[go: up one dir, main page]

CN111281739B - 一种康复外骨骼机器人 - Google Patents

一种康复外骨骼机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN111281739B
CN111281739B CN202010081237.2A CN202010081237A CN111281739B CN 111281739 B CN111281739 B CN 111281739B CN 202010081237 A CN202010081237 A CN 202010081237A CN 111281739 B CN111281739 B CN 111281739B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steering
thigh
component
connecting rod
shank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010081237.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111281739A (zh
Inventor
曾勇
彭小波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202010081237.2A priority Critical patent/CN111281739B/zh
Publication of CN111281739A publication Critical patent/CN111281739A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111281739B publication Critical patent/CN111281739B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H2003/005Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about with knee, leg or stump rests
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H2003/007Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about secured to the patient, e.g. with belts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/14Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1602Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164Feet or leg, e.g. pedal
    • A61H2201/1642Holding means therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1657Movement of interface, i.e. force application means
    • A61H2201/1659Free spatial automatic movement of interface within a working area, e.g. Robot
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50Control means thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/10Leg

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明涉及医疗康复器械技术领域,更具体地,涉及一种康复外骨骼机器人,包括有大腿组件、小腿组件及腰部固定组件,大腿组件、小腿组件设于腰部固定组件的两侧,大腿组件与腰部固定组件连接,其中,大腿组件与小腿组件通过四杆机构连接,腰部固定组件设有驱动装置,大腿组件与小腿组件上设有转向组件,驱动装置通过传动构件与大腿组件与小腿组件上的转向组件连接。本发明使用四杆机构实现更高的运动顺应性,更加贴近人体膝关节在运动的时瞬心的变化情况,并且调整驱动装置的位置,使整体质量平衡,便于穿戴。

Description

一种康复外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及医疗康复器械技术领域,更具体地,涉及一种康复外骨骼机器人。
背景技术
在日常生活中,由于重大疾病导致中风偏瘫、或者因人的年龄上升身体机能退化导致生活中行动能力下降的人群越来越多。传统的中风偏瘫康复治疗方法是通过专业的理疗师对病人进行康复指导和辅助训练,康复效率不高且进程缓慢,而且一个中风或者偏瘫患者往往要求两到三个理疗师进行跟进治疗,耗费大量的人力物力和财力。而利用下肢穿戴外骨骼机器人进行辅助治疗能够有效的减轻理疗师的工作负担,提高康复效率,减少了康复成本。下肢康复训练机器人辅助治疗是在下肢康复机器人的帮助下完成临床医疗上所需要的康复训练,并且及时向患者和医疗师提供反馈信息,使患者能够更快的恢复运动能力。
目前,大部分的下肢康复机器人都是将下肢膝关节简化为一个转动副,即一个自由度。这类膝关节由于其瞬心(瞬时转动中心)即为该铰链回转轴的中心,所以在整个步态周期是恒定的,不能很好地模拟正常人膝关节瞬心时变的特征,而从人体解剖学和运动学的角度分析,人体下肢膝关节在矢状面的运动包含大腿骨和小腿骨的相对转动和转动瞬心的移动,即实际上人体下肢膝关节运动有三个自由度。驱动方面,大部分下肢康复外骨骼采用电机或者液压驱动,通过齿轮传动直接安装在相应的驱动关节上,这使得机器人的局部质量变大,惯性力矩变大,不利于针对性的康复及患者穿戴。且中风病人的下肢承载能力本来就比正常人弱,质量及体积的大小程度也会影响其日常生活行动情况。针对上述缺点,急需要一款能够安装在患者身上,能够跟人体下肢膝关节运动相同或相近的高顺应性下肢康复外骨骼,且膝关节转动惯性力矩小,体积小,穿戴方便,使患者能够进行康复性行走或者能提供日常助力的轻巧型下肢外骨骼机器人。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的步态周期恒定、不能很好地模拟正常人膝关节瞬心时变的特征及整体质量不平衡,不利于穿戴的问题,提供一种康复外骨骼机器人,使用四杆机构实现更高的运动顺应性,更加贴近人体膝关节在运动的时瞬心的变化情况,并且调整驱动装置的位置,使整体质量平衡,便于穿戴。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种康复外骨骼机器人,包括有大腿组件、小腿组件及腰部固定组件,大腿组件、小腿组件设于腰部固定组件的两侧,大腿组件与腰部固定组件连接,其中,大腿组件与小腿组件通过四杆机构连接,腰部固定组件设有驱动装置,大腿组件与小腿组件上设有转向组件,驱动装置通过传动构件与大腿组件与小腿组件上的转向组件连接。
本方案中,在腰部固定组件的两侧设有两腿配合的大腿组件、小腿组件,小腿组件、大腿组件及腰部固定组件依次连接,使用时固定在使用者身上。大腿组件与小腿组件通过四杆机构连接,四杆机构实现大腿骨和小腿骨相对运动的瞬心可变,实现更高的运动顺应性,更加贴近人体膝关节在运动的时瞬心的变化情况。在动力方面,腰部固定组件的驱动装置为传动构件提供动力,将驱动装置设置在使用者腰部位置,与传统的将电机与膝关节结合的方案相比,整体质量分布更加平衡,降低了膝关节位置的质量,减轻使用者负担,减小了下肢的转动惯量。传动构件将动力传输至大腿组件、小腿组件,并通过大腿组件与小腿组件上设有转向组件来实现传动构件的动力方向调节,与四杆机构相配合,实现运动顺应性更高的传动及驱动过程。
在一个实施方式中,四杆机构由大腿组件设有的大腿骨、小腿组件设有的小腿骨、直连杆和曲连杆组成,直连杆和曲连杆的两端分别与大腿骨和小腿骨转动连接。
曲连杆和直连杆的两端分别转动连接大腿骨、小腿骨,在结构上模拟膝盖部位结构,曲连杆和直连杆相互配合,在矢状面内共有三个自由度,曲连杆和直连杆具有支撑和转动作用,转动时与将下肢膝关节简化为一个转动副的方案相比,更好的模拟膝关节在矢状面内大腿骨和小腿骨的相对转动和转动瞬心的移动,具有更好的运动顺应性。
优选地,转向组件设有设于大腿骨、小腿骨上的伸展轮组和设于大腿骨、小腿骨上的屈曲轮组及设于小腿骨上的转向部,传动构件与伸展轮组、屈曲轮组及转向部连接。
传动构件在驱动装置的驱动下传动动力到大腿骨、小腿骨上的伸展轮组及屈曲轮组上,通过调节驱动装置的驱动方向,传动构件配合伸展轮组及屈曲轮组实现膝关节的伸展或者屈曲。
优选地,伸展轮组设有设于大腿骨上的转向构件B、设于小腿骨上的转向构件C,屈曲轮组设有设于大腿骨上的转向构件F、设于小腿骨上的转向构件G;传动构件经驱动装置、转向构件B、转向构件C后再经过转向部至转向构件G、转向构件F回到驱动装置。
传动构件与驱动装置连接,经驱动装置、转向构件B、转向构件C后再经过转向部至转向构件G、转向构件F回到驱动装置,形成一个循环,通过调节驱动装置的转动方向,来调节传动构件传动的动力方向,实现伸展和屈曲状态的替换。
优选地,大腿骨上还设有具有定位和分向功能的转向构件A,转向构件A与传动构件连接。
传动构件由驱动装置经过伸展轮组和屈曲轮组后再回到驱动装置,大腿骨上的转向构件A能对两个方向的传动构件进行隔离,通过转向构件A提供一个定位点,来实现传动构件的转向。
优选地,伸展轮组还包括设于小腿骨上与转向构件C配合的转向构件D,传动构件在伸展轮组上依次经过转向构件B、转向构件C和转向构件D。
伸展轮组上的各个转向构件相互配合对传动构件的走向进行调整,通过调整传动构件的走向来调整各个转向构件之间传动构件的动力传导方向,通过调节动力传导方向来实现大腿骨和小腿骨相对屈曲或伸展。转向构件D的设置能增加传动构件的动力传导变化方向,使屈曲和伸展过程具有更好的顺应性和更大的动作角度。
优选地,腰部固定组件设有固定板及支撑架,支撑架与固定板固定连接,固定板上设有腰部固定绑带;驱动装置与固定板固定连接,驱动装置的驱动端连接齿轮A,支撑架上通过齿轮轴连接齿轮B,齿轮轴上还设有与传动构件连接的传动轮,支撑架上还设有对传动构件进行变向的转向构件H。
固定板与患者腰部配合,腰部固定绑带用于将腰部固定组件与患者连接,驱动装置设置在固定板上,驱动装置通过传动轮对传动构件进行传动,并通过设置在支撑架上的转向构件H对传动构件进行变向,传动构件经过转向构件H的变向进入转向组件及返回驱动装置。
优选地,屈曲轮组和伸展轮组的转向构件为滑轮,传动构件为线构件,传动构件设有两组,伸展轮组和屈曲轮组设于不同平面上,传动轮为棘齿滑轮,棘齿滑轮设有两组并分别与两组线构件一一对应,两组棘齿滑轮的转动方向相反。
屈曲轮组和伸展轮组的转向构件均为滑轮,传动构件为线构件,通过线传动的方式来实现动力传输,两组传动构件相互配合,进行屈曲过程和伸展过程,其中一组主要负责屈曲过程,另一组主要负责伸展过程,相比较于单组传动构件能实现更大的活动角度。
优选地,屈曲轮组和伸展轮组的转向构件为齿轮,传动构件为链构件,传动构件设有两组,传动轮为棘齿齿轮,棘齿齿轮设有两个并分别与两组链构件一一对应,两组棘齿滑轮的转动方向相反。
优选地,棘齿滑轮设有棘爪盘、棘爪、滑轮外圈、片形伸缩弹簧和滑轮内圈,片形伸缩弹簧与滑轮外圈和滑轮内圈连接,棘爪与棘爪盘转动连接,棘爪与棘爪盘之间设有弹性件,滑轮外圈上设有与棘爪盘和滑轮内圈配合的槽体,滑轮外圈上与棘爪盘配合的槽体设有与棘爪配合的限位齿。
棘齿滑轮具有单向转动的特点,两个棘齿滑轮相互配合,分别与两组传动构件配合,分别对应屈曲过程和伸展过程。
优选地,大腿组件设有大腿固定绑带及大腿连杆,大腿连杆与支撑架和大腿骨连接,大腿固定绑带与大腿骨连接;小腿组件设有与小腿骨连接的小腿固定绑带,小腿组件还设有与小腿骨连接的小腿连杆,小腿连杆连接有踏板。
优选地,支撑架设有第一连杆和第二连杆,第一连杆与第二连杆连接,第一连杆与固定板连接,齿轮B设于第一连杆上,转向构件H设于第二连杆上,第二连杆与大腿连杆可拆卸连接,第二连杆上设有与大腿连杆连接的若干个限位孔;大腿骨与大腿连杆可拆卸连接,大腿骨上设有与大腿连杆连接的若干个限位孔;小腿骨上设有滑槽,小腿连杆与滑槽连接。
本发明与现有技术相比,具有以下特点:
本发明的方案通过四杆机构连接大腿骨和小腿骨,并通过确定四杆机构的各杆参数使机构的运动瞬心轨迹跟人体膝关节运动瞬心轨迹相同,从而达到人机系统高度的顺应性,解决现有技术中膝关节为转动副导致外骨骼与人体膝关节运动顺应性不高的问题,提高患者康复效率和矫正效果。通过采用线构件传动将驱动电机与膝关节分离的同时又能将驱动力矩传动至转动关节,降低了膝关节的质量,解决了现有技术中膝关节体积大质量大,转动惯性大等三大问题,符合下肢外骨骼轻量化设计的要求,穿戴方便。
附图说明
图1是本发明实施例中整体结构示意图。
图2是本发明实施例中整体结构示意图。
图3是本发明实施例中大腿组件和小腿组件结构示意图。
图4是本图3中AC-AC剖面图。
图5是本发明实施例中整体结构示意图。
图6是本发明实施例中腰部固定组件结构示意图。
图7是本发明实施例中传动轮爆炸结构示意图。
图8是本发明实施例中传动轮内部结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一:
如图1和图2所示,本发明提供康复外骨骼机器人,包括有大腿组件、小腿组件及腰部固定组件,大腿组件与小腿组件连接,大腿组件与小腿组件设于腰部固定组件的两侧。大腿组件设有大腿骨11、大腿固定绑带12和大腿连杆9,大腿骨11由按照使用者大腿骨11形状仿生制成,大腿固定绑带12设置在大腿骨11的上部,大腿固定绑带12的形状与使用者大腿外形配合,大腿固定绑带12能固定绑在使用者大腿上,实现大腿骨11与使用者大腿的固定连接。大腿连杆9与大腿骨11的上部连接,大腿骨11上设有与大腿连杆9连接的若干个限位孔,大腿连杆9上也设有与大腿骨11上的限位孔配合的限位孔,通过销轴等限位部件来调节不同的限位孔的配合,继而调整大腿连杆9伸出大腿骨11的长度,实现大腿连杆9与大腿骨11的可拆卸连接,可以根据使用者的身体尺寸进行适应性调节。
如图2所示,小腿组件设有与小腿骨24连接的小腿固定绑带27,小腿固定绑带27能固定绑在使用者小腿上,实现小腿骨24与使用者小腿的固定连接。小腿组件还设有与小腿骨24连接的小腿连杆25。小腿连杆25与小腿骨24可拆卸连接,小腿连杆25和小腿骨24上设有限位孔,限位孔之间通过销轴等限位部件进行连接,可以调节小腿连杆25相对小腿骨24伸出的长度,可以根据使用者的身体尺寸进行适应性调节。小腿连杆25连接有踏板26,踏板26与小腿连杆25通过销轴转动连接,使用者使用时,在屈曲过程和伸展过程中,踏板26与小腿连杆25之间可以配合使用者的动作过程进行相对转动,增加活动过程的顺滑性。
如图1和图2所示,本实施例中,大腿组件与腰部固定组件连接,腰部固定组件设有固定板1及支撑架,支撑架与固定板1固定连接,固定板1上设有腰部固定绑带3,腰部固定绑带3与使用者腰部固定连接,支撑架设有第一连杆13和第二连杆14,第一连杆13与第二连杆14固定连接,第一连杆13与固定板1连接,第二连杆14与大腿连杆9可拆卸连接,第二连杆14上设有与大腿连杆9连接的若干个限位孔,通过调节大腿连杆9与不同的限位孔的连接,对康复外骨骼机器人的结构实现适应性调节。
如图1、图3、图4所示,本实施例中,大腿组件与小腿组件通过四杆机构连接,四杆机构由大腿骨11、小腿骨24、直连杆15和曲连杆16组成,直连杆15和曲连杆16的两端分别与大腿骨11和小腿骨24转动连接。曲连杆16为弧形结构,曲连杆16的两端设有孔,曲连杆16通过两端的孔与大腿骨11、小腿骨24转动连接。四杆机构相对于现有技术的转动副铰链机构,能够更好的顺应人体实际运动过程中膝关节瞬心的时变特征,达到良好的人机交互顺应性。
在大腿组件与小腿组件上设有转向组件,转向组件设有设于大腿骨11、小腿骨24上的伸展轮组和设于大腿骨11、小腿骨24上的屈曲轮组及设于小腿骨24上的转向部21。在腰部固定组件设有驱动装置2,驱动装置2为电机,驱动装置2与固定板1固定连接,驱动装置2通过传动构件28与大腿组件与小腿组件上的转向组件连接。
如图1和图2所示,本实施例中,伸展轮组设有设于大腿骨11上的转向构件B17、设于小腿骨24上的转向构件C18,屈曲轮组设有设于大腿骨11上的转向构件F20、设于小腿骨24上的转向构件G19。传动构件28经驱动装置2出发,依次经过转向构件B17、转向构件C18后再经过转向部21转向后至转向构件G19、转向构件F20再回到驱动装置2,形成循环。转向构件B17、转向构件F20设于大腿骨11下部的两侧,转向构件C18和转向构件G19设于小腿骨24上部的两侧,转向部21在小腿骨24上设于转向构件C18和转向构件G19的下方,通过各个转向构件实现对传动构件的限位及变向作用。
如图1和图2所示,本实施例中,驱动装置2的驱动端连接齿轮A4,在支撑架上通过齿轮轴8连接齿轮B6,齿轮B6设于第一连杆13上,在第二连杆14上通过联轴7设有转向构件H10,转向构件H10用于对传动构件28进行变向。齿轮A4与齿轮B6啮合组成齿轮组,齿轮组具有减速作用。在齿轮轴8上还设有与传动构件28连接的传动轮5,驱动装置2驱动传动轮5转动,传动轮5带动传动构件28动作,传输动力到伸展轮组和屈曲轮组,实现康复外骨骼机器人的屈曲过程和伸展过程。
如图7和图8所示,传动轮5为棘齿滑轮,棘齿滑轮设有棘爪盘51、棘爪56、滑轮外圈52、片形伸缩弹簧54和滑轮内圈53,片形伸缩弹簧54与滑轮外圈52和滑轮内圈53连接,棘爪56与棘爪盘51上设有的爪槽55转动连接,棘爪56与棘爪盘51之间设有弹性件,滑轮外圈52上设有与棘爪盘51和滑轮内圈53配合的槽体,滑轮外圈52上与棘爪盘51配合的槽体设有与棘爪56配合的限位齿57。滑轮外圈52在棘爪56和棘爪盘51的配合下,只能相对于滑轮内圈53进行单方向转动,滑轮外圈52与传动构件28之间固定连接,滑轮外圈52转动时,带动传动构件28动作。
如图1和图6所示,本实施例中,棘齿滑轮设有两组,传动构件28设有两组。一组传动构件28与伸展轮组连接,用于驱动伸展轮组。另一组传动构件28与屈曲轮组连接,用于驱动屈曲轮组。伸展轮组和屈曲轮组设于不同平面上,这样能避免两组传动构件28相互之间干扰,保证动作的流畅性。
棘齿滑轮与传动构件28一一对应,一组棘齿滑轮与一组传动构件28配合用于驱动屈曲轮组,另一组棘齿滑轮与另一组传动构件28配合用于驱动伸展轮组,两组棘齿滑轮的转动方向相反。屈曲过程中,负责屈曲的棘齿滑轮驱动负责屈曲的传动构件28传动动力,负责屈曲的传动构件28驱动屈曲轮组,实现屈曲过程;伸展过程中,负责伸展的棘齿滑轮驱动负责伸展的传动构件28传动动力,负责伸展的传动构件28驱动伸展轮组,实现伸展过程。负责屈曲过程和负责伸展过程的传动构件28经过的轨迹相同,两组传动构件28同步的进行动作。
两组棘齿滑轮5分别对应一组传动构件28而且两组棘齿滑轮5的转动方向相反,当一组棘齿滑轮5是主动转动时,另一组棘齿滑轮5必然是从动转动,例如当与伸展轮组配合的棘齿滑轮5驱动与伸展轮组配合的传动构件28张紧时,此时与屈曲轮组配合的棘齿滑轮5和传动构件28放松,此时与屈曲轮组配合的棘齿滑轮5的棘爪56就被滑轮外圈压在棘爪56盘上的爪槽55里,此时利用片形伸缩弹簧54让外圈和内圈能够相对转动并提供伸缩反力,保证与屈曲轮组配合的传动构件28保持一定的预紧力保持张紧状态,不至于跟屈曲轮组分离。
转向构件B17、转向构件C18、转向构件F20、转向构件G19、转向构件H10均为滑轮,转向部21可以为滑轮或者柱状构件,传动构件28为线构件,线构件可以为鮑登线,也可以为其他线型结构。转向构件B17、转向构件C18、转向构件F20、转向构件G19、转向构件H10上均设有两个限位槽,分别对应两组传动构件28,确保两组传动构件28工作时互不干扰。
本实施例中,在大腿骨11上还设有具有定位和分向功能的转向构件A23,转向构件A23与传动构件28连接,转向构件A23为滑轮,设置转向构件A23的目的是提供传动构件28的固定转向点,更好的改变传动构件28的走向,更好的实现屈曲过程和伸展过程。当然,不设置转向构件A23也能完整的实现康复外骨骼机器人的功能。
实施例二:
本实施例与实施例一相似,不同之处在于,本实施例中,传动轮5为棘齿齿轮,转向构件B17、转向构件C18、转向构件F20、转向构件G19、转向构件H10均为齿轮,传动构件28为链构件,传动构件28设有两组,传动轮5为棘齿齿轮,棘齿齿轮设有两个并分别与两组链构件一一对应,两组棘齿滑轮的转动方向相反。链构件为链条,通过链条与齿轮的配合实现康复外骨骼机器人的伸展过程和屈曲过程。
转向构件A23为齿轮,转向构件A23与链条配合,转向构件A23提供传动构件28的转向点,改变传动构件28的走向,更好的实现屈曲过程和伸展过程。链构件传动同样可以实现屈曲过程和伸展过程,只是与线构件传动相比,链构件传动存在笨重的缺点。
实施例三:
如图5所示,本实施例与实施例一相似,不同之处在于,本实施例中,伸展轮组还包括设于小腿骨24上与转向构件C18配合的转向构件D22,转向构件D22为滑轮,传动构件28在伸展轮组上依次经过转向构件B17、转向构件C18和转向构件D22。转向构件D22提供改变传动构件28方向的支点,通过改变传动构件28传输的力的方向,改变伸展过程中,伸展轮组上力的分布方向,更好的实现屈曲过程和伸展过程。
实施例四:
如图5所示,本实施例与实施例二相似,不同之处在于,本实施例中,伸展轮组还包括设于小腿骨24上与转向构件C18配合的转向构件D22,转向构件D22为齿轮,传动构件28在伸展轮组上依次经过转向构件B17、转向构件C18和转向构件D22。转向构件D22提供改变传动构件28方向的支点,通过改变传动构件28传输的力的方向来更好的实现屈曲过程和伸展过程。
实施例五:
本实施例与实施例一相似,不同之处在于,本实施例中,大腿固定绑带12和小腿固定绑带27设有绑带和固定座,绑带与固定座固定连接,固定座设有通孔,在大腿骨11和小腿骨24上设有与固定座配合的槽体,大腿连杆9通过通孔穿插在固定座上,对大腿固定绑带12进行固定,小腿连杆25通过通孔穿插在固定座上,对小腿固定绑带27进行固定。
实施例六:
本实施例与实施例一相似,不同之处在于,本实施例中,本实施例中,棘齿滑轮设有一组,传动构件28设有一组,屈曲轮组和伸展轮组设于同一平面,棘齿滑轮与传动构件28配合用于驱动屈曲轮组和驱动伸展轮组。屈曲过程中,棘齿滑轮驱动传动构件28传动动力,传动构件28驱动屈曲轮组,实现屈曲过程;伸展过程中,棘齿滑轮反向驱动传动构件28传动动力,传动构件28驱动伸展轮组,实现伸展过程。一组传动构件28也能实现屈曲过程和伸展过程,只是屈伸角度与两组传动构件28配合相比会受限。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种康复外骨骼机器人,包括有大腿组件、小腿组件及腰部固定组件,所述大腿组件、小腿组件设于腰部固定组件的两侧,所述大腿组件与腰部固定组件连接,其特征在于,所述大腿组件与小腿组件通过四杆机构连接,所述腰部固定组件设有驱动装置,所述大腿组件与小腿组件上设有转向组件,所述驱动装置通过传动构件与大腿组件与小腿组件上的转向组件连接;
所述四杆机构由大腿组件设有的大腿骨、小腿组件设有的小腿骨、直连杆和曲连杆组成,所述直连杆和曲连杆的两端分别与大腿骨和小腿骨转动连接;
所述转向组件设有设于大腿骨、小腿骨上的伸展轮组和设于大腿骨、小腿骨上的屈曲轮组及设于小腿骨上的转向部,所述传动构件与伸展轮组、屈曲轮组及转向部连接;
所述伸展轮组设有设于大腿骨上的转向构件B、设于小腿骨上的转向构件C,所述屈曲轮组设有设于大腿骨上的转向构件F、设于小腿骨上的转向构件G;所述传动构件经驱动装置、转向构件B、转向构件C后再经过转向部至转向构件G、转向构件F回到驱动装置;
所述大腿骨上还设有具有定位和分向功能的转向构件A,所述转向构件A与传动构件连接;
所述伸展轮组还包括设于小腿骨上与转向构件C配合的转向构件D,所述传动构件在伸展轮组上依次经过转向构件B、转向构件C和转向构件D。
2.根据权利要求1所述的康复外骨骼机器人,其特征在于,所述腰部固定组件设有固定板及支撑架,所述支撑架与固定板固定连接,所述固定板上设有腰部固定绑带;所述驱动装置与固定板固定连接,所述驱动装置的驱动端连接齿轮A,所述支撑架上通过齿轮轴连接齿轮B,所述齿轮轴上还设有与传动构件连接的传动轮,所述支撑架上还设有对传动构件进行变向的转向构件H。
3.根据权利要求2所述的康复外骨骼机器人,其特征在于,所述屈曲轮组和伸展轮组的转向构件为滑轮,所述传动构件为线构件,所述传动构件设有两组,所述伸展轮组和屈曲轮组设于不同平面上,所述传动轮为棘齿滑轮,所述棘齿滑轮设有两组并分别与两组线构件一一对应,两组所述棘齿滑轮的转动方向相反。
4.根据权利要求2所述的康复外骨骼机器人,其特征在于,所述屈曲轮组和伸展轮组的转向构件为齿轮,所述传动构件为链构件,所述传动构件设有两组,所述传动轮为棘齿齿轮,所述棘齿齿轮设有两个并分别与两组链构件一一对应,两组所述棘齿齿轮的转动方向相反。
5.根据权利要求3所述的康复外骨骼机器人,其特征在于,所述棘齿滑轮设有棘爪盘、棘爪、滑轮外圈、片形伸缩弹簧和滑轮内圈,片形伸缩弹簧与滑轮外圈和滑轮内圈连接,所述棘爪与棘爪盘转动连接,所述棘爪与棘爪盘之间设有弹性件,所述滑轮外圈上设有与棘爪盘和滑轮内圈配合的槽体,所述滑轮外圈上与棘爪盘配合的槽体设有与棘爪配合的限位齿。
6.根据权利要求4所述的康复外骨骼机器人,其特征在于,所述大腿组件设有大腿固定绑带及大腿连杆,所述大腿连杆与支撑架和大腿骨连接,所述大腿固定绑带与大腿骨连接;所述小腿组件设有与小腿骨连接的小腿固定绑带,所述小腿组件还设有与小腿骨连接的小腿连杆,所述小腿连杆连接有踏板。
7.根据权利要求6所述的康复外骨骼机器人,其特征在于,所述支撑架设有第一连杆和第二连杆,所述第一连杆与第二连杆连接,所述第一连杆与固定板连接,所述齿轮B设于第一连杆上,所述转向构件H设于第二连杆上,所述第二连杆与大腿连杆可拆卸连接,所述第二连杆上设有与大腿连杆连接的若干个限位孔;所述大腿骨与大腿连杆可拆卸连接,所述大腿骨上设有与大腿连杆连接的若干个限位孔;所述小腿骨上设有滑槽,所述小腿连杆与滑槽连接。
CN202010081237.2A 2020-02-06 2020-02-06 一种康复外骨骼机器人 Active CN111281739B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010081237.2A CN111281739B (zh) 2020-02-06 2020-02-06 一种康复外骨骼机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010081237.2A CN111281739B (zh) 2020-02-06 2020-02-06 一种康复外骨骼机器人

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111281739A CN111281739A (zh) 2020-06-16
CN111281739B true CN111281739B (zh) 2024-10-01

Family

ID=71018637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010081237.2A Active CN111281739B (zh) 2020-02-06 2020-02-06 一种康复外骨骼机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111281739B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112674991B (zh) * 2020-12-29 2024-08-20 深圳市迈步机器人科技有限公司 一种膝关节助力外骨骼
CN115139282A (zh) * 2021-03-30 2022-10-04 广州视源电子科技股份有限公司 仿生膝关节外骨骼结构和外骨骼机器人
CN114191255B (zh) * 2021-12-21 2023-12-01 复旦大学 一种线驱动外骨骼康复机器人

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN213218751U (zh) * 2020-02-06 2021-05-18 深圳大学 一种康复外骨骼机器人

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104337668A (zh) * 2013-08-10 2015-02-11 黄振明 便携式人体支架系统
CN105997441B (zh) * 2016-05-07 2018-01-23 南京理工大学 基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN213218751U (zh) * 2020-02-06 2021-05-18 深圳大学 一种康复外骨骼机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN111281739A (zh) 2020-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11432988B2 (en) Actuation system for hip orthosis
Niyetkaliyev et al. Review on design and control aspects of robotic shoulder rehabilitation orthoses
CN111821143B (zh) 基于半直驱驱动器的下肢康复机器人及其控制方法
US10857664B2 (en) Exoskeleton
Liu et al. Development of a powered variable-stiffness exoskeleton device for elbow rehabilitation
CN111281739B (zh) 一种康复外骨骼机器人
CN209059884U (zh) 一种可穿戴式下肢康复机器人
CN106963597B (zh) 一种穿戴式仿人步态下肢康复助行装置
CN108852740B (zh) 一种气动上肢康复机器人
Allemand et al. Design of a new lower extremity orthosis for overground gait training with the WalkTrainer
CN110897834A (zh) 一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置
CN108743224A (zh) 腿部康复训练和健身用外骨骼机器人
US11246787B2 (en) Bi-directional underactuated exoskeleton
CN111467193A (zh) 一种可作机械限位的床旁下肢康复训练机器人
CN209036530U (zh) 一种多自由度自适应膝关节康复训练外骨骼
CN108836732A (zh) 一种具有人-机运动相容性和无源重力平衡特性的上肢康复训练外骨骼机构
CN109318208A (zh) 一种多自由度自适应膝关节康复训练外骨骼
CN112022618B (zh) 一种刚柔耦合可穿戴式助行外骨骼系统
CN213218751U (zh) 一种康复外骨骼机器人
Chen et al. A 10-degree of freedom exoskeleton rehabilitation robot with ergonomic shoulder actuation mechanism
CN209734461U (zh) 腿部康复训练和健身用外骨骼机器人
CN109846675B (zh) 一种可拼接组合的下肢步行训练器的机械结构及其康复助行机构
CN117462371B (zh) 一种二自由度运动辅助的膝关节外骨骼机器人
Agrawal et al. Exoskeletons for gait assistance and training of the motor-impaired
CN114848390B (zh) 一种基于套索驱动的卧式下肢康复机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant