CN214910085U - 可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，包括大腿固定装置、小腿固定装置、髋关节固定装置和肩关节固定装置，大腿固定装置与小腿固定装置铰接，大腿固定装置、小腿固定装置内侧面分别设有大腿固定扣环、小腿固定扣环，髋关节固定装置与肩关节固定装置通过肩髋关节稳定连接装置连接，大腿固定装置与髋关节固定装置铰接，肩关节固定装置上设有表面肌电信号采集器。本实用新型通过安装在肩关节的表面肌电信号采集器采集患者的肩关节肌肉激活状态，将数据无线传输给总控制模块；总控制模块通过分析数据判断患者运动意图，并由此输出特定脉宽控制髋关节处和膝关节处的运动动力机构输出力矩完成行走任务，实现外骨骼辅助行走柔顺化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种辅助步行装置，具体涉及一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置。
背景技术
目前，随着机器人技术和康复医学的结合，用于康复以及日常使用的机器人逐渐开始成为研究导向。大多数残疾人在重返正常生活的过程中由于残障和功能弱化深受身心影响。目前各研究机构所在研发的外骨骼机器人控制系统输入采用的有力传感器，机械按键控制，表面肌肉电信号控制以及脑电控制等。下肢残疾人由于肌肉萎缩或截肢等原因，传统方案里提取下肢肌肉电信号较为困难繁琐。而脑电接口机器人基于实时采集的密集脑电信号转化识别为人类的运动意图从而实现动作，但需要高精度高密度的EEG信号。短期两者均难以普及。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，包括大腿固定装置、小腿固定装置、髋关节固定装置和肩关节固定装置，大腿固定装置的底端与小腿固定装置的顶端铰接，大腿固定装置、小腿固定装置内侧面分别设有大腿固定扣环、小腿固定扣环，髋关节固定装置与肩关节固定装置通过肩髋关节稳定连接装置连接，大腿固定装置的顶端与髋关节固定装置的底端铰接，肩关节固定装置上设有表面肌电信号采集器，大腿固定装置上设有总控制模块，表面肌电信号采集器与总控制模块连接。
进一步的，所述髋关节固定装置为弧形形状，其弧形的边缘设有绑带通孔。
进一步的，所述小腿固定装置上开设小腿板条形槽，大腿固定装置上开设大腿板条形槽。
进一步的，所述大腿固定装置与小腿固定装置的铰接处设有膝关节运动动力机构，大腿固定装置与髋关节固定装置的交接处设有髋关节运动动力机构，大腿板条形槽、小腿板条形槽中分别设有电源模块，电源模块分别与髋关节运动动力机构和膝关节运动动力机构电连接。
进一步的，所述髋关节运动动力机构和膝关节运动动力机构为数字舵机。
进一步的，所述肩关节固定装置上部内凸面前后两侧分别开设有通孔，通孔中设置表面肌电信号采集器。
进一步的，所述总控制模块为arduino控制板，安装在大腿板条形槽中，总控制模块与髋关节运动动力机构和膝关节运动动力机构连接。
与现有技术相比本实用新型通过安装在肩关节的表面肌电信号采集器采集患者的肩关节肌肉激活状态，通过无线传输方式将数据传输给总控制模块；总控制模块通过分析数据判断患者运动意图，并由此输出特定脉宽控制髋关节处和膝关节处的运动动力机构输出力矩完成行走任务，实现外骨骼辅助行走柔顺化。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型的主视图；
图3为本实用新型的侧视图；
图中：101、肩关节固定装置，102、肩髋关节稳定连接装置，103、髋关节固定装置，104、大腿固定装置，105、小腿固定装置，201、大腿固定扣环，202、小腿固定扣环，301、通孔，302、连接端，303、绑带通孔，304、大腿板条形槽，305、小腿板条形槽，401、髋关节运动动力机构，402、膝关节运动动力机构。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
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。
如图1至图3所示，本实用新型提供一种技术方案：包括大腿固定装置104、小腿固定装置105，大腿固定装置104的底端与小腿固定装置105的顶端铰接，铰接处即为膝关节活动处，在该处设置膝关节运动动力机构402以辅助膝关节活动；大腿固定装置104、小腿固定装置105内侧面分别设有大腿固定扣环201、小腿固定扣环202，分别用于固定患者的大腿和小腿，还包括髋关节固定装置103和肩关节固定装置101，髋关节固定装置103与肩关节固定装置101通过肩髋关节稳定连接装置102连接，肩髋关节稳定连接装置102的上连接端302与肩关节固定装置101的下端连接，肩髋关节稳定连接装置102的下连接端302与髋关节固定装置103的上端连接，大腿固定装置104的顶端与髋关节固定装置103的底端铰接，铰接处为髋关节活动处，在该处设置髋关节运动动力机构401以辅助髋关节活动。
患者胳膊穿过肩关节固定装置101，肩关节固定装置101卡挂在患者的肩膀上，然后将大腿固定扣环201、小腿固定扣环202分别固定在患者大腿、小腿上，此时髋关节固定装置103贴合在患者髋关节外侧，为了适应不同身高的穿戴需求，肩髋关节稳定连接装置102为可伸缩结构，通过调节其伸缩长度来满足不同身高患者穿戴需求，髋关节固定装置103为弧形形状，其弧形的边缘设有绑带通孔303，弧形形状设计更加符合人体工程学，贴合效果更好，再通过绑带通孔303安装绑带将身体矢状面两侧对称结构连接稳定，使得穿戴效果更好。
小腿固定装置105上开设小腿板条形槽305，大腿固定装置104上开设大腿板条形槽304，大腿板条形槽304中安装与髋关节运动动力机构401电连接的电源模块，小腿板条形槽305中安装与膝关节运动动力机构402电连接的电源模块，电源模块为运动动力机构提供电能，运动动力机构选用数字舵机。大腿板条形槽304中安装总控制模块，总控制模块与表面肌电信号采集器、髋关节运动动力机构401和膝关节运动动力机构402连接，有线连接和无线连接均可，优选为蓝牙方式无线连接。
肩关节固定装置101上部内凸面前后两侧分别开设有通孔301，通孔301中设置表面肌电信号采集器，表面肌电信号采集器包括单通道小型表面肌肉电信号传感器以及无线蓝牙发射/接收模块，无线蓝牙发射/接收模块用于和总控制模块连接，总控制模块选用arduino控制板，小型表面肌肉电信号传感器用于检测患者肌肉表面电信号，作为优选，通孔301开设多个，开设位置覆盖到人的三角肌中束、三角肌后束、斜方肌这三个部位。
患者肩关节的动作状态可以拆分成前屈、后伸和外展三个主要动作。使用时，本实用新型相应可以判断出患者步行的开始，行进以及终止状态。肩关节前屈过程中，三角肌中束、三角肌后束、斜方肌的表面电信号平均值接近；肩关节后伸过程中，三角肌后束电信号平均值与幅值均明显高于其他两块肌肉；肩关节外展过程中，三角肌中束以及斜方肌电信号明显高于三角肌后束。表面肌电信号采集器采集患者肌肉表面电信号数值并通过无线蓝牙发射模块，将数据传输至总控制模块arduino控制板；总控制模块即可做出肩关节三种动作的区分；患者摆臂向前的动作，为步行开始信号其中包含外展与前屈的两种运动综合，可由三角肌中束以及斜方肌表面肌肉电信号达到阈值识别；此时arduino控制板输出动态数组脉宽控制膝关节运动动力机构402和髋关节运动动力机构401输出力矩完成对侧腿部摆动期步行以及同侧腿支撑期步行，患者摆臂回归的动作，可由三者电信号趋于平均值识别，此时arduino控制板输出动态数组脉宽控制膝关节运动动力机构402和髋关节运动动力机构401输出力矩完成同侧腿支撑期步行以及对侧腿摆动期步行；患者后伸完成重心前移的动作，可由三角肌后束电信号明显高于其他两块肌肉并达到阈值识别，此时arduino控制板输出固定脉宽控制膝关节运动动力机构402和髋关节运动动力机构401输出力矩达到起始姿态。至此各时段运动意图特征提取以及步行辅助动作完成。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，包括大腿固定装置（104）、小腿固定装置（105），大腿固定装置（104）的底端与小腿固定装置（105）的顶端铰接，大腿固定装置（104）、小腿固定装置（105）内侧面分别设有大腿固定扣环（201）、小腿固定扣环（202），其特征在于，还包括髋关节固定装置（103）和肩关节固定装置（101），髋关节固定装置（103）与肩关节固定装置（101）通过肩髋关节稳定连接装置（102）连接，大腿固定装置（104）的顶端与髋关节固定装置（103）的底端铰接，肩关节固定装置（101）上设有表面肌电信号采集器，大腿固定装置（104）上设有总控制模块，表面肌电信号采集器与总控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，其特征在于：所述髋关节固定装置（103）为弧形形状，其弧形的边缘设有绑带通孔（303）。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，其特征在于：所述小腿固定装置（105）上开设小腿板条形槽（305），大腿固定装置（104）上开设大腿板条形槽（304）。
4.根据权利要求3所述的一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，其特征在于：所述大腿固定装置（104）与小腿固定装置（105）的铰接处设有膝关节运动动力机构（402），大腿固定装置（104）与髋关节固定装置（103）的交接处设有髋关节运动动力机构（401），大腿板条形槽（304）、小腿板条形槽（305）中分别设有电源模块，电源模块分别与髋关节运动动力机构（401）和膝关节运动动力机构（402）电连接。
5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，其特征在于：所述髋关节运动动力机构（401）和膝关节运动动力机构（402）为数字舵机。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，其特征在于：所述肩关节固定装置（101）上部内凸面前后两侧分别开设有通孔（301），通孔（301）中设置表面肌电信号采集器。
7.根据权利要求4所述的一种可穿戴式下肢外骨骼辅助步行装置，其特征在于：所述总控制模块为arduino控制板，安装在大腿板条形槽（304）中，总控制模块与髋关节运动动力机构（401）和膝关节运动动力机构（402）连接。
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