CN113397851A - 一种膝关节外骨骼康复训练轮椅 - Google Patents

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Abstract

一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，包括轮椅，轮椅下方两侧对称布置有膝关节外骨骼结构，膝关节外骨骼结构包括双膝宽度调节机构、膝关节动力机构、膝关节内/外旋及小腿长度调节机构、踝关节及足部结构；双膝宽度调节机构上方通过前滑槽和后滑槽与轮椅刚性坐垫连接，双膝宽度调节机构前部分铰接膝关节内/外旋及小腿长度调节机构，后部分铰接膝关节动力机构，同时，膝关节动力机构又与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构，形成膝关节动力屈伸结构，所述踝关节及足部结构通过小腿调节板与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构连接。本发明将膝关节驱动、执行机构与轮椅相连接，减少患者在中期康复阶段的运动负荷。

Description

一种膝关节外骨骼康复训练轮椅
技术领域
本发明属于康复机器人技术领域，具体涉及一种膝关节外骨骼康复训练轮椅。
背景技术
进行膝关节置换手术之后，患者常用被动的康复训练装置来进行膝关节屈伸运动训练以及下肢的肌力训练，以达到膝关节功能恢复的目的，而目前，被动的康复训练装置结构比较简单，训练模式比较单一，康复效率也比较低。动力膝关节康复训练装置相比于被动式的功能要强大，可以在病人不同的康复阶段实现不同的训练模式，增加膝关节康复装置的灵活性以及改善患者对肌肉的控制能力，但此类设备比较庞大，且价格比较昂贵。
对于康复装置进行训练的方式，一般是卧姿和站姿，卧姿训练的负荷较小，康复的效果比较小，站姿训练的负荷较大，这对于行动不变患者进行站姿训练有较大的挑战。
对于动力膝关节驱动装置，有刚性驱动和刚柔混合驱动，由于动力膝关节运动中心与人体膝关节运动中心的存在偏差，刚性驱动装置在进行训练时会在人与装置接触界面产生较大的附加载荷，轻者造成患者的不舒适感，重者形成二次伤害。但是刚柔混合驱动装置可以对存在的偏差进行适当的补偿，避免二次伤害，但此类设备一般只有屈伸自由度，没有考虑人体膝关节其他自由度，限制了患者的灵活性。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，解决了现有的膝关节康复训练装置人机交互不柔顺、舒适性差、不能抗击规划以外的冲击力、训练时患者运动负荷过小或过大，限制了人体膝关节除屈伸运动以外的其它自由度的运动的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，包括轮椅1，所述轮椅1下方两侧对称布置有膝关节外骨骼结构，膝关节外骨骼结构包括双膝宽度调节机构2、膝关节动力机构3、膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4、踝关节及足部结构5；
所述双膝宽度调节机构2上方通过前滑槽208和后滑槽219与轮椅刚性坐垫连接，双膝宽度调节机构2前部分铰接膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4，后部分铰接膝关节动力机构3，同时，膝关节动力机构3又与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4，形成膝关节动力屈伸结构，所述踝关节及足部结构5通过小腿调节板416与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4连接。
所述膝关节外骨骼具有6个自由度，包括2个主动自由度和4个被动自由度，分别是双膝宽度主动调节自由度，膝关节屈/伸运动主动自由度，关节中心自对准自由度，内/外旋自由度，小腿长度调节自由度和踝关节跖屈/背屈自由度。
所述双膝宽度调节机构2分为前后两部分，前部分通过前滑槽208固定在轮椅坐垫下方，后部分通过后滑槽219固定在轮椅坐垫下方，所述前滑槽208和后滑槽219处分别设置左右对称设置丝杆209，左右丝杆209通过大锥齿轮204和小锥齿轮205传动驱动，所述前部分的丝杆209上设置有前螺母224，前螺母224通过滑轨221保证水平横向运动，所述后部分的丝杆209上设置有后螺母218，滑块215和滑块套216保证后螺母218的水平横向运动，所述双膝宽度调节机构2的对称轴中间设置有电机207，电机207为丝杆209旋转提供动力，所述前部分与后部分之间的丝杆209之间设置联通轴201，所述联通轴201用于实现前后同步，左右丝杆的旋向相反。
所述膝关节动力机构3包括支撑端和输出端，支撑端为后铰接法兰310，所述后铰接法兰310通过后铰接套筒214和后铰接座213与双膝宽度调节机构2上的滑块215连接，所述输出端为前铰接法兰319，前铰接法兰319通过铰接套筒406和铰接夹片405与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4的输出铰接座404连接。
所述膝关节动力机构3包括电机314，电机314驱动小带轮313，小带轮313通过同步带312带动大带轮311，大带轮311和驱动丝杆307同轴设置；所述电机314、小带轮313和大带轮311设置在驱动丝杆左端盖308上，驱动丝杆307一端设置在驱动丝杆左端盖308上，另一端设置在驱动丝杆右端盖302上，所述驱动丝杆左端盖308与驱动丝杆右端盖302之间设置有两块输出六角滑块306，所述驱动丝杆307穿过输出六角滑块306，所述输出六角滑块306之间设置有驱动螺母304和弹簧305，驱动螺母304通过弹簧305将力传递给输出六角滑块306，所述输出六角滑块306与输出六角滑块306之间的设置滑动光杆317，所述滑动光杆317沿驱动丝杆307四周等间距设置，所述驱动丝杆右端盖302通过输出光杆301连接输出三角法兰318，输出三角法兰318末端设置前铰接法兰319。
所述电机314上设置编码器315，编码器315用于记录电机314转动的角度，所述滑动光杆317和输出光杆301均采用三角形的布置方式，三个滑动光杆和三个输出光杆交错均匀布置在六边形输出固定法兰316上，其运动中心在同一轴线上。
所述膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4包括护腿U型板417，护腿U型板417固定在护腿夹片401上，通过双侧旋转外壳411和旋转支撑板407将护腿部分和旋转部分连接起来，护腿U型板417中固定护腿415，所述护腿U型板417两侧设置有小腿调节板416；在膝关节动力机构3和膝关节内/外旋机构旋转滑动块409处设置有膝关节中心自对准光杆，所述三个自对准光杆413呈三角形通过螺栓固定在自对准板414，重力补偿弹簧412套在自对准光杆413上，旋转滑动块409处于弹簧中间且可沿光杆滑动，所述旋转块410放在旋转滑动块409内部，两端布置直线弹簧408与旋转滑动块409形成弹性连连接，旋转块410通过螺栓与旋转外壳411固定，形成内、外旋机构。
所述踝关节和足部机构5包括两侧的外壳503，两侧的外壳503将踝部旋转壳501和连接块505连接，连接块505固定在足底支撑板508上，所述外壳503上设置有旋转机构，旋转机构包括两个旋转活块504，两个旋转活块504同轴配合，两个旋转活块504之间通过四个直线弹簧502与踝部旋转壳501进行连接，实现绕旋转滑动块中心的旋转运动。
所述膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4下方的支撑部分分别与膝关节动力机构3和双膝宽度调节机构2连接，构成曲柄滑块机构。
本发明的有益效果：
膝关节康复装置采用坐姿训练的形式，将膝关节驱动、执行机构与轮椅相连接，减少患者在中期康复阶段的运动负荷，移动的轮椅可以在不同的地点展开膝关节康复训练，为患者训练提供便利。
设计了一个刚柔结合形式外骨骼膝关节驱动机构，膝关节的屈伸运动为曲柄滑块机构，传动链中的直线弹簧，使得机构能够柔性对外驱动，在人机交互中和外骨骼在未知环境中运动过程中抵抗力的冲击，在能量损耗方面，由于引入了弹性体，可降低动力驱动的峰值功率，使得力的输出更加平缓，实现较大的扭矩。三角形连杆架可以提高单方向力输出的稳定性，减少其他方向的残余力，从而提高力的利用率和输出效率。
小腿端连接弹性旋转块，增加了旋转自由度，使得外骨骼腿部可随人腿内旋/外旋的运动旋转，人体穿戴外骨骼时的柔顺性和舒适性得到提高，与单侧旋转相比，双侧机构增加了与护腿的接触面积，可以很好地支撑整个小腿部分和平衡小腿上、下两部分对旋转滑动块施加的扭矩。
被动踝关节和足部机构不仅可以承受人体小腿及足部的重力，减少膝关节负荷，还不会影响踝关节的屈曲自由度，提升在进行康复训练是患者的舒适性和运动的灵活度。
附图说明
图1是该发明膝关节外骨骼康复训练轮椅整体结构示意图。
图2是康复训练轮椅自由度说明示意图。
图3是膝关节运动状态展示示意图。
图4是双膝宽度调节机构示意图。
图5是膝关节屈伸动力机构示意图。
图6是膝关节内/外旋及小腿长度调节机构示意图。
图7是踝关节及足部结构示意图。
本发明包含5个部分：1-轮椅，2-双膝宽度调节机构，3-膝关节动力机构，4-膝关节内/外旋及小腿长度调节机构，5-踝关节及足部结构。
1-轮椅可用普通轮椅即可。
2-双膝宽度调节机构包含201联动轴，202挡圈轴承，203挡圈轴承座，204锥齿轮(大)，205锥齿轮(小)，206电机座，207电机，208后滑槽，209调节丝杆，210调节丝杆轴承，211后轴承座，212调节丝杆右端盖，213后铰接座，214后铰接套筒，215滑块，216滑块套，217滑块垫，218后螺母，219前滑槽，220前轴承座，221滑轨，222前铰接套，223前铰接轴，224前螺母，225前轴承座，226调节丝杆左端盖。
3-膝关节动力机构包含301输出光杆，302驱动丝杆右端盖，303轴承，304驱动螺母，305弹簧，306输出六角滑块，307驱动丝杆，308驱动丝杆左端盖，309丝杆端盖，310后铰接法兰，311大带轮，312同步带，313小带轮，314电机，315编码器，316输出固定法兰，317滑动光杆，318输出三角法兰，319前铰接法兰。
4-膝关节内/外旋及小腿长度调节机构包含401护腿夹片，402连接连杆，403旋转支撑杆，404输出铰接座，405铰接夹片，406铰接套筒，407旋转支撑板，408弹簧，409旋转滑动块，410旋转块，411旋转外壳，412重力补偿弹簧，413自对准光杆，414自对准板，415护腿，416小腿调节板，417护腿U型板，418小腿绑带扣。
5-踝关节及足部结构包含501踝部旋转壳，502弹簧，503踝关节外壳，504旋转活块，505连接块，506足跟绑带扣，507足尖绑带扣，508足底支撑板，509橡胶鞋底。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
该发明旨在一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，整体结构如图1所示，包括1-轮椅，2-双膝宽度调节机构，3-膝关节动力机构，4-膝关节内/外旋及小腿长度调节机构，5-踝关节及足部结构。两侧膝关节外骨骼对称布置的轮椅的下方，不占用患者所使用的空间，同时可以实现两侧膝关节的同步运动，交叉协调运动，助力运动，跟随运动，阻力运动等多模式的运动。
膝关节外骨骼康复训练轮椅的自由度如图2所示，其具有6个自由度，包括2个主动自由度和4个被动自由度，分别是双膝宽度主动调节自由度，膝关节屈/伸运动主动自由度，关节中心自对准自由度，内/外旋自由度，小腿长度调节自由度和踝关节跖屈/背屈自由度。多自由度使得整个膝关节外骨骼轮椅的柔性增加，灵活度增加，不仅提高患者的舒适度，也提高了对不同类型患者的适用性。
膝关节运动状态展示如图3所示，采用曲柄滑块机构将滑块的直线运动转化为膝关节的旋转运动，根据曲柄滑块机构运动学，滑块的行程决定了曲柄转动的角度，选择合适的滑块行程，一方面将膝关节屈曲/伸展的运动范围控制在符合康复医学的膝关节运动0-90°范围内，一方面避免大屈曲/伸展角度对患者的二次伤害。采用双侧弹性旋转机构将膝关节内旋/外旋的运动范围控制在±15°，可以有效提高患者穿戴的舒适度和膝关节运动的灵活性。
双膝宽度调节机构2如图4所示，分为前后两部分，两部分通过前滑槽208和后滑槽219固定在轮椅坐垫下方，滑轨221保证前螺母224水平横向运动，滑块215和滑块套216保证后螺母218的水平横向运动，滑块套是比较光滑的，可以减小运动时滑块与滑槽之间的摩擦力。电机207布置在整体机构对称轴中间，通过大小锥齿轮204,205传动驱动两个型号相同旋向不同的丝杆209运动，从而驱动后螺母218和前螺母224运动相同的距离，前后同步是通过联通轴201实现的，左右丝杆的旋向是相反的，丝杆转动时，左右螺母相向或是相背运动，使得双膝横向宽度双倍增加或缩小，从而宽度的调节，便于对不同患者进行康复训练。
膝关节动力机构3如图5所示，支撑端的后铰接法兰310通过后铰接套筒214和后铰接座213与滑块215连接，输出端的前铰接法兰319通过铰接套筒406和铰接夹片405与输出铰接座404连接，两端实现动力支撑和动力输出。
编码器315记录电机314转动的角度，电机314驱动小带轮313，同步带312带动大带轮311和驱动丝杆307按一定的传动比转动，驱动螺母304通过弹簧305将力传递给输出六角滑块306，之后带动输出三角法兰318，最后令前铰接法兰319伸长或缩短，从而将丝杆螺母的直线运动转化为小腿机构绕膝关节中心的旋转运动。驱动丝杆左端盖308将滑动光杆317和电机314固定，三个滑动光杆317使整个串联弹性机构沿驱动丝杆307轴向运动。三个输出光杆301前后固定在输出六角滑块306和输出三角法兰318上。动力驱动的滑动光杆和输出光杆均采用三角形的布置方式，且动力驱动部分整体放在腿部下面，托举腿部运动，使得动力稳定，避免以往放在侧面产生的残余横向力。
膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4如图6所示，下方的支撑部分分别与膝关节动力机构3和双膝宽度调节机构2连接，构成曲柄滑块机构。由于外骨骼运动中心与人体运动中心重合，所以设计自对准自由度来实现关节自对准。整个小腿和足部与人体连接的部分可以通过旋转滑动块409沿自对准光杆413上下移动，自对准光杆413固定在自对准板414上，重力补偿弹簧412可以平衡外骨骼小腿和足部机构的重力。同时在小腿处设计了一个双侧弹性旋转的机构，可以实现小腿小范围的旋转运动。单侧弹性旋转机构主要由两个旋转块410同轴配合，两个旋转块之间通过四个直线弹簧408与旋转滑动块419进行连接，实现绕旋转滑动块中心的旋转运动。护腿U型板417固定在护腿夹片401上，通过双侧旋转外壳411和旋转支撑板407将护腿部分和旋转部分连接起来。护腿415固定在护腿U型板417中，其中护腿415弹性体，在托举人体小腿进行膝关节屈/伸运动时可以达到缓冲减振和人机柔性交互的目的。小腿左右两侧的小腿调节板416可以沿U型板417上下移动，实现小腿的长度调节。
踝关节和足部机构5如图7所示。踝关节采用与内/外旋机构相似的机构，两侧的外壳503将踝部旋转壳501和连接块505连接，连接块505固定在足底支撑板508上，脚踝机构整体形成。旋转机构主要由两个旋转活块504同轴配合，两个旋转活块504之间通过四个直线弹簧502与踝部旋转壳501进行连接，实现绕旋转滑动块中心的旋转运动。踝关节中心放置一根轴，用于将踝部旋转壳501与外壳503的同轴心旋转。当被动踝关节收到因人体踝关节屈曲运动时施加的扭矩时，外骨骼踝关节被动跟随人体踝关节和足部的运动，当无外界扭矩时，机构由于弹簧弹性而恢复原位。在人体踝关节的左右双侧布置两个机械踝关节，一方面可以平衡踝关节运动时对人体的附加横向作用力，一方面小腿连杆调节部分构成一个闭环，用于承受人体的足部力量。足部机构有两层，足部支撑板和橡胶鞋垫，支撑板用于承受足部的外力，在小腿调节后长度大于轮椅的高度时，可以适当的进行缓冲，避免机构与地面的刚性碰撞。
此发明专利设计了一款膝关节外骨骼康复训练轮椅，外骨骼能够实现柔顺的运动，双侧对称布置的外骨骼可以满足康复训练前、中、后不同阶段的多模式运动，双膝宽度调节机构和小腿长度调节机构可以使得此康复装置适用于不同的患者，关节中心自对准机构避免了人机运动中心存在偏差对患者造成二次伤害的缺陷，膝关节被动内/外旋机构和被动踝关节机构提高了患者康复训练时的舒适度，也增加了膝关节外骨骼运动的灵活性。

Claims (9)

1.一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，包括轮椅(1)，所述轮椅(1)下方两侧对称布置有膝关节外骨骼结构，膝关节外骨骼结构包括双膝宽度调节机构(2)、膝关节动力机构(3)、膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)、踝关节及足部结构(5)；
所述双膝宽度调节机构(2)上方通过前滑槽(208)和后滑槽(219)与轮椅刚性坐垫连接，双膝宽度调节机构(2)前部分铰接膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)，后部分铰接膝关节动力机构(3)，同时，膝关节动力机构(3)又与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)，形成膝关节动力屈伸结构，所述踝关节及足部结构(5)通过小腿调节板(416)与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节外骨骼具有6个自由度，包括2个主动自由度和4个被动自由度，分别是双膝宽度主动调节自由度，膝关节屈/伸运动主动自由度，关节中心自对准自由度，内/外旋自由度，小腿长度调节自由度和踝关节跖屈/背屈自由度。
3.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述双膝宽度调节机构(2)分为前后两部分，前部分通过前滑槽(208)固定在轮椅坐垫下方，后部分通过后滑槽(219)固定在轮椅坐垫下方，所述前滑槽(208)和后滑槽(219)处分别设置左右对称设置丝杆(209)，左右丝杆(209)通过大锥齿轮(204)和小锥齿轮(205)传动驱动，所述前部分的丝杆(209)上设置有前螺母(224)，前螺母(224)通过滑轨(221)保证水平横向运动，所述后部分的丝杆(209)上设置有后螺母(218)，滑块(215)和滑块套(216)保证后螺母(218)的水平横向运动，所述双膝宽度调节机构(2)的对称轴中间设置有电机(207)，电机(207)为丝杆(209)旋转提供动力，所述前部分与后部分之间的丝杆(209)之间设置联通轴(201)，所述联通轴(201)用于实现前后同步，左右丝杆的旋向相反。
4.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节动力机构(3)包括支撑端和输出端，支撑端为后铰接法兰(310)，所述后铰接法兰(310)通过后铰接套筒(214)和后铰接座(213)与双膝宽度调节机构(2)上的滑块(215)连接，所述输出端为前铰接法兰(319)，前铰接法兰(319)通过铰接套筒(406)和铰接夹片(405)与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)的输出铰接座(404)连接。
5.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节动力机构(3)包括电机(314)，电机(314)驱动小带轮(313)，小带轮(313)通过同步带(312)带动大带轮(311)，大带轮(311)和驱动丝杆(307)同轴设置；所述电机(314)、小带轮(313)和大带轮(311)设置在驱动丝杆左端盖(308)上，驱动丝杆(307)一端设置在驱动丝杆左端盖(308)上，另一端设置在驱动丝杆右端盖(302)上，所述驱动丝杆左端盖(308)与驱动丝杆右端盖(302)之间设置有两块输出六角滑块(306)，所述驱动丝杆(307)穿过输出六角滑块(306)，所述输出六角滑块(306)之间设置有驱动螺母(304)和弹簧(305)，驱动螺母(304)通过弹簧(305)将力传递给输出六角滑块(306)，所述输出六角滑块(306)与输出六角滑块(306)之间的设置滑动光杆(317)，所述滑动光杆(317)沿驱动丝杆(307)四周等间距设置，所述驱动丝杆右端盖(302)通过输出光杆(301)连接输出三角法兰(318)，输出三角法兰(318)末端设置前铰接法兰(319)。
6.根据权利要求4所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述电机(314)上设置编码器(315)，编码器(315)用于记录电机(314)转动的角度，所述滑动光杆(317)和输出光杆(301)均采用三角形的布置方式，三个滑动光杆和三个输出光杆交错均匀布置在六边形输出固定法兰(316)上，其运动中心在同一轴线上。
7.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)包括护腿U型板(417)，护腿U型板(417)固定在护腿夹片(401)上，通过双侧旋转外壳(411)和旋转支撑板(407)将护腿部分和旋转部分连接起来，护腿U型板(417)中固定护腿(415)，所述护腿U型板(417)两侧设置有小腿调节板(416)；在膝关节动力机构(3)和膝关节内/外旋机构旋转滑动块(409)处设置有膝关节中心自对准光杆，所述三个自对准光杆(413)呈三角形通过螺栓固定在自对准板(414)，重力补偿弹簧(412)套在自对准光杆(413)上，旋转滑动块(409)处于弹簧中间且可沿光杆滑动，所述旋转块(410)放在旋转滑动块(409)内部，两端布置直线弹簧(408)与旋转滑动块(409)形成弹性连连接，旋转块(410)通过螺栓与旋转外壳(411)固定，形成内、外旋机构。
8.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述踝关节和足部机构(5)包括两侧的外壳(503)，两侧的外壳(503)将踝部旋转壳(501)和连接块(505)连接，连接块(505)固定在足底支撑板(508)上，所述外壳(503)上设置有旋转机构，旋转机构包括两个旋转活块(504)，两个旋转活块(504)同轴配合，两个旋转活块(504)之间通过四个直线弹簧(502)与踝部旋转壳(501)进行连接，实现绕旋转滑动块中心的旋转运动。
9.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)下方的支撑部分分别与膝关节动力机构(3)和双膝宽度调节机构(2)连接，构成曲柄滑块机构。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106539663A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 山东经典医疗器械科技有限公司 康复机器人用髋关节宽度可调机械腿
WO2019161681A1 (zh) * 2018-02-22 2019-08-29 哈尔滨工业大学 一种轮足同构变形式轮椅外骨骼机器人
CN112022631A (zh) * 2020-09-28 2020-12-04 山东理工大学 一种多体位康复训练下肢外骨骼装置
CN112060060A (zh) * 2020-09-22 2020-12-11 南京理工大学 一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人及控制方法
CN112315734A (zh) * 2020-09-27 2021-02-05 重庆理工大学 气动肌肉驱动下肢康复外骨骼及其康复工作控制方法
CN112704606A (zh) * 2019-10-25 2021-04-27 山东理工大学 一种可变形的两用下肢康复外骨骼装置
CN112914954A (zh) * 2021-02-26 2021-06-08 安徽中医药大学 一种可穿戴式下肢康复外骨骼机器人

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106539663A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 山东经典医疗器械科技有限公司 康复机器人用髋关节宽度可调机械腿
WO2019161681A1 (zh) * 2018-02-22 2019-08-29 哈尔滨工业大学 一种轮足同构变形式轮椅外骨骼机器人
CN112704606A (zh) * 2019-10-25 2021-04-27 山东理工大学 一种可变形的两用下肢康复外骨骼装置
CN112060060A (zh) * 2020-09-22 2020-12-11 南京理工大学 一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人及控制方法
CN112315734A (zh) * 2020-09-27 2021-02-05 重庆理工大学 气动肌肉驱动下肢康复外骨骼及其康复工作控制方法
CN112022631A (zh) * 2020-09-28 2020-12-04 山东理工大学 一种多体位康复训练下肢外骨骼装置
CN112914954A (zh) * 2021-02-26 2021-06-08 安徽中医药大学 一种可穿戴式下肢康复外骨骼机器人

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