CN111658436A - 一种基于张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构，该发明包括大腿组件、膝关节组件、小腿组件、张拉整体结构辅助组件以及弹簧组件。本发明与患肢构成张拉整体结构，在抬小腿的时候，本发明的弹簧组件可以有效地代替患者痉挛或者萎缩的肌肉，使得患者有足够的力量抬起小腿。由于本发明有强大的人机交互性能，从而保证患者在康复训练中得到良好的康复效果，极大地提高了康复训练的安全性。

Description

一种基于张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，特别是涉及一种基于张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构。

背景技术

现实生活中由中风、脊髓损伤、帕金森综合征等疾病造成的肢体残障人数在迅速增长。这些疾病是造成身体运动机能障碍的主要杀手，也是目前致残率最高的疾病之一。因此，这些疾病不仅给患者身体和心理上带来严重的伤害，还给社会造成了巨大的经济负担。

利用康复机器人设备，既可以方便患者的日常生活，又能达到康复训练的目的，减少了人工成本，提高了患者恢复运动功能的可能性。其中，外骨骼康复机器人的机械结构与人腿相似，便于患者穿戴。

现有的外骨骼康复机器人设备体积大，患者穿戴后行动迟缓、动作僵硬，人机交互性能差，大大降低了患者康复的效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构，皆在改善外骨骼康复机器人设备的体积大、患者穿戴后行动迟缓以及人机交互性能差问题，提高患者康复的效率。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案是：基于张拉整体结构处于自应力状态，并形成一个连续的整体，在应用到机械设计中，可为外骨骼康复机器人提供恰当的外力和缓冲的作用。该机构包括大腿组件、膝关节组件、小腿组件、弹簧组件及张拉整体结构辅助组件。大腿组件与弹簧组件转动连接，膝关节组件与弹簧组件转动连接，小腿组件与弹簧组件转动连接；张拉整体结构辅助组件与弹簧组件固定连接。

本发明的有益效果是：

（1）区别与现有技术的情况，本发明利用张拉整体结构的思想，与人体下肢组合在一起，形成一个连续的张拉整体结构。设计的膝关节外骨骼康复机器人机构，具有人机交互性能强、柔顺度高的特点，同时大大减少外骨骼康复机器人的体积，更加容易穿戴；

（2）采用上述机构，当患者穿戴本发明进行重复性的被动康复训练时，本发明与患肢构成张拉整体结构，在抬小腿的时候，本发明的弹簧组件可以有效地代替患者痉挛或者萎缩的肌肉，使得患者有足够的力量抬起小腿。由于本发明有强大的人机交互性能，从而保证患者在康复训练中可以得到良好的康复效果，极大地提高了康复训练的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构的整体结构图。

图2是图1中相对位置关系另一角度的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

患者使用外骨骼康复机器人之后，可以起到支撑患肢，辅助康复训练的作用。

参阅图1，对本发明做进一步详细的说明。张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构，其特征包括大腿组件(1)，膝关节组件(9)，小腿组件(25),张拉整体结构辅助组件(5)，(7)，(14)，(22)，以及弹簧组件(2)，(3)，(4)，(6)，(8)，(10)，(11)，(12)，(13)，(15)，(16)，(17)，(18)，(19)，(20)，(21)，(23)，(24)。大腿组件与弹簧组件(2)，(3)，(16)转动连接，膝关节组件与弹簧组件(8)，(10)，(11)，(18)，(19)，(20)转动连接，小腿组件与弹簧组件(15)，(23)，(24)转动连接；张拉整体结构辅助组件(5)，(7)与弹簧组件(4)，(6)，(17)固定连接，与弹簧组件(8)，(18)，(19)转动连接；张拉整体结构辅助组件(14)，(22)与弹簧组件(12)，(13)，(21)固定连接，与弹簧组件(15)，(23)，(24)转动连接。

尤其说明的是，本发明所提的“转动连接”是指合适的电机驱动，其电机安装位置即转动连接的位置。“固定连接”是指通过合适的螺丝固定，其螺丝固定位置即固定连接位置。

其中，本发明中的大腿组件(1)，膝关节组件(9)，小腿组件(25)，张拉整体结构辅助组件(5)，(7)，(14)，(22)的材质、形状可以根据实施环境不同，由本领域普通技术人员自由选择，但是任何材质都属于本发明保护的范围。本发明中的弹簧组件(2)，(3)，(4)，(6)，(8)，(10)，(11)，(12)，(13)，(15)，(16)，(17)，(18)，(19)，(20)，(21)，(23)，(24)的弹簧系数是根据大张拉整体结构辅助组件的材质不同进行确定，但是任何弹簧都属于本发明保护的范围。

本发明中所提的“患者”一般为中风、脊髓损伤、帕金森综合征等疾病造成的肢体残障人士，对于不同的患者，其性别、年龄、身高、体重等可能存在差异，使得穿戴的位置也可能存在差异。同时，本发明提到的“患肢”一般是指患者行动不便的肢体，即需要康复训练的下肢。

参阅图2，图2是图1中相对位置关系另一角度的示意图。从图2的示意图看到的弧形结构中间形成的空间，即可放入患者的患肢，弧形结构保证了患肢的舒适性。本发明的大腿组件(1)，膝关节组件(9)，小腿组件(25)可以根据患肢的大小，调节组件的大小来适应患肢。

下面对本发明中大腿组件(1)，膝关节组件(9)，小腿组件(25)的安装方式以及各个弹簧的工作过程做详细的说明。

首先，患者将本发明穿戴到患肢上并处于半蹲坐姿的状态，当患者抬起小腿时，本发明的张拉辅助组件(14)通过转动连接收缩弹簧组件(11)和(15)，张拉辅助组件(22)通过转动连接收缩弹簧组件(20)和(24)，小腿组件(25)通过转动连接拉伸弹簧组件(23)，膝关节组件(9)通过转动连接拉伸弹簧组件(10)，弹簧组件(12)，(13)，(21)在患肢运动过程中提供保护的力量，防止收缩成分松弛时患者的肌肉被过度牵拉。其中，本发明的弹簧组件(10)和(23)代替患肢小腿的腓肠肌，弹簧组件(11)和(15)代替患肢小腿的胫骨前肌，弹簧组件(20)和(24)代替患肢小腿的趾长伸肌。

同时，本发明的张拉辅助组件(7)通过转动连接收缩弹簧组件(3)和(8)，张拉辅助组件(5)通过转动连接收缩弹簧组件(16)和(19)，膝关节组件(9)通过转动连接拉伸弹簧组件(18)，大腿组件(1)通过转动连接拉伸弹簧组件(2)，弹簧组件(4)，(6)，(17)是在患肢运动过程中提供保护的力，防止收缩成分松弛时患者的肌肉被过度牵拉。本发明的弹簧组件(3)和(8)代替患肢大腿的股内侧肌，弹簧组件(16)和(19)代替患肢大腿的缝匠肌，弹簧组件(2)和(18)代替患肢大腿的股二头肌。

本发明在患肢上运动到此处时，便使得患者抬起患肢，达到康复训练的效果。与此同时，当患者放下小腿时，本发明各个部件的运动方式和患者抬起小腿时类似，在此不再累述。

采用上述结构，当患者穿戴本发明进行重复性的被动康复训练时，本发明与患肢构成张拉整体结构，在抬小腿的时候，本发明的弹簧组件可以有效地代替患者痉挛或者萎缩的肌肉，使得患者有足够的力量抬起小腿。由于本发明有强大的人机交互性能，从而保证患者在康复训练中可以得到良好的康复效果，极大地提高了康复训练的安全性。

以上所述为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构，其特征在于，包括大腿组件(1)，膝关节组件(9)，小腿组件(25),张拉整体结构辅助组件(5)，(7)，(14)，(22)，以及弹簧组件(2)，(3)，(4)，(6)，(8)，(10)，(11)，(12)，(13)，(15)，(16)，(17)，(18)，(19)，(20)，(21)，(23)，(24)，通过穿戴到患者的患肢上，形成张拉整体结构的膝关节外骨骼康复机器人机构。

2.根据权利要求1所述机构，其特征在于，所述大腿组件与弹簧组件(2)，(3)，(16)转动连接，膝关节组件与弹簧组件(8)，(10)，(11)，(18)，(19)，(20)转动连接，小腿组件与弹簧组件(15)，(23)，(24)转动连接；张拉整体结构辅助组件(5)，(7)与弹簧组件(4)，(6)，(17)固定连接，与弹簧组件(8)，(18)，(19)转动连接；张拉整体结构辅助组件(14)，(22)与弹簧组件(12)，(13)，(21)固定连接，与弹簧组件(15)，(23)，(24)转动连接。

3.根据权利要求2所述的机构，其特征在于，当患者穿戴本发明进行重复性的被动康复训练时，本发明与患肢构成张拉整体结构，在抬小腿的时候，本发明的弹簧组件可以有效地代替患者痉挛或者萎缩的肌肉，使得患者有足够的力量抬起小腿。

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