CN112914955A - 一种医疗外骨骼机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医疗外骨骼机器人，包括躯干固定组件和下肢固定组件；所述躯干固定组件包括背部骨架以及连接在背部骨架下端的腰带组件，所述背部骨架的上端连接有肩带组件；所述下肢固定组件包括分别设置在背部骨架下端两侧的左腿组件和右腿组件，所述左腿组件和右腿组件均包括由背部骨架向下延伸设置的大腿固定件、小腿固定件以及脚底固定件，所述背部骨架与所述大腿固定件之间还设置有髋关节驱动机构，所述小腿固定件与大腿固定件之间还设置有膝关节驱动机构，在穿戴完成之后，通过髋关节驱动机构和膝关节驱动机构能够引导和带动人体的下肢跟随运动，进而达到训练的目的。在引导的同时还具备支撑作用，避免使用者发生摔倒等安全事故。

Description

一种医疗外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及外骨骼技术领域，具体涉及一种医疗外骨骼机器人。
背景技术
外骨骼机器人的应用范围广，功能多。例如能够辅助行动不便的人群进行正常的动作，方便生活。还能够用于保护膝盖、大腿、手臂等不同的部位。还能够用于增大人体的生理极限，使得单人能够一次性负重更多，行走的距离更长等。尤其是在医疗康复领域，通过外骨骼机器人能够为不方便行走的患者提供支撑。
针对医疗外骨骼机器人，现有的医疗外骨骼机器人多为针对特定部位开发的康复部件，用于承担一部分人体自重，使得病患承受的压力更大，行动更加方便。但是对于下肢的恢复，却只能依靠现有的拐杖，拐杖会增加人体手臂的受力，且在恢复训练时难以找到平衡，不具备引导式恢复的作用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种医疗外骨骼机器人，能够通过动作带动人体被动运动，达到引导式恢复的目的，治疗效果更佳。
本发明提供一种的技术方案是：一种医疗外骨骼机器人，包括躯干固定组件和下肢固定组件；
所述躯干固定组件包括位于背部的背部骨架以及连接在背部骨架下端的腰带组件，所述背部骨架的上端连接有肩带组件；
所述下肢固定组件包括分别设置在背部骨架下端两侧的左腿组件和右腿组件，所述左腿组件和右腿组件均包括由背部骨架向下延伸设置的大腿固定件、小腿固定件以及脚底固定件，所述大腿固定件的上端与所述背部骨架转动连接，所述小腿固定件与相应的大腿固定件转动连接，所述脚底固定件与相应的小腿固定件的下端转动连接；所述背部骨架与所述大腿固定件之间还设置有用于驱动所述大腿固定件转动的髋关节驱动机构，所述小腿固定件与大腿固定件之间还设置有驱动所述小腿固定件转动的膝关节驱动机构，所述髋关节驱动机构包括壳体和安装在壳体内的动力部件，所述壳体的一端与所述背部骨架固定连接，所述壳体的另一端与相对应的大腿固定件转动连接并通过动力部件驱动所述大腿固定件，所述大腿固定件与所述动力部件之间还设置有第一离合机构，所述膝关节驱动机构包括外壳和安装在外壳内的动力件，所述外壳与大腿固定件的下端固定连接，所述外壳与相对应的小腿固定件转动连接并通过动力件驱动所述小腿固定件，所述小腿固定件与所述动力件之间还设置有第二离合机构。
上述技术方案的有益效果为：设置的背部骨架、肩带组件以及腰带组件能够完将设备的固定在人体的躯干上，然后通过下肢固定组件对人体的腿部进行固定。在穿戴完成之后，通过髋关节驱动机构和膝关节驱动机构能够引导和带动人体的下肢跟随运动，进而达到训练的目的。在引导的同时还具备支撑作用，避免使用者发生摔倒等安全事故。
进一步，所述背部骨架包括下骨架和上骨架，所述上骨架与下骨架之间设置有伸缩调节机构，所述肩带组件的上端固定在上骨架上。下骨架和上骨架之间的相互滑动能够伸缩背部骨架，以适应不同体型的人。
进一步，所述肩带组件包括两根柔性肩带，两根柔性肩带的下端固定在所述腰带组件上。
进一步，所述下骨架朝向人体的一侧设置有充气衬垫，所述下骨架背向人体的一侧设置有电池组件。充气衬垫能够对人体起到支撑作用，电池组件能够为髋关节驱动机构和膝关节驱动机构进行供电。
进一步，所述大腿固定件包括贴近在人体大腿外侧的大腿骨架，所述大腿骨架上设置有用于绑定大腿的包裹部，所述包裹部包括与大腿外形相适应的弧形壳，所述弧形壳的表面覆盖有软垫。软垫能够提升穿戴的舒适度。包裹部能够保证连接的可靠性。
进一步，所述小腿固定件包括贴近在人体小腿外侧的小腿骨架，所述小腿骨架上设置有用于绑定小腿的固定部，所述固定部包括与小腿外形相适应的包覆片，所述包覆片的表面覆盖有软垫。
进一步，所述动力部件为步进电机，所述动力部件与大腿固定件通过齿轮传动连接，所述齿轮包括与动力部件相连的第一齿轮以及与大腿固定件相连的第二齿轮，所述第一离合机构设置于所述第一齿轮和第二齿轮之间。
进一步，所述动力件为步进电机，所述动力件与小腿固定件通过齿轮传动连接，所述齿轮包括与动力件相连的第三齿轮以及与小腿固定件相连的第四齿轮，所述第二离合机构设置于所述第三齿轮和第四齿轮之间。
进一步，所述第一离合机构包括与第一齿轮和第二齿轮相啮合的第一中继齿轮，所述第一中继齿轮通过竖轴设置在所述壳体内，所述第一中继齿轮在竖轴上滑动设置，所述竖轴位于第一齿轮和第二齿轮之间，所述第一中继齿轮的底部与壳体内底之间设置有弹簧，所述第一中继齿轮上还套设有U型叉，所述U型叉的尾端设置有倾斜面朝上的倾斜块，所述壳体内还转动设置有用于下压U型叉的压迫杆，所述压迫杆的里端位于所述倾斜块的上方并与其倾斜面接触，所述压迫杆的外端伸出所述壳体。通过将第一中继齿轮压入到第一齿轮和第二齿轮之间达到驱动大腿固定件的目的。释放第一中继齿轮后，大腿固定件便可自用转动，方便穿戴。
进一步，所述第二离合机构包括与第三齿轮和第四齿轮相啮合的第二中继齿轮，所述第二中继齿轮通过竖轴设置在所述外壳内，所述第二中继齿轮在竖轴上滑动设置，所述竖轴位于第三齿轮和第四齿轮之间，所述第二中继齿轮的底部与所述外壳的内底之间设置有弹簧，所述第二中继齿轮上还套设有U型叉，所述U型叉的尾端设置有倾斜面朝上的倾斜块，所述外壳内还转动设置有用于下压U型叉的压迫杆，所述压迫杆的里端位于所述倾斜块的上方并与其倾斜面接触，所述压迫杆的外端伸出所述外壳。通过将第二中继齿轮压入到第三齿轮和第四齿轮之间达到驱动小腿固定件的目的。释放第二中继齿轮后，小腿固定件便可自用转动，方便穿戴。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例的正视图；
图2为本发明实施例的侧视图；
图3为本发明实施例中第一离合机构的俯视图；
图4为本发明实施例中第一离合机构的侧视图；
图5为本发明实施例中第一离合机构的正视图。
附图标记：背部骨架100、肩带组件110、腰带组件120、电池组件200、大腿固定件300、包裹部310、小腿固定件400、固定部410、脚底固定件500、髋关节驱动机构600、膝关节驱动机构700、第一齿轮800、第二齿轮810、第一中继齿轮900、竖轴910、倾斜块921、U型叉920、压迫杆930、弹簧940。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1-5所示，本实施例提供一种医疗外骨骼机器人，包括躯干固定组件和下肢固定组件；
躯干固定组件包括位于背部的背部骨架100以及连接在背部骨架100下端的腰带组件120，所述背部骨架100的上端连接有肩带组件110；背部骨架100包括下骨架和上骨架，所述上骨架与下骨架之间设置有伸缩调节机构，所述肩带组件110的上端固定在上骨架上。下骨架和上骨架之间的相互滑动能够伸缩背部骨架100，以适应不同体型的人。肩带组件110包括两根柔性肩带，两根柔性肩带的下端固定在所述腰带组件120上。下骨架朝向人体的一侧设置有充气衬垫，所述下骨架背向人体的一侧设置有电池组件200和控制模组。
参见图1-2，下肢固定组件包括分别设置在背部骨架100下端两侧的左腿组件和右腿组件，所述左腿组件和右腿组件均包括由背部骨架100向下延伸设置的大腿固定件300、小腿固定件400以及脚底固定件500，所述大腿固定件300的上端与所述背部骨架100转动连接，所述小腿固定件400与相应的大腿固定件300转动连接，所述脚底固定件500与相应的小腿固定件400的下端转动连接；所述背部骨架100与所述大腿固定件300之间还设置有用于驱动所述大腿固定件300转动的髋关节驱动机构600，所述小腿固定件400与大腿固定件300之间还设置有驱动所述小腿固定件400转动的膝关节驱动机构700，所述髋关节驱动机构600包括壳体和安装在壳体内的动力部件，所述壳体的一端与所述背部骨架100固定连接，所述壳体的另一端与相对应的大腿固定件300转动连接并通过动力部件驱动所述大腿固定件300，所述大腿固定件300与所述动力部件之间还设置有第一离合机构，所述膝关节驱动机构700包括外壳和安装在外壳内的动力件，所述外壳与大腿固定件300的下端固定连接，所述外壳与相对应的小腿固定件400转动连接并通过动力件驱动所述小腿固定件400，所述小腿固定件400与所述动力件之间还设置有第二离合机构。设置的背部骨架100、肩带组件110以及腰带组件120能够完将设备的固定在人体的躯干上，然后通过下肢固定组件对人体的腿部进行固定。在穿戴完成之后，通过髋关节驱动机构600和膝关节驱动机构700能够引导和带动人体的下肢跟随运动，进而达到训练的目的。在引导的同时还具备支撑作用，避免使用者发生摔倒等安全事故。充气衬垫能够对人体起到支撑作用，电池组件200能够为髋关节驱动机构600和膝关节驱动机构700进行供电。
大腿固定件300包括贴近在人体大腿外侧的大腿骨架，所述大腿骨架上设置有用于绑定大腿的包裹部310，所述包裹部310包括与大腿外形相适应的弧形壳，所述弧形壳的表面覆盖有软垫。软垫能够提升穿戴的舒适度。包裹部310能够保证连接的可靠性。为了适应不同腿长的人群，将大腿骨架设置为两段可调节的支撑件，通过改变两个支撑件的重叠范围来改变整个大腿骨架的长度。
小腿固定件400包括贴近在人体小腿外侧的小腿骨架，所述小腿骨架上设置有用于绑定小腿的固定部410，所述固定部410包括与小腿外形相适应的包覆片，所述包覆片的表面覆盖有软垫。同样的，为了适应不同腿长的人群，将小腿骨架也设置为两段可调节的支撑件，通过改变两个支撑件的重叠范围来改变整个小腿骨架的长度。
动力部件为步进电机，所述动力部件与大腿固定件300通过齿轮传动连接，所述齿轮包括与动力部件相连的第一齿轮800以及与大腿固定件300相连的第二齿轮810，所述第一离合机构设置于所述第一齿轮800和第二齿轮810之间。所述动力件也为步进电机，所述动力件与小腿固定件400通过齿轮传动连接，所述齿轮包括与动力件相连的第三齿轮以及与小腿固定件400相连的第四齿轮，所述第二离合机构设置于所述第三齿轮和第四齿轮之间。通过电池组件200为动力部件和动力件供电，并通过控制模组控制步进电机的转向和转速。在大腿固定件300和小腿固定件400转动时，会发生角度变化，为了保证供电通常和控制的正常，电池组件200和动力件之间通过柔性导线连接，且柔性导线与外壳之间设置有插头，方便拔插拆装。
参见图3-5，第一离合机构包括与第一齿轮800和第二齿轮810相啮合的第一中继齿轮900，所述第一中继齿轮900通过竖轴910设置在所述壳体内，所述第一中继齿轮900在竖轴910上滑动设置，所述竖轴910位于第一齿轮800和第二齿轮810之间，所述第一中继齿轮900的底部与壳体内底之间设置有弹簧940，所述第一中继齿轮900上还套设有U型叉920，所述U型叉920的尾端设置有倾斜面朝上的倾斜块921，所述壳体内还转动设置有用于下压U型叉920的压迫杆930，所述压迫杆930的里端位于所述倾斜块921的上方并与其倾斜面接触，所述压迫杆930的外端伸出所述壳体，压迫杆930的外端设置有按钮套。通过将第一中继齿轮900压入到第一齿轮800和第二齿轮810之间达到驱动大腿固定件300的目的。释放第一中继齿轮900后，大腿固定件300便可自用转动，方便穿戴。
第二离合机构的结构与第一离合机构相同，具体的，第二离合机构包括与第三齿轮和第四齿轮相啮合的第二中继齿轮，所述第二中继齿轮通过竖轴设置在所述外壳内，所述第二中继齿轮在竖轴上滑动设置，所述竖轴位于第三齿轮和第四齿轮之间，所述第二中继齿轮的底部与所述外壳的内底之间设置有弹簧，所述第二中继齿轮上还套设有U型叉，所述U型叉的尾端设置有倾斜面朝上的倾斜块，所述外壳内还转动设置有用于下压U型叉的压迫杆，所述压迫杆的里端位于所述倾斜块的上方并与其倾斜面接触，所述压迫杆的外端伸出所述外壳。通过将第二中继齿轮压入到第三齿轮和第四齿轮之间达到驱动小腿固定件的目的。释放第二中继齿轮后，小腿固定件便可自用转动，方便穿戴。
在穿戴时，使用者的脚踩踏于脚底固定件500之上，为了便于调节，将脚底固定件500也设置为与小腿固定件400的下端可调节连接，具体是伸缩连接。
在本申请的描述中，需要理解的是，本申请中的术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，包括躯干固定组件和下肢固定组件；
所述躯干固定组件包括位于背部的背部骨架(100)以及连接在背部骨架(100)下端的腰带组件(120)，所述背部骨架(100)的上端连接有肩带组件(110)；
所述下肢固定组件包括分别设置在背部骨架(100)下端两侧的左腿组件和右腿组件，所述左腿组件和右腿组件均包括由背部骨架(100)向下延伸设置的大腿固定件(300)、小腿固定件(400)以及脚底固定件(500)，所述大腿固定件(300)的上端与所述背部骨架(100)转动连接，所述小腿固定件(400)与相应的大腿固定件(300)转动连接，所述脚底固定件(500)与相应的小腿固定件(400)的下端转动连接；所述背部骨架(100)与所述大腿固定件(300)之间还设置有用于驱动所述大腿固定件(300)转动的髋关节驱动机构(600)，所述小腿固定件(400)与大腿固定件(300)之间还设置有驱动所述小腿固定件(400)转动的膝关节驱动机构(700)，所述髋关节驱动机构(600)包括壳体和安装在壳体内的动力部件，所述壳体的一端与所述背部骨架(100)固定连接，所述壳体的另一端与相对应的大腿固定件(300)转动连接并通过动力部件驱动所述大腿固定件(300)，所述大腿固定件(300)与所述动力部件之间还设置有第一离合机构，所述膝关节驱动机构(700)包括外壳和安装在外壳内的动力件，所述外壳与大腿固定件(300)的下端固定连接，所述外壳与相对应的小腿固定件(400)转动连接并通过动力件驱动所述小腿固定件(400)，所述小腿固定件(400)与所述动力件之间还设置有第二离合机构。
2.根据权利要求1所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述背部骨架(100)包括下骨架和上骨架，所述上骨架与下骨架之间设置有伸缩调节机构，所述肩带组件(110)的上端固定在上骨架上。
3.根据权利要求2所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述肩带组件(110)包括两根柔性肩带，两根柔性肩带的下端固定在所述腰带组件(120)上。
4.根据权利要求2所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述下骨架朝向人体的一侧设置有充气衬垫，所述下骨架背向人体的一侧设置有电池组件(200)。
5.根据权利要求1所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿固定件(300)包括贴近在人体大腿外侧的大腿骨架，所述大腿骨架上设置有用于绑定大腿的包裹部(310)，所述包裹部(310)包括与大腿外形相适应的弧形壳，所述弧形壳的表面覆盖有软垫。
6.根据权利要求1所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿固定件(400)包括贴近在人体小腿外侧的小腿骨架，所述小腿骨架上设置有用于绑定小腿的固定部(410)，所述固定部(410)包括与小腿外形相适应的包覆片，所述包覆片的表面覆盖有软垫。
7.根据权利要求1所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述动力部件为步进电机，所述动力部件与大腿固定件(300)通过齿轮传动连接，所述齿轮包括与动力部件相连的第一齿轮(800)以及与大腿固定件(300)相连的第二齿轮(810)，所述第一离合机构设置于所述第一齿轮(800)和第二齿轮(810)之间。
8.根据权利要求1所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述动力件为步进电机，所述动力件与小腿固定件(400)通过齿轮传动连接，所述齿轮包括与动力件相连的第三齿轮以及与小腿固定件(400)相连的第四齿轮，所述第二离合机构设置于所述第三齿轮和第四齿轮之间。
9.根据权利要求7所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述第一离合机构包括与第一齿轮(800)和第二齿轮(810)相啮合的第一中继齿轮(900)，所述第一中继齿轮(900)通过竖轴(910)设置在所述壳体内，所述第一中继齿轮(900)在竖轴(910)上滑动设置，所述竖轴(910)位于第一齿轮(800)和第二齿轮(810)之间，所述第一中继齿轮(900)的底部与壳体内底之间设置有弹簧(940)，所述第一中继齿轮(900)上还套设有U型叉(920)，所述U型叉(920)的尾端设置有倾斜面朝上的倾斜块(921)，所述壳体内还转动设置有用于下压U型叉(920)的压迫杆(930)，所述压迫杆(930)的里端位于所述倾斜块(921)的上方并与其倾斜面接触，所述压迫杆(930)的外端伸出所述壳体。
10.根据权利要求8所述的一种医疗外骨骼机器人，其特征在于，所述第二离合机构包括与第三齿轮和第四齿轮相啮合的第二中继齿轮，所述第二中继齿轮通过竖轴设置在所述外壳内，所述第二中继齿轮在竖轴上滑动设置，所述竖轴位于第三齿轮和第四齿轮之间，所述第二中继齿轮的底部与所述外壳的内底之间设置有弹簧，所述第二中继齿轮上还套设有U型叉，所述U型叉的尾端设置有倾斜面朝上的倾斜块，所述外壳内还转动设置有用于下压U型叉的压迫杆，所述压迫杆的里端位于所述倾斜块的上方并与其倾斜面接触，所述压迫杆的外端伸出所述外壳。
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