CN108578174A - 一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，包括腰部支撑板，髋关节组件、大腿支撑杆、膝关节组件、小腿支撑杆、足底支撑板；髋关节组件包括第一驱动电机、第一法兰盘、第一减速器；支撑板下端两侧连接有第一法兰盘；腰部支撑板与第一法兰盘固连；第一驱动电机与第一法兰盘外端面固连第一驱动电机与第一减速器相连；第一减速器固定在第一法兰盘内；大腿支撑杆上端固连有第一转盘，第一转盘与第一减速器相连；第一驱动电机通过第一减速器带动大腿支撑杆摆动；膝关节组件连接及工作方式与髋关节组件相似；大腿支撑杆、小腿支撑杆上均设有绑定机构；小腿支撑杆下端通过第一转轴与足底支撑板相连，小腿支撑杆摆动带动脚步摆动。本发明便携性好、功能性强。

Description

一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人

技术领域

本发明属于医疗康复训练机器人领域，特别是一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人。

背景技术

我国人口老龄化问题日益严重，已成为老龄人口最多的国家，也是人口老龄化速度最快的国家之一，据联合国统计，至本世纪中叶将有5亿中国人口超过60岁，中国家庭和政府将面临空前严峻的养老和医疗护理压力。高龄人群由于机能老化，下肢行走能力衰退，给日常生活造成不便，偏瘫、中风等疾病也会导致老年人行走障碍。从当代医学理论和临床医学实践证明，对肢体运动功能的恢复和提高，除了必要的医疗手段外，给予科学正确的康复性训练相当重要。下肢外骨骼机构能够有效地辅助患有以上疾病的患者进行康复性训练，同时也能为下肢行动不便的老年人提供助力。

然而现存的下肢外骨骼机器人大多结构复杂且装置笨重，同时其采用的动力源和传感器设备众多，导致控制难度大，穿戴不便，且不易携带，市场推广性较差。专利申请号：201710405910.1公开了一种可穿戴下肢外骨骼机器人，该装置卸下以后占据空间较大且不易放置，无法自主支撑，便携性较差。专利申请号：201620012709.8公开了一种可折叠便携式下肢外骨骼，由于该装置采用了液压驱动方式，而液压缸具有容易泄露的缺点，同时零件较多，装配复杂，不利于老年人使用，并且该可折叠外骨骼主要设计用于单兵作战而不是日常助力，故不适于投入市场。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，以解决现有机器人结构复杂，不便于穿戴、无法自主支撑且不便携带的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，包括腰部支撑板，髋关节组件、大腿支撑杆、膝关节组件、小腿支撑杆、足底支撑板；

所述髋关节组件包括第一驱动电机、第一法兰盘、第一减速器；所述支撑板下端两侧对称连接有第一法兰盘；所述腰部支撑板与第一法兰盘固连；所述第一驱动电机与第一法兰盘外端面固连；所述第一驱动电机与第一减速器相连；所述第一减速器固定在第一法兰盘内；所述大腿支撑杆上端固连有第一转盘，所述第一转盘与第一减速器相连；所述第一驱动电机通过第一减速器带动大腿支撑杆摆动；

所述膝关节组件包括第二驱动电机、第二法兰盘、第二减速器；所述大腿支撑杆下端与第二法兰盘固连；所述第二驱动电机与第二法兰盘外端面固连；所述第二驱动电机与第二减速器相连；所述第二减速器固定在第二法兰盘内；所述小腿支撑杆上端固连有第二转盘，所述第二转盘与第二减速器相连；所述第二驱动电机通过第二减速器带动小腿支撑杆摆动；

所述大腿支撑杆、小腿支撑杆上均设有绑定机构；所述小腿支撑杆下端通过第一转轴与足底支撑板相连，小腿支撑杆摆动，带动脚步摆动。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明的便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，支撑架上设有安装孔，以便将整个机器人与外部固定架固定，起支撑作用，同时也可便于患者直立状态进行康复训练。

(2)本发明结构设计简洁，并具有模块化的特点，大腿与小腿组件均可独立拆卸并穿戴，相比现有的外骨骼机器人，结构上更加轻便，并且更易于对电机独立控制。

(3)本发明的便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，在膝关节处设计有折叠部件，使得该装置经过简单的折叠操作之后能够放入有限空间内，方便日常携带和运输。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的便携式可穿戴下肢外骨骼机器人的总体结构示意图。

图2为髋关节组件连接示意图。

图3为膝关节组件连接示意图。

图4为折叠机构连接示意图。

图5为折叠机构向上折叠状态示意图。

图6为大腿支撑杆结构示意图。

图7为足底支撑板连接示意图。

图8为小腿支撑杆与足底支撑板连接示意图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1-图3，本发明的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，包括腰部支撑板1，髋关节组件、大腿支撑杆4、膝关节组件、小腿支撑杆10、足底支撑板11；

所述髋关节组件包括第一驱动电机14、第一法兰盘2、第一减速器3；所述支撑板1下端两侧对称连接有第一法兰盘2；所述腰部支撑板1与第一法兰盘2固连；所述第一驱动电机14与第一法兰盘2外端面固连；所述第一驱动电机14与第一减速器3相连；所述第一减速器3固定在第一法兰盘2内；所述大腿支撑杆套筒4上端固连有第一转盘41；所述第一转盘41与第一减速器3相连；所述第一驱动电机14通过第一减速器3带动大腿支撑杆套筒4摆动；所述大腿支撑杆套筒4嵌套在大腿支撑杆6上；所述大腿支撑杆套筒4在摆动时通过嵌套传动带动大腿支撑杆6摆动。

所述膝关节组件包括第二驱动电机15、第二法兰盘8、第二减速器9；所述大腿支撑杆6下端与第二法兰盘8固连；所述第二驱动电机15与第二法兰盘8外端面固连；所述第二驱动电机15与第二减速器9相连；所述第二减速器9固定在第二法兰盘8内；所述小腿支撑杆10上端固连有第二转盘101，所述第二转盘101与第二减速器9相连；所述第二驱动电机15通过第二减速器9带动小腿支撑杆10摆动；

所述述小腿支撑杆10下端通过第一转轴16与足底支撑板11相连，小腿支撑杆10摆动，带动足部摆动。所述大腿支撑杆套筒4、小腿支撑杆10上均设有绑定机构5，以便分别与人体的大腿和小腿进行固定。

优选的，所述绑定机构为绑带，以进行柔性连接。在另外一些实施方式中，也可以采用一些绑箍等

进一步的，所述腰部支撑板1横向两端还分别设有支撑架12，支撑架12上设有安装孔，以便将整个机器人与外部固定架固定，起支撑作用，同时也可便于患者直立状态进行康复训练。

进一步的，结合图4、图5，所述大腿支撑杆4与第二法兰盘8之间还设有折叠机构进行连接，所述折叠机构包括第一支撑板71、第二支撑板72、第二转轴73；所述大腿支撑杆4下端与第一支撑板71固连，所述第一支撑板71与第二支撑板72通过第二转轴73相连，第二转轴73的轴向垂直于第一转盘41的轴向；所述第二支撑板72下端与第二法兰盘8固连；所述第一支撑板71和第二支撑板72上均设有相连接的固定孔74；固定时，所述第一支撑板71和第二支撑板72通过螺栓连接，折叠存放时，所述第一支撑板71和第二支撑板72的螺栓拆除，第二支撑板72可通过第二转轴73向上转动，将小腿支撑杆10和大腿支撑杆6进行折叠，以便于携带。

进一步的，所述大腿支撑杆6为可伸缩杆，以便于调整支撑杆的长度，以适应不同身高的老人或患者。

在一些实施方式中，所述大腿支撑杆4和小腿支撑杆10均为管状结构，管状结构可减轻支撑杆的重量，便于携带。

进一步的，结合图6，所述大腿组件包括大腿支撑杆套筒4、大腿支撑杆6；所述大腿支撑杆6套在大腿支撑杆套筒4内，形成嵌套结构，所述大腿支撑杆套筒4、大腿支撑杆6上横向上设有多个定位孔45，大腿支撑杆套筒4、大腿支撑杆6调整后，通过定位孔45定位，通过定位销或螺栓将大腿支撑杆套筒4、大腿支撑杆6上的定位孔45固定位置。

在另外一些实施方式中，所述大腿支撑杆4和小腿支撑杆10的下端均为平板结构，板状结构上设有多个定位孔，以实现大腿支撑杆4或小腿支撑杆10伸缩后的固定。

进一步的，结合图7、图8，所述小腿支撑杆10下端固定有团弧形的转动座103，所述足底支撑板11上端固定有固定座111，所述固定座111上端设有弧形槽112，转动座103通过第二转轴16连接在弧形槽112内，弧形槽112对转动座103的转动角度进行限制，避免转动角度过大，对人体踝关节造成二次损伤。

优选的，所述转动座103与足底支撑板11的前后相对角度均不大于60度。

进一步的，所述足底支撑板11上还设有安装槽113，用以连接绑带将人体脚步与足底支撑板11固定。

本发明的工作原理是：使用之前，使用者结合自身使用实际，设定使用时的步态，并且手动调整大腿支撑杆6、小腿支撑杆10的长短，以适用使用者的实际腿部长短，保持各驱动关节与实际人体关节在相同的水平位置以保证驱动效果。穿戴时，整体的外骨骼机器人结构通过腰部支撑板1绑定在使用者的腰部，大腿、小腿各通过腿部的绑定机构5与支撑杆固定，通过足底支撑板11上的绑带与使用者的足部绑定。通过控制器控制驱动电机旋转，在保证已知减速器减速比率的前提下，能够准确的配合使髋关节组件、膝关节组件达到理想状态下的旋转效果，从而带动使用者下肢的运动，达到发明的目的。

Claims (10)

1.一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，包括腰部支撑板(1)，髋关节组件、大腿支撑杆套筒(4)、大腿支撑杆(6)、膝关节组件、小腿支撑杆(10)、足底支撑板(11)；

所述髋关节组件包括第一驱动电机(14)、第一法兰盘(2)、第一减速器(3)；所述支撑板(1)下端两侧对称连接有第一法兰盘(2)；所述腰部支撑板(1)与第一法兰盘(2)固连；所述第一驱动电机(14)与第一法兰盘(2)外端面固连；所述第一驱动电机(14)与第一减速器(3)相连；所述第一减速器(3)固定在第一法兰盘(2)内；所述大腿支撑杆套筒(4)上端固连有第一转盘(41)；所述第一转盘(41)与第一减速器(3)相连；所述第一驱动电机(14)通过第一减速器(3)带动大腿支撑杆套筒4摆动；所述大腿支撑杆套筒(4)嵌套在大腿支撑杆(6)上；所述大腿支撑杆套筒(4)在摆动时通过嵌套传动带动大腿支撑杆(6)摆动。

所述膝关节组件包括第二驱动电机(15)、第二法兰盘(8)、第二减速器(9)；所述大腿支撑杆(6)下端与第二法兰盘(8)固连；所述第二驱动电机(15)与第二法兰盘(8)外端面固连；所述第二驱动电机(15)与第二减速器(9)相连；所述第二减速器(9)固定在第二法兰盘(8)内；所述小腿支撑杆(10)上端固连有第二转盘(101)，所述第二转盘(101)与第二减速器(9)相连；所述第二驱动电机(15)通过第二减速器(9)带动小腿支撑杆(10)摆动；

所述大腿支撑杆套筒(4)、小腿支撑杆(10)上均设有绑定机构(5)；所述小腿支撑杆(10)下端通过第一转轴(16)与足底支撑板(11)相连，小腿支撑杆(10)摆动，带动足部摆动。

2.根据权利要求1所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部支撑板1横向两端还分别设有支撑架(12)。

3.根据权利要求1所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑杆(6)与第二法兰盘(8)之间还设有折叠机构进行连接，所述折叠机构包括第一支撑板(71)、第二支撑板(72)、第二转轴(73)；所述大腿支撑杆(6)下端与第一支撑板(71)固连，所述第一支撑板(71)与第二支撑板(72)通过第二转轴(73)相连，第二转轴(73)的轴向垂直于第一转盘(41)的轴向；所述第二支撑板(72)下端与第二法兰盘(8)固连；所述第一支撑板(71)和第二支撑板(72)上均设有相连接的固定孔(74)。

4.根据权利要求1所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑杆(6)为可伸缩杆。

5.根据权利要求4所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑杆(4)和小腿支撑杆(10)均为管状结构。

6.根据权利要求5所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑杆套筒(4)、大腿支撑杆(6)形成嵌套结构，大腿支撑杆套筒(4)、大腿支撑杆)(6上横向上设有多个定位孔(45)进行定位。

7.根据权利要求4所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑杆(6)和小腿支撑杆(10)均为平板结构。

8.根据权利要求1所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿支撑杆(10)下端固定有团弧形的转动座(103)，所述足底支撑板(11)上端固定有固定座(111)，所述固定座(111)上端设有弧形槽(112)，转动座(103)通过第二转轴(13)连接在弧形槽(112)内，弧形槽(112)对转动座(103)的转动角度进行限制。

9.根据权利要求9所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述转动座(103)与足底支撑板(11)的前后相对角度均不大于60度。

10.根据权利要求9所述的一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述足底支撑板(11)上还设有安装槽(113)，用以连接绑带将人体脚步与足底支撑板(11)固定。