢外骨骼康复机器人

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112870021A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 西安交通大学 一种基于四连杆机构的髋膝踝主被动训练康复器
CN112972205A (zh) * 2021-02-26 2021-06-18 周欢欢 一种脚腕恢复训练装置及训练方法
CN112972205B (zh) * 2021-02-26 2023-08-22 湖北医护到家科技有限公司 一种脚腕恢复训练装置及训练方法
CN112847316A (zh) * 2021-03-10 2021-05-28 浙江工业大学 一种可支撑的下肢助力外骨骼
CN112847316B (zh) * 2021-03-10 2024-05-14 浙江工业大学 一种可支撑的下肢助力外骨骼
CN113230098A (zh) * 2021-06-11 2021-08-10 长春工业大学 一种六自由度穿戴式下肢外骨骼康复机器人
WO2023078202A1 (zh) * 2021-11-04 2023-05-11 上海神泰医疗科技有限公司 穿戴式下肢外骨骼机器人及其髋关节调节装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109938970B (zh) 可穿戴式下肢外骨骼康复机器人
CN110833495A (zh) 一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人
CN109172289B (zh) 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法
CN107126344B (zh) 下肢行走功能康复用外骨骼康复机器人与控制系统及方法
CN103393524B (zh) 腰背部及两臂牵引康复机
CN109773755B (zh) 一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人
CN109464264B (zh) 一种人体下肢助力设备
KR102250260B1 (ko) 연결 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치
CN109646245B (zh) 一种用于下肢外骨骼机器人转向机构
CN111110519A (zh) 一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人
CN105252522A (zh) 一种用于穿戴的柔性传动上肢外骨骼机器人
CN105686929A (zh) 一种柔顺驱动膝关节康复辅助装置
CN111168648B (zh) 一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人
CN110123496B (zh) 上肢运动功能补偿设备
CN113478466B (zh) 一种兼具负载传导及步行节能的无源下肢外骨骼
CN212940468U (zh) 一种刚柔耦合可穿戴式助行外骨骼系统
CN111467193A (zh) 一种可作机械限位的床旁下肢康复训练机器人
CN113352303B (zh) 一种可穿戴搬运助力型外骨骼
CN108161909B (zh) 一种用于辅助搬运的仿生下肢外骨骼机器人
CN109044742A (zh) 一种康复型下肢外骨骼
CN103767815B (zh) 前置式动力性踝足康复矫形器
CN108210132B (zh) 一种单源仿生动力膝关节及其实现方法
CN105167960A (zh) 一种并联式下肢外骨骼康复训练装置
CN112548993A (zh) 一种套索驱动髋关节串联弹性助力外骨骼机器人
CN114474021A (zh) 一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination