主被动下肢外骨骼机器人

1.本发明涉及下肢康复辅助设备技术领域，特别涉及主被动下肢外骨骼机器人。


背景技术：

2.随着老龄化人口的快速增长，由老龄化疾病带来的下肢瘫痪，行走不便致使老年人行动很不方便，其中以脑卒中患者预后出现不同程度后遗症，严重影响患者生活质量。临床医学证明，除了早期的手术治疗和必要的医学治疗外，早期的康复训练不仅可以维持肢体的基础活动能力，而且可以显着提高中风患者运动功能的最终恢复，因此对脑卒中患者的恢复越来越重要。
3.下肢外骨骼康复机器人可作为一个移动的可穿戴康复设备，当侦测到患者的运动意图时，机器人便通过智能程序辅助腿部，进行运动，刺激病人“短路”的大脑神经重新搭建，逐步恢复腿部的行走功能，目前市场也出现了针对这些患者适用的外骨骼康复训练机器人，以二自由度主动驱动关节为主，只能提供前后移动的辅助功能，且对于地面的冲击和适应性差，需要患者进行较长时间的训练才能很好的适应和使用。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供主被动下肢外骨骼机器人，旨在解决现有的康复机械人功能性较差，需要用户患者进行较长时间的训练，才能适应和使用的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：
6.主被动下肢外骨骼机器人，包括依次连接的基础支架、至少一主动驱动关节和至少一被动柔性关节，所述基础支架用于支撑人体腰背部；所述主动驱动关节用于可拆卸连接人体腿部，以使所述主动驱动关节模拟髋关节和/或膝关节转动驱动人体腿部运动；所述被动柔性关节用于可拆卸连接人体脚部，以使所述被动柔性关节根据地面状态推动人体脚部驱动踝关节转动。
7.优选的，所述主动驱动关节包括依次连接的髋连接结构和膝连接结构，所述髋连接结构包括第一减速电机、第二减速电机和连接板，所述第一减速电机设置于所述基础支架，所述第一减速电机的驱动轴设置安装座，所述安装座连接所述第二减速电机；所述第二减速电机的驱动轴连接所述连接板的其中一端，所述连接板的另一端连接所述膝连接结构；所述第一减速电机的驱动轴的轴向垂直于所述第二减速电机的驱动轴的轴向；所述第一减速电机和所述第二减速电机用于配合模拟髋关节转动。
8.优选的，所述连接板包括上板、下板和至少一连接柱，所述上板连接所述第二减速电机的驱动轴，所述下板连接所述膝连接结构；所述连接柱的其中一端可拆卸连接所述上板，所述连接柱的另一端可拆卸连接所述下板；所述连接柱背离所述连接板的一侧设置第一绑带，所述第一绑带用于可拆卸捆绑人体大腿位置。
9.优选的，所述膝连接结构包括第三减速电机和连接件，所述第三减速电机设置于所述下板，所述第三减速电机的驱动轴连接所述连接件的其中一端，所述连接件的另一端
连接所述被动柔性关节；所述第三减速电机的驱动轴的轴向和所述第二减速电机的驱动轴的轴向平行设置。
10.优选的，所述连接件设置第二绑带，所述第二绑带用于可拆卸的捆绑人体的小腿位置。
11.优选的，所述被动柔性关节包括依次连接的踏板、连接座和万向件，所述踏板和所述连接座设置于所述万向件背离所述主动驱动关节的一侧；所述万向件包括相互连接的底座和两连接块，两所述连接块沿所述底座对称设置，两所述连接块转动连接所述底座，两所述连接块转动方向的轴向同轴设置；所述连接座和所述底座铰接，两所述连接块分别铰接所述主动驱动关节，各所述铰接处的轴向平行设置；各所述连接块转动方向的轴向垂直各所述铰接处的轴向，且各所述连接块转动方向的轴向和各所述铰接处的轴向分别平行于所述踏板。
12.优选的，所述底座开设第一通孔和两第二通孔，所述第二通孔分别连通所述第一通孔，两所述第二通孔沿所述第一通孔对称设置；所述第一通孔内设置连接轴，所述底座和所述连接座通过所述连接轴铰接；各所述连接块面向所述底座的一侧分别设置连接端，其中一所述连接端可拆卸插入其中一所述第二通孔并沿其周向旋转；另一所述连接端可拆卸插入另一所述第二通孔并沿其周向旋转。
13.优选的，所述连接端包括平行间隔设置的两限位板，远离所述第一通孔的所述限位板连接所述连接块；两所述限位板之间形成限位间隙，所述限位间隙内设置连接杆，所述连接杆的其中一端连接其中一所述限位板，所述连接杆的另一端连接另一所述限位板；所述底座设置可拆卸的限位件，所述限位件用于穿过所述底座插入所述限位间隙，以使所述连接端限制于所述第二通孔内转动。
14.优选的，所述限位件包括至少一限位螺栓，各所述限位螺栓沿所述连接块的转动方向对称设置。
15.优选的，各所述连接块和所述连接座之间设置压缩弹簧。
16.与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：
17.基础支架、主动驱动关节和柔性被动柔性关节的设置使得主被动下肢外骨骼机器人的功能和适应性得到提升，可以更好的辅助人体各关节的转动和协同运动；格结构更符合人体运动习惯，降低了使用难度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本发明主被动下肢外骨骼机器人一实施例的结构示意图；
20.图2为图1中a处局部放大图；
21.图3为图1侧视的结构示意图；
22.图4为万向件的结构示意图；
23.图5为各连接块和底座分离的结构示意图；
24.图6为万向件的剖面的结构示意图。
25.附图标号说明：
26.1-基础支架；11-容纳空间；
27.2-被动柔性关节；21-踏板；22-连接座；23-限位螺栓；24-压缩弹簧；
28.3-髋连接结构；31-第一减速电机；32-第二减速电机；33-安装座；34-第一绑带；35-上板；36-下板；37-连接柱；
29.4-膝连接结构；41-第三减速电机；42-第二绑带；43-连接杆；
30.5-万向件；51-底座；52-第一通孔；53-第二通孔；54-连接块；55-连接端；56-连接板；57-限位间隙；
31.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。
33.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
36.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
37.本发明提出主被动下肢外骨骼机器人。
38.如图1至图6所示的主被动下肢外骨骼机器人，包括依次连接的基础支架1、至少一主动驱动关节和至少一被动柔性关节2，基础支架1用于支撑人体腰背部；主动驱动关节用于可拆卸连接人体腿部，以使主动驱动关节模拟髋关节和/或膝关节转动驱动人体腿部运动；被动柔性关节2用于可拆卸连接人体脚部，以使被动柔性关节2根据地面状态推动人体脚部驱动踝关节转动。
39.基础支架1、主动驱动关节和柔性被动柔性关节2的设置使得主被动下肢外骨骼机器人的功能和适应性得到提升，可以更好的辅助人体各关节的转动和协同运动；格结构更
符合人体运动习惯，降低了使用难度。
40.具体的，基础支架1设置两主动驱动关节和两被动柔性关节2，其中一主动驱动关节连接其中一被动柔性关节2，另一主动驱动关节连接另一被动柔性关节2；两主动驱动关节之间形成容纳空间11，容纳空间11用于容纳人体进入穿戴主被动下肢外骨骼机器人。
41.主动驱动关节包括依次连接的髋连接结构3和膝连接结构4，髋连接结构3包括第一减速电机31、第二减速电机32和连接板，第一减速电机31设置于基础支架1，第一减速电机31的驱动轴设置安装座33，安装座33连接第二减速电机32；第二减速电机32的驱动轴连接连接板的其中一端，连接板的另一端连接膝连接结构4；第一减速电机31的驱动轴的轴向垂直于第二减速电机32的驱动轴的轴向；第一减速电机31和第二减速电机32用于配合模拟髋关节转动。第一减速电机31模拟髋关节的周向转动，第二减速电机32模拟髋关节的前后摆动，第一减速电机31和第二减速电机32的配合可以模拟髋关节的各方向运动，使得康复效果更加。
42.连接板包括上板35、下板36和至少一连接柱37，上板35连接第二减速电机32的驱动轴，下板36连接膝连接结构4；连接柱37的其中一端可拆卸连接上板35，连接柱37的另一端可拆卸连接下板36；连接柱37背离连接板的一侧设置第一绑带34，第一绑带34用于可拆卸捆绑人体大腿位置。
43.具体的，上板35和下板36分别开设若干螺孔，各螺孔沿竖向方向间隔设置，连接柱37通过螺栓分别连接上板35和下板36，这样通过调整固定的螺孔，使得上板35和下板36的距离可调更符合用户的实际腿长。
44.膝连接结构4包括第三减速电机41和连接件，第三减速电机41设置于下板36，第三减速电机41的驱动轴连接连接件的其中一端，连接件的另一端连接被动柔性关节2；第三减速电机41的驱动轴的轴向和第二减速电机32的驱动轴的轴向平行设置。第三减速电机41用于模拟膝关节的前后摆动，各减速电机位于身体近端位置，减少结构惯量，提高结构稳定性。
45.连接件设置第二绑带42，第二绑带42用于可拆卸的捆绑人体的小腿位置。
46.被动柔性关节2包括依次连接的踏板21、连接座22和万向件5，踏板21和连接座22设置于万向件5背离主动驱动关节的一侧；万向件5包括相互连接的底座51和两连接块54，两连接块54沿底座51对称设置，两连接块54转动连接底座51，两连接块54转动方向的轴向同轴设置；连接座22和底座51铰接，两连接块54分别铰接主动驱动关节，各铰接处的轴向平行设置；各连接块54转动方向的轴向垂直各铰接处的轴向，且各连接块54转动方向的轴向和各铰接处的轴向分别平行于踏板21。万向件5的设置使得踏板21包含两个自由度，通过连接座22和底座51的铰接实现前后的脚部偏转，再配合底座51和两连接块54的转动连接实现左右的脚部偏转，通过两个自由度的偏转可以更加符合现实角度的训练踝关节。
47.具体的，连接件包括两连接杆43，其中一连接杆43的其一端连接第三减速电机41的输出端另一端铰接其中一连接块54，另一连接杆43的其中一端铰接下板36另一端铰接另一连接块54，这样保证了被动柔性关节2的稳定性和架构强度。
48.具体的，第一绑带34、第二绑带42和踏板21均位于容纳空间11内。
49.底座51开设第一通孔52和两第二通孔53，第二通孔53分别连通第一通孔52，两第二通孔53沿第一通孔52对称设置；第一通孔52内设置连接轴，底座51和连接座22通过连接
轴铰接；各连接块54面向底座51的一侧分别设置连接端55，其中一连接端55可拆卸插入其中一第二通孔53并沿其周向旋转；另一连接端55可拆卸插入另一第二通孔53并沿其周向旋转。底座51各通孔开设难度低，且底座51和连接块54的连接简单，这样降低各工件的加工成本，且简化了连接结构。
50.连接端55包括平行间隔设置的两限位板56，远离第一通孔52的限位板56连接连接块54；两限位板56之间形成限位间隙57，限位间隙57内设置连接杆43，连接杆43的其中一端连接其中一限位板56，连接杆43的另一端连接另一限位板56；底座51设置可拆卸的限位件，限位件用于穿过底座51插入限位间隙57，以使连接端55限制于第二通孔53内转动。
51.具体的，限位板56为圆板，连接端55端只需要两圆板和螺栓便可以完成组装，加工难度底，降低了生产成本，并保证了使用效果。
52.限位件包括至少一限位螺栓23，各限位螺栓23沿连接块54的转动方向对称设置。
53.具体的，各第二通孔53均设置四限位螺栓23，且四限位螺栓23组成十字型，这样即方便底座51和连接块54的拆卸，有保证了连接端55在第二通孔53内的运行稳定。
54.各连接块54和连接座22之间设置压缩弹簧24。压缩弹簧24的设置用于辅助各连接块54的复位，为踏板21对脚部的推动增加了弹力。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。