CN207734337U - 一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，包括可穿戴的背板、可拆卸地设置于背板底部的连接件、与连接件的末端转动连接的髋关节运动机构、与髋关节运动机构的末端转动连接的膝关节运动机构，以及与膝关节运动机构的末端转动连接的踝关节运动机构；髋关节运动机构的内侧壁上设置有用于固定患者大腿部位的第一绑带，膝关节运动机构的内侧壁上设置有用于固定患者小腿部位的第二绑带，踝关节运动机构上设置有用于支撑患者脚掌的支撑板。如此，本实用新型中的髋关节运动机构、膝关节运动机构、踝关节运动机构三者的共同配合运动，几乎覆盖了正常人体下肢运动的所有运动机能，同步带动患者的下肢进行运动后，即可提高康复训练效果。

Description

一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人。

背景技术

随着医疗技术的发展，越来越多的医疗设备已得到广泛使用。

医疗设备的种类繁多，一般包括诊断设备类、治疗设备类及辅助设备类。其中，诊断设备类可分为X射线诊断设备、超声诊断设备、功能检查设备、内窥镜检查设备、核医学设备、实验诊断设备及病理诊断装备等；治疗设备类可分为病房护理设备、手术设备、放射治疗设备、核医学治疗设备、理化设备、激光设备、透析治疗设备、体温冷冻设备、急救设备等；辅助设备类可分为消毒灭菌设备、制冷设备、中心吸引及供氧系统、空调设备、制药机械设备、血库设备、医用数据处理设备、医用录像摄影设备等。

康复机器人技术则是近年来迅速发展的一门新兴机器人技术，是机器人技术在医学领域的新应用，也是一种重要的辅助医疗设备。目前康复机器人已成为国际社会研究的热点之一，对于中风、偏瘫、下肢运动技能损伤等患者来说，下肢康复训练机器人有着很好的治疗效果。

目前，下肢康复训练机器已经基本能够实现对患者的静态康复训练，但是，由于人体下肢的组合运动在日常生活中多种多样，现有技术中的下肢康复训练机器人无法全面涵盖下肢的正常机能活动，部分常规下肢运动可能得到良好的恢复效果，但是仍然对患者留有隐患，小部分下肢运动仍然无法顺利完成，康复训练的效果较差。

因此，如何使下肢康复训练机器人的组合运动尽量全面覆盖正常人的身体机能，提高康复训练效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，能够使组合运动尽量全面覆盖正常人的身体机能，提高康复训练效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，包括可穿戴的背板、可拆卸地设置于所述背板底部的连接件、与所述连接件的末端转动连接的髋关节运动机构、与所述髋关节运动机构的末端转动连接的膝关节运动机构，以及与所述膝关节运动机构的末端转动连接的踝关节运动机构；所述髋关节运动机构的内侧壁上设置有用于固定患者大腿部位的第一绑带，所述膝关节运动机构的内侧壁上设置有用于固定患者小腿部位的第二绑带，所述踝关节运动机构上设置有用于支撑患者脚掌的支撑板。

优选地，所述髋关节运动机构包括与所述连接件的末端相连的第一转轴，以及套设在所述第一转轴上的第一传动杆。

优选地，所述膝关节运动机构包括第二转轴和套设在所述第二转轴上的第二传动杆，且所述第一传动杆的末端套设在所述第二转轴上。

优选地，所述踝关节运动机构具体为第三转轴，所述第二传动杆的末端套设在所述第三转轴上，且所述支撑板的一端套设在所述第三转轴上。

优选地，所述第一传动杆的末端套设在所述第二转轴的中间位置，所述第二传动杆的首端套设在所述第二转轴的两端位置；所述第二传动杆的末端套设在所述第三转轴的中间位置，所述支撑板的一端套设在所述第三转轴的两端位置。

优选地，所述第一传动杆和第二传动杆均为可伸缩杆，且所述第一传动杆和第二传动杆的外壁上均设置有用于将其固定在当前伸缩长度位置的固锁部件。

优选地，还包括设置于所述背板上、用于调节所述连接件的水平转动角度的盆骨宽度调节器。

优选地，还包括设置于所述背板上的控制器，分别设置于所述髋关节运动机构、膝关节运动机构和踝关节运动机构上并用于驱动自身运动的驱动电机，且各所述驱动电机均与所述控制器信号连接。

优选地，所述髋关节运动机构、膝关节运动机构和踝关节运动机构上均设置有姿态传感器，且所述姿态传感器与所述控制器信号连接，以控制所述髋关节运动机构、膝关节运动机构和踝关节运动机构的运动角度范围处于安全范围内。

优选地，还包括设置于所述背板上、用于对所述控制器和驱动电机供电的电源系统，以及设置于所述背板上、与所述控制器信号连接的紧急开关，且当所述紧急开关触发时，所述控制器切断所述电源系统与所述驱动电机的电路连接。

本实用新型所提供的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，主要包括背板、连接件、髋关节运动机构、膝关节运动机构、踝关节运动机构、第一绑带、第二绑带和支撑板。其中，背板可以穿戴在患者的上半身，连接件可拆卸地设置在背板的底部，髋关节运动机构、膝关节运动机构、踝关节运动机构组成了机械腿组件，髋关节运动机构模拟人体的髋关节，可以带动患者的大腿部位骨骼、肌肉和组织等进行如正常人的机体活动，膝关节运动机构模拟人体的膝关节，可以带动患者的小腿部位骨骼、肌肉和组织等进行如正常人的机体活动，踝关节运动机构模拟人体的踝关节，可以带动患者的脚部骨骼、肌肉和组织等进行如正常人的机体活动。通过髋关节运动机构、膝关节运动机构、踝关节运动机构三者的共同配合运动，几乎覆盖了正常人体下肢运动的所有运动机能。同时，第一绑带设置在髋关节运动机构的内侧壁上，可以将髋关节运动机构与患者大腿互相绑定，同理，第二绑带可以将膝关节运动机构与患者小腿互相绑定，而支撑板可以将患者脚掌固定。如此，髋关节运动机构、膝关节运动机构、踝关节运动机构在模拟正常人体的下肢运动时，即可同步带动患者的下肢进行运动，提高康复训练效果。综上所述，本实用新型所提供的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，能够使组合运动尽量全面覆盖正常人的身体机能，提高康复训练效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1中所示的背板的具体结构示意图；

图3为本实用新型所提供的一种具体实施方式的控制系统原理图。

其中，图1—图3中：

背板—1，连接件—2，髋关节运动机构—3，第一转轴—301，第一传动杆—302，膝关节运动机构—4，第二转轴—401，第二传动杆—402，踝关节运动机构—5，第一绑带—6，第二绑带—7，支撑板—8，固锁部件—9，盆骨宽度调节器—10，控制器—11，驱动电机—12，姿态传感器—13，电源系统—14，紧急开关—15，电池包—16。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本实用新型所提供的一种具体实施方式中，可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人主要包括背板1、连接件2、髋关节运动机构3、膝关节运动机构4、踝关节运动机构5、第一绑带6、第二绑带7和支撑板8。

其中，背板1可以穿戴在患者的上半身，连接件2可拆卸地设置在背板1的底部，髋关节运动机构3、膝关节运动机构4、踝关节运动机构5组成了机械腿组件，髋关节运动机构3模拟人体的髋关节，可以带动患者的大腿部位骨骼、肌肉和组织等进行如正常人的机体活动，膝关节运动机构4模拟人体的膝关节，可以带动患者的小腿部位骨骼、肌肉和组织等进行如正常人的机体活动，踝关节运动机构5模拟人体的踝关节，可以带动患者的脚部骨骼、肌肉和组织等进行如正常人的机体活动。

如此，通过髋关节运动机构3、膝关节运动机构4、踝关节运动机构5三者的共同配合运动，几乎覆盖了正常人体下肢运动的所有运动机能。同时，第一绑带6设置在髋关节运动机构3的内侧壁上，可以将髋关节运动机构3与患者大腿互相绑定，同理，第二绑带7可以将膝关节运动机构4与患者小腿互相绑定，而支撑板8可以将患者脚掌固定。

因此，髋关节运动机构3、膝关节运动机构4、踝关节运动机构5在模拟正常人体的下肢运动时，即可同步带动患者的下肢进行运动，提高康复训练效果。综上，本实施例所提供的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，能够使组合运动尽量全面覆盖正常人的身体机能，提高康复训练效果。

在关于髋关节运动机构3的一种优选实施方式中，该髋关节运动机构3具体可包括第一转轴301和第一传动杆302。其中，第一转轴301的一端与连接件2的末端相连，同时第一传动杆302的一段套设在第一转轴301上。如此，第一传动杆302即可以第一转轴301为轴进行转动，以此模拟正常人体大腿部位的各种运动方式，进而带动患者的大腿部位进行同步运动。

在关于膝关节运动机构4的一种优选实施方式中，该膝关节运动机构4具体可包括第二转轴401和第二传动杆402。其中，第二转轴401设置在第一传动杆302的末端，而第一传动杆302的末端套设在第二转轴401上，同时第二传动杆402的一端套设在第二转轴401上。如此，第二传动杆402即可以第二转轴401为轴进行转动，以此模拟正常人体小腿部位的各种运动方式，进而带动患者的小腿部位进行同步运动。

在关于踝关节运动机构5的一种优选实施方式中，该踝关节运动机构5具体可为第三转轴。该第三转轴设置在第二传动杆402的末端，且第二传动杆402的末端套设在第三转轴上，同时支撑板8的一端套设在该第三转轴上。如此，支撑板8即可以第三转轴为轴进行转动，以此模拟正常人体脚掌部位的各种运动方式，进而带动患者的脚掌部位进行同步运动。

进一步的，第二转轴401和第三转轴上均连接有两个部件，为避免运动干涉，对于第二转轴401，可将第一传动杆302的末端套设在第二转轴401的中间位置，同时将第二传动杆402的首端套设在第二转轴401的两端位置；对于第三转轴，可将第二传动杆402的末端套设在第三转轴的中间位置，同时将支撑板8的一端套设在第三转轴的两端位置。

另外，考虑到患者在穿戴时，可能会遇到机械腿的长度不匹配的问题，针对此，本实施例将第一传动杆302和第二传动杆402均设置为可伸缩杆，并同时在两者的外壁上设置了用于固定其伸缩长度的固锁部件9。具体的，该第一传动杆302和第二传动杆402可呈液压缸式结构，即套管与伸缩杆配合的结构，而固锁部件9具体可为贯穿套管的侧壁、通过按压将伸缩杆固定的弹簧压紧块。一般的，第一传动杆302和第二传动杆402的长度调节范围可为32～47cm。此数据根据正常人体的下肢长度而定，当然，实际应用时可进行调整。

如图2所示，图2为图1中所示的背板的具体结构示意图。

此外，基于同样的考虑，患者在进行穿戴时，还可能会遇到两条机械腿的间距太窄或太宽的问题，针对此，本实施例中将连接件2与背板1转动连接(同时也为可拆卸连接)，同时在背板1上设置用于驱动连接件2在背板1上转动的盆骨宽度调节器10。如此，通过盆骨宽度调节器10的调节，连接件2可在背板1上进行水平方向上一定角度的摆动，连接件2在摆动时带动与其连接的机械腿同步摆动，最终调节了两条机械腿之间的间距，即骨盆宽度。一般的，盆骨宽度调节器10的调节范围可在30～50cm。此数据根据正常人体的骨盆宽度而定，当然，实际应用时可进行调整。

如图3所示，图3为本实用新型所提供的一种具体实施方式的控制系统原理图。

在本实用新型所提供的另一种具体实施方式中，在背板1上增设了控制器11，同时在髋关节运动机构3、膝关节运动机构4和踝关节运动机构5上增设了驱动电机12，并且各个驱动电机12均与控制器11信号连接。其中，控制器11主要用于根据预设的程度指令控制各个驱动电机12进行对应运转，使得髋关节运动机构3、膝关节运动机构4和踝关节运动机构5按照预设动作进行运动，使得患者逐渐完成各项动作。

进一步的，本实施例还在髋关节运动机构3、膝关节运动机构4和踝关节运动机构5上增设了姿态传感器13。该姿态传感器13与控制器11信号连接，主要用于检测三者的运动姿态，并将其检测数据反馈给控制器11，以使控制器11根据预设动作与患者的当前动作进行对比，进而对驱动电机12的运转状态进行微调，使得机械腿的动作与患者的动作更加协调。具体的，该姿态传感器13可包括位置传感器、速度传感器、力传感器、陀螺仪和温度传感器等，可实时检测机器人的姿态、速度以及患者用力大小和方向。

同时，姿态传感器13还能够准确判断髋关节运动机构3、膝关节运动机构4和踝关节运动机构5的当前运动状态与初始运动状态之间的偏差角，并通过控制器11监控偏差角的偏差状态，以对髋关节运动机构3、膝关节运动机构4和踝关节运动机构5的运动进行限位，保证三者的运动角度范围处于安全范围内。具体的，髋关节运动机构3的运动角度一般可为-120°～40°，膝关节运动机构4的运动角度一般可为0～100°，踝关节运动机构5的运动角度一般可为±20°。此处各个角度值均为根据正常人体的下肢机能得出，实际应用时可进行调整。

另外，本实施例还在背板1上设置了用于对控制器11和驱动电机12进行供电的电源系统14，以及设置在背板1上的紧急开关15。具体的，该电源系统14除了具有电源的通断、急停和充电功能外，还包含若干个可拆换的电池包16，同时还可通过温度传感器和控制器11对其进行温度监控。不仅如此，当打开总电源开关时，电池包16可直接为系统供电，当关闭总电源开关时，电池包16与系统断开，此时电池包16可以通过接入外接电源进行充电。控制器11可直接控制紧急开关15的通断，当遇到紧急情况时，可迅速按下紧急开关15，控制系器收到信号后立刻切断电源系统14与驱动电机12的电路连接，使得驱动电机12停止运转。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，包括可穿戴的背板(1)、可拆卸地设置于所述背板(1)底部的连接件(2)、与所述连接件的末端转动连接的髋关节运动机构(3)、与所述髋关节运动机构(3)的末端转动连接的膝关节运动机构(4)，以及与所述膝关节运动机构(4)的末端转动连接的踝关节运动机构(5)；所述髋关节运动机构(3)的内侧壁上设置有用于固定患者大腿部位的第一绑带(6)，所述膝关节运动机构(4)的内侧壁上设置有用于固定患者小腿部位的第二绑带(7)，所述踝关节运动机构(5)上设置有用于支撑患者脚掌的支撑板(8)。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节运动机构(3)包括与所述连接件(2)的末端相连的第一转轴(301)，以及套设在所述第一转轴(301)上的第一传动杆(302)。

3.根据权利要求2所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，所述膝关节运动机构(4)包括第二转轴(401)和套设在所述第二转轴(401)上的第二传动杆(402)，且所述第一传动杆(302)的末端套设在所述第二转轴(401)上。

4.根据权利要求3所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，所述踝关节运动机构(5)具体为第三转轴，所述第二传动杆(402)的末端套设在所述第三转轴上，且所述支撑板(8)的一端套设在所述第三转轴上。

5.根据权利要求4所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，所述第一传动杆(302)的末端套设在所述第二转轴(401)的中间位置，所述第二传动杆(402)的首端套设在所述第二转轴(401)的两端位置；所述第二传动杆(402)的末端套设在所述第三转轴的中间位置，所述支撑板(8)的一端套设在所述第三转轴的两端位置。

6.根据权利要求5所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，所述第一传动杆(302)和第二传动杆(402)均为可伸缩杆，且所述第一传动杆(302)和第二传动杆(402)的外壁上均设置有用于将其固定在当前伸缩长度位置的固锁部件(9)。

7.根据权利要求6所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，还包括设置于所述背板(1)上、用于调节所述连接件(2)的水平转动角度的盆骨宽度调节器(10)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，还包括设置于所述背板(1)上的控制器(11)，分别设置于所述髋关节运动机构(3)、膝关节运动机构(4)和踝关节运动机构(5)上并用于驱动自身运动的驱动电机(12)，且各所述驱动电机(12)均与所述控制器(11)信号连接。

9.根据权利要求8所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节运动机构(3)、膝关节运动机构(4)和踝关节运动机构(5)上均设置有姿态传感器(13)，且所述姿态传感器(13)与所述控制器(11)信号连接，以控制所述髋关节运动机构(3)、膝关节运动机构(4)和踝关节运动机构(5)的运动角度范围处于安全范围内。

10.根据权利要求9所述的可穿戴式下肢康复训练外骨骼机器人，其特征在于，还包括设置于所述背板(1)上、用于对所述控制器(11)和驱动电机(12)供电的电源系统(14)，以及设置于所述背板(1)上、与所述控制器(11)信号连接的紧急开关(15)，且当所述紧急开关(15)触发时，所述控制器(11)切断所述电源系统(14)与所述驱动电机(12)的电路连接。