基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统技术方案

本发明专利技术涉及医疗康复机器人领域，具体为基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统，包括下肢外骨骼康复机器人、摔倒防护腰带和支撑杆，支撑杆固定在摔倒防护腰带上，还包括人体倾斜度监测反馈报警单元、电源模块、复位模块、供电系统和多个多级伸缩装置，人体倾斜度监测反馈报警单元和电源模块均集成在摔倒防护腰带内，且均与多个多级伸缩装置电性连接，并控制多级伸缩装置工作。本发明专利技术可以适应多种地形环境，不仅能适应平地，也能适应崎岖不平的石子地；能够全自动运行，不需要患者介入，更加安全可靠；不会因下肢外骨骼康复机器人故障失电而导致控制器失电，安全性能大大提高；可重复使用；采用碳纤维材料，重量轻，强度高。强度高。强度高。

【技术实现步骤摘要】
基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统


[0001]本专利技术涉及医疗康复机器人领域，具体为基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统。

技术介绍

[0002]下肢外骨骼康复机器人是一种机器人与穿戴者相耦合的人机电一体化系统,通过模拟正常人体行走步态规律,帮助由脊髓损伤、脑卒中等疾病导致的下肢运动功能障碍的患者锻炼下肢肌肉,恢复下肢运动功能。在中老年人群中经常会发生因中风、意外摔倒等造成的下肢运动功能障碍。利用下肢外骨骼康复机器人进行运动功能康复训练成为下肢运动功能障碍的患者新的希望。下肢康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支,通过辅助患者完成肢体训练动作,实现康复治疗的效果，该过程特别需要注意防止因各种原因对患者产生二次伤害(如摔倒)。在穿戴外骨骼机器人后，人机整体系统的重量增加，在摔倒时造成的损伤更加严重。
[0003]目前对下肢外骨骼康复机器人的研究中，对摔倒保护的研究较少，一些下肢外骨骼康复机器人只能通过髋关节和膝关节的锁死来防摔，只有在下肢外骨骼康复机器人断电时才会触发，患者要摔倒时，往往很慌张，要想及时断开电源非常困难，而且机械结构的锁死，并不能有效保护人体，当人体倾角过大时，患者无法支撑自己来保持重心稳定，此时仍然会摔倒。还有一些外骨骼机器人通过陀螺仪检测人体信息提出平衡控制算法来防摔，该方法可以适应复杂的地面环境，但十分依赖于所提出的控制算法，而且一旦外骨骼机器人产生故障或断电，便无法起到保护人体的作用。
[0004]申请公布号为CN109730903 A的专利介绍了一种用于下肢外骨骼机器人后摔防护装置，通过监测患者足底的压力传感器，人体摔倒倾斜时，压力会减小，当压力小于一定阈值，背后的头部保护棉套会随着旋转板弹到患者头部后方来保护患者头部。但此专利并未考虑到患者摔向其他方向时的保护措施，而且患者从竖直摔向平地的冲击力是非常大的，对身体其他部位的损伤不可忽视。
[0005]申请公布号为CN108836759 A的专利介绍了一种基于下肢外骨骼机器人的防摔系统，在腰带上均匀设置了12个震动器，通过震动器的震动所在方向来提示患者应该往哪边转移重心，若震动器不在震动则说明重心转移已完成。但此方法比较适合有一定运动能力的患者使用，对于处于康复初期的患者，由于很久都没有走路甚至站立，并不具备自己转移重心的能力，还具有一定的危险性。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种能全方位保护、适应各种环境以及不依赖于患者自身能力的下肢外骨骼防摔倒系统。
[0007]基于上述目的，本专利技术提供了基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统，包括下肢外骨骼康复机器人、摔倒防护腰带和支撑杆，所述支撑杆固定在摔倒防护腰带上，所述
下肢外骨骼康复机器人固定在支撑杆向下延伸的一端上，其特征在于，还包括由倾角检测模块、控制器、数据分析模块和报警模块组成的人体倾斜度监测反馈报警单元、电源模块、复位模块、供电系统和多个多级伸缩装置，所述人体倾斜度监测反馈报警单元和电源模块均集成在摔倒防护腰带内，且均与多个多级伸缩装置电性连接，并控制多级伸缩装置工作；所述供电系统集成在下肢外骨骼康复机器人内；多个所述多级伸缩装置的顶端均铰接有连接件，多个所述连接件均以圆形等距阵列固定在摔倒防护腰带的外周上；多个所述连接件内均设置有限位件，所述限位件限位多级多级伸缩装置在连接件上的角度；多个所述多级多级伸缩装置的底端均安装有滚轮，多个所述滚轮内均设置有减震器，所述减震器缓冲吸收触地时产生的震动。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，多个所述多级伸缩装置均由伸缩一段、多个直线电动机初级、吸盘式电磁铁、关节、直线电动机次级、伸缩二段组成，所述伸缩一段套接在伸缩二段上，多个所述直线电动机初级等距嵌设在伸缩一段的内侧壁上，所述直线电动机次级设置在伸缩二段的一端上，所述吸盘式电磁铁与直线电动机次级连接，所述关节设置在吸盘式电磁铁的一侧。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，多个所述直线电动机初级、吸盘式电磁铁和直线电动机次级均与控制器电性连接，所述直线电动机初级、吸盘式电磁铁和直线电动机次级均迅速接受控制器发布的命令并执行。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述倾角检测模块为运动处理传感器，所述运动处理传感器与数据分析模块电性连接，所述数据分析模块分别与控制器和报警模块电性连接。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述摔倒防护腰带的背面嵌设有盖板，所述盖板的中部开设有凹槽，所述凹槽安装有复位按钮，所述复位按钮与控制器和复位模块电性连接。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述电源模块与下肢外骨骼康复机器人的供电系统隔离。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，多个所述连接件的限位件均包括软胶防撞块和限位杆，所述软胶防撞块和限位杆分别设置在连接件的内顶部及一侧。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述滚轮内具有轮毂，所述减震器安装在轮毂上，所述减震器由阻尼元件和两个弹簧组成，两个所述弹簧固定在轮毂上，所述阻尼元件固定在两个弹簧之间。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，多个所述多级伸缩装置和摔倒防护腰带均由碳纤维材料制成。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017]1、本专利技术的下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护装置可以适应多种地形环境，不仅能适应平地，也能适应崎岖不平的石子地。
[0018]2、能够全自动运行，不需要患者介入，更加安全可靠。一般在患者将要摔倒时，都会很慌张，对于一些需要患者介入的防摔倒系统，可能会出现意外，从而对患者造成二次伤害。
[0019]3、患者康复训练的安全性大大提高，在伸缩杆和滚轮连接部分装有弹簧，在伸缩
杆伸长触地时，弹簧部分提供缓冲，而且，当伸缩杆向外摆动碰到软胶防撞块时，也能增加缓冲，降低对患者的冲击。
[0020]4、控制器的电源模块与下肢外骨骼康复机器人的供电系统隔离，不会因下肢外骨骼康复机器人故障失电而导致控制器失电，安全性能大大提高。
[0021]5、可重复使用，每次使用过后，倾角检测模块检测到人体倾角小于所设定的倾角后，控制器控制直线电动机将伸缩杆收缩回来，以便下次使用。
[0022]6、采用碳纤维材料，重量轻，强度高，且腰带安装在下肢外骨骼康复机器人上，减轻人体负重。
[0023]7、各个模块间的数据传输速度快，控制器解算能力强，能迅速接收倾角信息并处理，然后对直线电动机发送控制命令，在患者摔倒之前及时保护。
附图说明
[0024]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0025]在附图中：
[0026]图1是本专利技术基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统处于启动时的立体结构示意图；
[0027]图2是本专利技术基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统处于未启用时的立体结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统，包括下肢外骨骼康复机器人(11)、摔倒防护腰带(12)和支撑杆(14)，所述支撑杆(14)固定在摔倒防护腰带(12)上，所述下肢外骨骼康复机器人(11)固定在支撑杆(14)向下延伸的一端上，其特征在于，还包括由倾角检测模块、控制器、数据分析模块和报警模块组成的人体倾斜度监测反馈报警单元、电源模块、复位模块、供电系统和多个多级伸缩装置(10)，所述人体倾斜度监测反馈报警单元和电源模块均集成在摔倒防护腰带(12)内，且均与多个多级伸缩装置(10)电性连接，并控制多级伸缩装置(10)工作；所述供电系统集成在下肢外骨骼康复机器人(11)内；多个所述多级伸缩装置(10)的顶端均铰接有连接件(15)，多个所述连接件(15)均以圆形等距阵列固定在摔倒防护腰带(12)的外周上；多个所述连接件(15)内均设置有限位件，所述限位件限位多级伸缩装置(10)在连接件(15)上的角度；多个所述多级伸缩装置(10)的底端均安装有滚轮(13)，多个所述滚轮(13)内均设置有减震器(19)，所述减震器(19)缓冲吸收触地时产生的震动。2.根据权利要求1所述的基于下肢外骨骼康复机器人的摔倒保护系统，其特征在于，多个所述多级伸缩装置(10)均由伸缩一段(1)、多个直线电动机初级(2)、吸盘式电磁铁(3)、关节(6)、直线电动机次级(8)、伸缩二段(9)组成，所述伸缩一段(1)套接在伸缩二段(9)上，多个所述直线电动机初级(2)等距嵌设在伸缩一段(1)的内侧壁上，所述直线电动机次级(8)设置在伸缩二段(9)的一端上，所述吸盘式电磁铁(3)与直线电动机次级(8)连接，所述关节(6)设置在吸盘式电磁铁(3)的一侧。3.根据权利要求2所述的基于下肢外骨骼康复机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄圣超，黄澄辉，刘晓黎，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：