一种下肢外骨骼机器人及应用方法技术

本发明专利技术涉及一种下肢外骨骼机器人及应用方法，属于康复医疗技术领域。技术方案是：半圆弧板（3）两端铰接在背包背板（2）上，每段圆弧可旋转，实现人体上半身进入和固定；多段半圆弧板相互平行布置；支撑机架包括：髋关节支架一（5）、大腿支架一（8）、小腿支架一（14）、踝关节支架一（15）、髋关节支架二（22）、大腿支架二（24）、小腿支架二（29）、踝关节支架二（31）、脚底支撑架一（18）和脚底支撑架二；所述驱动装置包括：髋关节驱动装置、膝关节驱动装置和踝关节驱动装置。本发明专利技术可以帮助下肢残疾或行动不便的患者进行自主站立和代步，提升下肢不便患者的自理能力和生活品质，改善健康状况，减轻患者家属的负担。

A Lower Limb Exoskeleton Robot and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种下肢外骨骼机器人及应用方法
本专利技术涉及一种下肢外骨骼机器人及应用方法，属于康复医疗

技术介绍
近年来，因交通事故、工伤事故、脑卒中等因素引发的下肢瘫痪和残疾人数不减，此类患者不能进行自主站立，大部分时间都坐在轮椅上，大大降低了他们的身体健康状况及生活品质。目前，下肢瘫痪和残疾人士渴望和健全人一样站立起来，恢复自信自尊。但是，在现有的电动智能轮椅中，大多数不能满足下肢不便人士上述需求，存在着此类产品种类不多、产品智能化水平低、难以满足患者需求等问题。下肢外骨骼机器人是机器人领域其中之一，是根据人体形状和下肢残障人士制作的一台能够实现自主直立行走的下肢外骨骼机器人。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种下肢外骨骼机器人及应用方法，能够帮助解决全下肢瘫痪和残疾人士进行自主站立、直立行走等需求，解决
技术介绍
中存在的问题。本专利技术的技术方案是：一种下肢外骨骼机器人，包含上半身固定装置、支撑机架和驱动装置；上半身固定装置由多段半圆弧板和背包背板组成，半圆弧板水平设置，由两段圆弧组合而成，两段圆弧之间通过锁扣连接在一起；半圆弧板两端铰接在背包背板上，每段圆弧可旋转，实现人体上半身进入和固定；多段半圆弧板相互平行布置；支撑机架包括：髋关节支架一、大腿支架一、小腿支架一、踝关节支架一、髋关节支架二、大腿支架二、小腿支架二、踝关节支架二、脚底支撑架一和脚底支撑架二；所述驱动装置包括：髋关节驱动装置、膝关节驱动装置和踝关节驱动装置；髋关节支架一和髋关节支架二一端分别固定设置在背包背板的两侧下方；髋关节支架一和髋关节支架二的另一端分别通过髋关节驱动装置与大腿支架一和大腿支架二的一端连接；所述髋关节驱动装置包含结构相同的左髋关节驱动装置和右髋关节驱动装置；所述左髋关节驱动装置，包含：髋关节曲柄凸轮一、髋关节转动轴一、髋关节传感器一、髋关节转动轴承一、髋关节电子刹车盘一和髋关节电动推杆一；髋关节支架一与大腿支架一之间通过髋关节转动轴一铰接，髋关节转动轴一上设有髋关节曲柄凸轮一，髋关节电动推杆一的一端安装固定在髋关节支架一上，另一端固定在髋关节曲柄凸轮一上；髋关节转动轴一设置在髋关节转动轴承一上，并匹配有髋关节传感器一和髋关节电子刹车盘一；大腿支架一和大腿支架二的另一端分别通过膝关节驱动装置与小腿支架一和小腿支架二的一端连接；所述膝关节驱动装置包含结构相同的左膝关节驱动装置和右膝关节驱动装置；所述左膝关节驱动装置，包含：膝关节曲柄凸轮一、膝关节转动轴一、膝关节传感器一、膝关节转动轴承一、膝关节电子刹车盘一和膝关节电动推杆一，大腿支架一与小腿支架一之间通过膝关节转动轴一铰接，膝关节转动轴一上设有膝关节曲柄凸轮一，膝关节电动推杆一的一端安装固定在大腿支架一上，另一端固定在膝关节曲柄凸轮一上；膝关节转动轴一设置在膝关节转动轴承一上，并匹配有膝关节传感器一和膝关节电子刹车盘一；小腿支架一和小腿支架二的另一端分别设有踝关节支架一和踝关节支架二；踝关节支架一和踝关节支架二分别通过踝关节驱动装置与脚底支撑架一和脚底支撑架二的一端连接，脚底支撑架一和脚底支撑架二的另一端分别与脚底拖板一和脚底拖板二连接；所述踝关节驱动装置包含结构相同的左踝关节驱动装置和右踝关节驱动装置；所述左踝关节驱动装置，包含：踝关节转动轴一、踝关节传感器一、踝关节转动轴承一、踝关节电子刹车盘一和电动摆动拉杆一，踝关节支架一与脚底支撑架一通过踝关节转动轴一铰接，电动摆动拉杆一的一端设置在踝关节支架一上，另一端与脚底拖板一连接；踝关节转动轴一设置在踝关节转动轴承一上，踝关节转动轴一匹配设有踝关节传感器一和踝关节电子刹车盘一。所述脚底拖板一由前后两节组合而成，两节之间通过转动铰链一铰接，电动摆动拉杆一的另一端与脚底拖板一的前节连接。所述背包背板上设有背包，用于存放电源和控制器等。所述背包背板的底部设有身体托盘，身体托盘水平布置。所述驱动装置的驱动元件为公知公用的电动推杆和电动摆动拉杆，各个驱动装置中的传感器为公知公用的角度传感器，电子刹车盘也是公知公用的普通电子控制刹车盘；传感器位于驱动装置内部、靠近转动轴设置；电子刹车盘设置在转动轴上，电子刹车盘设置在转动轴的外圆上，形状为圆桶形，与转动轴配套。传感器将信号传递给控制器，通过控制器精确控制各关节的运动角度。在控制器中根据每个人的需求，可编程定制化程序，人体可根据需求进行行走或停止，人体行走需求只需按动控制器即可实现所需要的功能。所述脚底拖板一形状为外八字形状，同人体足部关节相似，可以上下摆动前行。所述大腿支架一和大腿支架二上分别设有大腿柔性绑带一和大腿柔性绑带二；所述小腿支架一和小腿支架二上分别设有小腿柔性绑带一和小腿柔性绑带二。一种下肢外骨骼机器人的应用方法，包含如下步骤：先把所述上半身固定装置打开，把所述小腿柔性绑带一、大腿柔性绑带一、小腿柔性绑带二和大腿柔性绑带二也打开；把双脚踩在所述脚底托板一和脚底拖板二上，系好小腿柔性绑带一、大腿柔性绑带一、小腿柔性绑带二和大腿柔性绑带二，把上半身固定装置系好；使用者使用控制器操作，左髋关节活动可以通过控制髋关节电动推杆一来推动髋关节曲柄凸轮一转动带动髋关节的活动帮助解决使用者的自主站立、直立行走；右髋关节活动可以通过控制髋关节电动推杆二来推动髋关节曲柄凸轮二转动带动髋关节的活动帮助解决使用者的自主站立、直立行走；左膝关节活动可以通过控制膝关节电动推杆一来推动膝关节曲柄凸轮一转动带动膝关节的活动帮助解决使用者的自主站立、直立行走；右膝关节活动可以通过控制膝关节电动推杆二来推动膝关节曲柄凸轮二转动带动膝关节的活动帮助解决使用者的自主站立、直立行走；左踝关节转动由小腿支架一摆动带动踝关节转动轴承一在踝关节转动轴一上转动；右踝关节转动由小腿支架二摆动带动踝关节轴承二在踝关节转动轴上转动；进行自主站立和代步。本专利技术的有益效果是：可以帮助下肢残疾或行动不便的患者进行自主站立和代步，提升下肢不便患者的自理能力和生活品质，改善健康状况，减轻患者家属的负担。附图说明图1为本专利技术实施例的站立状态正面总体结构图；图2为本专利技术的站立状态背面总体结构图；图3为本专利技术不带身体托盘结构图；图4为本专利技术带身体托盘结构图；图5为图2中A局部视图；图6为图2中B局部视图；图7为图2中C局部视图；图8为图2中D局部视图；图9为图2中E局部视图；图10为图2中F局部视图；图11为本专利技术髋关节立体结构图；图12为本专利技术髋关节转动状态结构图；图13为本专利技术膝关节及踝关节前摆状态结构图；图14为本专利技术膝关节及踝关节直立状态结构图；图15为本专利技术膝关节及踝关节后摆状态结构图；图中：背包1、背包背板2、半圆弧板3、充电接口4、髋关节支架一5、髋关节电动推杆一6、髋关节曲柄凸轮一7、大腿支架一8、大腿柔性绑带一9、推杆固定架一10、膝关节电动推杆一11、膝关节曲柄凸轮一12、小腿柔性绑带一13、小腿支架一14、踝关节支架一15、摆动支架一16、电动摆动拉杆一17、脚底支撑架一18、转动铰链一19、脚底拖板一20、髋关节电动推杆二21、髋关节支架二22、髋关节曲柄凸轮二23、大腿支架二24、大腿柔性绑带二25、推杆固定架二26、膝关节电动推杆二27、膝关节曲柄凸轮二28、小腿支架二29、小腿柔性绑带二30、踝关节支架二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：包含上半身固定装置、支撑机架和驱动装置；上半身固定装置由多段半圆弧板（3）和背包背板（2）组成，半圆弧板（3）水平设置，由两段圆弧组合而成，两段圆弧之间通过锁扣连接在一起；半圆弧板（3）两端铰接在背包背板（2）上，每段圆弧可旋转，实现人体上半身进入和固定；多段半圆弧板（3）相互平行布置；支撑机架包括：髋关节支架一（5）、大腿支架一（8）、小腿支架一（14）、踝关节支架一（15）、髋关节支架二（22）、大腿支架二（24）、小腿支架二（29）、踝关节支架二（31）、脚底支撑架一（18）和脚底支撑架二（33）；所述驱动装置包括：髋关节驱动装置、膝关节驱动装置和踝关节驱动装置；髋关节支架一（5）和髋关节支架二（22）一端分别固定设置在背包背板（2）的两侧下方；髋关节支架一（5）和髋关节支架二（22）的另一端分别通过髋关节驱动装置与大腿支架一（8）和大腿支架二（24）的一端连接；所述髋关节驱动装置包含结构相同的左髋关节驱动装置和右髋关节驱动装置；所述左髋关节驱动装置，包含：髋关节曲柄凸轮一（7）、髋关节转动轴一（39）、髋关节传感器一（40）、髋关节转动轴承一（41）、髋关节电子刹车盘一（42）和髋关节电动推杆一（6）；髋关节支架一（5）与大腿支架一（8）之间通过髋关节转动轴一（39）铰接，髋关节转动轴一（39）上设有髋关节曲柄凸轮一（7），髋关节电动推杆一（6）的一端安装固定在髋关节支架一（5）上，另一端固定在髋关节曲柄凸轮一（7）上；髋关节转动轴一（39）设置在髋关节转动轴承一（41）上，并匹配有髋关节传感器一（40）和髋关节电子刹车盘一（42）；大腿支架一（8）和大腿支架二（24）的另一端分别通过膝关节驱动装置与小腿支架一（14）和小腿支架二（29）的一端连接；所述膝关节驱动装置包含结构相同的左膝关节驱动装置和右膝关节驱动装置；所述左膝关节驱动装置，包含：膝关节曲柄凸轮一（12）、膝关节转动轴一（48）、膝关节传感器一（50）、膝关节转动轴承一（47）、膝关节电子刹车盘一（49）和膝关节电动推杆一（11），大腿支架一（8）与小腿支架一（14）之间通过膝关节转动轴一（48）铰接，膝关节转动轴一（48）上设有膝关节曲柄凸轮一（12），膝关节电动推杆一（11）的一端安装固定在大腿支架一（8）上，另一端固定在膝关节曲柄凸轮一（12）上；膝关节转动轴一（48）设置在膝关节转动轴承一（47）上，并匹配有膝关节传感器一（50）和膝关节电子刹车盘一（49）；小腿支架一（14）和小腿支架二（29）的另一端分别设有踝关节支架一（15）和踝关节支架二（31）；踝关节支架一（15）和踝关节支架二（31）分别通过踝关节驱动装置与脚底支撑架一（18）和脚底支撑架二（33）的一端连接，脚底支撑架一（18）和脚底支撑架二（33）的另一端分别与脚底拖板一（20）和脚底拖板二（36）连接；所述踝关节驱动装置包含结构相同的左踝关节驱动装置和右踝关节驱动装置；所述左踝关节驱动装置，包含：踝关节转动轴一（57）、踝关节传感器一（55）、踝关节转动轴承一（56）、踝关节电子刹车盘一（58）和电动摆动拉杆一（17），踝关节支架一（15）与脚底支撑架一（18）通过踝关节转动轴一（57）铰接，电动摆动拉杆一（17）的一端设置在踝关节支架一（15）上，另一端与脚底拖板一（20）连接；踝关节转动轴一（57）设置在踝关节转动轴承一（56）上，踝关节转动轴一（57）匹配设有踝关节传感器一（55）和踝关节电子刹车盘一（58）。...

【技术特征摘要】
1.一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：包含上半身固定装置、支撑机架和驱动装置；上半身固定装置由多段半圆弧板（3）和背包背板（2）组成，半圆弧板（3）水平设置，由两段圆弧组合而成，两段圆弧之间通过锁扣连接在一起；半圆弧板（3）两端铰接在背包背板（2）上，每段圆弧可旋转，实现人体上半身进入和固定；多段半圆弧板（3）相互平行布置；支撑机架包括：髋关节支架一（5）、大腿支架一（8）、小腿支架一（14）、踝关节支架一（15）、髋关节支架二（22）、大腿支架二（24）、小腿支架二（29）、踝关节支架二（31）、脚底支撑架一（18）和脚底支撑架二（33）；所述驱动装置包括：髋关节驱动装置、膝关节驱动装置和踝关节驱动装置；髋关节支架一（5）和髋关节支架二（22）一端分别固定设置在背包背板（2）的两侧下方；髋关节支架一（5）和髋关节支架二（22）的另一端分别通过髋关节驱动装置与大腿支架一（8）和大腿支架二（24）的一端连接；所述髋关节驱动装置包含结构相同的左髋关节驱动装置和右髋关节驱动装置；所述左髋关节驱动装置，包含：髋关节曲柄凸轮一（7）、髋关节转动轴一（39）、髋关节传感器一（40）、髋关节转动轴承一（41）、髋关节电子刹车盘一（42）和髋关节电动推杆一（6）；髋关节支架一（5）与大腿支架一（8）之间通过髋关节转动轴一（39）铰接，髋关节转动轴一（39）上设有髋关节曲柄凸轮一（7），髋关节电动推杆一（6）的一端安装固定在髋关节支架一（5）上，另一端固定在髋关节曲柄凸轮一（7）上；髋关节转动轴一（39）设置在髋关节转动轴承一（41）上，并匹配有髋关节传感器一（40）和髋关节电子刹车盘一（42）；大腿支架一（8）和大腿支架二（24）的另一端分别通过膝关节驱动装置与小腿支架一（14）和小腿支架二（29）的一端连接；所述膝关节驱动装置包含结构相同的左膝关节驱动装置和右膝关节驱动装置；所述左膝关节驱动装置，包含：膝关节曲柄凸轮一（12）、膝关节转动轴一（48）、膝关节传感器一（50）、膝关节转动轴承一（47）、膝关节电子刹车盘一（49）和膝关节电动推杆一（11），大腿支架一（8）与小腿支架一（14）之间通过膝关节转动轴一（48）铰接，膝关节转动轴一（48）上设有膝关节曲柄凸轮一（12），膝关节电动推杆一（11）的一端安装固定在大腿支架一（8）上，另一端固定在膝关节曲柄凸轮一（12）上；膝关节转动轴一（48）设置在膝关节转动轴承一（47）上，并匹配有膝关节传感器一（50）和膝关节电子刹车盘一（49）；小腿支架一（14）和小腿支架二（29）的另一端分别设有踝关节支架一（15）和踝关节支架二（31）；踝关节支架一（15）和踝关节支架二（31）分别通过踝关节驱动装置与脚底支撑架一（18）和脚底支撑架二（33）的一端连接，脚底支撑架一（...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣，
申请(专利权)人：唐山市拓又达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13