CN211188112U - 一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，包括髋关节组件、膝关节组件、踝关节组件、小腿支撑组件、大腿支撑组件、足部组件和腰部连接件，腰部连接件连接髋关节组件，髋关节组件与腰部连接件铰接；髋关节组件还通过万向连接件连接大腿支撑组件，膝关节组件连接大腿支撑组件和小腿支撑组件，踝关节组件铰接接小腿支撑组件和足部组件；其中，足部组件包括前脚板和前脚板支架，前脚板支架固定连接踝关节组件，前脚板支架通过缓冲机构与前脚板连接。本实用新型能够使外骨骼能够帮助穿戴者完成保护支撑、行走助力等功能。

Description

一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人

技术领域

本实用新型涉及康复器械领域，具体的，涉及一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人。

背景技术

对于绝大多数的下肢功能障碍患者，目前尚无有效的临床康复方案，急需利用新技术、新方法和先进的手段研究一种有效的智能康复训练设备，本实用新型可穿戴康复型下肢外骨骼机器人就是能够解决该问题的康复训练设备。下肢康复型下肢外骨骼是一种穿戴在使用者身体外部的一种助力装置，通过电机、液压泵等为下肢各关节提供动力，将人机系统重力通过外骨骼机械腿传至地面，为穿戴者行走等下肢运动提供动力辅助和保护支撑等功能，它融合了传感、信号采集、步态识别、运动控制等关键技术，使外骨骼能够帮助穿戴者完成保护支撑、行走助力等功能。

发明人认为，现有的大多数下肢外骨骼机器人的髋关节只设计屈伸运动一个自由度，这种设计对人体髋关节的仿生性能不高，限制了穿戴者的其他方向活动。

其次，人类正常行走时，某一阶段是前、后脚板形成一个夹角来发力迈出下一步，现有的下肢外骨骼机器人的足部将前、后脚板设计为一体，虽然可以满足基本行走的要求，但很难真正模拟和人类一样的动作，在步行速度、抗冲迎击能力和适应性方面存在局限性。

另外，现有的很多下肢外骨骼机器人的小腿与足部刚性连接，这样会大大降低机器人行走过程中的负重能力和抗冲击能力，一定程度上限制其应用范围和应用场合。

实用新型内容

针对现有的下肢外骨骼机构髋关节自由度不足、脚部外骨骼仿生性能差、踝部刚性连接限制运动性能的不足，本实用新型旨在提供一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，髋关节采用万向节结构，使其拥有三个自由度，提高了仿生性能。足部设计为前后两个脚板，前脚板设有弹簧，能够增强行走过程中的负重能力和抗冲击力，能够使外骨骼能够帮助穿戴者完成保护支撑、行走助力等功能。

本实用新型的目的，是提供一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人。

为实现上述实用新型目的，本实用新型公开了下述技术方案：

首先本实用新型公开了一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，包括髋关节组件、膝关节组件、踝关节组件、小腿支撑组件、大腿支撑组件、足部组件和腰部连接件，腰部连接件连接髋关节组件，髋关节组件与腰部连接件铰接；髋关节组件还通过万向连接件连接大腿支撑组件，膝关节组件连接大腿支撑组件和小腿支撑组件，踝关节组件铰接小腿支撑组件和足部组件；其中，足部组件包括前脚板和前脚板支架，前脚板支架固定连接踝关节组件，前脚板支架通过缓冲机构与前脚板连接。

进一步，所述髋关节组件包括套筒、变形十字轴、传动轴叉和套筒叉，传动轴叉一端与腰部连接块铰接以实现髋关节的外展内收运动，传动轴叉另一端与变形十字轴铰接以实现内旋/外旋运动，变形十字轴还与套筒叉铰接以实现做屈伸运动，变形十字轴铰接驱动机构，髋关节组件能够与大腿固定连接。

进一步，所述膝关节组件包括大腿下调节块和小腿上调节块。大腿下调节块与小腿上调节块铰接以使膝关节做屈伸运动。

进一步，所述踝关节包括小腿下调节块和后脚板，小腿下调节块和后脚板铰接；所述前脚板支架固定于小腿下调节块。

进一步，所述大腿支撑组件包括大腿上调节块、大腿下调节块、驱动机构支架和绑带环，大腿上调节块和大腿下调节块均设有长度调节孔，绑带环连接于大腿上调节快或大腿下调节块，大腿下调节块的一侧连接驱动机构支架。

进一步，所述大腿上调节块和大腿下调节块通过连接件连接，连接件穿过所述大腿上调节块和大腿下调节块的长度调节孔；驱动机构支架连接驱动装置。

进一步，所述小腿支撑组件包括小腿上调节块、小腿下调节块和绑带环，小腿上调节块和小腿下调节块均设有长度调节孔，绑带环连接于大腿上调节快或大腿下调节块，小腿上调节块的一侧连接驱动机构支架。

进一步，所述小腿上调节块和小腿下调节块通过连接件连接，连接件穿过所述小腿上调节块和小腿下调节块的长度调节孔；驱动机构支架连接驱动装置；驱动机构还连接大腿支撑组件。

进一步，所述小腿下调节块的一侧设有前脚板支架定位孔，用来固定连接前脚板支架，小腿下调节块还与后脚板铰接以实现踝关节屈伸运动。

进一步，所述腰部连接组件包括腰部连接块、传动轴叉和腰部调节板，腰部连接块铰接传动轴叉，腰部连接块通过连接件连接腰部调节板。

本实用新型的使用方法是，根据实际情况调整大腿支撑组件和小腿支撑组件的长度，使用绑带环将大腿支撑组件固定在大腿，将小腿支撑组件固定在小腿，将脚踩入足部组件。

与现有技术相比，本实用新型取得了以下有益效果：

1)本实用新型髋关节采用万向节结构，使其拥有三个自由度，且万向节结构紧凑，提高可穿戴性，相对于现有的只具有一个自由度的髋关节结构，仿生性能高，穿戴者可以在更多方向活动。

2)本实用新型中，足部设计为前、后两个脚掌，更符合人体行走特征，提升穿戴舒适性，真正模拟和人类一样的动作，在步行速度、抗冲击能力和适应性方面均更加符合实际的需要。

3)本实用新型在前脚板和小腿之间安装缓冲组件，能够增强行走过程中的负重能力和抗冲击能力，使其应用范围和应用场合更广泛。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为实施例1结构示意图；

图2为图1中髋关节的结构示意图；

图3为图1中大腿及其驱动方式示意图；

图4为图1中膝关节及小腿驱动示意图；

图5为图1中踝关节及足部组件示意图；

图6为图1中腰部连接组件示意图。

1-髋关节组件，2-驱动机构，3-第一绑带环，4-足部组件，5-踝关节组件， 6-小腿支撑组件，7-膝关节组件，8-大腿支撑组件，9-腰部组件,101-套筒叉， 102-轴承，103-变形十字轴，104-轴承螺丝，105-传动轴叉，106-腰部连接块,201-大腿上调节块，202-第三绑带环，203-大腿下调节块，204-第一驱动机构支架，205-第一驱动机构,301-第二驱动机构支架，302-第二驱动机构， 304-小腿下调节块，305-小腿上调节块，306-膝关节组件,401-前脚板支架， 402-后脚板，403-前脚板，404-铰接螺钉，405-外套筒，406-铰接螺丝，407- 弹簧，408-内套筒，409-活塞套环，410-铰接环,502-传动轴叉，503-铰接螺钉，504-腰部调节板，505-铰接螺钉。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，针对现有的下肢外骨骼机构髋关节自由度不走、脚部外骨骼仿生性能差、踝部刚性连接限制运动性能的不足，本实用新型旨在提供一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，髋关节采用万向节结构，使其拥有三个自由度，提高了仿生性能。足部设计为前后两个脚板，前脚板设有弹簧，能够增强行走过程中的负重能力和抗冲击力，能够使外骨骼能够帮助穿戴者完成保护支撑、行走助力等功能，现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步进行说明。

实施例1

一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，包括髋关节组件1、膝关节组件7、踝关节组件5、小腿支撑组件6、大腿支撑组件8、足部组件4和腰部组件9，腰部连接块106连接髋关节组件1，髋关节组件1与腰部连接块106铰接；髋关节组件1还通过万向连接件连接大腿支撑组件8，膝关节组件7连接大腿支撑组件8和小腿支撑组件6，踝关节组件5铰接小腿支撑组件6和足部组件4；其中，足部组件4包括前脚板和前脚板支架，前脚板支架固定连接踝关节组件 5，前脚板支架通过缓冲机构与前脚板连接。

可以理解的是，本实施例中的实际上还包括驱动装置，以实现辅助行走和其他运动行为的目的。本实施例中的驱动装置为电动伸缩杆，此为本领域的现有技术，在此不再赘述。在不使用驱动装置或者驱动装置停用的情况下，本实施例也可以用于矫正运动姿态。

所述髋关节组件1包括套筒、变形十字轴103、传动轴叉105和套筒叉101，传动轴叉105一端与腰部连接块106铰接以实现变形十字轴103的外展内收运动，传动轴叉105另一端与变形十字轴103铰接以实现内旋/外旋运动，变形十字轴103还与套筒叉101铰接以实现做屈伸运动，变形十字轴103铰接驱动机构2，髋关节组件1能够与大腿固定连接。可以理解的是，实际上本实施例中髋关节组件1的套筒、变形十字轴103、传动轴叉105和套筒叉101所组成的结构为万向节结构，本实施例通过使用万向节结构作为本实施例中的变形十字轴103，能够依靠万向节结构提供更多自由度的活动范围。

更为具体的，传动轴叉105一端有铰接孔，与腰部连接块106铰接，传动轴叉105绕腰部连接块10转动做变形十字轴103的外展内收运动，另一端与变形十字轴103通过轴承102铰接做内旋外旋运动，变形十字轴103另一端通过轴承102与套筒叉101铰接做屈伸运动，变形十字轴103下方突出为铰接孔，用来铰接第一驱动装置。

所述膝关节组件7包括大腿下调节块203和小腿上调节块305。大腿下调节块203与小腿上调节块305铰接以使膝关节做屈伸运动。

所述踝关节包括小腿下调节块304和后脚板，小腿下调节块304和后脚板铰接；所述前脚板支架固定于小腿下调节块304。

更为具体的，为了便于描述，如图5所示，踝关节及足部组件4包括：支架401、后脚板402、前脚板403、铰接螺钉404、外套筒405、铰接螺丝406、弹簧407、内套筒408、活塞套环409和铰接环410，前脚板403和支架401 通过螺丝固定在小腿下调节块304上，后脚板402与小腿下调节块304铰接构成踝关节，完成屈伸运动，前脚板403通过铰接螺钉404与铰接套筒铰接，外套筒405、弹簧407、内套筒408由外而内套接，并且外套筒405连接活塞套环409，外套筒405、弹簧407、内套筒408和活塞套环409组成缓冲装置，内套筒408在外套筒405中上下滑动，弹簧407套在外套筒405上，上下用活塞套环409抵在铰接孔上，从而控制前脚板、后脚板的行走幅度，能够增强行走过程中的负重能力和抗冲击能力，使其应用范围和应用场合更广泛。

所述大腿支撑组件8包括大腿上调节块201、大腿下调节块203、第二驱动机构支架和绑带环，大腿上调节块201和大腿下调节块203均设有长度调节孔，绑带环连接于大腿上调节快或大腿下调节块203，大腿下调节块203的一侧连接第二驱动机构支架。

所述大腿上调节块201和大腿下调节块203通过连接件连接，连接件穿过所述大腿上调节块201和大腿下调节块203的长度调节孔；第二驱动机构支架连接第二驱动装置。

可以理解的是，第一驱动机构205为连接踝关节组件1与大腿支撑组件8 的驱动机构2，第二驱动机构302为连接大腿支撑组件8与小腿支撑组件6的驱动机构2。

所述小腿支撑组件6包括小腿上调节块305、小腿下调节块304和绑带环，小腿上调节块305和小腿下调节块304均设有长度调节孔，绑带环连接于大腿上调节快或大腿下调节块203，小腿上调节块305的一侧连接第二驱动机构支架。

所述小腿上调节块305和小腿下调节块304通过连接件连接，连接件穿过所述小腿上调节块305和小腿下调节块304的长度调节孔；第二驱动机构支架连接驱动装置；驱动机构2还连接大腿支撑组件8。

可以理解的是，大腿支撑组件8和小腿支撑组件6的调节原理是一致的，通过调节块设有的长度调节孔的搭配搭配，可以调整大腿支撑组件8和小腿支撑组件6的具体长度。

可以理解的是，本实施例中，长度调节孔可以安装绑带环，具体的，绑带环通过螺钉连接长度调节孔，便于调节绑带环的位置。

可以理解的是，本实施例中，所述的第二驱动机构支架为杆状支架。

所述小腿下调节块304的一侧设有前脚板支架定位孔，用来固定连接前脚板支架，小腿下调节块304还与后脚板402铰接以实现踝关节屈伸运动。

此外，本实施例还包括腰部连接组件9，腰部连接组件9包括腰部连接块 106、传动轴叉502、铰接螺钉505、腰部调节板504、铰接螺丝；其中，腰部连接块106和传动轴叉502铰接，可实现变形十字轴103的外展内收运动，腰部连接块106与腰部调节板504通过铰接螺丝和铰接螺钉505固定，腰部连接块106和腰部调节板504上有长度调节孔，可通过滑动实现腰部长度调节。

实施例2

实施例2公开了一种如实施例1所公开的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人在运动领域的应用，在使用时，根据实际情况调整大腿支撑组件和小腿支撑组件的长度，使用绑带环将大腿支撑组件固定在大腿，将小腿支撑组件固定在小腿，将脚踩入足部组件。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，包括髋关节组件、膝关节组件、踝关节组件、小腿支撑组件、大腿支撑组件、足部组件和腰部连接组件，腰部连接组件连接髋关节组件，髋关节组件与腰部连接组件铰接；髋关节组件还通过万向连接件连接大腿支撑组件，膝关节组件连接大腿支撑组件和小腿支撑组件，踝关节组件铰接小腿支撑组件和足部组件；其中，足部组件包括前脚板和前脚板支架，前脚板支架固定连接踝关节组件，前脚板支架通过缓冲机构与前脚板连接。

2.如权利要求1所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述膝关节组件包括大腿下调节块和小腿上调节块；大腿下调节块与小腿上调节块铰接以使膝关节做屈伸运动。

3.如权利要求1所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述踝关节组件包括小腿下调节块和后脚板，小腿下调节块和后脚板铰接；所述前脚板支架固定于小腿下调节块。

4.如权利要求1所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑组件包括大腿上调节块、大腿下调节块、第一驱动机构支架和第一绑带环，大腿上调节块和大腿下调节块均设有长度调节孔，绑带环连接于大腿上调节块或大腿下调节块，大腿下调节块的一侧连接驱动机构支架；所述大腿上调节块和大腿下调节块通过连接件连接，连接件穿过所述大腿上调节块和大腿下调节块的长度调节孔；驱动机构支架连接第一驱动装置。

5.如权利要求1所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部连接组件包括腰部连接块、第一传动轴叉和腰部调节板，腰部连接块铰接第一传动轴叉，腰部连接块通过连接件连接腰部调节板。

6.如权利要求5所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节组件包括套筒、变形十字轴、第二传动轴叉和套筒叉，第二传动轴叉一端与腰部连接块铰接以实现髋关节的外展内收运动，第二传动轴叉另一端与变形十字轴铰接以实现内旋/外旋运动，变形十字轴还与套筒叉铰接以实现做屈伸运动，变形十字轴铰接第二驱动机构，髋关节组件能够与大腿固定连接。

7.如权利要求1所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿支撑组件包括小腿上调节块、小腿下调节块和第一绑带环，小腿上调节块和小腿下调节块均设有长度调节孔，第一绑带环连接于大腿上调节块或大腿下调节块，小腿上调节块的一侧连接第一驱动机构支架。

8.如权利要求7所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿上调节块和小腿下调节块通过连接件连接，连接件穿过所述小腿上调节块和小腿下调节块的长度调节孔；驱动机构支架连接驱动装置；驱动机构还连接大腿支撑组件。

9.如权利要求7所述的可穿戴康复型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿下调节块的一侧设有前脚板支架定位孔，用来固定连接前脚板支架，小腿下调节块还与后脚板铰接以实现踝关节屈伸运动。

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