CN115533874A - 一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，涉及医疗外骨骼辅助设备技术领域。本发明包括腰部佩戴环，及其控制外骨骼辅助机器人的控制系统，腰部佩戴环周侧面设置有支撑组件以及穿戴组件，两组支撑组件以及两组穿戴组件均关于腰部佩戴环中轴线对称设置；支撑组件包括滑块、活动件、安装块、弹簧以及活动卡板，滑块活动设置于腰部佩戴环周侧面，且滑块一端与活动件固定连接，活动件一端与安装块固定连接，安装块活动设置于活动卡板内部，活动卡板内部顶端固定连接有弹簧的一端。本发明通过控制系统的控制电极线圈输出神经刺激信号，以此来刺激患者大腿、膝盖以及小腿处的肌肉，使得患者能够主动的进行行走。

Description

一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人

技术领域

本发明属于医疗外骨骼辅助设备技术领域，特别是涉及一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人。

背景技术

在康复医疗领域中，步行训练是下肢功能障碍康复中的重要手段之一，因此，下肢康复辅助装置的使用在康复治疗中显得十分重要，下肢外骨骼医疗设备特指用于运动障碍者的外骨骼矫形产品，这些人不能独立活动，行动不便或下肢完全不动，上肢和上半身功能正常，因此外骨骼辅助医疗设备的出现使得下肢功能障碍患者的康复得到了很大的帮助。

目前一部分下肢功能障碍者由于脊髓和椎柱受损而发生的肌肉骨骼系统功能受损的人通常具有特定的并发症，包括肌肉痉挛或肌肉痉挛状况，这些患者一般的外骨骼辅助机器人并不能有效的对其恢复有所帮助，其只是通过外骨骼附着于患者下肢上，通过外骨骼带动患者下肢进行移动，患者关节、肌肉等萎缩不能正常进行活动，需要一定的电流刺激才能行之有效的助其恢复，同时现有的外骨骼辅助机器人在穿戴过程中过于麻烦，对于下肢不便的患者来说需要外人帮助才能够对其穿戴，并且使用过程中上肢需要用到拐杖等支撑物才能够正常站立，拐杖不方便患者携带，并且支撑效果较差。

现有的下肢外骨骼辅助机器人在使用过程中只是简单的对患者四肢进行固定，并通过机械方式带动患者四肢移动，这样患者四肢属于被动的进行康复治疗，并不能主动的使患者四肢进行康复运动，并且支撑患者的拐杖等支撑物不方便患者携带，并且支撑效果差，为此我们提出一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，解决现有的下肢外骨骼辅助机器人在使用过程中只是简单的对患者四肢进行固定，并通过机械方式带动患者四肢移动，这样患者四肢属于被动的进行康复治疗，并不能主动的使患者四肢进行康复运动，并且支撑患者的拐杖等支撑物不方便患者携带，并且支撑效果差的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，包括腰部佩戴环，及其控制外骨骼辅助机器人的控制系统，所述腰部佩戴环周侧面设置有支撑组件以及穿戴组件，两组所述支撑组件以及两组穿戴组件均关于腰部佩戴环中轴线对称设置；

所述支撑组件包括滑块、活动件、安装块、弹簧以及活动卡板，所述滑块活动设置于腰部佩戴环周侧面，且所述滑块一端与活动件固定连接，所述活动件一端与安装块固定连接，所述安装块活动设置于活动卡板内部，所述活动卡板内部顶端固定连接有弹簧的一端，所述弹簧另一端与安装块顶端固定连接；

所述穿戴组件包括大腿支撑架、小腿支撑架、套环以及电极线圈，所述大腿支撑架一端活动设置于腰部佩戴环周侧面，且所述大腿支撑架另一端与小腿支撑架一端之间通过销轴活动连接，所述大腿支撑架与小腿支撑架内侧面上均活动设置有套环，所述套环内部固定连接有电极线圈；

所述控制系统包括获取模块、输出模块、接收模块以及记忆模块，所述获取模块、输出模块、接收模块以及确定模块之间分别建立通信连接；

获取模块，用于获取目标行走时步数间隔时间参量；

输出模块，用于根据所获取模块得到的目标行走步数间隔时间参量，在行走过程对应的时间段内向大腿、膝盖以及小腿通过电极线圈输出神经刺激信号；

接收模块，用于在行走同步端口处持续接收指令信息；

记忆模块，用于根据每一所述指令消息所包含的迈步一次的接收时间进行存储，并对下次迈步进行提前输出神经刺激信号，形成对患者康复行走的肌肉记忆。

优选的，所述腰部佩戴环内部固定连接有气囊，所述气囊突出腰部佩戴环底部20cm。

优选的，所述腰部佩戴环周侧面相对两侧分别开设有滑槽，每个所述滑块均活动设置于滑槽内部。

优选的，所述活动卡板内部开设有安装槽，所述弹簧的顶端固定连接在安装槽的槽底，所述弹簧底部与安装块顶部固定连接，且所述安装块活动设置于安装槽内部。

优选的，所述支撑组件还包括手撑、支撑柱以及防滑垫，所述手撑固定连接在活动卡板的顶部，所述活动卡板底部与支撑柱固定连接，所述支撑柱底部与防滑垫固定连接。

优选的，所述穿戴组件还包括踝关节支架、以及脚撑，所述踝关节支架一端与小腿支撑架下端之间通过销轴活动连接，且所述踝关节支架内侧面与脚撑固定连接。

优选的，所述套环包括大腿套环、膝盖套环以及小腿套环，所述大腿套环、膝盖套环以及小腿套环依次从上往下设置，且内径依次从大到小设置，所述大腿套环活动连接在大腿支撑架内侧面，所述膝盖套环以及小腿套环均活动设置于小腿支撑架内侧面，且所述膝盖套环位于小腿支撑架顶端，且临近大腿支撑架。

优选的，所述电极线圈内侧固定连接有胶套。

优选的，所述控制系统还包括检测模块；

检测模块，用于检测所述输出神经刺激信号的输出电流大小。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过设置支撑组件，在下肢不便患者穿戴过程中通过患者左右手直接持握手撑即可顺利站立在地面，并且支撑组件连接在腰部佩戴环表面，并且可以在腰部佩戴环表面移动，因此患者可以随意的移动支撑组件，进行相关位置的转变，便于患者使用，同时通过活动件、安装块以及弹簧的设置，患者可以略微改变支撑柱的支撑角度以及高度，并且通过弹簧的弹性，使得患者在支撑过程中更加稳定，更加类似于行走的支撑感觉，减小了支撑柱落地时的整栋，使得支撑更加舒适。

2、本发明通过设置穿戴组件，并且在大腿、膝盖以及小腿处均设置有套环，通过三个套环将腿部尽心固定，使得外骨骼能够穿戴在患者下肢上，同时在套环内部设置电极线圈，通过控制系统的控制电极线圈输出神经刺激信号，以此来刺激患者大腿、膝盖以及小腿处的肌肉，使得患者能够主动的进行行走，从而让外骨骼成为辅助站立的结构，更加便于患者进行康复训练。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人整体结构示意图之一；

图2为本发明提供的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人整体结构示意图之二；

图3为本发明图2中A处放大图；

图4为本发明图2中B处放大图；

图5为本发明提供的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人主视结构示意图；

图6为本发明提供的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人支撑组件剖面结构示意图；

图7为本发明提供的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人套环剖面结构示意图；

图8为本发明中控制系统的系统框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、腰部佩戴环；2、气囊；3、滑块；4、活动件；5、安装块；6、弹簧；7、活动卡板；8、手撑；9、支撑柱；10、防滑垫；11、大腿支撑架；12、小腿支撑架；13、踝关节支架；14、脚撑；15、套环；151、大腿套环；152、膝盖套环；153、小腿套环；16、电极线圈；17、胶套。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1-8，本发明为一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，包括腰部佩戴环1，及其控制外骨骼辅助机器人的控制系统，腰部佩戴环1周侧面设置有支撑组件以及穿戴组件，两组支撑组件以及两组穿戴组件均关于腰部佩戴环1中轴线对称设置，腰部佩戴环1用于佩戴在腰部，起到固定腰部的作用；

支撑组件包括滑块3、活动件4、安装块5、弹簧6以及活动卡板7，滑块3活动设置于腰部佩戴环1周侧面，且滑块3一端与活动件4固定连接，活动件4一端与安装块5固定连接，安装块5活动设置于活动卡板7内部，活动卡板7内部顶端固定连接有弹簧6的一端，弹簧6另一端与安装块5顶端固定连接，滑块3可以带动整体的支撑组件在腰部佩戴环1上进行移动，活动件4可以上下旋转，从而带动支撑柱9改变支撑角度，安装块5用于在活动卡板7内部上下活动，从而对支撑柱9的支撑高度进行微调节，弹簧6起到支撑缓冲作用避免支撑柱9向下支撑力度过大而损伤腰部，活动卡板7用于连接中支撑柱9与安装块5；

穿戴组件包括大腿支撑架11、小腿支撑架12、套环15以及电极线圈16，大腿支撑架11一端活动设置于腰部佩戴环1周侧面，且大腿支撑架11另一端与小腿支撑架12一端之间通过销轴活动连接，大腿支撑架11与小腿支撑架12内侧面上均活动设置有套环15，套环15内部固定连接有电极线圈16，大腿支撑架11以及小腿支撑架12均作外骨骼的支撑组件，起到支撑固定下肢的作用，套环15用于将下肢固定在外骨骼表面，电极线圈16用于输出电流，以此来刺激大腿、小腿以及膝盖处神经肌肉；

控制系统包括获取模块、输出模块、接收模块以及记忆模块，获取模块、输出模块、接收模块以及确定模块之间分别建立通信连接；

获取模块，用于获取目标行走时步数间隔时间参量；

输出模块，用于根据所获取模块得到的目标行走步数间隔时间参量，在行走过程对应的时间段内向大腿、膝盖以及小腿通过电极线圈18输出神经刺激信号；

接收模块，用于在行走同步端口处持续接收指令信息；

记忆模块，用于根据每一指令消息所包含的迈步一次的接收时间进行存储，并对下次迈步进行提前输出神经刺激信号，形成对患者康复行走的肌肉记忆。

其中，腰部佩戴环1内部固定连接有气囊2，气囊2突出腰部佩戴环1底部20cm，气囊2在患者摔倒时可以弹出，以此来保护患者。

其中，腰部佩戴环1周侧面相对两侧分别开设有滑槽，每个滑块3均活动设置于滑槽内部。

其中，活动卡板7内部开设有安装槽，弹簧6的顶端固定连接在安装槽的槽底，弹簧6底部与安装块5顶部固定连接，且安装块5活动设置于安装槽内部。

其中，支撑组件还包括手撑8、支撑柱9以及防滑垫10，手撑8固定连接在活动卡板7的顶部，活动卡板7底部与支撑柱9固定连接，支撑柱9底部与防滑垫10固定连接，手撑用于患者手持，支撑柱9起到支撑作用，防滑垫10起到在支撑过程中防滑的作用。

其中，穿戴组件还包括踝关节支架13、以及脚撑14，踝关节支架13一端与小腿支撑架12下端之间通过销轴活动连接，且踝关节支架13内侧面与脚撑14固定连接，踝关节支架13用于固定踝关节，脚撑14用于支撑患者脚部。

其中，套环15包括大腿套环151、膝盖套环152以及小腿套环153，大腿套环151、膝盖套环152以及小腿套环153依次从上往下设置，且内径依次从大到小设置，大腿套环151活动连接在大腿支撑架11内侧面，膝盖套环152以及小腿套环153均活动设置于小腿支撑架12内侧面，且膝盖套环152位于小腿支撑架12顶端，且临近大腿支撑架11。

其中，电极线圈16内侧固定连接有胶套17，胶套17起到保护大腿、小腿以及膝盖的作用。

其中，控制系统还包括检测模块；

检测模块，用于检测输出神经刺激信号的输出电流大小。

在人员使用时，在下肢不便患者穿戴过程中通过患者左右手直接持握手撑8即可顺利站立在地面，并且支撑组件连接在腰部佩戴环1表面，并且可以在腰部佩戴环1表面移动，因此患者可以随意的移动支撑组件，进行相关位置的转变，便于患者使用，同时通过活动件4、安装块5以及弹簧6的设置，患者可以略微改变支撑柱9的支撑角度以及高度，并且通过弹簧6的弹性，使得患者在支撑过程中更加稳定，更加类似于行走的支撑感觉，减小了支撑柱9落地时的整栋，使得支撑更加舒适。在大腿、膝盖以及小腿处均设置有套环15，通过三个套环15将腿部尽心固定，使得外骨骼能够穿戴在患者下肢上，同时在套环15内部设置电极线圈16，通过控制系统的控制电极线圈16输出神经刺激信号，以此来刺激患者大腿、膝盖以及小腿处的肌肉，使得患者能够主动的进行行走，从而让外骨骼成为辅助站立的结构，更加便于患者进行康复训练。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，包括腰部佩戴环(1)，及其控制外骨骼辅助机器人的控制系统，其特征在于：所述腰部佩戴环(1)周侧面设置有支撑组件以及穿戴组件，两组所述支撑组件以及两组穿戴组件均关于腰部佩戴环(1)中轴线对称设置；

所述支撑组件包括滑块(3)、活动件(4)、安装块(5)、弹簧(6)以及活动卡板(7)，所述滑块(3)活动设置于腰部佩戴环(1)周侧面，且所述滑块(3)一端与活动件(4)固定连接，所述活动件(4)一端与安装块(5)固定连接，所述安装块(5)活动设置于活动卡板(7)内部，所述活动卡板(7)内部顶端固定连接有弹簧(6)的一端，所述弹簧(6)另一端与安装块(5)顶端固定连接；

所述穿戴组件包括大腿支撑架(11)、小腿支撑架(12)、套环(15)以及电极线圈(16)，所述大腿支撑架(11)一端活动设置于腰部佩戴环(1)周侧面，且所述大腿支撑架(11)另一端与小腿支撑架(12)一端之间通过销轴活动连接，所述大腿支撑架(11)与小腿支撑架(12)内侧面上均活动设置有套环(15)，所述套环(15)内部固定连接有电极线圈(16)；

所述控制系统包括获取模块、输出模块、接收模块以及记忆模块，所述获取模块、输出模块、接收模块以及确定模块之间分别建立通信连接；

获取模块，用于获取目标行走时步数间隔时间参量；

输出模块，用于根据所获取模块得到的目标行走步数间隔时间参量，在行走过程对应的时间段内向大腿、膝盖以及小腿通过电极线圈(16)输出神经刺激信号；

接收模块，用于在行走同步端口处持续接收指令信息；

记忆模块，用于根据每一所述指令消息所包含的迈步一次的接收时间进行存储，并对下次迈步进行提前输出神经刺激信号，形成对患者康复行走的肌肉记忆。

2.根据权利要求1所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述腰部佩戴环(1)内部固定连接有气囊(2)，所述气囊(2)突出腰部佩戴环(1)底部20cm。

3.根据权利要求2所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述腰部佩戴环(1)周侧面相对两侧分别开设有滑槽，每个所述滑块(3)均活动设置于滑槽内部。

4.根据权利要求3所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述活动卡板(7)内部开设有安装槽，所述弹簧(6)的顶端固定连接在安装槽的槽底，所述弹簧(6)底部与安装块(5)顶部固定连接，且所述安装块(5)活动设置于安装槽内部。

5.根据权利要求4所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述支撑组件还包括手撑(8)、支撑柱(9)以及防滑垫(10)，所述手撑(8)固定连接在活动卡板(7)的顶部，所述活动卡板(7)底部与支撑柱(9)固定连接，所述支撑柱(9)底部与防滑垫(10)固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述穿戴组件还包括踝关节支架(13)、以及脚撑(14)，所述踝关节支架(13)一端与小腿支撑架(12)下端之间通过销轴活动连接，且所述踝关节支架(13)内侧面与脚撑(14)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述套环(15)包括大腿套环(151)、膝盖套环(152)以及小腿套环(153)，所述大腿套环(151)、膝盖套环(152)以及小腿套环(153)依次从上往下设置，且内径依次从大到小设置，所述大腿套环(151)活动连接在大腿支撑架(11)内侧面，所述膝盖套环(152)以及小腿套环(153)均活动设置于小腿支撑架(12)内侧面，且所述膝盖套环(152)位于小腿支撑架(12)顶端，且临近大腿支撑架(11)。

8.根据权利要求7所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述电极线圈(16)内侧固定连接有胶套(17)。

9.根据权利要求8所述的一种具有功能性电刺激效果的外骨骼辅助机器人，其特征在于，所述控制系统还包括检测模块；

检测模块，用于检测所述输出神经刺激信号的输出电流大小。

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