仿生设计下肢康复训练外骨骼

摘要

本发明涉及一种仿生设计下肢康复训练外骨骼。现有产品驱动结构复杂，响应速度慢，缺乏仿生考虑，康复训练效果不理想。本发明包括穿戴者腰部连接的腰部绑紧机构和下肢外骨骼腿杆。下肢外骨骼左右腿杆各四个自由度，分别为髋关节三个自由度，通过髋关节内收外展机构、髋关节屈伸机构和髋关节旋内旋外机构实现，三个旋转自由度轴线正交于人体髋关节运动中心；膝关节屈伸机构的转动中心随着人体膝关节转动中心一起运动，使外骨骼与人体膝关节转动中心始终保持同轴线。髋关节屈伸机构和膝关节屈伸机构由电机配合减速器直接驱动。本发明结构紧凑轻便，避免产生人机干涉力，减少康复训练对膝关节的损伤，使整个康复训练变得更自然更轻松。

主权项

仿生设计下肢康复训练外骨骼，包括腰部绑紧机构(1)、髋关节内收外展机构(2)、髋关节屈伸机构(3)、髋关节旋内旋外机构(4)、膝关节屈伸机构(5)、大腿杆机构(6)、小腿杆机构(7)、足底板(8), 髋关节内收外展机构(2)、髋关节屈伸机构(3)和髋关节旋内旋外机构(4)构成髋关节三自由度活动装置；其特征在于：所述的腰部绑紧机构(1)包括U形板(1‑1)和腰部绑带(1‑2)；腰部绑带(1‑2)设置在U形板(1‑1)的开口处；所述的髋关节内收外展机构(2)包括左右腿连接板(2‑1)、髋关节外展臂(2‑2)和髋关节外展轴承(2‑3)；髋关节外展臂(2‑2)为L形杆，两个髋关节外展臂(2‑2)的一端分别通过对应的髋关节外展轴承(2‑3)与左右腿连接板(2‑1)连接，髋关节外展臂(2‑2)可以相对左右腿连接板(2‑1)转动；左右腿连接板(2‑1)固定设置在U形板(1‑1)的中间段；所述的髋关节屈伸机构(3)包括髋关节连接法兰(3‑1)、谐波外罩(3‑2)、电机谐波连接法兰(3‑3)、驱动杆(3‑4)、髋关节谐波减速器(3‑5)和髋关节电机(3‑6)；髋关节谐波减速器(3‑5)和髋关节电机(3‑6)分别设置在电机谐波连接法兰(3‑3)的两侧，髋关节电机(3‑6)与髋关节谐波减速器(3‑5)的输入端连接，驱动杆(3‑4)的一端与髋关节谐波减速器(3‑5)的输出端连接，电机谐波连接法兰(3‑3)通过谐波外罩(3‑2)与髋关节连接法兰(3‑1)固定连接，髋关节外展臂(2‑2)的另一端与髋关节连接法兰(3‑1)固定连接；所述的髋关节旋内旋外机构(4)包括弧形导轨(4‑1)、滑块(4‑2)、滑块前挡板(4‑3)和滑块后挡板(4‑4)；弧形导轨(4‑1)上设置有弧形槽，滑块(4‑2)设置在弧形槽内，驱动杆(3‑4)的另一端与弧形导轨(4‑1)的外侧壁固定连接；所述的膝关节屈伸机构(5)包括膝关节连接板(5‑1)、膝关节电机(5‑2)、膝关节谐波减速器(5‑3)、电机固定罩(5‑4)、驱动摆杆(5‑5)；膝关节谐波减速器(5‑3)设置在电机固定罩(5‑4)内，并与电机固定罩(5‑4)固定连接，膝关节电机(5‑2)固定在电机固定罩(5‑4)上，膝关节谐波减速器(5‑3)的输入端与膝关节电机(5‑2)连接，驱动摆杆(5‑5)的一端与膝关节谐波减速器(5‑3)的输出端连接；电机固定罩(5‑4)与膝关节连接板(5‑1)固定连接；膝关节连接板(5‑1)包括凸轮形平板(5‑1‑1)，凸轮形平板(5‑1‑1)的大圆侧设置有凸台(5‑1‑2)，小圆侧开有弧形凹槽(5‑1‑3)，两个膝关节连接板(5‑1)对扣固定连接，之间的间隙形成小腿杆活动通道；所述的大腿杆机构(6)包括大腿上杆(6‑1)、大腿下杆(6‑2)和大腿尺寸调节机构，大腿上杆(6‑1)和大腿下杆(6‑2)分设在大腿尺寸调节机构两端；大腿尺寸调节机构包括大腿连杆(6‑3)，大腿连杆(6‑3)的下部开有大腿下纵向滑槽(6‑4)，大腿下纵向滑槽(6‑4)的侧壁开有螺栓孔，大腿下杆(6‑2)的侧壁开有盲孔，大腿下杆(6‑2)的上部设置在大腿下纵向滑槽(6‑4)内，通过螺栓固定；大腿连杆(6‑3)的上部开有大腿横向通槽(6‑5)和大腿上纵向滑槽(6‑6)，大腿上纵向滑槽(6‑6)与大腿横向通槽(6‑5)的侧壁贯通，大腿上杆(6‑1)的下部设置在大腿上纵向滑槽(6‑6)内，其端部与设置在大腿横向通槽(6‑5)内的大腿尺寸微调装置相接； 大腿杆机构(6)的大腿上杆(6‑1)的上端部与髋关节旋内旋外机构中的滑块(4‑2)固定连接；大腿下杆(6‑2)的下端部与膝关节屈伸机构的膝关节连接板(5‑1)固定连接；所述的小腿杆机构(7)包括小腿上杆(7‑1)、小腿下杆(7‑2)和小腿尺寸调节机构，小腿上杆(7‑1)和小腿下杆(7‑2)分设在小腿尺寸调节机构两端；小腿尺寸调节机构包括小腿连杆(7‑3)，小腿连杆(7‑3)一侧的下部开有小腿下纵向滑槽(7‑4)，小腿下纵向滑槽(7‑4)的侧壁开有螺栓孔，小腿下杆(7‑2)的侧壁开有盲孔，小腿下杆(7‑2)的上部设置在小腿下纵向滑槽(7‑4)内，通过螺栓固定；小腿连杆(7‑3)一侧的上部开有小腿横向通槽(7‑5)和小腿上纵向滑槽(7‑6)，小腿上纵向滑槽(7‑6)与小腿横向通槽(7‑5)的侧壁贯通，小腿上杆(7‑1)的下部设置在小腿上纵向滑槽(7‑6)内，其端部与设置在小腿横向通槽(7‑5)内的小腿尺寸微调装置相接；小腿连杆(7‑3)另一侧设置有轨道(7‑10)，直线滑块活动设置在轨道(7‑10)上，膝关节屈伸机构的驱动摆杆(5‑5)的另一端与直线滑块铰接；小腿杆机构(7)的小腿上杆(7‑1)的上部开有通槽(7‑1‑1)，膝关节一体销轴穿过两个膝关节连接板(5‑1)及通槽(7‑1‑1)设置，膝关节一体销轴通过轴承与小腿上杆(7‑1)活动连接；小腿上杆(7‑1)的通槽(7‑1‑1)下方穿有短销轴(7‑1‑2),两个滚轮(7‑1‑3)设置在短销轴(7‑1‑2)上，并分设在小腿上杆(7‑1)的两侧，两个滚轮(7‑1‑3)分别位于两个膝关节连接板的弧形凹槽(5‑1‑3)内；小腿下杆(7‑2)的下端部与足底板(8)固定连接。