CN112587371A - 一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及康复器械技术领域，具体公开了一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，包括固定基座、滑动机构和重心调节机构，所述的滑动机构设置在固定基座上，所述滑动机构带动重心调节机构在固定基座上移动，所述重心调节机构包括重心调节基座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和下肢外骨骼连接板，所述第一连杆机构、第二连杆机构和第三连杆机构的一端呈三角形分布且通过第一活动链接连接在重心调节基座上，所述第一连杆机构、第二连杆机构和第三连杆机构的另一端均通过第二活动链接与下肢外骨骼连接板连接。本发明的优点是可实现在固定悬吊式外骨骼机器人与独立行走式外骨骼机器人两套系统上的复用。

Description

一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置

技术领域

本发明涉及康复器械技术领域，特别是一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置。

背景技术

康复外骨骼机器人通过辅助脑卒中患者或肢体障碍患者进行站立行走或跑步训练，减轻患者负重量，加快运动康复进度，已成为医疗康复训练中的重要手段。目前康复外骨骼机器人主要分为固定悬吊式外骨骼机器人和独立行走式外骨骼机器人。固定悬吊式外骨骼机器人配合跑步机可实现室内静态康复训练，而独立行走式外骨骼机器人通过行走支架可实现室外动态康复训练。

但目前已有的固定悬吊式外骨骼机器人与独立行走式外骨骼机器人分属于两个独立系统，其关键部组件（下肢外骨骼与控制单元）仅能适用于自身系统使用，不能做到通用和复用，模块化程度不高，造成制造与使用成本增高，不利于康复外骨骼机器人的批量化制造与推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置。使下肢外骨骼与控制单元组成独立系统，仅通过机械、电气接口的变换即可实现在固定悬吊式外骨骼机器人与独立行走式外骨骼机器人两套系统上的复用，解决了现有两套系统间的关键部件不能通用的问题，同时通过设计模块化复用装置上的重心调节机构，可根据患者身高实现外骨骼的整体高度调节，并可跟随人步态实现重心随动。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，包括固定基座、滑动机构和重心调节机构，所述的滑动机构设置在固定基座上，所述滑动机构带动重心调节机构在固定基座上移动，所述重心调节机构包括重心调节基座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和下肢外骨骼连接板，所述第一连杆机构、第二连杆机构和第三连杆机构的一端呈三角形分布且通过第一活动链接连接在重心调节基座上，所述第一连杆机构、第二连杆机构和第三连杆机构的另一端均通过第二活动链接与下肢外骨骼连接板连接。

具体的，所述的滑动机构包括滑轨、丝杆螺母、滑块和丝杆，所述滑轨设置在固定基座上，丝杆与滑轨平行设置，且两端通过轴承座安装在固定基座上，所述滑块与滑轨滑动配合，所述丝杆螺母与丝杆螺纹连接，所述丝杆螺母和滑块均固定在重心调节基座上。

具体的，所述滑轨设置有至少一根。

具体的，所述重心调节机构还包括弹簧阻尼器，所述弹簧阻尼器的一端与第二连杆机构铰接，其另一端与重心调节基座铰接。

具体的，所述固定基座的两侧固定设置有承力支架。

具体的，还包括前保护罩和后保护罩，所述前保护罩和后保护罩配合形成内部有安装腔的保护罩，所述固定基座安装在所述安装腔内，所述前保护罩上设置有三条与重心调节机构移动方向平行的滑槽，所述下肢外骨骼连接板设置在保护罩的外部，所述第二连杆机构和弹簧阻尼器穿过中间的一条滑槽，所述第一连杆机构和第三连杆机构分别穿过两侧的滑槽。

具体的，所述重心调节基座上设置有限位块限制第一连杆机构和第三连杆机构的转动角度。

本发明具有以下优点：

1.本发明使下肢外骨骼与控制单元组成独立系统，仅通过机械、电气接口的变换即可实现在固定悬吊式外骨骼机器人与独立行走式外骨骼机器人两套系统上的复用。

2.模块化复用装置上的重心调节机构，可根据患者身高实现外骨骼的整体高度调节，并可跟随人步态实现重心随动。

附图说明

图1 为本发明的模块化复用装置整体结构示意图；

图2 为本发明的重心调节机构结构示意图；

图3 为本发明的模块化复用装置侧视结构示意图；

图4 为下肢外骨骼的结构示意图；

图5 为本发明的模块化复用装置与固定悬吊式外骨骼机器人和下肢外骨骼配合使用的示意图；

图6 为本发明的模块化复用装置与独立行走式外骨骼机器人和下肢外骨骼配合使用的示意图；

图中：1-模块化复用装置，101-后保护罩，102-前保护罩，103-固定基座，104-滑轨，105-丝杆，106-重心调节基座，107-滑块，108-限位块，109-第三连杆机构，110-轴承座，111-第一齿轮机构，112-第二锥齿轮机构，115-第二连杆机构，116-丝杆螺母，118-第一连杆机构，119-弹簧阻尼器，2-承力支架，3-电气线管，5-下肢外骨骼连接板，6-控制单元，7-下肢外骨骼，8-独立行走式外骨骼机器人，9-固定悬吊式外骨骼机器人。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～3所示，一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，包括固定基座103、滑动机构和重心调节机构，所述的滑动机构设置在固定基座103上，所述滑动机构带动重心调节机构在固定基座103上移动，所述重心调节机构包括重心调节基座106、第一连杆机构118、第二连杆机构115、第三连杆机构109和下肢外骨骼连接板5，所述第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109的一端呈三角形分布且通过第一活动链接连接在重心调节基座106上，所述第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109的另一端均通过第二活动链接与下肢外骨骼连接板5连接。本实施例中的模块化复用装置在使用时，通过下肢外骨骼连接板5与用于康复的下肢外骨骼7连接，下肢外骨骼7的结构如图4所示，下肢外骨骼7的顶部设置有安装板，安装时下肢外骨骼7通过安装板固定在下肢外骨骼连接板5上，就能将下肢外骨骼7与模块化复用装置1连接使用，然后通过固定基座103与独立行走式外骨骼机器人8或固定悬吊式外骨骼机器人9连接就能供患者使用，在使用时可以通过滑动机构来调整重心调节机构的高度来适应患者的身高，重心调节机构可跟随人步态实现重心随动，下肢外骨骼连接板5通过第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109与重心调节基座106连接，第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109可采用等长的杆件，两端分别设置第一活动链接和第二活动链接，这样第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109与重心调节基座106的角度就可以变化，进而下肢外骨骼连接板5的位置就可以改变来适应人体的中心，需要说明的是第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109只能绕上下的方向转动，第一连杆机构118、第二连杆机构115和第三连杆机构109呈正三角形分布，这样的结构更稳定。

进一步的，所述的滑动机构包括滑轨104、丝杆螺母116、滑块107和丝杆105，所述滑轨104设置在固定基座103上，丝杆105与滑轨104平行设置，且两端通过轴承座110安装在固定基座103上，所述滑块107与滑轨104滑动配合，所述丝杆螺母107与丝杆105螺纹连接，所述丝杆螺母107和滑块107均固定在重心调节基座106上。本实施例中的滑动机构采用丝杆105传动的方式来带动重心调节机构整体移动，丝杆105通过轴承座110转动安装在固定基座103上，本实施例中优选设置有两条滑轨104，在丝杆105的一端设置有第二锥齿轮机构112，在固定基座103上设置有第一齿轮机构111，第一齿轮机构111与第二锥齿轮机构112动力连接，通过驱动第一齿轮机构111可以带动第二锥齿轮机构112转动，从而带动丝杆105转动，丝杆105转动带动丝杆螺母107沿丝杆105移动，由于丝杆螺母107固定在重心调节基座106，在滑块107与滑轨104的配合下，丝杆螺母107便带动重心调节基座106沿丝杆移动，这样就可以带动整个重心调节机构一端，在安装好后，丝杆105为竖直方向设置，这样就可以调节重心调节机构的高度来适应不同身高的患者。

进一步的，所述滑轨104设置有至少一根。

进一步的，所述重心调节机构还包括弹簧阻尼器119，所述弹簧阻尼器119的一端与第二连杆机构115铰接，其另一端与重心调节基座106铰接。弹簧阻尼器119的一端与第二连杆机构115靠近下肢外骨骼连接板5的一端连接，另一端与重心调节基座106连接，且第二连杆机构115与重心调节基座106的连接点和弹簧阻尼器119与重心调节基座106的连接点的连线与丝杆105平行，弹簧阻尼器119在第二连杆机构115转动时能提供一定的阻力缓冲，用于重心随动时的阻尼调节，防止转动突变加速度过大造成的人体不适应。

进一步的，所述固定基座103的两侧固定设置有承力支架2。承力支架2可以通过螺栓固定在固定基座103上，在模块化复用装置安装时通过承力支架2安装在独立行走式外骨骼机器人8或固定悬吊式外骨骼机器人9，如图5所示为模块化复用装置安装在固定悬吊式外骨骼机器人9上的结构，如图6所示为模块化复用装置安装在独立行走式外骨骼机器人8上的结构示意图。

进一步的，还包括前保护罩102和后保护罩101，所述前保护罩102和后保护罩101配合形成内部有安装腔的保护罩，所述固定基座103安装在所述安装腔内，所述前保护罩102上设置有三条与重心调节机构移动方向平行的滑槽，所述下肢外骨骼连接板5设置在保护罩的外部，所述第二连杆机构113和弹簧阻尼器119穿过中间的一条滑槽，所述第一连杆机构118和第三连杆机构109分别穿过两侧的滑槽。滑槽作为重心调节机构移动时的避让槽。

进一步的，所述重心调节基座106上设置有限位块108限制第一连杆机构118和第三连杆机构109的转动角度。限位块108设置在第一连杆机构118和第三连杆机构109的转动路径上，在转动的两侧均设置限位块108，这样就可以限制转动的角度。

在固定基座103的背部还设置有控制单元6，其包括驱动下肢外骨骼电机、以及各类传感器的控制系统，均安装在固定基座103上，其电气线缆通过电气线管3向外集中引出，并通过电气接头实现固定悬吊式外骨骼机器人与独立行走式外骨骼机器人的电气连接。

一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用方法：包括以下步骤，

S1：将模块化复用装置1通过承力支架2固定在固定悬吊式外骨骼机器人9上；

S2：将下肢外骨骼7安装在下肢外骨骼连接板5上；

S3：患者穿戴下肢外骨骼7，旋转第一锥齿轮机构111调节重心调节基座106高度，

S4：患者在固定悬吊式外骨骼机器人9上完成康复训练，然后将下肢外骨骼7与下肢外骨骼连接板5分离；

S5：将模块化复用装置1从固定悬吊式外骨骼机器人9拆下，通过承力支架2上的把手转运到独立行走式外骨骼机器人8并固定安装；

S6：再次将下肢外骨骼7安装在下肢外骨骼连接板5，患者穿戴下肢外骨骼7，旋转第一锥齿轮机构111调节重心调节基座106高度；

S7：患者在独立行走式外骨骼机器人8上完成康复训练,。

其中步骤S1～S4和步骤S5～S7的顺序可以调换。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：包括固定基座（103）、滑动机构和重心调节机构，所述的滑动机构设置在固定基座（103）上，所述滑动机构带动重心调节机构在固定基座（103）上移动，所述重心调节机构包括重心调节基座（106）、第一连杆机构（118）、第二连杆机构（115）、第三连杆机构（109）和下肢外骨骼连接板（5），所述第一连杆机构（118）、第二连杆机构（115）和第三连杆机构（109）的一端呈三角形分布且通过第一活动链接连接在重心调节基座（106）上，所述第一连杆机构（118）、第二连杆机构（115）和第三连杆机构（109）的另一端均通过第二活动链接与下肢外骨骼连接板（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：所述的滑动机构包括滑轨（104）、丝杆螺母（116）、滑块（107）和丝杆（105），所述滑轨（104）设置在固定基座（103）上，丝杆（105）与滑轨（104）平行设置，且两端通过轴承座（110）安装在固定基座（103）上，所述滑块（107）与滑轨（104）滑动配合，所述丝杆螺母（107）与丝杆（105）螺纹连接，所述丝杆螺母（107）和滑块（107）均固定在重心调节基座（106）上。

3.根据权利要求2所述的一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：所述滑轨（104）设置有至少一根。

4.根据权利要求1所述的一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：所述重心调节机构还包括弹簧阻尼器（119），所述弹簧阻尼器（119）的一端与第二连杆机构（115）铰接，其另一端与重心调节基座（106）铰接。

5.根据权利要求1所述的一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：所述固定基座（103）的两侧固定设置有承力支架（2）。

6.根据权利要求4所述的一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：还包括前保护罩（102）和后保护罩（101），所述前保护罩（102）和后保护罩（101）配合形成内部有安装腔的保护罩，所述固定基座（103）安装在所述安装腔内，所述前保护罩（102）上设置有三条与重心调节机构移动方向平行的滑槽，所述下肢外骨骼连接板（5）设置在保护罩的外部，所述第二连杆机构（113）和弹簧阻尼器（119）穿过中间的一条滑槽，所述第一连杆机构（118）和第三连杆机构（109）分别穿过两侧的滑槽。

7.根据权利要求1所述的一种用于康复外骨骼机器人的模块化复用装置，其特征在于：所述重心调节基座（106）上设置有限位块（108）限制第一连杆机构（118）和第三连杆机构（109）的转动角度。

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