【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外骨骼机器人领域，特别涉及一种可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统。
技术介绍
1、步态功能障碍或损伤被认为是中风患者或者老年人最常见的生理后果之一，常见的异常步态有偏瘫步态、剪刀步态、小脑共济失调步态、帕金森步态等。总的来说，步态异常是由于腿部肌肉力量不足或者肌肉协调性变差引起的。传统个体化物理疗法需要治疗师直接参与，指定重复的特定任务训练。相比之下现代可穿戴智能康复设备治疗方法可以减少治疗师的以来，提供持续的重复的训练。
2、因此，本领域的技术人员致力于提供一种可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，满足重量轻、适应性强、柔顺性好的要求，个性化的位置调整和刚度调整匹配不同患者的情况，能够在人行走过程中根据肌肉能力进行功能替代和补偿，对异常姿态达到矫正的效果，提高日常行走的稳定性，并提供在行走过程中的辅助力，提供更加自如、舒适的行走体验。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，解决传统刚性结构难以适应不同损伤程度患者的情况。
2、技术方案：本专利技术所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，包括柔性穿戴支撑模块、集群驱动控制模块、可扩展变刚度模块、膝关节穿戴连接模块，其中，所述柔性穿戴支撑模块紧密贴合人体躯干部分，保证了外骨骼系统的稳定性和穿戴的舒适性；所述集群驱动控制模块固定在所述柔性穿戴支撑模块的一侧，用于为所述可扩展变刚度模块群组提供运动控制；所述膝关节穿戴连接模块穿戴于膝关节部位，为所
3、进一步地，柔性穿戴支撑模块包括背带和腰带，所述背带与所述腰带通过夹子固定连接，在保证整个外骨骼系统稳定性的同时紧密贴合人体保证了舒适性。
4、进一步地，所述集群驱动控制模块包括电池和电路板，安装在所述腰带的一侧，所述集群驱动控制模块上可以支持多通道通讯，用于为所述可扩展变刚度群组提供运动控制。
5、进一步地，所述膝关节穿戴连接模块包括护膝上部和护膝下部，所述护膝上部和所述护膝下部都由塑料外壳和海绵内衬组成，对膝关节起到了保护作用，在所述护膝上部和下部均设置有根据不同肌肉走向的的受力锚点，所述锚点用于固定所述可扩展变刚度模块下端。
6、进一步地，所述可扩展变刚度模块由可扩展机构和弹力带组成，所述弹性带通过鲍登线与所述可扩展机构连接固定，所述可扩展机构通过调整弹力带的刚度，对肌肉功能进行替代和补偿，对下肢进行姿态矫正，所述可扩展机构包括外壳部件、舵机部件、齿轮组部件、内部固定部件，所述外壳部件包括主外壳、背板、侧板、固定卡扣，所述舵机部件包括舵机、舵盘、法兰盘，所述齿轮组部件包括舵机齿轮、侧边齿轮、固定齿轮、线轮，所述内部固定部件包括箱体连杆、齿轮连杆、固定骨架、滚珠轴承、平面轴承，所述内部固定部件将所述舵机部件和所述齿轮组部件固定为一个组合机构，所述外壳部件包裹这个组合机构。为了满足所述内部固定部件固定所述齿轮组部件的需要，所述箱体连杆有4个，所述侧边齿轮、固定齿轮、线轮、滚珠轴承、箱体连杆、齿轮连杆、平面轴承数量相同，均有2个。
7、进一步地，所述背板通过螺栓连接所述固定卡扣卡在所述腰带上，所述主外壳通过螺栓与背板和侧板连接固定，所述主外壳下方两侧留有两个孔洞，用于穿过所述鲍登线，所述主外壳内部两个所述孔洞中间有四个凸槽，两边的所述凸槽用于嵌入所述固定骨架的两个引脚，中间的两个所述凸槽用于嵌入所述箱体连杆。
8、进一步地，所述外壳部件内部左右两侧留有凸槽放置所述滚珠轴承，所述箱体连杆的一端插入所述滚珠轴承，另一端插入所述线轮左侧的凹槽，所述线轮右侧的凹槽插入所述齿轮连杆的短凸起端，所述齿轮连杆的长凸起端穿过所述固定骨架侧边的孔洞与所述侧边齿轮的凹槽嵌合。
9、进一步地，所述舵机输出端用螺栓连接所述舵盘，所述舵盘通过螺栓连接所述法兰盘上端，所述法兰盘下端穿过所述固定骨架上方的孔洞，所述法兰盘通过下端的凸起与所述舵机齿轮中间的凹槽嵌合。所述线轮上有孔洞，用于固定所述鲍登线，所述侧边齿轮上端与所述舵机齿轮配合，所述侧边齿轮下端与所述固定齿轮配合，所述固定齿轮下方垫有平面轴承，所述固定齿轮和所述平面轴承用所述箱体连杆固定在所述外壳底部。
10、进一步地，所述可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，可以根据患者的肌肉能力，个性化调整所述可扩展变刚度模块的数量以及安装在所述腰带上的位置，所述集群驱动控制模块控制所述舵机转动，调整合适的所述弹力带的刚度匹配穿戴者的不同步速，对肌肉能力进行功能替代和补偿，达到下肢姿态矫正的效果。
11、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
12、1.本专利技术提供的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，个性化的可扩展变刚度模块刚度调整，可以适应下肢肌肉力量损伤程度不同的穿戴者，更好的适应穿戴者的实际情况，安全性更高。
13、2.本专利技术提供的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，个性化的可扩展变刚度模块位置调整，可以适应下肢不同肌肉的损伤的穿戴者，针对性的进行功能替代和补偿，达到最佳姿态矫正效果。
14、3.本专利技术提供的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，整体采用模块化设计，各部分零件小、重量轻，并且结构简便、组装方便，尽量减少了对穿戴者额外的负担。
15、4.本专利技术提供的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，采用柔性的背带和腰带固定，更加贴合躯干，柔顺的传动机构代替刚性连杆，可调性适应不同的穿戴者，对穿戴者的限制降低，保证了安全性和舒适性。
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1.一种可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，包括柔性穿戴支撑模块(1)、集群驱动控制模块(2)、膝关节穿戴连接模块(3)和可扩展变刚度模块(4)，柔性穿戴支撑模块(1)贴合人体躯干，为外骨骼系统提供稳定性与支撑力；集群驱动控制模块(2)固定在柔性穿戴支撑模块(1)的一侧，为可扩展变刚度模块(4)群组提供运动控制；膝关节穿戴连接模块(3)穿戴于膝关节部位，为集群驱动控制模块(2)在人体下肢提供受力锚点；可扩展变刚度模块(4)布置在大腿前侧，上端固定在所述柔性穿戴支撑模块(1)上，下端与所述膝关节穿戴连接模块(3)相连，根据肌肉能力进行功能的替代与补偿，达到下肢姿态矫正的效果。
2.根据权利要求1所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述柔性穿戴支撑模块(1)包括背带(101)和腰带(102)，所述背带(101)与腰带(102)通过夹子固定连接。
3.根据权利要求2所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述集群驱动控制模块(2)包括电池和电路板，安装在腰带(102)的一侧，集群驱动控制模块(2)上支持多通道通讯，用于
4.根据权利要求1所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述膝关节穿戴连接模块(3)包括护膝上部(301)和护膝下部(302)，所述护膝上部(301)和护膝下部(302)均设置有根据不同肌肉走向的的受力锚点(303)，锚点(303)用于固定可扩展变刚度模块(4)下端。
5.根据权利要求1所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述可扩展变刚度模块(4)由可扩展机构和弹力带(405)构成，弹力带(405)通过鲍登线(406)与可扩展机构连接固定，可扩展机构通过调整弹力带(405)的刚度，对肌肉功能进行替代和补偿，对下肢进行姿态矫正。
6.根据权利要求5所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述可扩展机构包括外壳部件(401)、舵机部件(402)、齿轮组部件(403)、内部固定部件(404)，外壳部件(401)包括主外壳(4011)、背板(4012)、侧板(4013)、固定卡扣(4014)，舵机部件(402)包括舵机(4021)、舵盘(4022)、法兰盘(4023)，所述齿轮组部件(403)包括舵机齿轮(4031)、侧边齿轮(4032)、固定齿轮(4033)、线轮(4034)，所述内部固定部件(404)包括箱体连杆(4042)、齿轮连杆(4043)、固定骨架(4044)、滚珠轴承(4041)、平面轴承(4045)，所述内部固定部件(404)将所述舵机部件(402)和所述齿轮组部件(403)固定为一个组合机构，外壳部件包裹这个组合机构。
7.根据权利要求6所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述背板(4012)通过螺栓连接固定卡扣(4014)卡在腰带(102)上，主外壳(4011)通过螺栓与背板(4012)和侧板(4013)连接固定，主外壳(4011)下方两侧留有两个孔洞，用于穿过鲍登线(406)，主外壳(4011)内部两个所述孔洞中间有四个凸槽，两边的所述凸槽用于嵌入固定骨架(4044)的两个引脚，中间的两个所述凸槽用于嵌入箱体连杆(4042)。
8.根据权利要求6所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述舵机(4021)输出端用螺栓连接所述舵盘(4022)，舵盘(4022)通过螺栓连接法兰盘(4023)上端，法兰盘(4023)下端穿过固定骨架(4044)上方的孔洞，法兰盘(4023)通过下端的凸起与舵机齿轮(4031)中间的凹槽嵌合，线轮(4034)上有孔洞，用于固定鲍登线(406)，侧边齿轮(4032)上端与舵机齿轮(4031)配合，侧边齿轮(4032)下端与固定齿轮(4033)配合，固定齿轮(4033)下方垫有平面轴承(4045)，固定齿轮(4033)和平面轴承(4045)用箱体连杆(4042)固定在外壳底部。
9.根据权利要求6所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述外壳部件(401)内部左右两侧留有凸槽放置滚珠轴承(4041)，箱体连杆的(4042)一端插入所述滚珠轴承(4041)，另一端插入所述线轮(4034)一侧的凹槽，所述线轮(4034)另一侧的凹槽插入齿轮连杆(4043)的短凸起端，齿轮连杆(4043)的长凸起端穿过固定骨架(4044)侧边的孔洞与侧边齿轮的凹槽嵌合。
...【技术特征摘要】
1.一种可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，包括柔性穿戴支撑模块(1)、集群驱动控制模块(2)、膝关节穿戴连接模块(3)和可扩展变刚度模块(4)，柔性穿戴支撑模块(1)贴合人体躯干，为外骨骼系统提供稳定性与支撑力；集群驱动控制模块(2)固定在柔性穿戴支撑模块(1)的一侧，为可扩展变刚度模块(4)群组提供运动控制；膝关节穿戴连接模块(3)穿戴于膝关节部位，为集群驱动控制模块(2)在人体下肢提供受力锚点；可扩展变刚度模块(4)布置在大腿前侧，上端固定在所述柔性穿戴支撑模块(1)上，下端与所述膝关节穿戴连接模块(3)相连，根据肌肉能力进行功能的替代与补偿，达到下肢姿态矫正的效果。
2.根据权利要求1所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述柔性穿戴支撑模块(1)包括背带(101)和腰带(102)，所述背带(101)与腰带(102)通过夹子固定连接。
3.根据权利要求2所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述集群驱动控制模块(2)包括电池和电路板，安装在腰带(102)的一侧，集群驱动控制模块(2)上支持多通道通讯，用于为可扩展变刚度群组提供运动控制。
4.根据权利要求1所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述膝关节穿戴连接模块(3)包括护膝上部(301)和护膝下部(302)，所述护膝上部(301)和护膝下部(302)均设置有根据不同肌肉走向的的受力锚点(303)，锚点(303)用于固定可扩展变刚度模块(4)下端。
5.根据权利要求1所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述可扩展变刚度模块(4)由可扩展机构和弹力带(405)构成，弹力带(405)通过鲍登线(406)与可扩展机构连接固定，可扩展机构通过调整弹力带(405)的刚度，对肌肉功能进行替代和补偿，对下肢进行姿态矫正。
6.根据权利要求5所述的可扩展的姿态矫正柔性下肢外骨骼系统，其特征在于，所述可扩展机构包括外壳部件(401)、舵机部件(402)、齿轮组部件(403)、内部固定部件(404)，外壳部件(401)包括主外壳(4011)、背板(4012)、侧板(4013)、固定卡扣(4014)，舵机部...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟巧玲，孙振坤，王帅，徐天宇，余雷，杜青，喻洪流，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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