【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人。
技术介绍
1、对于膝关节功能受损的人群，如老年人、残疾人以及康复患者，他们在行走、上下楼梯等日常活动中面临着较大的困难。此外，一些从事重体力劳动或长时间站立工作的人员，也容易出现膝关节疲劳和损伤。
2、传统的膝关节治疗方法主要包括药物治疗、物理治疗和手术治疗等。然而，这些方法往往只能缓解症状，无法从根本上解决膝关节功能障碍的问题。近年来，外骨骼技术的发展为解决膝关节问题提供了新的思路。膝关节外骨骼作为一种可穿戴式设备，能够为膝关节提供额外的支撑和助力，帮助用户更好地完成各种运动任务，提高生活质量。
3、目前，市场上已有的膝关节外骨骼产品存在一些不足之处。例如，一些产品结构复杂，重量较大，穿戴不方便；一些产品的助力效果不够理想，无法满足用户的实际需求；还有一些产品的适应性较差，不能根据不同用户的身体特征和运动需求进行个性化调整。因此，亟需开发一种结构简单、轻便舒适、助力效果好、适应性强的膝关节外骨骼。
技术实现思路
1、为解决患者穿戴外骨骼如何进行膝关节康复训练的问题和当患者进行康复训练时，膝关节外骨骼的关节轴线和患者的大腿小腿轴线存在的错位问题，本专利技术提供一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，具有1个主动关节和4个被动关节，1个主动关节可以辅助患者进行膝关节屈伸康复训练，4个被动关节使膝关节外骨骼具有自对准能力，减小了不合理的人机交互力，增加了穿戴舒适性，具有一定的康复应用价值
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，为具有1个自由度的膝关节外骨骼，包括驱动机构和穿戴机构；所述穿戴机构设有一个绳轮，作为主动关节；驱动机构驱动绳轮运动，绳轮驱动患者膝关节运动，从而实现膝关节外骨骼机器人带动人体膝关节进行屈曲伸展；所述穿戴机构上装有大腿外骨骼滑块、小腿外骨骼滑块、90°转动杆和销钉4个被动关节，允许患者髋关节进行-10°-10°的内外旋运动；当患者进行膝关节屈伸运动时，膝关节外骨骼机器人利用患者髋关节的内外旋运动自动对齐患者的大腿轴线和小腿轴线，自动对齐人体下肢。
4、进一步地，所述驱动机构包括底板、电机、减速器、联轴器、螺母、丝杆、固定块、滑块导轨、缠绕绳轮、固定导杆、第一钢丝绳、第二钢丝绳和调节螺柱，利用电机和螺母、丝杆带动第一钢丝绳与第二钢丝绳运动；驱动机构通过第一钢丝绳与第二钢丝绳和穿戴机构连接。
5、进一步地，所述穿戴机构包括绑带；所述绑带用于使得穿戴机构穿戴到患者下肢上，从而辅助患者进行康复训练。
6、进一步地，所述驱动机构的电机和减速器通过联轴器和丝杠固定连接，螺母和固定块的一端固定，固定块的另一端和滑块导轨固定，第一调节螺柱和第二调节螺柱固定在底板的凸起平台上，固定导杆固定在底板上，缠绕绳轮安装在固定导杆上，第一钢丝绳的一端固定在固定块上，另一端穿过第一调节螺柱，然后缠绕在穿戴机构的绳轮上，并与绳轮上端固定，第二钢丝绳的一端固定固定块上，然后另一端依次穿过缠绕绳轮和第二调节螺柱，然后与穿戴机构的绳轮下端固定。
7、进一步地，所述穿戴机构还包括大腿外骨骼板、大腿外骨骼滑块、连接板、90°转动杆、绳轮固定板、钢丝绳固定薄板、绳轮、小腿外骨骼外直板、180°薄板、小腿外骨骼内直板、销钉、转动板、小腿外骨骼滑块和小腿外骨骼板；所述大腿外骨骼板通过绑带与患者大腿连接，大腿外骨骼板上安装有两个大腿外骨骼滑块，大腿外骨骼滑块和连接板固定，连接板和90°转动杆连接，90°转动杆与绳轮固定板连接，绳轮固定板上安装有钢丝绳固定薄板，绳轮固定板的一侧和绳轮连接，另一侧和小腿外骨骼外直板连接，小腿外骨骼外直板通过180°薄板和小腿外骨骼内直板连接，小腿外骨骼外直板和小腿外骨骼内直板通过两个销钉分别和转动板连接，转动板下侧和小腿外骨骼滑块连接，小腿外骨骼滑块和小腿外骨骼板连接，小腿外骨骼板通过绑带与患者小腿连接。
8、进一步地，当电机和减速器转动时，带动联轴器转动，联轴器带动丝杠转动，丝杠的转动转变为螺母的移动，螺母带动固定块移动，固定块带动滑块导轨移动，滑块导轨带动第一钢丝绳和第二钢丝绳移动，第一钢丝绳和第二钢丝绳带动穿戴机构的绳轮转动，穿戴机构的绳轮带动患者的膝关节屈曲和伸展，从而完成患者膝关节的康复训练，使患者的膝关节屈伸达到0°-120°的运动范围。
9、进一步地，当患者进行膝关节康复训练时，两个大腿外骨骼滑块和小腿外骨骼滑块滑动，90°转动杆和两个销钉转动，允许患者进行髋关节-10°-10°的内外旋运动，实现了膝关节外骨骼与患者大腿轴线以及小腿轴线的自动对齐。
10、有益效果：
11、1、本专利技术利用驱动机构可以辅助患者进行膝关节屈伸运动，并且当患者进行膝关节的屈伸运动时，这些被动关节会随之灵活转动，辅助患者膝关节屈伸运动的同时，也允许患者髋关节进行-10°-10°的内外旋运动，实现了膝关节外骨骼与患者大腿轴线以及小腿轴线的自动对齐。这种自动对齐能力，不仅减轻了穿戴者的负担，减少了因不适配而产生的摩擦与压力，还确保了运动过程中的稳定性与安全性，这一过程显著提升了患者的穿戴舒适度。
12、2、本专利技术采用了大腿外骨骼滑块、小腿外骨骼滑块、90°转动杆和销钉等4个被动关节，可以使膝关节外骨骼自动对齐患者大腿和小腿轴线，实现了膝关节外骨骼的自对齐功能，减小了不合理的人机交互力，具有穿戴舒适性和便捷性。
13、3、本专利技术的结构更加简单和紧凑，便携性高，并且可以更好实现驱动患者关节的作用，助力效率更高，有更好的自对齐能力和人机交互性能。
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1.一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，为具有1个自由度的膝关节外骨骼，包括驱动机构和穿戴机构；所述穿戴机构设有一个绳轮，作为主动关节；驱动机构驱动绳轮运动，绳轮驱动患者膝关节运动，从而实现膝关节外骨骼机器人带动人体膝关节进行屈曲伸展；所述穿戴机构上装有大腿外骨骼滑块、小腿外骨骼滑块、90°转动杆和销钉4个被动关节，允许患者髋关节进行-10°-10°的内外旋运动；当患者进行膝关节屈伸运动时，膝关节外骨骼机器人利用患者髋关节的内外旋运动自动对齐患者的大腿轴线和小腿轴线，自动对齐人体下肢。
2.根据权利要求1所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述驱动机构包括底板、电机、减速器、联轴器、螺母、丝杆、固定块、滑块导轨、缠绕绳轮、固定导杆、第一钢丝绳、第二钢丝绳和调节螺柱，利用电机和螺母、丝杆带动第一钢丝绳与第二钢丝绳运动；驱动机构通过第一钢丝绳与第二钢丝绳和穿戴机构连接。
3.根据权利要求1所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述穿戴机构包括绑带；所述绑带用于使得穿戴机构穿戴到患者下肢上，从而辅助患者进
4.根据权利要求2所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述驱动机构的电机和减速器通过联轴器和丝杠固定连接，螺母和固定块的一端固定，固定块的另一端和滑块导轨固定，第一调节螺柱和第二调节螺柱固定在底板的凸起平台上，固定导杆固定在底板上，缠绕绳轮安装在固定导杆上，第一钢丝绳的一端固定在固定块上，另一端穿过第一调节螺柱，然后缠绕在穿戴机构的绳轮上，并与绳轮上端固定，第二钢丝绳的一端固定固定块上，然后另一端依次穿过缠绕绳轮和第二调节螺柱，然后与穿戴机构的绳轮下端固定。
5.根据权利要求3所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述穿戴机构还包括大腿外骨骼板、大腿外骨骼滑块、连接板、90°转动杆、绳轮固定板、钢丝绳固定薄板、绳轮、小腿外骨骼外直板、180°薄板、小腿外骨骼内直板、销钉、转动板、小腿外骨骼滑块和小腿外骨骼板；所述大腿外骨骼板通过绑带与患者大腿连接，大腿外骨骼板上安装有两个大腿外骨骼滑块，大腿外骨骼滑块和连接板固定，连接板和90°转动杆连接，90°转动杆与绳轮固定板连接，绳轮固定板上安装有钢丝绳固定薄板，绳轮固定板的一侧和绳轮连接，另一侧和小腿外骨骼外直板连接，小腿外骨骼外直板通过180°薄板和小腿外骨骼内直板连接，小腿外骨骼外直板和小腿外骨骼内直板通过两个销钉分别和转动板连接，转动板下侧和小腿外骨骼滑块连接，小腿外骨骼滑块和小腿外骨骼板连接，小腿外骨骼板通过绑带与患者小腿连接。
6.根据权利要求2所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，当电机和减速器转动时，带动联轴器转动，联轴器带动丝杠转动，丝杠的转动转变为螺母的移动，螺母带动固定块移动，固定块带动滑块导轨移动，滑块导轨带动第一钢丝绳和第二钢丝绳移动，第一钢丝绳和第二钢丝绳带动穿戴机构的绳轮转动，穿戴机构的绳轮带动患者的膝关节屈曲和伸展，从而完成患者膝关节的康复训练，使患者的膝关节屈伸达到0°-120°的运动范围。
7.根据权利要求3所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，当患者进行膝关节康复训练时，两个大腿外骨骼滑块和小腿外骨骼滑块滑动，90°转动杆和两个销钉转动，允许患者进行髋关节-10°-10°的内外旋运动，实现了膝关节外骨骼与患者大腿轴线以及小腿轴线的自动对齐。
...【技术特征摘要】
1.一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，为具有1个自由度的膝关节外骨骼，包括驱动机构和穿戴机构；所述穿戴机构设有一个绳轮，作为主动关节；驱动机构驱动绳轮运动，绳轮驱动患者膝关节运动，从而实现膝关节外骨骼机器人带动人体膝关节进行屈曲伸展；所述穿戴机构上装有大腿外骨骼滑块、小腿外骨骼滑块、90°转动杆和销钉4个被动关节，允许患者髋关节进行-10°-10°的内外旋运动；当患者进行膝关节屈伸运动时，膝关节外骨骼机器人利用患者髋关节的内外旋运动自动对齐患者的大腿轴线和小腿轴线，自动对齐人体下肢。
2.根据权利要求1所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述驱动机构包括底板、电机、减速器、联轴器、螺母、丝杆、固定块、滑块导轨、缠绕绳轮、固定导杆、第一钢丝绳、第二钢丝绳和调节螺柱，利用电机和螺母、丝杆带动第一钢丝绳与第二钢丝绳运动；驱动机构通过第一钢丝绳与第二钢丝绳和穿戴机构连接。
3.根据权利要求1所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述穿戴机构包括绑带；所述绑带用于使得穿戴机构穿戴到患者下肢上，从而辅助患者进行康复训练。
4.根据权利要求2所述的一种高便携的运动相容膝关节外骨骼机器人，其特征在于，所述驱动机构的电机和减速器通过联轴器和丝杠固定连接，螺母和固定块的一端固定，固定块的另一端和滑块导轨固定，第一调节螺柱和第二调节螺柱固定在底板的凸起平台上，固定导杆固定在底板上，缠绕绳轮安装在固定导杆上，第一钢丝绳的一端固定在固定块上，另一端穿过第一调节螺柱，然后缠绕在穿戴机构的绳轮上，并与绳轮上端固定，第二钢丝绳的一端固定固定块上，然后另一端依次穿过缠绕绳轮和第二调节螺柱，然后与穿戴机构的绳轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国涛，侯增广，梁旭，卢慧娟，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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