CN115282561A - 一种横向行走康复下肢外骨骼 - Google Patents

一种横向行走康复下肢外骨骼 Download PDF

Info

Publication number
CN115282561A
CN115282561A CN202210825442.4A CN202210825442A CN115282561A CN 115282561 A CN115282561 A CN 115282561A CN 202210825442 A CN202210825442 A CN 202210825442A CN 115282561 A CN115282561 A CN 115282561A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thigh
assembly
swing
power module
binding
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
CN202210825442.4A
Other languages
English (en)
Inventor
曹武警
杜思达
吴新宇
陈春杰
马跃
何勇
李金科
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.)
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
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 Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS filed Critical Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority to CN202210825442.4A priority Critical patent/CN115282561A/zh
Publication of CN115282561A publication Critical patent/CN115282561A/zh
Priority to PCT/CN2022/138179 priority patent/WO2024011836A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/04—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for lower limbs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/02—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using resilient force-resisters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0087—Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明涉及一种横向行走康复下肢外骨骼，包括腰部基座、动力模块、摆动支架组件和大腿绑缚组件；左动力模块带动左摆动支架组件和左大腿绑缚组件实现左右摆动；右动力模块带动右摆动支架组件和右大腿绑缚组件实现左右摆动；左大腿绑缚组件、右大腿绑缚组件分别通过左摆动支架组件、右摆动支架组件实现前后摆动。本发明可以适应不同体型的人群，且可以提供较好的穿戴舒适性，在第一阶段可提供髋关节横向运动辅助，在第二阶段可精准调控髋关节横向运动阻力，且可采用针对的髋关节多自由度的横向行走康复训练动作。

Description

一种横向行走康复下肢外骨骼
技术领域
本发明涉及一种横向行走康复下肢外骨骼。
背景技术
下肢功能障碍是偏瘫患者最常见的后遗症，下肢外骨骼在此类患者行走功能康复中展现了优异的前景。人体行走包括纵向前后行走和横向左右行走，纵向行走康复主要是为了进行日常活动，横向行走康复主要是恢复患者的平衡能力。当前此类患者横向康复主要包括两个阶段：第一阶段，患者下床扶着床栏杆左右来回行走，此时患者髋关节内收外展肌肉肌力弱，极费力才可实现扶床的缓慢左右行走；第二阶段为康复后期，患者已基本恢复下肢功能，此时一般通过环形弹性绳套于下肢提供横向阻力，使患者在对抗阻力情况下进行横向行走锻炼。
针对第一阶段，当前多数下肢外骨骼均为纵向行走康复或辅助，而少数的横向行走辅助外骨骼也存在穿戴舒适性问题；针对第二阶段，当前环形弹性绳提供阻力不可控，需要针对不同患者确定弹性绳等级，不能达到精准康复的效果。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种横向行走康复下肢外骨骼，可以适应不同体型的人群，且可以提供较好的穿戴舒适性，在第一阶段可提供髋关节横向运动辅助，在第二阶段可精准调控髋关节横向运动阻力，且可采用针对的髋关节多自由度的横向行走康复训练动作。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种横向行走康复下肢外骨骼，其特殊之处在于：
包括腰部基座、动力模块、摆动支架组件和大腿绑缚组件；
所述动力模块包括左动力模块和右动力模块，左动力模块和右动力模块结构相同，且对称地设置在腰部基座的左右两侧；
摆动支架组件包括左摆动支架组件和右摆动支架组件；左摆动支架组件和右摆动支架组件结构相同，且分别与左动力模块和右动力模块连接；
大腿绑缚组件包括左大腿绑缚组件和右大腿绑缚组件；左大腿绑缚组件和右大腿绑缚组件结构相同，且分别与左摆动支架组件和右摆动支架组件连接；
左动力模块带动左摆动支架组件和左大腿绑缚组件实现左右摆动；右动力模块带动右摆动支架组件和右大腿绑缚组件实现左右摆动；
左大腿绑缚组件、右大腿绑缚组件分别通过左摆动支架组件、右摆动支架组件实现前后摆动。
进一步地，上述左动力模块包括左电机安装板、左伺服电机、左联轴器和左扭矩传感器；
所述左电机安装板的一端与腰部基座连接，且二者之间的距离可调，左伺服电机与左电机安装板的另一端固定，左扭矩传感器通过左联轴器与左伺服电机的输出轴连接。
进一步地，上述腰部基座的两侧设有连接板，连接板上设有长孔，电机安装板上也设有长孔，二者的长孔配合后通过螺栓放松锁紧配合，使得动力模块可相对腰部基座左右调整位置，形成横向调整锁定结构；所述腰部基座的前部设有腰部束缚带。
进一步地，上述左摆动支架组件包括左髋部主摆件、左髋部伸缩件、左销轴结构和左大腿结构；
左髋部主摆件的一端与左扭矩传感器固连；另一端与左髋部伸缩件的一端连接，二者之间的距离可调；左髋部伸缩件的另一端与左大腿结构的一端通过左销轴结构转动连接；左大腿结构的另一端与大腿绑缚组件连接，且二者的距离可调。
进一步地，上述左髋部主摆件为一弯折件，其与左髋部伸缩件连接的一端设有导轨，左髋部伸缩件设有滑块，该导轨、滑块组成导轨滑块结构；在滑块中心线上间隔排布通孔，与导轨中心线上设置的长孔相对应，通过螺栓放松锁紧配合，使得左髋部伸缩件可沿前后方向调整尺寸，形成前后调整锁定结构。
进一步地，上述左大腿绑缚包括左定位块、两个左绑缚连接板、左大腿绑缚带和左大腿绑缚销轴结构；
左大腿绑缚定位块与左绑缚连接板通过左大腿绑缚销轴结构连接，并且左绑缚连接板相对大腿绑缚销轴结构左右旋转，左大腿绑缚带连接在左绑缚连接板上。
进一步地，上述左定位块上设有通孔，与所述左大腿结构上设置的长孔相对应，通过螺栓锁定结构配合，使左大腿绑缚组件可相对大腿结构上下方向滑动，形成上下调整锁定结构。
进一步地，上述两个左绑缚连接板上均设有长槽孔，左大腿绑缚带穿过两个左绑缚连接板上长槽孔固定。
进一步地，上述横向行走康复下肢外骨骼还包括控制组件，所述控制组件与左扭矩传感器与右扭矩传感器和所述动力模块中的左伺服电机和/或右伺服电机电连接，控制组件根据左扭矩传感器与右扭矩传感器在左右摆动方向的力矩输出反馈信号，控制左动力模块和/或右动力模块驱动摆动支架组件和大腿绑缚组件在左右方向摆动，形成针对输出左右方向摆动的力矩的横向摆动力矩反馈控制。
进一步地，上述横向行走康复下肢外骨骼还包括行走状态识别组件，行走状态识别组件包括两个惯量测量传感器，两个惯量测量传感器分别设置在左大腿绑缚组件和右大腿绑缚组件上，控制组件与惯量测量传感器电连接；
控制组件根据惯量测量传感器的信号判断穿戴者当前步态，进而确定参考输出力矩，通过所述横向摆动力矩反馈控制，控制动力模块带动摆动支架组件和大腿绑缚组件相对腰部基座在左右方向摆动。
本发明的优点：
1)本发明填补了现有的横向行走康复下肢外骨骼方案的不足；
2)布置左右、前后、上下三个方向的结构尺寸可调整结构，保证可适应不同体型人群；
3)外骨骼的主要动力、控制结构均固定在腰部，大腿摆动时惯量较小，利于控制系统提供相对稳定精确的助力或阻力；
4)使用扭矩传感器连接伺服电机和摆动组件，实时读取横向摆动力矩，利于实时控制保证外骨骼横向摆动助力或阻力实时控制和分析；
5)因采用拟合人体骨骼运动学的，动力模块带动摆动组件和大腿绑缚摆动，使外骨骼辅助过程对人体组织的剪切力较小；
6)大腿绑缚可沿外骨骼的大腿结构有限范围的滑动，可补偿因穿戴位置或调整不正确引起的纵向行走中大腿绑缚与腰部绑缚纵向转轴(本申请结构中为销轴结构313/323)距离的变动，从而使纵向行走过程中无额外负载；
7)大腿绑缚组件具有有限的柔性结构，可弥补外骨骼与人体骨骼肌肉运动学存在不一致性和不协同性时的差异。
附图说明
图1是本发明提出的横向行走康复外骨骼整体视图；
图2是本发明提出的横向行走康复外骨骼组件结构图；
图3是人体穿戴图；
图4是左侧横向行走步态图；
图5是右侧横向行走步态图；
图6是纵向自由行走示意图。
图中所示：
1-腰部基座；2-动力模块；21-左动力模块；211-左电机安装板；212-左伺服电机；213-左联轴器；214-左扭矩传感器；
22-右动力模块；222-右伺服电机；224-右扭矩传感器；
3-摆动支架组件；31-左摆动支架组件；311-左髋部主摆件；312-左髋部伸缩件；313-左销轴结构；314-左大腿结构；32-右摆动支架组件；4-大腿绑缚组件；41-左大腿绑缚组件；411-左定位块；412-两个左绑缚连接板；413-左大腿绑缚带；414-左大腿绑缚销轴结构；42-右大腿绑缚组件；51-控制组件；52-惯量测量传感器。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。
目前行走康复下肢外骨骼主要聚焦于纵向行走，针对横向行走的辅助外骨骼方案极少。纵向行走康复下肢外骨骼在偏瘫患者下肢平衡能力重建、横向抗阻训练方面不能使用，当前横向抗阻训练主要通过环形弹性套绳提供阻力，阻力大小不可控，针对不同穿戴者难以精准有效康复。因此，本发明提出一种用于横向行走康复的下肢外骨骼，首先解决当前多数下肢外骨骼只能对前行方向行走助力，无法为下肢运动功能障碍患者提供横向行走辅助或康复训练的问题，对现有下肢康复外骨骼方案进行补充；同时针对现有横向行走康复外骨骼在适应不同体型的人群的能力，横向行走辅助时的舒适性，外骨骼系统惯量较大，以及对纵向行走动作兼容性的问题提出了解决方案。
参见图1和图2，一种横向行走康复下肢外骨骼，包括腰部基座1、动力模块2、摆动支架组件3和大腿绑缚组件4。
所述动力模块2包括左动力模块21和右动力模块22，左动力模块21和右动力模块22结构相同，且对称地设置在腰部基座1的左右两侧。摆动支架组件3包括左摆动支架组件31和右摆动支架组件32；左摆动支架组件31和右摆动支架组件32结构相同，且分别与左动力模块21和右动力模块22连接。大腿绑缚组件4包括左大腿绑缚组件41和右大腿绑缚组件42；左大腿绑缚组件41和右大腿绑缚组件42结构相同，且分别与左摆动支架组件31和右摆动支架组件32连接。
腰部基座1用于绑缚于下肢功能障碍患者的腰部，大腿绑缚组件4用于绑缚于下肢功能障碍患者的腿部。左动力模块21带动左摆动支架组件31和左大腿绑缚组件41实现左右摆动；右动力模块22带动右摆动支架组件32和右大腿绑缚组件42实现左右摆动；左大腿绑缚组件41、右大腿绑缚组件42分别通过左摆动支架组件31、右摆动支架组件32实现前后摆动。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2，所述左动力模块21包括左电机安装板211、左伺服电机212、左联轴器213和左扭矩传感器214；所述左电机安装板211的一端与腰部基座1连接，且二者之间的距离可调，左伺服电机212与左电机安装板211的另一端固定，左扭矩传感器214通过左联轴器213与左伺服电机212的输出轴连接。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2，所述腰部基座1的前部设有腰部束缚带，所述腰部基座1的两侧设有连接板，连接板上设有长孔，电机安装板上也设有长孔，二者的长孔配合后通过螺栓放松锁紧配合，使得动力模块2可相对腰部基座1左右调整位置，形成横向调整锁定结构。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2，所述左摆动支架组件31包括左髋部主摆件311、左髋部伸缩件312、左销轴结构313和左大腿结构314；左髋部主摆件311的一端与左扭矩传感器214固连；另一端与左髋部伸缩件312的一端连接，二者之间的距离可调；左髋部伸缩件312的另一端与左大腿结构314的一端通过左销轴结构313转动连接；左大腿结构314的另一端与大腿绑缚组件4连接，且二者的距离可调。
具体地，参见图2，所述左髋部主摆件311为一弯折件，其与左髋部伸缩件312连接的一端设有导轨，左髋部伸缩件312设有滑块，该导轨、滑块组成导轨滑块结构；在滑块中心线上间隔排布通孔，与导轨中心线上设置的长孔相对应，通过螺栓放松锁紧配合，使得左髋部伸缩件312可沿前后方向调整尺寸，形成前后调整锁定结构。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2，所述左大腿绑缚41包括左定位块411、两个左绑缚连接板412、左大腿绑缚带413和左大腿绑缚销轴结构414；左大腿绑缚定位块411与左绑缚连接板412通过左大腿绑缚销轴结构414连接，并且左绑缚连接板412相对大腿绑缚销轴结构414左右旋转，左大腿绑缚带413连接在左绑缚连接板412上。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2，所述左定位块411上设有通孔，与所述左大腿结构314上设置的长孔相对应，通过螺栓锁定结构配合，使左大腿绑缚组件41可相对大腿结构314上下方向滑动，形成上下调整锁定结构。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2，所述两个左绑缚连接板412上均设有长槽孔，左大腿绑缚带413穿过两个左绑缚连接板412上长槽孔固定。左大腿绑缚带413具有的弹性和与左绑缚连接板412槽口间的摩擦力可限制大腿绑缚组件4中柔性结构的变形范围，同时对穿戴者在外骨骼辅助行走时的运动学一致性与协调性不足产生一定补偿作用。
作为本发明的一个优选实施例，参见图1和2，还包括控制组件51，所述控制组件51与左扭矩传感器214与右扭矩传感器224和所述动力模块2中的左伺服电机212和/或右伺服电机222电连接，控制组件51根据左扭矩传感器214与右扭矩传感器224在左右摆动方向的力矩输出反馈信号，控制左动力模块21和/或右动力模块22驱动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4在左右方向摆动，形成针对输出左右方向摆动的力矩的横向摆动力矩反馈控制。
在一些实施例中，控制组件51可由下肢功能障碍患者或者亲属、护工等自行操作。当然，也可通过其他方式辅助控制，例如，基于横向行走的下肢外骨骼还包括行走状态识别组件，行走状态识别组件包括两个惯量测量传感器52，参见图1和2，两个惯量测量传感器52分别设置在左大腿绑缚组件41和右大腿绑缚组件42上，控制组件51与惯量测量传感器52电连接；控制组件51根据惯量测量传感器52的信号判断穿戴者当前步态，进而确定参考输出力矩，通过所述横向摆动力矩反馈控制，控制动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4相对腰部基座1在左右方向摆动。
实施例
一种用于横向行走康复的下肢外骨骼10，如图1及图2所示，主要包括：包括腰部基座1、动力模块2、摆动支架组件3、大腿绑缚组件4、控制组件51和惯量测量传感器52。
其中，参见图3，腰部基座1用于绑缚于下肢功能障碍患者的腰部，腰部基座1的后侧安装控制组件51，前部设有腰部束缚带，左右两侧安装动力模块2。大腿绑缚组件4用于绑缚于下肢功能障碍患者的腿部。
在使用基于横向行走的下肢外骨骼时，考虑到各个下肢功能障碍患者的腰部及腿部的尺寸大小不同。为此，本实施例的腰部基座1和大腿绑缚组件4的绑带设置为可调节型，方便用户根据其腰部及腿部的实际尺寸大小动态调整，从而固定住基于横向行走的下肢外骨骼10。并且，增加基于横向行走的下肢外骨骼10和用户的贴合度，利于用户横向行走。
如图2所示，动力模块2包括左动力模块21和右动力模块22。右动力模块21与左动力模块22镜像对称。
具体地，以左动力模块21为例，左动力模块21包括左电机安装板211、左伺服电机212、左联轴器213和左扭矩传感器214。其中，电机安装板211固定在腰部基座1上，腰部基座1上设有三个长孔，与所述电机安装板211上三个长孔组合，通过匹配的螺栓放松锁紧配合，使得左动力模块21可相对腰部基座1左右调整位置，形成横向调整锁定结构。在使用基于横向行走的下肢外骨骼10时，根据穿戴者的腰部臀部左右宽度调整左右两侧的动力模块2相对于腰部基座1的相对位置，适应穿戴者体型。调整方法应使穿戴者装备完整外骨骼后，大腿结构314贴合大腿外侧，但无明显挤压感。左伺服电机212固装在左电机安装板211上，左伺服电机212、左联轴器213和左扭矩传感器214依次沿左伺服电机212的轴向固定连接。
参见图1和图2，摆动支架组件3包括左摆动支架组件31和右摆动支架组件32。右摆动支架组件32与左摆动支架组件31镜像对称。
具体地，以左摆动支架组件31为例进行说明，左摆动支架组件31包括左髋部主摆件311、左髋部伸缩件312、左销轴结构313和左大腿结构314。其中，左动力模块21中左扭矩传感器214与左髋部主摆件311相连并带动左摆动支架组件31相对于腰部基座1左右摆动，形成主动关节A。左髋部主摆件311的导轨和左髋部伸缩件312滑块组成导轨滑块结构，在滑块中心线上间隔排布的通孔与导轨中心线上的长孔组合，通过匹配的螺栓放松锁紧配合，使得左摆动支架组件31可沿前后方向调整尺寸，形成前后调整锁定结构。在使用基于横向行走的下肢外骨骼10时，根据穿戴者的腰部臀部前后厚度调整左髋部伸缩件312相对于左髋部主摆件311的相对位置，适应穿戴者体型。调整方法应使穿戴者装备完整外骨骼后，在不同的步态下，大腿的前后摆动不会让外骨骼对穿戴者产生前后方向的阻力。
其中，左销轴结构313连接左髋部伸缩件312与左大腿结构314的上端，使得左大腿结构314以所述销轴结构313为转轴相对左髋部伸缩件312前后摆动，形成自由关节B。所述销轴结构的结构简单可靠，重量轻，不需轴承结构。其径向间隙对系统刚性相对于人体与大腿绑缚组件4的柔性影响较小，且可少量增加穿戴舒适性。同时，该自用关节转动轴线在穿戴者大腿左右摆动时跟随摆动，使人机运动学在前后方向上具有较高拟合度。因在穿戴者进行横向左右行走时，大腿在前后方向上具有有限的摆动动作，所述关节B可提供横向左右行走辅助时更好的人机一致性。同时，与滑动自适应结构共同保证穿戴者在外骨骼辅助全过程中具有自由前后行走能力。
参见图1和图2，大腿绑缚组件4包括左大腿绑缚组件41和右大腿绑缚组件42。右大腿绑缚组件42与左大腿绑缚组件41镜像对称。
具体地，以左大腿绑缚41为例进行说明，左大腿绑缚41包括左定位块411、两个左绑缚连接板412、左大腿绑缚带413和左大腿绑缚销轴结构414。其中，大腿绑缚定位块411上有四个通孔，与所述左大腿结构314上两个长孔组合，通过匹配的螺钉及双螺母锁定结构配合，保证左大腿绑缚组件41与大腿结构314间有较小间隙，可以顺滑滑动无阻碍且无明显晃动为准，使左大腿绑缚组件41可相对大腿结构314上下方向滑动，形成上下方向的滑动自适应结构。该结构一方面可适应不同大腿长度的穿戴者；一方面在穿戴者进行纵向行走动作时，如左销轴结构313因穿戴误差等原因未能与人体髋关节拟合的纵向摆动轴线共线，此滑动自适应结构可对此偏距产生的大腿绑缚与腰部基座间的相对位置变化进行补偿。左大腿绑缚销轴结构414连接左大腿绑缚定位块411与左绑缚连接板412，并且左绑缚连接板412相对大腿绑缚销轴结构414左右旋转，左大腿绑缚带413穿过两个左绑缚连接板412上长槽孔固定。其中，左大腿绑缚带413具有的弹性和与左绑缚连接板412槽口间的摩擦力可限制大腿绑缚组件4中柔性结构的变形范围，同时对穿戴者在外骨骼辅助行走时的运动学一致性与协调性不足产生一定补偿作用。
本实施例提供的基于横向行走的下肢外骨骼利用动力模块中的动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4在左右方向摆动，实现了具有相对较高的人机骨骼运动学协调性和一致性的穿戴舒适性的横向行走辅助，在横向辅助中穿戴舒适性较高。
考虑到下肢功能障碍患者在不同时期下横向行走康复所需训练状态差异，若采用同种训练状态对下肢功能障碍患者进行训练，将降低下肢功能障碍患者的康复效果。为此，本实施例的基于横向行走的下肢外骨骼采用不同时期不同训练状态，以促进下肢功能障碍患者主动康复效果。
具体地，本实施例的基于横向行走的下肢外骨骼包括第一训练状态和第二训练状态。
其中，第一训练状态针对下肢功能障碍患者平衡训练初期，横向行走锻炼时，下肢功能障碍患者髋关节外展内收肌肉不足所设计。在第一训练状态下，动力模块2相对穿戴者固定，带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4对髋关节外展和内收提供助力，以助力下肢功能障碍患者横向行走。
第二训练状态针对下肢功能障碍患者平衡训练末期，训练下肢功能障碍患者髋关节外展内收肌肉所设计。在第二训练状态下，动力模块2相对穿戴者固定，带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件5对髋关节外展和内收提供可控阻力，以促使下肢功能障碍患者克服阻力横向行走。
下面以实际例子说明，可参阅图4和图5，基于横向行走的下肢外骨骼如何助力下肢功能障碍患者进行第一训练状态。以基于横向行走的下肢外骨骼助力下肢功能障碍患者向左和向右横向行走为例。
可参阅图4。在实际应用中，在基于横向行走的下肢外骨骼助力下肢功能障碍患者向左侧横向行走时，左动力模块21带动左摆动支架组件31和左大腿绑缚组件41向左侧摆动，提供向左摆动左腿的助力，行至右脚支撑状态。右动力模块22带动右摆动支架组件32和右大腿绑缚组件42向右侧摆动，提供转移身体重心的助力，行至双腿站立状态。左动力模块21带动左摆动支架组件31和左大腿绑缚组件41向右侧摆动，同时右动力模块22带动右摆动支架组件32和右大腿绑缚组件42向左侧摆动，共同助力双腿并拢。
可继续参阅图5，在实际应用中，在基于横向行走的下肢外骨骼助力下肢功能障碍患者向左侧横向行走时，右动力模块22带动右摆动支架组件32和右大腿绑缚组件42向右侧摆动，提供向右摆动右腿的助力，行至左脚支撑状态。左动力模块21带动左摆动支架组件31和左大腿绑缚组件41向左侧摆动，提供转移身体重心的助力，行至双腿站立状态。左动力模块21带动左摆动支架组件31和左大腿绑缚组件41向右侧摆动，同时右动力模块22带动右摆动支架组件32和右大腿绑缚组件42向左侧摆动，共同助力双腿并拢。
需要说明的是，由于下肢外骨骼助力下肢功能障碍患者向左或向右横向行走中，动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4的摆动方向和下肢外骨骼提供阻碍下肢功能障碍患者向左或向右横向行走中动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4的摆动方向与之相反。为此，对于下肢外骨骼提供阻碍下肢功能障碍患者向左或向右横向行走的实际应用可参阅下肢外骨骼助力下肢功能障碍患者向左或向右横向行走，在此不进行重复赘述。
参见图1和图2，本实施例的基于横向行走的下肢外骨骼还包括控制组件51，所述控制组件51与左扭矩传感器214与右扭矩传感器224和所述动力模块2中的左伺服电机212和/或右伺服电机222电连接。控制组件51根据左扭矩传感器214与右扭矩传感器224在左右摆动方向的力矩输出反馈信号，控制左动力模块21和/或右动力模块22驱动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4在所述左右方向摆动，形成针对输出左右方向摆动的力矩的横向摆动力矩反馈控制。在第一训练状态，控制组件51根据力矩输出信号控制固定在腰部基座1上的动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4对髋关节外展和内收提供助力。在第二训练状态，控制组件51根据力矩输出信号可控制固定在腰部基座上的动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4对髋关节外展和内收提供可调控的阻力。在横向摆动力矩反馈控制下，外骨骼能更好的对穿戴者提供稳定可控，且符合人机动力学的助力或阻力辅助。
控制组件51与惯量测量传感器52电连接。控制组件51可由下肢功能障碍患者或者亲属、护工等自行操作。也可通过其他方式辅助控制。控制组件51可根惯量测量传感器52的信号判断穿戴者当前步态，进而确定参考输出力矩，通过所述横向摆动力矩反馈控制，控制动力模块2带动摆动支架组件3和大腿绑缚组件4相对腰部基座1在左右方向摆动。
如图6所示，穿戴者正确调整后装备外骨骼，在前行方向行走时，外骨骼对穿戴者无额外限制。
综上，本发明设计了一种用于横向行走康复的下肢外骨骼，通过腰部绑缚组件、动力模块、摆动支架组件、和大腿绑缚组件和电控组件实现髋关节横向运动助力与训练辅助，提出了一种新型的横向行走康复的下肢外骨骼方案。同时，一定程度改进了现有横向行走康复外骨骼的不足：该发明的外骨骼通过两组调整锁定结构和一组滑动自适应结构调整外骨骼结构尺寸，可适应不同体型的人群；主要结构固定在腰部绑缚上大幅减少系统惯量；使用扭矩传感器连接伺服电机和横向摆动件，实时读取外骨骼对人体的横向助力或阻力；而且采用复制人体骨骼运动学的结构，由固定在腰部的伺服电机带动摆动件和大腿绑缚来对人体横向行走进行助力或阻力，贴合人体，对人体几乎不产生剪切力；同时因使用滑动自适应结构配合纵向行走的被动自由转轴，保证纵向行走动作不产生额外载荷。从而在所述第一阶段与第二阶段训练中，表现出更好的对不同穿戴者的适应性、训练的舒适性、更优秀的可控性、对纵向行走的兼容性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
包括腰部基座(1)、动力模块(2)、摆动支架组件(3)和大腿绑缚组件(4)；
所述动力模块(2)包括左动力模块(21)和右动力模块(22)，左动力模块(21)和右动力模块(22)结构相同，且对称地设置在腰部基座(1)的左右两侧；
摆动支架组件(3)包括左摆动支架组件(31)和右摆动支架组件(32)；左摆动支架组件(31)和右摆动支架组件(32)结构相同，且分别与左动力模块(21)和右动力模块(22)连接；
大腿绑缚组件(4)包括左大腿绑缚组件(41)和右大腿绑缚组件(42)；左大腿绑缚组件(41)和右大腿绑缚组件(42)结构相同，且分别与左摆动支架组件(31)和右摆动支架组件(32)连接；
左动力模块(21)带动左摆动支架组件(31)和左大腿绑缚组件(41)实现左右摆动；右动力模块(22)带动右摆动支架组件(32)和右大腿绑缚组件(42)实现左右摆动；
左大腿绑缚组件(41)、右大腿绑缚组件(42)分别通过左摆动支架组件(31)、右摆动支架组件(32)实现前后摆动。
2.根据权利要求1所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述左动力模块(21)包括左电机安装板(211)、左伺服电机(212)、左联轴器(213)和左扭矩传感器(214)；
所述左电机安装板(211)的一端与腰部基座(1)连接，且二者之间的距离可调，左伺服电机(212)与左电机安装板(211)的另一端固定，左扭矩传感器(214)通过左联轴器(213)与左伺服电机(212)的输出轴连接。
3.根据权利要求2所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述腰部基座(1)的两侧设有连接板，连接板上设有长孔，电机安装板上也设有长孔，二者的长孔配合后通过螺栓放松锁紧配合，使得动力模块(2)可相对腰部基座(1)左右调整位置，形成横向调整锁定结构；所述腰部基座(1)的前部设有腰部束缚带。
4.根据权利要求3所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述左摆动支架组件(31)包括左髋部主摆件(311)、左髋部伸缩件(312)、左销轴结构(313)和左大腿结构(314)；
左髋部主摆件(311)的一端与左扭矩传感器(214)固连；另一端与左髋部伸缩件(312)的一端连接，二者之间的距离可调；左髋部伸缩件(312)的另一端与左大腿结构(314)的一端通过左销轴结构(313)转动连接；左大腿结构(314)的另一端与大腿绑缚组件(4)连接，且二者的距离可调。
5.根据权利要求4所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述左髋部主摆件(311)为一弯折件，其与左髋部伸缩件(312)连接的一端设有导轨，左髋部伸缩件(312)设有滑块，该导轨、滑块组成导轨滑块结构；在滑块中心线上间隔排布通孔，与导轨中心线上设置的长孔相对应，通过螺栓放松锁紧配合，使得左髋部伸缩件(312)可沿前后方向调整尺寸，形成前后调整锁定结构。
6.根据权利要求5所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述左大腿绑缚(41)包括左定位块(411)、两个左绑缚连接板(412)、左大腿绑缚带(413)和左大腿绑缚销轴结构(414)；
左大腿绑缚定位块(411)与左绑缚连接板(412)通过左大腿绑缚销轴结构(414)连接，并且左绑缚连接板(412)相对大腿绑缚销轴结构(414)左右旋转，左大腿绑缚带(413)连接在左绑缚连接板(412)上。
7.根据权利要求6所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述左定位块(411)上设有通孔，与所述左大腿结构(314)上设置的长孔相对应，通过螺栓锁定结构配合，使左大腿绑缚组件(41)可相对大腿结构(314)上下方向滑动，形成上下调整锁定结构。
8.根据权利要求7所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
所述两个左绑缚连接板(412)上均设有长槽孔，左大腿绑缚带(413)穿过两个左绑缚连接板(412)上长槽孔固定。
9.根据权利要求2-8任一所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
还包括控制组件(51)，所述控制组件(51)与左扭矩传感器(214)与右扭矩传感器(224)和所述动力模块(2)中的左伺服电机(212)和/或右伺服电机(222)电连接，控制组件(51)根据左扭矩传感器(214)与右扭矩传感器(224)在左右摆动方向的力矩输出反馈信号，控制左动力模块(21)和/或右动力模块(22)驱动摆动支架组件(3)和大腿绑缚组件(4)在左右方向摆动，形成针对输出左右方向摆动的力矩的横向摆动力矩反馈控制。
10.根据权利要求9所述的一种横向行走康复下肢外骨骼，其特征在于：
还包括行走状态识别组件，行走状态识别组件包括两个惯量测量传感器(52)，两个惯量测量传感器(52)分别设置在左大腿绑缚组件(41)和右大腿绑缚组件(42)上，控制组件(51)与惯量测量传感器(52)电连接；
控制组件(51)根据惯量测量传感器(52)的信号判断穿戴者当前步态，进而确定参考输出力矩，通过所述横向摆动力矩反馈控制，控制动力模块(2)带动摆动支架组件(3)和大腿绑缚组件(4)相对腰部基座(1)在左右方向摆动。
CN202210825442.4A 2022-07-14 2022-07-14 一种横向行走康复下肢外骨骼 Pending CN115282561A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210825442.4A CN115282561A (zh) 2022-07-14 2022-07-14 一种横向行走康复下肢外骨骼
PCT/CN2022/138179 WO2024011836A1 (zh) 2022-07-14 2022-12-09 一种横向行走康复下肢外骨骼

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210825442.4A CN115282561A (zh) 2022-07-14 2022-07-14 一种横向行走康复下肢外骨骼

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115282561A true CN115282561A (zh) 2022-11-04

Family

ID=83821908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210825442.4A Pending CN115282561A (zh) 2022-07-14 2022-07-14 一种横向行走康复下肢外骨骼

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115282561A (zh)
WO (1) WO2024011836A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024011836A1 (zh) * 2022-07-14 2024-01-18 深圳先进技术研究院 一种横向行走康复下肢外骨骼

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103200919A (zh) * 2010-11-24 2013-07-10 川崎重工业株式会社 佩戴型动作支援装置
CA2894171A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-19 Ekso Bionics, Inc. Reconfigurable exoskeleton
CN107126344A (zh) * 2017-07-05 2017-09-05 天津科技大学 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
CN112296984A (zh) * 2019-08-02 2021-02-02 深圳市肯綮科技有限公司 拉索驱动机构及其轻便助力设备
WO2021116721A1 (en) * 2019-12-11 2021-06-17 Palmai Balint Motion assistance device
CN113208868A (zh) * 2021-03-25 2021-08-06 中国科学院深圳先进技术研究院 基于横向行走的下肢外骨骼
CN113730196A (zh) * 2021-07-13 2021-12-03 中国科学院深圳先进技术研究院 下肢外骨骼机器人
CN113997271A (zh) * 2021-11-24 2022-02-01 中国科学院合肥物质科学研究院 一种柔性助力外骨骼机器人

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209645367U (zh) * 2019-01-14 2019-11-19 浙江孚邦科技有限公司 一种穿戴式下肢外骨骼机器人转弯装置
CN113070866A (zh) * 2021-03-25 2021-07-06 苏州大学 柔性关节驱动的髋部外骨骼助行机器人
CN216455931U (zh) * 2021-08-25 2022-05-10 广州视源电子科技股份有限公司 一种髋关节活动机构及外骨骼系统
CN115282561A (zh) * 2022-07-14 2022-11-04 深圳先进技术研究院 一种横向行走康复下肢外骨骼
CN115300864A (zh) * 2022-07-14 2022-11-08 深圳先进技术研究院 一种用于横向行走康复的髋关节外骨骼

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103200919A (zh) * 2010-11-24 2013-07-10 川崎重工业株式会社 佩戴型动作支援装置
CA2894171A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-19 Ekso Bionics, Inc. Reconfigurable exoskeleton
CN107126344A (zh) * 2017-07-05 2017-09-05 天津科技大学 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
CN112296984A (zh) * 2019-08-02 2021-02-02 深圳市肯綮科技有限公司 拉索驱动机构及其轻便助力设备
WO2021116721A1 (en) * 2019-12-11 2021-06-17 Palmai Balint Motion assistance device
CN113208868A (zh) * 2021-03-25 2021-08-06 中国科学院深圳先进技术研究院 基于横向行走的下肢外骨骼
CN113730196A (zh) * 2021-07-13 2021-12-03 中国科学院深圳先进技术研究院 下肢外骨骼机器人
CN113997271A (zh) * 2021-11-24 2022-02-01 中国科学院合肥物质科学研究院 一种柔性助力外骨骼机器人

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024011836A1 (zh) * 2022-07-14 2024-01-18 深圳先进技术研究院 一种横向行走康复下肢外骨骼

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024011836A1 (zh) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107811805B (zh) 穿戴式下肢外骨骼康复机器人
CN112060060B (zh) 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
US10524972B2 (en) Machine to human interfaces for communication from a lower extremity orthotic
CN107411939B (zh) 一种单侧下肢残疾人士专用助力康复机器人
CN111110519B (zh) 一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人
CN101984946B (zh) 坐式外骨骼下肢康复机器人
CN113230098A (zh) 一种六自由度穿戴式下肢外骨骼康复机器人
CN103263339A (zh) 老年人外骨骼助行机器人及防摔倒步态的仿生控制方法
CN112545846B (zh) 基于意图识别的动力型多自由度助行下肢外骨骼机器人
CN115300864A (zh) 一种用于横向行走康复的髋关节外骨骼
CN111281744A (zh) 一种模块化关节和可穿戴模块化关节外骨骼
CN115282561A (zh) 一种横向行走康复下肢外骨骼
Zhang et al. Design and validation of a lightweight soft hip exosuit with series-wedge-structures for assistive walking and running
CN115137618A (zh) 一种可穿戴式下肢外骨骼康复及助力机器人
JP4112543B2 (ja) 歩行補助装置
CN113208868B (zh) 基于横向行走的下肢外骨骼
Obinata et al. Hybrid control of powered orthosis and functional neuromuscular stimulation for restoring gait
CN208927435U (zh) 生物反馈闭链电刺激下肢康复机器人
CN110947158A (zh) 一种基于椭圆运动的助行训练装置
CN212578602U (zh) 一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人
CN216908524U (zh) 一种用于偏瘫康复的外骨骼系统
Agrawal et al. Exoskeletons for gait assistance and training of the motor-impaired
Ohashi et al. Development of a string-driven walking assist device powered by upper body muscles
US20230381947A1 (en) Appendage work sharing apparatus
Lee et al. Development of a six bar mechanism based active knee orthosis for post-stroke gait rehabilitation

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