專利名稱：便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是涉及一種便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前針對下肢功能障礙的康復(fù)治療主要依賴于治療師一對一或多對一的徒手訓(xùn)練，難以實現(xiàn)高強(qiáng)度、有針對性和重復(fù)性的康復(fù)訓(xùn)練要求，人工訓(xùn)練的成本很高。目前有關(guān)下肢康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人，就康復(fù)訓(xùn)練模式主要有吊掛跑步式、坐臥式。就關(guān)節(jié)運動的驅(qū)動模式而言，主要有鏈條驅(qū)動式、氣動式、液壓驅(qū)動式等機(jī)械驅(qū)動模式。這些訓(xùn)練模式或驅(qū)動模式，一個共同的特點是驅(qū)動機(jī)構(gòu)體積龐大，不適合穿戴，更不具有便攜功 能，且同時需要多位輔助人員進(jìn)行輔助。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對傳統(tǒng)下肢康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)構(gòu)體積龐大不適合穿戴的問題，提供一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)輕巧、適合穿戴、便于攜帶的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人。一種便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，包括依次連接的髖關(guān)節(jié)部件、大腿支撐部件、膝關(guān)節(jié)部件、小腿支撐部件和踝關(guān)節(jié)腳部部件；其中所述髖關(guān)節(jié)部件包括髖關(guān)節(jié)支撐件、第一螺旋副組件、髖關(guān)節(jié)運動件、腿部運動件、第一連桿及第一驅(qū)動電機(jī)，所述第一螺旋副組件包括第一螺旋軸和與第一螺旋軸螺旋連接的第一螺旋滑塊，所述第一螺旋軸的一端安裝在髖關(guān)節(jié)支撐件中，所述第一螺旋軸的另一端與第一驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接，所述第一螺旋滑塊與第一連桿轉(zhuǎn)動連接，所述第一連桿同時與髖關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動連接，并且所述髖關(guān)節(jié)支撐件、髖關(guān)節(jié)運動件及腿部運動件依次轉(zhuǎn)動連接，其中所述髖關(guān)節(jié)運動件與所述髖關(guān)節(jié)支撐件轉(zhuǎn)動連接形成允許大腿向前擺動的自由度，所述腿部運動件與所述髖關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動連接形成允許大腿側(cè)向擺動的自由度；所述大腿支撐部件固定在所述腿部運動件上；所述膝關(guān)節(jié)部件包括膝關(guān)節(jié)支撐件、固定在所述膝關(guān)節(jié)支撐件上且與所述大腿支撐部件固定連接的大腿連接件、第二驅(qū)動電機(jī)、第二螺旋副組件、第二連桿及與所述膝關(guān)節(jié)支撐件轉(zhuǎn)動連接的膝關(guān)節(jié)運動件，所述第二螺旋副組件包括第二螺旋軸和與第二螺旋軸螺旋連接的第二螺旋滑塊，所述第二螺旋軸的一端安裝在所述膝關(guān)節(jié)支撐件上，所述第二螺旋軸的另一端與所述第二驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接，所述第二連桿的兩端分別與所述第二螺旋滑塊和所述膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動連接；所述小腿支撐部件固定在所述膝關(guān)節(jié)運動件上。在其中一個實施例中，還包括與所述第一螺旋滑塊滑動連接的第一導(dǎo)桿，所述第一導(dǎo)桿固定在所述髖關(guān)節(jié)支撐件上；還包括與所述第二螺旋滑塊滑動連接的第二導(dǎo)桿，所述第二導(dǎo)桿固定在所述膝關(guān)節(jié)支撐件上。在其中一個實施例中，還包括第四連桿軸、膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動軸及限位桿，其中所述膝關(guān)節(jié)支撐件的底部設(shè)有第二樞接空腔，所述膝關(guān)節(jié)運動件的上部設(shè)有兩個樞接部，所述樞接部上分別設(shè)有通孔，所述兩個樞接部容納在所述第二樞接空腔中，所述第四連桿軸穿過其中一個樞接部上的通孔并將所述膝關(guān)節(jié)運動件與所述第二連桿轉(zhuǎn)動連接，所述膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動軸穿過另一個樞接部上的通孔并將所述膝關(guān)節(jié)運動件與所述膝關(guān)節(jié)支撐件轉(zhuǎn)動連接。在其中一個實施例中，所述膝關(guān)節(jié)支撐件的底部上開設(shè)有與所述樞接空腔連通的限位孔，所述限位桿定位在所述限位孔中并位于所述兩個樞接部之間。在其中一個實施例中，還包括手柄、卡扣軸、手柄轉(zhuǎn)軸、彈簧軸及彈簧，所述腿部運動件具有正面、側(cè)面及底面，其中所述側(cè)面和大腿向前的方向?qū)?yīng)，所述側(cè)面上開設(shè)有側(cè)面凹槽，所述正面上開設(shè)有正面固定孔和與所述側(cè)面凹槽連通的正面槽孔，所述底面上開設(shè)有底面安裝孔，其中卡扣軸可滑動地安裝在所述正面槽孔中，所述彈簧軸固定在所述側(cè)面凹槽中，所述彈簧的兩端分別扣在所述卡扣軸和所述彈簧軸上，所述手柄通過所述手柄轉(zhuǎn)軸與所述正面固定孔的配合可轉(zhuǎn)動地安裝在所述腿部運動件上，所述手柄具有分別位于所述側(cè)面凹槽內(nèi)外的推拉部及操作部，所述推拉部與所述彈簧相抵接；所述大腿支撐部件包 括一端插入到所述底面安裝孔中的大腿支撐桿，所述大腿支撐桿上開設(shè)有與所述卡扣軸卡扣配合的防脫槽，所述手柄轉(zhuǎn)動時壓縮彈簧并帶動所述卡扣軸與所述防脫槽達(dá)成或解除卡扣配合，所述大腿支撐桿的另一端與所述膝關(guān)節(jié)部件固定連接。在其中一個實施例中，所述大腿支撐桿還設(shè)有與所述手柄的操作部卡扣配合的止轉(zhuǎn)槽。在其中一個實施例中，所述小腿支撐部件包括小腿支撐桿和與所述小腿支撐桿固定在一起的小腿繃帶盤，所述小腿支撐桿分別與所述膝關(guān)節(jié)部件和所述踝關(guān)節(jié)腳部部件固定連接。在其中一個實施例中，所述踝關(guān)節(jié)腳部部件包括鞋履、固定在鞋履上的踝關(guān)節(jié)座，及小腿支撐套，所述小腿支撐套與所述小腿支撐桿固定連接，所述小腿支撐套與所述踝關(guān)節(jié)座之間通過活動球鉸接以形成踝關(guān)節(jié)腳部部件任意方向的自由度。在其中一個實施例中，還包括腰部支撐部件，所述腰部支撐部件包括用以固定到人體上的腰部固定部件和固定在所述髖關(guān)節(jié)支撐件上的腰部活動部件，其中所述腰部活動部件上固定有第三驅(qū)動電機(jī)，所述第三驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上安裝有驅(qū)動齒輪，所述腰部固定部件具有與所述驅(qū)動齒輪嚙合的齒輪。在其中一個實施例中，所述腰部活動部件包括腿部部件支撐板、固定在腿部部件支撐板上的腰部固定部件支撐軸，所述腿部部件支撐板固定在所述髖關(guān)節(jié)支撐件上，所述第三驅(qū)動電機(jī)安裝在腿部部件支撐板上；所述腰部固定部件包括腰部墊板，所述齒輪固定在所述腰部墊板上且安裝在所述腰部固定部件支撐軸上。上述便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，髖關(guān)節(jié)部件、膝關(guān)節(jié)部件均采取電機(jī)驅(qū)動螺旋副帶動連桿的方式，進(jìn)而帶動關(guān)節(jié)運動，驅(qū)動機(jī)構(gòu)體積輕巧，適合穿戴且便于攜帶。


圖I為本實施方式外骨骼機(jī)器人的分解圖2至圖3為髖關(guān)節(jié)部件分解后各元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為髖關(guān)節(jié)部件中的腿部運動件與大腿支撐部件連接狀態(tài)的剖視圖；圖5為髖關(guān)節(jié)部件組合后的剖視圖；圖6為大腿支撐部件的分解圖；圖7為大腿支撐桿的局部放大圖；圖8至圖9為膝關(guān)節(jié)部件分解后各元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為膝關(guān)節(jié)部件組合后的剖視圖；圖11為小腿支撐部件的分解圖； 圖12為踝關(guān)節(jié)腳部部件的分解圖；圖13至圖14為腰部支撐部件分解后各元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為腰部支撐部件的組裝圖；圖16為本實施方式外骨骼機(jī)器人站姿示意圖；圖17為本實施方式外骨骼機(jī)器人走姿示意圖；圖18為本實施方式外骨骼機(jī)器人坐姿示意圖。
具體實施例方式請參考圖I及圖16至圖18，本實施方式的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人包括依次連接并組成完整腿部部件的髖關(guān)節(jié)部件I、大腿支撐部件2、膝關(guān)節(jié)部件3、小腿支撐部件4、踝關(guān)節(jié)腳部部件5，及與髖關(guān)節(jié)部件I固定連接的腰部支撐部件6。請參考圖2和圖3，髖關(guān)節(jié)部件I包括第一驅(qū)動電機(jī)I. I、第一聯(lián)軸器I. 2、第一電機(jī)座I. 3、第一軸承I. 4、第一螺旋軸I. 5、第一螺旋滑塊I. 6、第一連桿軸I. 7、第一連桿I. 8、第一導(dǎo)桿I. 9、第二軸承I. 10、髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11、第二連桿軸I. 12、髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸I. 13、髖關(guān)節(jié)運動件I. 14、腿部運動件轉(zhuǎn)動軸I. 15、腿部運動件I. 16、手柄轉(zhuǎn)軸I. 17、手柄I. 18、彈簧軸I. 19、彈簧I. 20及卡扣軸1.21。下面詳述各元件之間的組裝關(guān)系。第一驅(qū)動電機(jī)I. I安裝在第一電機(jī)座I. 3上。第一電機(jī)座I. 3固定在髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的頂部。第一聯(lián)軸器I. 2位于第一電機(jī)座I. 3內(nèi)并與第一驅(qū)動電機(jī)I. I的輸出軸連接。第一軸承I. 4也安裝在第一電機(jī)座I. 3內(nèi)。第二軸承I. 10則安裝在髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的軸承孔中。第一螺旋滑塊I. 6螺旋安裝在第一螺旋軸I. 5上，二者構(gòu)成第一螺旋副組件。第一螺旋軸I. 5的一端由第一軸承I. 4支撐且通過第一聯(lián)軸器I. 2與第一驅(qū)動電機(jī)I. I的輸出軸連接。第一螺旋軸I. 5的另一端則自髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的頂部插入髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11中且由第二軸承I. 10支撐。第一驅(qū)動電機(jī)I. I帶動第一螺旋軸I. 5轉(zhuǎn)動，使第一螺旋滑塊I. 6在第一螺旋軸I. 5上直線運動。第一導(dǎo)桿I. 9的兩端分別固定在第一電機(jī)座I. 3和髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11上，且其穿過第一螺旋滑塊I. 6，二者達(dá)成滑動連接，以對第一螺旋滑塊I. 6在第一螺旋軸I. 5上的移動進(jìn)行導(dǎo)向。第一連桿I. 8的一端通過第一連桿軸I. 7與第一螺旋滑塊I. 6轉(zhuǎn)動連接，另一端通過第二連桿軸I. 12轉(zhuǎn)動連接于髖關(guān)節(jié)運動件I. 14。髖關(guān)節(jié)運動件I. 14的上部通過髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸I. 13轉(zhuǎn)動連接于髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的底部。第二連桿軸I. 12和髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸I. 13分別位于髖關(guān)節(jié)運動件I. 14的上部的兩端，從圖2和圖3中可以看到，髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的底部設(shè)有可以容納髖關(guān)節(jié)運動件I. 14的第一樞接空腔I. 111，髖關(guān)節(jié)運動件I. 14上部的兩端則分別設(shè)有一穿孔I. 141，以分別與第二連桿軸I. 12和髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸I. 13配合，使髖關(guān)節(jié)運動件I. 14分別與第一連桿I. 8和髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11轉(zhuǎn)動連接。如圖3所示，髖關(guān)節(jié)運動件I. 14的底部設(shè)有兩個第一樞接槽I. 142，側(cè)部開設(shè)有貫穿的第二樞接槽I. 143。腿部運動件I. 16的上部設(shè)有兩個凸臺I. 161。凸臺I. 161上設(shè)有通孔(未標(biāo)號)。兩個凸臺I. 161分別容納在兩個第一樞接槽I. 142中。腿部運動件轉(zhuǎn)動軸I. 15穿過第二樞接槽I. 143和凸臺I. 161上的通孔,使腿部運動件I. 16可轉(zhuǎn)動地連接在髖關(guān)節(jié)運動件I. 14的底部。由此,髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11、髖關(guān)節(jié)運動件I. 14及腿部運動件I. 16依次轉(zhuǎn)動連接。本實施方式中，髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的底部的第一樞接空腔I. 111允許髖關(guān)節(jié)運動件I. 14在大腿向前及向后運動的方向上擺動，而第一樞接槽I. 142則允許腿部運動件I. 16在大腿側(cè)向運動的方向上擺動。換言之，髖關(guān)節(jié)運動件I. 14與髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11轉(zhuǎn)動連 接形成允許大腿前后擺動的自由度，腿部運動件I. 16與髖關(guān)節(jié)運動件I. 14轉(zhuǎn)動連接形成允許大腿側(cè)向擺動的自由度，由此髖關(guān)節(jié)部件I能夠適應(yīng)大腿前后擺動的動作要求及大腿側(cè)向擺動的動作要求。請參考圖2和圖5，本實施方式中，第一電機(jī)座I. 3固定在髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的頂部，髖關(guān)節(jié)支撐件1.11頂部設(shè)有空腔，且該空腔與其底部的第一樞接空腔1.111相通，其中第一螺旋滑塊I. 6位于空腔中，第一連桿I. 8上下兩部分系分別位于空腔和第一樞接空腔I. 111中，換言之，第一螺旋滑塊I. 6和第一連桿I. 8均位于髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11內(nèi)部，如此使得髖關(guān)節(jié)部件I整體結(jié)構(gòu)緊湊，且外觀整潔。當(dāng)然，也可以不這樣設(shè)置，如第一螺旋滑塊I. 6在髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11外面移動，第一連桿I. 8于髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11的外部同時與第一螺旋滑塊I. 6和髖關(guān)節(jié)運動件I. 14轉(zhuǎn)動連接。如圖3至圖5所示，腿部運動件I. 16具有正面、側(cè)面及底面，側(cè)面與大腿向前方向?qū)?yīng)。側(cè)面上開設(shè)有側(cè)面凹槽I. 162。正面上開設(shè)有與側(cè)面凹槽I. 162連通的正面槽孔
I.163，及正面固定孔I. 164。底面上開設(shè)有與側(cè)面凹槽I. 162連通的底面安裝孔I. 165。卡扣軸I. 21滑動安裝在正面槽孔I. 163中且伸入到底面安裝孔I. 165中，彈簧軸I. 19固定在側(cè)面凹槽I. 162中，前述彈簧I. 20的兩端分別扣住卡扣軸I. 21和彈簧軸I. 19。手柄轉(zhuǎn)軸I. 17穿過正面固定孔I. 164并將手柄I. 18可轉(zhuǎn)動地安裝在腿部運動件I. 16的側(cè)面。手柄I. 18包括分別位于側(cè)面凹槽I. 162內(nèi)外的推拉部I. 181及操作部I. 182，推拉部I. 182與彈簧I. 20相抵接，如此，轉(zhuǎn)動操作部I. 182時，推拉部I. 182壓縮彈簧I. 20，進(jìn)而帶動卡扣軸I. 21在正面槽孔I. 163中滑動?？圯SI. 21的作用是把大腿支撐部件2固定在腿部運動件I. 16上，后文中將進(jìn)一步描述。推拉部I. 182上設(shè)有開槽，供彈簧I. 20的一端穿過后扣在卡扣軸I. 21上，以方便地壓縮彈簧I. 20。請參考圖6和圖7，大腿支撐部件2包括第一球頭栓2. I、第一球頭栓銷2. 2、大腿繃帶盤2. 3、大腿繃帶盤連接器2. 4、大腿支撐桿2. 5及大腿繃帶2. 6。大腿繃帶盤2. 3的中央部位開設(shè)有通孔。大腿支撐桿2. 5和大腿繃帶盤連接器2. 4位于大腿繃帶盤2. 3的一側(cè),第一球頭栓2. I和第一球頭栓銷2. 2位于大腿繃帶盤2. 3的另一側(cè)。第一球頭栓2. I與大腿繃帶盤連接器2. 4的一端活動鉸接。第一球頭栓銷2. 2則插在第一球頭栓2. I上的孔中，防止大腿繃帶盤連接器2. 4自大腿繃帶盤2. 3脫落。大腿繃帶盤連接器2. 4的另一端具有兩個中間形成有容納空間的扣持部2. 41，大腿支撐桿2. 5置于容納空間中，通過緊固件將兩個扣持部2. 41結(jié)合在一起，從而將大腿支撐桿2. 5固定在大腿繃帶盤連接器2. 4上。使用時，大腿繃帶2. 6纏繞在大腿上，其兩端則固定到大腿繃帶盤2. 3上。請結(jié)合參考圖4至圖7，大腿支撐桿2. 5與腿部運動件I. 16固定連接，其一端插入到底面安裝孔I. 165中，另一端與膝關(guān)節(jié)部件3固定連接。大腿支撐桿2. 5插入底面安裝孔I. 165的一端開設(shè)有與卡扣軸I. 21卡扣配合的防脫槽2. 51及與手柄I. 18的操作部
I.182卡扣配合的止轉(zhuǎn)槽2. 52。大腿支撐桿2. 5插入底面安裝孔I. 165后,卡扣軸I. 21扣在防脫槽2. 51內(nèi)，防止大腿支撐桿2. 5脫落。需要安裝、拆卸或更換大腿支撐桿2. 5時，則轉(zhuǎn)動手柄I. 18，壓縮彈簧I. 20，帶動卡扣軸I. 21滑動，解除或達(dá)成卡扣軸I. 21對大腿支撐桿2. 5的固定,拆卸非常方便。止轉(zhuǎn)槽2. 52用于與手柄I. 18的操作部I. 182配合,防止大腿支撐桿2. 5轉(zhuǎn)動。 請參考圖8至圖10，膝關(guān)節(jié)部件3包括第二驅(qū)動電機(jī)3. I、第二聯(lián)軸器3. 2、第二電機(jī)座3. 3、第三軸承3. 4、第二螺旋軸3. 5、第二螺旋滑塊3. 6、第三連桿軸3. 7、第二連桿3. 8、第二導(dǎo)桿3. 9、第四軸承3. 10、第一喉箍3. 11、大腿連接件3. 12、膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13、膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動軸3. 14、膝關(guān)節(jié)運動件3. 15、第二喉箍3. 16、第四連桿軸3. 17及限位桿3.18。下面詳細(xì)描述各元件之間的組配方式。第二驅(qū)動電機(jī)3. I安裝在第二電機(jī)座3. 3上。第二聯(lián)軸器3. 2位于第二電機(jī)座3. 3內(nèi)并與第二驅(qū)動電機(jī)3. I的輸出軸連接。第三軸承3. 4也安裝在第二電機(jī)座3. 3內(nèi)。第四軸承3. 10則安裝在膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13的頂部中。第二螺旋滑塊3. 6螺旋安裝在第二螺旋軸3. 5上，二者構(gòu)成第二螺旋副組件。第二螺旋軸3. 5的一端由第三軸承3. 4支撐且通過第二聯(lián)軸器3. 2與第二驅(qū)動電機(jī)3. I的輸出軸連接。第二螺旋軸3. 5的另一端則安裝在膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13中且由第四軸承3. 10支撐。第二驅(qū)動電機(jī)3. I帶動第二螺旋軸3. 5轉(zhuǎn)動，使第二螺旋滑塊3. 6在第二螺旋軸3. 5上直線運動。第二導(dǎo)桿3. 9的兩端分別固定在第二電機(jī)座3. 3和膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13上，且其穿過第二螺旋滑塊3. 6，二者滑動連接，以對第二螺旋滑塊3. 6在第二螺旋軸3. 5上的移動進(jìn)行導(dǎo)向。請參考圖8和圖10，本實施方式中，第二電機(jī)座3. 3固定在膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13的頂部，而第二連桿3. 8和第二螺旋滑塊3. 6均位于膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13內(nèi)部，如此，膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13結(jié)構(gòu)緊湊，且外觀整潔。當(dāng)然，也可以不這樣設(shè)置，如第二螺旋滑塊3. 6在膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13外面移動，第二連桿3. 8位于膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13的一側(cè)且同時與第二螺旋滑塊3. 6和膝關(guān)節(jié)運動件3. 15轉(zhuǎn)動連接。第二連桿3. 8的一端通過第三連桿軸3. 7與第二螺旋滑塊3. 6轉(zhuǎn)動連接，另一端通過第四連桿軸3. 17轉(zhuǎn)動連接于膝關(guān)節(jié)運動件3. 15。膝關(guān)節(jié)運動件3. 15則同時與膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13轉(zhuǎn)動連接，請參考圖7至圖8及圖10，膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13的底部的側(cè)面上開設(shè)有樞接孔3. 131和限位孔3. 132，膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13的底部中還設(shè)有第二樞接空腔
3.133。膝關(guān)節(jié)運動件3. 15的上部設(shè)有兩個樞接部3. 151且兩個樞接部3. 151上均開設(shè)有通孔3. 152。兩個樞接部3. 151容納在第二樞接空腔3. 133中，膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動軸3. 14穿過一個樞接部3. 151上的通孔3. 152并與樞接孔3. 131配合，使膝關(guān)節(jié)運動件3. 15轉(zhuǎn)動連接于膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13，第四連桿軸3. 17則將另一個樞接部3. 151與第二連桿3. 8轉(zhuǎn)動連接。如此，第二螺旋滑塊3. 6在第二螺旋軸3. 5上移動時，將帶動膝關(guān)節(jié)運動件3. 15擺動。兩個樞接部3. 151之間形成V形槽，限位桿3. 18定位在限位孔3. 132中且位于V形槽中，以對膝關(guān)節(jié)運動件3. 15擺動的極限位置加以限制。大腿連接件3. 12呈管狀，安裝在膝關(guān)節(jié)支撐件3. 13的一側(cè)。大腿支撐桿2. 5插入后被第一喉箍3. 11固定在大腿連接件3. 12上。請參考圖11，小腿支撐部件4包括第二球頭栓4. I、第二球頭栓銷4. 2、小腿繃帶盤
4.3、小腿繃帶盤連接器4. 4、小腿支撐桿4. 5、小腿繃帶4. 6組成。小腿支撐部件4的各部件連接方式與大腿支撐部件2各部件連接方式完全相同，不再贅述。本實施方式中，膝關(guān)節(jié)運動件3. 15的底部設(shè)有管狀部分，小腿支撐桿4. 5的一端插入管狀部分中，第二喉箍3. 16 將小腿支撐桿4. 5固定在膝關(guān)節(jié)運動件3. 15上。請參考圖12，踝關(guān)節(jié)腳部部件5包括鞋履5. 1，腳背繃帶座5. 2、腳跟繃帶座5. 3、踝關(guān)節(jié)繃帶座5. 4、彈簧固定桿5. 5、踝關(guān)節(jié)座5. 6、連接彈簧5. 7、彈簧桿5. 8、腿部支撐彈簧
5.9、彈簧座5. 10、踝關(guān)節(jié)球接頭5. 11、踝關(guān)節(jié)球頭蓋板5. 12、小腿支撐套5. 13及第三喉箍5.14。下面詳細(xì)描述各元件的組裝關(guān)系。腳背繃帶座5. 2、腳跟繃帶座5. 3、踝關(guān)節(jié)繃帶座5. 4均固定在鞋履5. I上。踝關(guān)節(jié)座5. 6固定在踝關(guān)節(jié)繃帶座5. 4的側(cè)面上，踝關(guān)節(jié)座5. 6上開設(shè)有中心孔5. 61。彈簧固定桿5. 5固定在踝關(guān)節(jié)座5. 6的底面上且與中心孔5. 61對應(yīng)。連接彈簧5. 7的一端位于中心孔5. 61中且扣在彈簧固定桿5. 5上,另一端扣在彈簧桿5. 8的一端。彈簧桿5. 8的另一端則固定在踝關(guān)節(jié)球接頭5. 11的下方。腿部支撐彈簧5. 9和彈簧座5. 10設(shè)置在踝關(guān)節(jié)座5. 6和踝關(guān)節(jié)球接頭5. 11之間，腿部支撐彈簧5. 9的一端抵接在踝關(guān)節(jié)座5. 6的中心孔
5.61內(nèi)部，腿部支撐彈簧5. 9另一端則抵接在彈簧座5. 10的下端面上。彈簧座5. 10的上端面上設(shè)有貫穿的錐形孔，踝關(guān)節(jié)球接頭5. 11的下半球承靠于錐形孔內(nèi)。如此，踝關(guān)節(jié)球接頭5. 11連接在踝關(guān)節(jié)座5. 6上，且可以上下活動，且能在腿部支撐彈簧5. 9的作用下復(fù)位。腿部支撐彈簧5. 9在患者走路時還起到緩沖地面反震力的作用。小腿支撐套5. 13的一端則穿過踝關(guān)節(jié)球頭蓋板5. 12固定到踝關(guān)節(jié)球接頭5. 11的上半球，小腿支撐套5. 13的另一端則通過第三喉箍5. 14與小腿支撐桿4. 5固定在一起,其中第三喉箍5. 14固定在小腿支撐套5. 13上，小腿支撐桿4. 5插入小腿支撐套5. 13中并由第三喉箍5. 14固定。上述踝關(guān)節(jié)腳部部件5中，小腿支撐套5. 13相對于踝關(guān)節(jié)座5. 6為萬向球鉸活動連接，以達(dá)到人體腳部踝關(guān)節(jié)的任意方向運動。請參考圖13至圖15，腰部支撐部件6包括腰部墊板6. I、軸承蓋6. 2、第五軸承
6.3、齒輪6. 4、軸用卡簧6. 5、腿部部件連接座6. 6、腿部部件支撐板6. 7、減磨墊片6. 8、活動連接板6. 9、驅(qū)動齒輪6. 10、墊片6. 11、鎖緊螺母6. 12、第三驅(qū)動電機(jī)6. 13、腰部固定部件支撐軸6. 14、腰帶扣6. 15及背部連接扣6. 16。下面詳細(xì)描述各元件的組裝關(guān)系。腿部部件支撐板6. 7與腿部部件連接座6. 6、減磨墊片6. 8、活動連接板6. 9、墊片6. 11、鎖緊螺母6. 12、第三驅(qū)動電機(jī)6. 13、驅(qū)動齒輪6. 10、腰部固定部件支撐軸6. 14連接后組成腰部活動部件，使用時固定到髖關(guān)節(jié)部件I上。腰部墊板6. I與腰帶扣6. 15、背部連接扣6. 16、齒輪6. 4、第五軸承6. 3、軸承蓋6. 2連接后組成腰部固定部件，使用時通過腰帶、背部連接帶等固定在人體上。如此，使用時腰部活動部件能夠相對于腰部固定部件擺動，從而協(xié)助驅(qū)動腿部部件行走。本實施方式中，齒輪6. 4為內(nèi)齒輪，腰部固定部件中，腰帶扣6. 15、背部連接扣6. 16分別安裝在腰部墊板6. I的兩側(cè)，第五軸承6. 3固定在齒輪6. 4的中心孔中，軸承蓋6. 2與齒輪6. 4固定連接，軸承蓋6. 2同時與腰部墊板6. I固定連接。請參考圖13，腰部墊板6. I的中部開設(shè)有通孔(未標(biāo)號)，軸承蓋6. 2部分容納在通孔中，如此，能減小腰部固定部件的整體厚度。腰帶扣6. 15、背部連接扣6. 16的作用在于便于使用腰帶、背部連接帶等元件將腰部固定部件固定到人體上。可以理解，也可以在腰部墊板6. I上設(shè)置開口或凸起，可以替代腰帶扣6. 15、背部連接扣6. 16。腰部活動部件中，腿部部件支撐板6. 7與腿部部件連接座6. 6、第三驅(qū)動電機(jī)6. 13、腰部固定部件支撐軸6. 14固定連接。第三驅(qū)動電機(jī)6. 13和腿部部件連接座6. 6固定在腿部部件支撐板6. 7的同一側(cè)，其中第三驅(qū)動電機(jī)6. 13固定在腿部部件支撐板6. 7的 中間位置，腿部部件連接座6. 6則固定在腿部部件支撐板6. 7的端部。腿部部件支撐板6. 7上設(shè)有與第三驅(qū)動電機(jī)6. 13的輸出軸對應(yīng)的孔，驅(qū)動齒輪6. 10固定連接在第三驅(qū)動電機(jī)
6.13的輸出軸上并與齒輪6. 4嚙合。腰部固定部件支撐軸6. 14自腿部部件支撐板6. 7的一側(cè)穿過腿部部件支撐板6. 7，然后與第五軸承6. 3配合，從而使整個腰部活動部件得到支撐。軸用卡簧6. 5則安裝在腰部固定部件支撐軸6. 14上，防止腰部固定部件支撐軸6. 14從腿部部件支撐板6. 7脫落。腿部部件連接座6. 6穿過腿部部件支撐板6. 7，活動連接板6. 9、墊片6. 11則依次套于腿部部件連接座6. 6上，通過鎖緊螺母6. 12固定連接于腿部部件連接座6. 6上，其中活動連接板6. 9和腿部部件支撐板6. 7之間還安裝有減磨墊片6. 8，墊片6. 11和活動連接板6. 9之間也安裝有減磨墊片6. 8，以增強(qiáng)活動連接板6. 9的耐磨性能?；顒舆B接板6. 9與腿部部件固定連接。本實施方式中，腿部部件支撐板6. 7的兩端均設(shè)有一個活動連接板
6.9，分別連接到兩個腿部部件上。本實施方式的外骨骼機(jī)器人中，活動連接板6. 9固定在髖關(guān)節(jié)支撐件I. 11上。本實施方式的腰部支撐部件6的優(yōu)點在于1)腰部活動部件與固定在人體上的腰部固定部件活動連接，因此使用時，腰部活動部件能夠適應(yīng)人體腰部的運動；2)第三驅(qū)動電機(jī)6. 13工作時，安裝在其輸出軸上的驅(qū)動齒輪6. 10與腰部固定部件的齒輪6. 4嚙合，而腰部固定部件系通過腰帶等固定在人體上，因此能實現(xiàn)腰部活動部件相對于腰部固定部件的擺動，而腰部活動部件又固定到腿部部件上，故腰部活動部件相對于腰部固定部件擺動的同時將協(xié)助人體上身部分實現(xiàn)腰身的擺動運動，進(jìn)而協(xié)助完成人體的抬腿行走動作?？梢岳斫猓恐尾考?可以應(yīng)用到多種形式的外骨骼機(jī)器人的腿部部件上去，不會影響其功能的發(fā)揮。本實施方式的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人的優(yōu)點在于1)髖關(guān)節(jié)部件I、膝關(guān)節(jié)部件3的驅(qū)動機(jī)構(gòu)均采用了電機(jī)驅(qū)動螺旋副帶動連桿，進(jìn)而帶動關(guān)節(jié)運動的方式，驅(qū)動機(jī)構(gòu)的體積輕巧，適合穿戴也便于攜帶，并且較傳統(tǒng)技術(shù)的諧波減速器具有更好的自鎖性能；2)組成腿部機(jī)構(gòu)的各部件之間采取套筒和套桿或類似可拆卸的組合方式，拆卸方便，故便于攜帶；3)腰部支撐部件6設(shè)有腰部活動部件，能協(xié)助及適應(yīng)人體上身部分實現(xiàn)腰身擺動運動。需要指出，對于外骨骼機(jī)器人來講，髖關(guān)節(jié)部件I、膝關(guān)節(jié)部件3的驅(qū)動機(jī)構(gòu)不一定同時采取電機(jī)驅(qū)動螺旋副帶動連桿，進(jìn)而帶動關(guān)節(jié)運動的方式，可以只有一個采用，另一個采用傳動的液壓驅(qū)動、盤式電機(jī)配合諧波減速器、四桿機(jī)構(gòu)等方式驅(qū)動，只要能帶動關(guān)節(jié)運動即可。只有一個采取本實施方式的方案時，同樣可以提高外骨骼機(jī)器人的便攜性且更加適合穿戴。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，包括依次連接的髖關(guān)節(jié)部件、大腿支撐部件、膝關(guān)節(jié)部件、小腿支撐部件和踝關(guān)節(jié)腳部部件；其中 所述髖關(guān)節(jié)部件包括髖關(guān)節(jié)支撐件、第一螺旋副組件、髖關(guān)節(jié)運動件、腿部運動件、第一連桿及第一驅(qū)動電機(jī)，所述第一螺旋副組件包括第一螺旋軸和與第一螺旋軸螺旋連接的第一螺旋滑塊，所述第一螺旋軸的一端安裝在髖關(guān)節(jié)支撐件中，所述第一螺旋軸的另一端與第一驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接，所述第一螺旋滑塊與第一連桿轉(zhuǎn)動連接，所述第一連桿同時與髖關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動連接，并且所述髖關(guān)節(jié)支撐件、髖關(guān)節(jié)運動件及腿部運動件依次轉(zhuǎn)動連接，其中所述髖關(guān)節(jié)運動件與所述髖關(guān)節(jié)支撐件轉(zhuǎn)動連接形成允許大腿向前擺動的自由度，所述腿部運動件與所述髖關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動連接形成允許大腿側(cè)向擺動的自由度； 所述大腿支撐部件固定在所述腿部運動件上； 所述膝關(guān)節(jié)部件包括膝關(guān)節(jié)支撐件、固定在所述膝關(guān)節(jié)支撐件上且與所述大腿支撐部件固定連接的大腿連接件、第二驅(qū)動電機(jī)、第二螺旋副組件、第二連桿及與所述膝關(guān)節(jié)支撐件轉(zhuǎn)動連接的膝關(guān)節(jié)運動件，所述第二螺旋副組件包括第二螺旋軸和與第二螺旋軸螺旋連接的第二螺旋滑塊，所述第二螺旋軸的一端安裝在所述膝關(guān)節(jié)支撐件上，所述第二螺旋軸的另一端與所述第二驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接，所述第二連桿的兩端分別與所述第二螺旋滑塊和所述膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動連接； 所述小腿支撐部件固定在所述膝關(guān)節(jié)運動件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，還包括與所述第一螺旋滑塊滑動連接的第一導(dǎo)桿，所述第一導(dǎo)桿固定在所述髖關(guān)節(jié)支撐件上；還包括與所述第二螺旋滑塊滑動連接的第二導(dǎo)桿，所述第二導(dǎo)桿固定在所述膝關(guān)節(jié)支撐件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，還包括第四連桿軸、膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動軸及限位桿，其中所述膝關(guān)節(jié)支撐件的底部設(shè)有第二樞接空腔，所述膝關(guān)節(jié)運動件的上部設(shè)有兩個樞接部，所述樞接部上分別設(shè)有通孔，所述兩個樞接部容納在所述第二樞接空腔中，所述第四連桿軸穿過其中一個樞接部上的通孔并將所述膝關(guān)節(jié)運動件與所述第二連桿轉(zhuǎn)動連接，所述膝關(guān)節(jié)運動件轉(zhuǎn)動軸穿過另一個樞接部上的通孔并將所述膝關(guān)節(jié)運動件與所述膝關(guān)節(jié)支撐件轉(zhuǎn)動連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，所述膝關(guān)節(jié)支撐件的底部上開設(shè)有與所述樞接空腔連通的限位孔，所述限位桿定位在所述限位孔中并位于所述兩個樞接部之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，還包括手柄、卡扣軸、手柄轉(zhuǎn)軸、彈簧軸及彈簧，所述腿部運動件具有正面、側(cè)面及底面，其中所述側(cè)面和大腿向前的方向?qū)?yīng)，所述側(cè)面上開設(shè)有側(cè)面凹槽，所述正面上開設(shè)有正面固定孔和與所述側(cè)面凹槽連通的正面槽孔，所述底面上開設(shè)有底面安裝孔，其中卡扣軸可滑動地安裝在所述正面槽孔中，所述彈簧軸固定在所述側(cè)面凹槽中，所述彈簧的兩端分別扣在所述卡扣軸和所述彈簧軸上，所述手柄通過所述手柄轉(zhuǎn)軸與所述正面固定孔的配合可轉(zhuǎn)動地安裝在所述腿部運動件上，所述手柄具有分別位于所述側(cè)面凹槽內(nèi)外的推拉部及操作部，所述推拉部與所述彈簧相抵接；所述大腿支撐部件包括一端插入到所述底面安裝孔中的大腿支撐桿，所述大腿支撐桿上開設(shè)有與所述卡扣軸卡扣配合的防脫槽，所述手柄轉(zhuǎn)動時壓縮彈簧并帶動所述卡扣軸與所述防脫槽達(dá)成或解除卡扣配合，所述大腿支撐桿的另一端與所述膝關(guān)節(jié)部件固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，所述大腿支撐桿還設(shè)有與所述手柄的操作部卡扣配合的止轉(zhuǎn)槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，所述小腿支撐部件包括小腿支撐桿和與所述小腿支撐桿固定在一起的小腿繃帶盤，所述小腿支撐桿分別與所述膝關(guān)節(jié)部件和所述踝關(guān)節(jié)腳部部件固定連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，所述踝關(guān)節(jié)腳部部件包括鞋履、固定在鞋履上的踝關(guān)節(jié)座，及小腿支撐套，所述小腿支撐套與所述小腿支撐桿固定連接，所述小腿支撐套與所述踝關(guān)節(jié)座之間通過活動球鉸接以形成踝關(guān)節(jié)腳部部件任意方向的自由度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，還包括腰部支撐部件，所述腰部支撐部件包括用以固定到人體上的腰部固定部件和固定在所述髖關(guān)節(jié)支撐件上的腰部活動部件，其中所述腰部活動部件上固定有第三驅(qū)動電機(jī)，所述第三驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上安裝有驅(qū)動齒輪，所述腰部固定部件具有與所述驅(qū)動齒輪嚙合的齒輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其特征在于，所述腰部活動部件包括腿部部件支撐板、固定在腿部部件支撐板上的腰部固定部件支撐軸，所述腿部部件支撐板固定在所述髖關(guān)節(jié)支撐件上，所述第三驅(qū)動電機(jī)安裝在腿部部件支撐板上；所述腰部固定部件包括腰部墊板，所述齒輪固定在所述腰部墊板上且安裝在所述腰部固定部件支撐軸上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人，其包括依次連接的髖關(guān)節(jié)部件、大腿支撐部件、膝關(guān)節(jié)部件、小腿支撐部件和踝關(guān)節(jié)腳部部件；其中髖關(guān)節(jié)部件及膝關(guān)節(jié)部件均采取電機(jī)驅(qū)動螺旋副帶動連桿的方式，進(jìn)而帶動關(guān)節(jié)運動，驅(qū)動機(jī)構(gòu)體積輕巧，適合穿戴且便于攜帶。
文檔編號A61H3/00GK102871822SQ20121037065
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者吳新宇, 彭安思, 劉園園, 王燦, 正端, 徐揚生 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院