CN111920644B - 一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，包括主腰板、髋关节、大腿单元、膝关节和小腿单元；大腿单元包括大腿第一调节部和大腿第二调节部，大腿第一调节部和大腿第二调节部上分别设有T形滑槽和T形滑块，T形滑块上设置锁紧机构；小腿单元包括小腿固定板、小腿伸缩板和压块，小腿固定板上设置有固定部，小腿伸缩板上设有若干压槽，压块上设有与压槽配合的凸起，压块通过凸起将小腿伸缩板限位，并与固定部固定连接。通过将大腿单元和小腿单元设置为不同的长度调节方式，使得可穿戴式下肢外骨骼康复机器人最大程度的保证了与使用者的匹配度，同时也保证小腿受力更加稳定。

Description

一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，特别是涉及一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人。

背景技术

目前市面上的下肢外骨骼康复机器人多种多样，为匹配不同身高人群的患者，大多数的下肢外骨骼康复机器人的大腿部位和小腿部位均设置为可调节形式。一般将大腿部位和小腿部位均设置为相同的调节方式，例如设置伸缩板，伸缩板上设置若干安装孔，通过调节安装位置来调节大腿部位和小腿部位的长度。但这种调节方式存在一定缺点，即由于安装位置是间隔设置，不能实现连续调节，与患者匹配度稍差。

为解决上述问题，人们研究出各种连续调节的机构，从而实现对大腿部位和小腿部位的连续调节。例如申请号为201920407311.8的实用新型专利申请中，公开了一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人，其在大腿外骨骼和小腿外骨骼处均设置有可连续调节的装置，其是通过账套压紧螺母和账套在两者旋和处胀紧，实现无极调节的。但由于小腿处受力较大，这种无极调节的方式可能会在小腿长期受较大力的作用的情况下出现松动等不稳定的情况，小腿部位不稳定会对康复效果产生很大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，以解决上述现有技术存在的问题，根据大腿部位和小腿部位的不同特点，针对性的对调节方式进行设计，从而兼顾与患者身高的匹配性与小腿部位的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，包括主腰板、髋关节、大腿单元、膝关节和小腿单元；所述大腿单元通过所述髋关节连接在所述主腰板上，所述小腿单元通过所述膝关节与所述大腿单元连接，所述髋关节包括用于驱动所述大腿单元前后摆动的大腿驱动电机，所述膝关节包括用于驱动所述小腿单元相对所述大腿单元转动的小腿驱动电机；所述大腿单元包括大腿第一调节部和大腿第二调节部，所述大腿第一调节部和所述大腿第二调节部上分别设置有相互配合的T形滑槽和T形滑块，并且所述T形滑块上设置锁紧机构；所述小腿单元包括小腿固定板、小腿伸缩板和压块，所述小腿固定板上设置有固定部，所述小腿伸缩板上沿伸缩方向设置有若干压槽，所述压块上设置有与所述压槽配合的凸起，所述压块通过所述凸起将所述小腿伸缩板限位，并与所述固定部固定连接。

优选地，所述小腿固定板的两侧面具有边框，所述小腿伸缩板从所述小腿固定板下方伸入所述小腿固定板，所述小腿固定板的边框与所述小腿伸缩板侧面贴合；所述小腿伸缩板中间设置有条形孔，所述固定部突出于所述小腿固定板内表面并与所述条形孔配合。

优选地，所述锁紧机构为依次穿过所述大腿第一调节部或所述大腿第二调节部、所述T形滑块的螺栓，所述螺栓锁紧后使所述T形滑块端面抵住所述T形滑槽的槽顶。

优选地，所述主腰板包括后腰板和设置在所述后腰板两端的L形侧腰板，所述侧腰板包括第一腰板边和第二腰板边，所述第一腰板边与所述后腰板固定连接，所述第二腰板边与所述第一腰板边铰接，所述第一腰板边和所述第二腰板边铰接的位置处还设置有锁定装置。

优选地，所述锁定装置包括销轴和开口锁柱，所述销轴安装在所述第一腰板边上，所述开口锁柱可旋转的安装在所述第二腰板边上，所述开口锁柱上方设置有扳手，所述开口锁柱与所述销轴相对的位置设有开口，所述开口大于所述销轴直径，所述开口锁柱通过所述开口使所述销轴进入，并且所述开口锁柱旋转后，所述销轴限制所述开口锁柱移动。

优选地，所述开口锁柱上还设置有定位孔，所述第一腰板边上与所述定位孔同高度设置有可复位定位珠，所述开口锁柱处于锁定位置时，所述定位孔与所述可复位定位珠相对，所述可复位定位珠进入所述定位孔内。

优选地，所述大腿第二调节部上设置有大腿托板，所述小腿固定板上设置有小腿托板，所述大腿托板和所述小腿托板上均设置有多组安装孔，每组所述安装孔与所述大腿第二调节部或所述小腿固定板上的安装孔相匹配。

优选地，所述小腿单元还包括脚托板和踝关节，所述小腿伸缩板通过所述踝关节与所述脚托板连接，所述脚托板上设置有与所述踝关节相连的脚托连接部，所述脚托连接部由所述踝关节处向所述小腿单元内侧弯曲。

优选地，所述主腰板上方还设置有背部板，所述背部板设置为U形，所述主腰板与所述背部板之间通过能够对脊柱进行支撑的立板相连接。

优选地，还包括控制单元，所述控制单元与所述大腿驱动电机和所述小腿驱动电机电联接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、根据大腿和小腿不同的受力特点，针对性的设计大腿单元和小腿单元的长度调节方式，由于小腿为受力最大的部位，需要保持在承受较大力的情况下保持稳定，因此将小腿单元的长度调节方式设置为通过分别设置在小腿伸缩板上的压槽和设置在压块上的凸起进行限位，并将压块固定在小腿固定板上的形式，使分体设置的小腿单元更加稳定，调节的连续性则可通过压槽的设置密度进行调节；而大腿单元相对受力较小，将大腿单元的长度调节方式设置为T形滑块和T形滑槽配合进行连续调节，并通过锁紧机构进行锁紧而非固定连接(固定连接需要间隔设置固定孔等)的形式保证了大腿单元的连续调节性；通过上述设置，使得可穿戴式下肢外骨骼康复机器人最大程度的保证了与使用者的匹配度，同时也保证小腿单元受力更加稳定。

2、通过在侧腰板的拐角处设置铰接结构，并使第二腰板边复位后能够锁定的形式，使患者在使用时，首先使第二腰板边处于打开状态，患者自己靠上身力量移动到可穿戴式下肢外骨骼康复机器人处的合适位置后，再将第二腰板边角度锁定，由于侧腰板处能够进行开合，从而使患者自己进行穿戴时更加方便，避免侧腰板伸出部位固定，在患者移动的过程中对患者的移动路径形成阻挡，从而无法完成自己独自进行穿戴的任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为可穿戴式下肢外骨骼康复机器人整体结构示意图；

图2为大腿单元左视图；

图3为大腿单元右视图；

图4为T形滑槽和T形滑块结构示意图；

图5为小腿单元结构示意图；

图6为压块处结构爆炸图；

图7为压块结构示意图；

图8为主腰板结构示意图；

图9为侧腰板未锁定状态结构示意图；

图10为侧腰板锁定状态结构示意图；

其中，100、主腰板；101、后腰板；102、侧腰板；103、第一腰板边；104、第二腰板边；105、销轴；106、开口锁柱；107、扳手；108、可复位定位珠；200、大腿单元；201、大腿第一调节部；202、大腿第二调节部；203、T形滑槽；204、T形滑块；205、螺栓；206、大腿托板；300、小腿单元；301、小腿固定板；302、小腿伸缩板；303、小腿托板；304、固定部；305、压块；306、凸起；307、踝关节；308、脚托板；309、脚托连接部；310、压槽；311、条形孔；400、髋关节；401、髋关节连接板；500、膝关节；600、背部板；601、立板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，以解决现有技术存在的问题，根据大腿部位和小腿部位的不同特点，针对性的对调节方式进行设计，从而兼顾与患者身高的匹配性与小腿部位的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图10所示，本实施例提供一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，包括主腰板100、髋关节400、大腿单元200、膝关节500和小腿单元300；髋关节400包括髋关节连接板401，大腿单元200通过髋关节400的髋关节连接板401安装在主腰板100上，小腿单元300通过膝关节500与大腿单元200连接，髋关节400包括用于驱动大腿单元200前后摆动的大腿驱动电机，膝关节500包括用于驱动小腿单元300相对大腿单元200转动的小腿驱动电机；

如图2-图4所示，大腿单元200包括大腿第一调节部201和大腿第二调节部202，大腿第一调节部201和大腿第二调节部202上分别设置有相互配合的T形滑槽203和T形滑块204，并且T形滑块204上设置锁紧机构，本实施例中锁紧机构设置为与T形滑块204螺纹连接的螺栓205；具体的，在大腿第二调节部202与大腿第一调节部201相连接的一侧设置两条平行的T形滑槽203，在大腿第一调节部201的底端与T形滑槽203相对应的位置设置两处T形滑块204，T形滑块204通过螺栓205与大腿第一调节部201相连；作为优选，本实施例中在大腿第一调节部201与大腿第二调节部202相连接的一侧还设置一条T形滑槽203，并且在大腿第二调节部202的顶端设置一T形滑块204，T形滑块204通过螺栓205与大腿第二调节部202相连，并且该T形滑块204与大腿第一调节部201上的T形滑槽203滑动连接；在调节好长度后，将螺栓205向拧紧方向旋转，由于螺栓205的螺帽被大腿第一调节部201或大腿第二调节部202的端面限制而不能继续向内移动，使T形滑块204沿螺栓205的轴向向螺帽方向移动，从而使T形滑块204的上端面与T形滑槽203的上端面抵紧，从而使大腿单元200的长度固定；同时，由于本实施例中采用分别分布在大腿第一调节部201和大腿第二调节部202上的三处螺栓205进行抵紧固定，从而使大腿单元200长度调节后更加稳定；

如图5-图7所示，小腿单元300包括小腿固定板301、小腿伸缩板302和压块305，小腿固定板301上设置有固定部304，小腿伸缩板302上沿伸缩方向设置有若干压槽310，压块305上设置有与压槽310配合的凸起306，压块305通过凸起306将小腿伸缩板302限位，并与固定部304固定连接；具体的，小腿固定板301的两侧面具有边框，小腿伸缩板302从小腿固定板301下方伸入小腿固定板301，小腿固定板301的边框与小腿伸缩板302侧面贴合；小腿伸缩板302中间设置有条形孔311，固定部304突出于小腿固定板301内表面并与条形孔311配合；本实施例中优选在压块305上设置平行的两条凸起306，在凸起306的外侧、压块305的两端设置两通孔，固定部304上设置有与两通孔间距相等的两处螺纹孔，压块305通过紧固螺栓与固定部304固定连接。

进一步的，主腰板100包括后腰板101和设置在后腰板101两端的L形侧腰板102，侧腰板102包括第一腰板边103和第二腰板边104，第一腰板边103与后腰板101固定连接，在第一腰板边103和后腰板101的连接位置均设置多组安装孔，以使主腰板100的宽度可根据患者胖瘦进行调节，第二腰板边104与第一腰板边103铰接，第一腰板边103和第二腰板边104铰接的位置处还设置有锁定装置，通过将第一腰板边103和第二腰板边104铰接并使第二腰板边104能够相对于第一腰板边103进行开合的形式，使得患者在自己进行穿戴时更加方便。

图9、图10展示了锁定装置未锁定和锁定的两种状态，具体的，锁定装置包括销轴105和开口锁柱106，在第一腰板边103的铰接轴的外壁上设置有安装凸台，销轴105固定安装在安装凸台上，开口锁柱106可旋转的安装在第二腰板边104上，并且在开口锁柱106上方、第二腰板边104外侧设置有扳手107，开口锁柱106与销轴105相对的位置设有开口，开口大于或等于销轴105直径，在需要进行锁定时，首先通过沿铰接轴旋转第二腰板边104，并使开口锁柱106的开口正对销轴105，继续旋转第二腰板边104使销轴105通过开口进入开口锁柱106，然后扳动扳手107，将开口锁柱106旋转，使开口锁柱106的开口旋转到其他位置，从而使第二腰板边104有向外展开的趋势时，开口锁柱106的侧壁能够对销轴105形成阻挡，从而使销轴105无法从开口锁柱106中退出，进而对第二腰板边104的位置进行锁定。

进一步的，为使第二腰板边104的锁定更加稳定，还进一步对开口锁柱106进行锁定，具体的，在开口锁柱106上设置有定位孔，定位孔为锥形孔，第一腰板边103上与定位孔同高度设置有可复位定位珠108，可复位定位珠108包括定位珠以及复位弹簧，在复位弹簧的弹力作用下，定位珠始终与开口锁柱106外壁贴合，当开口锁柱106旋转到位后，定位孔正好与可复位定位珠108的位置相对，定位柱在复位弹簧的作用下进入定位孔内，防止开口锁柱106在收到微小的力或误碰等情况会旋转，从而使第二腰板边104的锁定不牢固的问题。

进一步的，大腿第二调节部202上设置有大腿托板206，小腿固定板301上设置有小腿托板303，大腿托板206和小腿托板303均设置为L形，L形的一边与大腿第二调节部202或小腿固定板301固定连接，大腿托板206和小腿托板303上均设置有多组安装孔，每组安装孔与大腿第二调节部202或小腿固定板301上的安装孔相匹配，多组安装孔使大腿托板206和小腿托板303可根据使用者的胖瘦进行调节，从而更好的对腿部进行支撑；在大腿托板206和小腿托板303上均设置绑带，患者使用时，通过绑带将机器人的腿部与自己腿部绑在一起。

进一步的，小腿单元300还包括脚托板308和踝关节307，小腿伸缩板302通过踝关节307与脚托板308连接，脚托板308上设置有与踝关节307相连的脚托连接部309，脚托连接部309由踝关节307处向小腿单元300内侧弯曲，从而更加适应人体脚部外侧和腿部外侧并不在一条直线上，而是脚部外侧在腿部外侧之内的曲线。

进一步的，主腰板100上方还设置有背部板600，背部板600设置为U形，且背部板600的宽度可根据患者胖瘦进行调节，主腰板100与背部板600之间通过能够对脊柱进行支撑的立板601相连接；背部板600及主腰板100上均连接有绑带，通过绑带将患者上身固定在背部板600以及主腰板100上，并且背部板600的U形结构还能够对患者的背部及胸部进行支撑。

进一步的，还包括控制单元，控制单元设置在控制盒内，控制盒可以安装在主腰板100、立板601或者背部板600上，同时在上述任一部位还设置有电池盒，用于对大腿驱动电机和小腿驱动电机供电，控制单元与大腿驱动电机和小腿驱动电机电联接；设定机器人运动模式的控制程序，包括坐起状态和走路状态；在患者进行穿戴时，将机器人放置到椅子上，通过手机APP调整到坐立状态，该状态下小腿单元300垂直于地面，大腿单元200与小腿单元300呈垂直状态，立板601与大腿单元200呈垂直状态，从而使患者可通过上肢力量移动到机器人处并坐在椅子上进行独立穿戴；穿戴好后，通过手机APP控制机器人调整到坐起模式，将机器人逐渐调整到直立状态，然后再通过手机APP调整到行走模式，便可对患者进行康复训练。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：包括主腰板、髋关节、大腿单元、膝关节和小腿单元；所述大腿单元通过所述髋关节连接在所述主腰板上，所述主腰板包括后腰板和设置在所述后腰板两端的L形侧腰板，所述侧腰板包括第一腰板边和第二腰板边，所述第一腰板边与所述后腰板固定连接，所述第二腰板边与所述第一腰板边铰接，所述第一腰板边和所述第二腰板边铰接的位置处还设置有锁定装置，所述锁定装置包括销轴和开口锁柱，所述销轴安装在所述第一腰板边上，所述开口锁柱可旋转的安装在所述第二腰板边上，所述开口锁柱上方设置有扳手，所述开口锁柱与所述销轴相对的位置设有开口，所述开口大于所述销轴直径，所述开口锁柱通过所述开口使所述销轴进入，并且所述开口锁柱旋转后，所述销轴限制所述开口锁柱移动，所述开口锁柱上还设置有定位孔，所述第一腰板边上与所述定位孔同高度设置有可复位定位珠，所述开口锁柱处于锁定位置时，所述定位孔与所述可复位定位珠相对，所述可复位定位珠进入所述定位孔内；所述小腿单元通过所述膝关节与所述大腿单元连接，所述髋关节包括用于驱动所述大腿单元前后摆动的大腿驱动电机，所述膝关节包括用于驱动所述小腿单元相对所述大腿单元转动的小腿驱动电机；所述大腿单元包括大腿第一调节部和大腿第二调节部，所述大腿第一调节部和所述大腿第二调节部上分别设置有相互配合的T形滑槽和T形滑块，并且所述T形滑块上设置锁紧机构；所述小腿单元包括小腿固定板、小腿伸缩板和压块，所述小腿固定板上设置有固定部，所述小腿伸缩板上沿伸缩方向设置有若干压槽，所述压块上设置有与所述压槽配合的凸起，所述压块通过所述凸起将所述小腿伸缩板限位，并与所述固定部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述小腿固定板的两侧面具有边框，所述小腿伸缩板从所述小腿固定板下方伸入所述小腿固定板，所述小腿固定板的边框与所述小腿伸缩板侧面贴合；所述小腿伸缩板中间设置有条形孔，所述固定部突出于所述小腿固定板内表面并与所述条形孔配合。

3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述锁紧机构为依次穿过所述大腿第一调节部或所述大腿第二调节部、所述T形滑块的螺栓，所述螺栓锁紧后使所述T形滑块端面抵住所述T形滑槽的槽顶。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述大腿第二调节部上设置有大腿托板，所述小腿固定板上设置有小腿托板，所述大腿托板和所述小腿托板上均设置有多组安装孔，每组所述安装孔与所述大腿第二调节部或所述小腿固定板上的安装孔相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述小腿单元还包括脚托板和踝关节，所述小腿伸缩板通过所述踝关节与所述脚托板连接，所述脚托板上设置有与所述踝关节相连的脚托连接部，所述脚托连接部由所述踝关节处向所述小腿单元内侧弯曲。

6.根据权利要求1所述的一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述主腰板上方还设置有背部板，所述背部板设置为U形，所述主腰板与所述背部板之间通过能够对脊柱进行支撑的立板相连接。

7.根据权利要求1所述的一种可穿戴式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元与所述大腿驱动电机和所述小腿驱动电机电联接。

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