具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统技术方案

本发明专利技术提供一种具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统，其包括髋关节组件、大腿组件、小腿组件、脚踝组件以及测力组件。髋关节组件、大腿组件、小腿组件和脚踝组件彼此相互连接，大腿组件和小腿组件均为剖分式结构。测力组件能够实时监测受力并进行反馈。一方面，本发明专利技术的剖分式套管的腿部结构，整体结构精简且刚度高，零件加工与整机装配便捷，使用方便。另一方面，本发明专利技术具有力反馈功能，通过绑腿与足底的测力传感器测量人机交互力，反应患者受到的驱动力与患者给外骨骼的主动力，提升了装置的安全性并为实现主动训练提供了人机交互数据，为康复提供更多的数据。康复提供更多的数据。康复提供更多的数据。

【技术实现步骤摘要】
具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统


[0001]本专利技术涉及康复机械领域，具体涉及一种具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统。

技术介绍

[0002]下肢康复训练是针对由于脊髓损伤、脑卒中等疾病或意外事故导致下肢运动障碍的患者，帮助其恢复站立、行走能力的重要手段。而下肢康复外骨骼可以带动患者下肢运动，辅助其步态行走，为病患提供更加及时、更加有效、有针对性的康复训练。
[0003]现有下肢康复外骨骼种类颇多，多数外骨骼由于机构和驱动的复杂性，在加工和装配过程中往往存在诸多不便；且多数外骨骼适用于康复后期或者轻症患者助力行走，少数具有高刚度并能与康复床结合满足康复前期和重症患者的训练需求；此外，现有的下肢康复机器人大多数缺少力反馈装置，尤其缺少腿部的交互力测量装置，且大部分绑腿完全固定在机械腿上，无法调整或快速拆装，给医务人员操作带来不便。
[0004]因此，设计一种结构精简、装配方便、高刚度、具有力反馈功能的下肢康复外骨骼是非常重要的，并且具有非常大的使用价值和研究意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统。本专利技术的结构精简，装配方便，具有较强的实用性，能够帮助患者完成三个关节的单独训练与完整步态训练且能适应不同身高和腿长的患者。同时，本专利技术具有力反馈功能，能够测量人机交互力从而提升装备的安全性并为实现主动训练提供人机交互数据。
[0006]具体地，本专利技术提供一种具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统，其包括髋关节组件、大腿组件、小腿组件、脚踝组件以及测力组件；
[0007]所述髋关节组件包括安装板、髋关节回转驱动装置、髋关节限位套杯、安装板外壳和髋关节外壳，所述髋关节限位套杯为阶梯中空型圆盘且圆盘端面设有弧形限位凸台，所述髋关节限位套杯固定连接在安装板内侧，髋关节回转驱动装置自安装板外侧嵌套于髋关节限位套杯内并与髋关节限位套杯固定连接，安装板外壳与安装板外侧相连，髋关节外壳从外侧嵌于安装板中且罩在髋关节回转驱动装置的外侧；
[0008]所述大腿组件包括大腿上段结构、大腿下段结构、膝关节回转驱动装置、膝关节限位套杯和大腿调长装置；
[0009]所述大腿上段结构为分体式的中空结构，所述大腿上段结构的上端固定连接在所述髋关节回转驱动装置的输出端并与所述安装板通过所述髋关节回转驱动装置构成第一转动副，所述第一转动副的转动轴线垂直于安装板，所述大腿上段结构与所述髋关节回转驱动装置连接的一端设置有与所述髋关节限位套杯的弧形限位凸台配合的用于对大腿的回转角度进行限位的弧形限位槽口；
[0010]所述大腿下段结构包括大腿下段本体和膝关节回转驱动安装座，所述膝关节回转驱动安装座为阶梯中空型圆筒且外圆周设有连接凸台，所述膝关节回转驱动安装座固定连接在所述大腿下段本体的下端，所述大腿下段本体的上端嵌套于所述大腿上段结构的内部并与所述大腿上段结构构成第一移动副，第一移动副的轴线垂直于第一转动副轴线；所述膝关节限位套杯与所述髋关节限位套杯结构相同且安装于所述膝关节回转驱动安装座内侧，所述膝关节回转驱动装置自所述膝关节回转驱动安装座外侧嵌套于所述膝关节限位套杯内并与所述膝关节限位套杯固定连接，所述大腿调长装置安装在所述大腿上段结构的内部；
[0011]所述小腿组件包括小腿上段结构、小腿下段结构、踝关节回转驱动装置、踝关节限位套杯和小腿调长装置；
[0012]所述小腿上段结构与所述大腿上段结构相同，所述小腿上段结构的上端固定连接于所述膝关节回转驱动装置的输出端并与所述大腿下段结构通过所述膝关节回转驱动装置构成第二转动副，第二转动副的轴线平行于第一转动副的轴线，所述小腿上段结构与所述膝关节回转驱动装置连接的一端设有与所述膝关节限位套杯的弧形限位凸台配合的用于对小腿的回转角度进行限位的弧形限位槽口；
[0013]所述小腿下段结构包括小腿下段本体和踝关节回转驱动安装座，所述踝关节回转驱动安装座与所述膝关节回转驱动安装座结构相同并固定连接在所述小腿下段本体下端，所述小腿下段本体嵌套于所述小腿上段结构的内部并与所述小腿上段结构构成第二移动副，第二移动副的轴线垂直于第二转动副轴线；所述踝关节限位套杯与所述髋关节限位套杯结构相同且安装于所述踝关节回转驱动安装座内侧，所述踝关节回转驱动装置自所述踝关节回转驱动安装座外侧嵌套于所述踝关节限位套杯内并与所述踝关节限位套杯固定连接，所述小腿调长装置安装在所述小腿上段结构的内部；
[0014]所述脚踝组件包括脚踝立板和脚板，所述脚踝立板上端固定连接于所述踝关节回转驱动装置的输出端并与所述小腿下段结构通过所述踝关节回转驱动装置构成第三转动副，第三转动副的轴线平行于第二转动副的轴线，所述脚踝立板与所述踝关节驱动装置连接的一端设有与所述踝关节限位套杯的限位凸台配合的用于对脚踝的回转角度进行限位的弧形限位槽口；
[0015]所述测力组件包括大腿测力绑腿装置、小腿测力绑腿装置、脚踝测力底板和足底测力传感器，所述大腿测力绑腿装置固定连接在所述大腿上段结构上，所述小腿测力绑腿装置固定连接在所述小腿上段结构上，所述脚踝测力底板固定连接在所述脚踝立板底端，所述足底测力传感器设置在所述脚踝测力底板的两端。
[0016]优选地，所述大腿测力绑腿装置和所述小腿测力绑腿装置的结构相同，均包括凹形底座、悬臂梁力传感器、L形锁轴、转动手柄、碰珠、绑腿导轨、绑腿滑块和腿托，所述凹形底座与所述大腿上段结构固定连接，所述悬臂梁力传感器的第一端设置有限位凸台和转轴，所述悬臂梁力传感器的转轴与所述凹形底座宽度方向的通孔配合连接构成第四转动副，第四转动副的轴线平行于凹形底座的底面且垂直于第一转动副的轴线，所述L形锁轴安装于所述凹形底座中并与凹形底座底部的通孔配合连接构成第五转动副，第五转动副的轴线平行于所述凹形底座的底面且垂直于第四转动副的轴线，所述转动手柄安装于所述L形锁轴长边的一端，通过所述转动手柄带动L形转轴旋转，从而对所述悬臂梁力传感器在工作
位的转动进行限位，所述碰珠嵌于所述凹形底座侧壁并与所述悬臂梁力传感器侧面设置的圆窝配合，从而对所述悬臂梁力传感器在非工作位的转动进行限位，所述绑腿导轨安装在所述悬臂梁力传感器第二端的表面，所述绑腿滑块与所述绑腿导轨连接形成第三移动副，第三移动副的轴线平行于第一移动副的轴线，所述腿托固定连接在所述绑腿滑块上。
[0017]优选地，所述凹形底座为上下分体式结构，所述悬臂梁力传感器第一端的转轴为中空轴。
[0018]优选地，所述凹形底座在一侧肩部垂直其底面的方向开设有孔；所述悬臂梁力传感器在侧面和尾部开设有限位槽，所述L形锁轴与所述凹形底座肩部的孔构成第五转动副，所述转动手柄带动所述L形锁轴旋转，通过与所述悬臂梁力传感器侧面的限位槽配合，对所述悬臂梁力传感器在工作位的转动进行限位，通过与所述悬臂梁力传感器尾部的限位槽配合，对所述悬臂梁力传感器在非工作位的转动进行限位。
[0019]优选地，所述脚踝测力底板为两端带有悬臂结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统，其特征在于：其包括髋关节组件、大腿组件、小腿组件、脚踝组件以及测力组件；所述髋关节组件包括安装板、髋关节回转驱动装置和髋关节限位套杯，所述髋关节限位套杯为阶梯中空型圆盘且圆盘端面设有弧形限位凸台，所述髋关节限位套杯固定连接在安装板内侧，髋关节回转驱动装置自安装板外侧嵌套于髋关节限位套杯内并与髋关节限位套杯固定连接；所述大腿组件包括大腿上段结构、大腿下段结构、膝关节回转驱动装置、膝关节限位套杯和大腿调长装置；所述大腿上段结构为分体式的中空结构，所述大腿上段结构的上端固定连接在所述髋关节回转驱动装置的输出端并与所述安装板通过所述髋关节回转驱动装置构成第一转动副，所述第一转动副的转动轴线垂直于安装板，所述大腿上段结构与所述髋关节回转驱动装置连接的一端设置有与所述髋关节限位套杯的弧形限位凸台配合的用于对大腿的回转角度进行限位的弧形限位槽口；所述大腿下段结构包括大腿下段本体和膝关节回转驱动安装座，所述膝关节回转驱动安装座为阶梯中空型圆筒且外圆周设有连接凸台，所述膝关节回转驱动安装座固定连接在所述大腿下段本体的下端，所述大腿下段本体的上端嵌套于所述大腿上段结构的内部并与所述大腿上段结构构成第一移动副，第一移动副的轴线垂直于第一转动副轴线；所述膝关节限位套杯与所述髋关节限位套杯结构相同且安装于所述膝关节回转驱动安装座内侧，所述膝关节回转驱动装置自所述膝关节回转驱动安装座外侧嵌套于所述膝关节限位套杯内并与所述膝关节限位套杯固定连接，所述大腿调长装置安装在所述大腿上段结构的内部；所述小腿组件包括小腿上段结构、小腿下段结构、踝关节回转驱动装置、踝关节限位套杯和小腿调长装置；所述小腿上段结构与所述大腿上段结构相同，所述小腿上段结构的上端固定连接于所述膝关节回转驱动装置的输出端并与所述大腿下段结构通过所述膝关节回转驱动装置构成第二转动副，第二转动副的轴线平行于第一转动副的轴线，所述小腿上段结构与所述膝关节回转驱动装置连接的一端设有与所述膝关节限位套杯的弧形限位凸台配合的用于对小腿的回转角度进行限位的弧形限位槽口；所述小腿下段结构包括小腿下段本体和踝关节回转驱动安装座，所述踝关节回转驱动安装座与所述膝关节回转驱动安装座结构相同并固定连接在所述小腿下段本体下端，所述小腿下段本体嵌套于所述小腿上段结构的内部并与所述小腿上段结构构成第二移动副，第二移动副的轴线垂直于第二转动副轴线；所述踝关节限位套杯与所述髋关节限位套杯结构相同且安装于所述踝关节回转驱动安装座内侧，所述踝关节回转驱动装置自所述踝关节回转驱动安装座外侧嵌套于所述踝关节限位套杯内并与所述踝关节限位套杯固定连接，所述小腿调长装置安装在所述小腿上段结构的内部；所述脚踝组件包括脚踝立板和脚板，所述脚踝立板上端固定连接于所述踝关节回转驱动装置的输出端并与所述小腿下段结构通过所述踝关节回转驱动装置构成第三转动副，第三转动副的轴线平行于第二转动副的轴线，所述脚踝立板与所述踝关节驱动装置连接的一端设有与所述踝关节限位套杯的限位凸台配合的用于对脚踝的回转角度进行限位的弧形限位槽口；所述测力组件包括大腿测力绑腿装置、小腿测力绑腿装置、脚踝测力底板和足底测力
传感器，所述大腿测力绑腿装置固定连接在所述大腿上段结构上，所述小腿测力绑腿装置固定连接在所述小腿上段结构上，所述脚踝测力底板固定连接在所述脚踝立板底端，所述足底测力传感器设置在所述脚踝测力底板的两端。2.根据权利要求1所述的具有力反馈的高刚度下肢康复外骨骼系统，其特征在于：所述大腿测力绑腿装置和所述小腿测力绑腿装置的结构相同，均包括凹形底座、悬臂梁力传感器、L形锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵铁石，尹波康，崔劲松，张烨，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：