CN112220649A - 一种贴体式可移动下肢外骨骼康复*** - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗康复训练机器人领域，具体涉及一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***。包括腰部支撑板，背带，后扶手，前扶手，腰带，髋关节组件，大腿组件，第一折叠机构，膝关节组件，小腿组件，足底支撑板和足底滑轮；腰部支撑板下部呈朝向腰部的弧形凸起设置，使得腰部支撑板贴合康复者背部，腰部支撑板的两侧分别设有背带，下部设有腰带，腰部支撑板前部的两侧分别设有一个前扶手，腰部支撑板后部的两侧分别设有一个后扶手；大腿组件通过第一折叠机构与膝关节组件连接；足底支撑板底部设有足底滑轮，足底滑轮通过足底滑轮折叠机构实现折叠和张开。本发明贴体性好、采用轻量化结构设计，可折叠式的结构便于携带，且远距离移动方便。

Description

一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***

技术领域

本发明属于医疗康复训练机器人领域，具体涉及一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***。

背景技术

我国不仅残疾人口众多(约8500万)，而且老龄化时代正在来临。在老龄人群中，有大量的脑血管疾病或神经***疾病患者,而这类患者多数伴有偏瘫症状。近年来中老年患者因此而出现偏瘫的人数不断增多,并且在年龄上呈现年轻化趋势。同时,由于交通运输工具增多,因交通事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。膝关节作为下肢活动的重要关节，是人体最大，结构最为复杂的一个关节，极易受损，从而给患者的下肢活动带来非常大的困难。我国这类人口众多，存在着巨大的康复需求，而国内在康复领域的医护缺口巨大，智能化康复设备对于提升康复效果和缓解医护压力有着重要意义和价值。膝关节外骨骼作为一种穿戴式智能化设备，不仅可以减轻康复医师的负担，还可以精确记录训练过程中患者的训练数据，有效提高治疗的效率与效果。

作为一个以人为中心的***，外骨骼在步态康复、增力等方面有独特的优势。外骨骼***是一种以人为中心的人机***，它结合了机器力量和人类的智慧，因此相较于两者单独而言，能够实现更多功能，这主要是通过人机交互来实现的，人首先提供动作意图和反馈信息，然后外骨骼给人提供机械助力。针对腿脚不便的老年人及残障人士，外骨骼机器任可以辅助或者恢复其腿部的行走移动，从而提高老年人及残障人士的生活质量。同时，也可将康复医师从繁重的体力和精神负担中解脱出来，还可以详细客观地记录训练过程中的治疗数据，供康复医师分析和评价康复训练效果。

然而现存的下肢外骨骼康复***大多结构复杂且装置笨重，同时其采用的动力源输出不稳定，导致控制机制复杂；其中部分康复***结构冗杂，穿戴不便，且不易携带，不便于下肢外骨骼康复***的实际应用。专利申请号：201921402689.5公开了一种可穿戴下肢助力外骨骼机器人，该装置无法折叠不可长距离移动，便携性较差。专利申请号：201920869262.X公开了一种下肢外骨骼机器人，该***背部支撑件为一块厚支撑块，足底支撑板为一块薄平板，贴体性不好，使用者人机交互体验感不佳，不利于老人使用，故不适于投入市场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***，以解决现有机器人结构复杂、安全性不足、舒适性不够，不便于穿戴、无法自主支撑且不便携带、不便移动的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***，包括腰部支撑板，背带，后扶手，前扶手，腰带，髋关节组件，长度可调的大腿组件，第一折叠机构，膝关节组件，长度可调的小腿组件，足底支撑板和足底滑轮；

所述腰部支撑板下部呈朝向腰部的弧形凸起设置，使得腰部支撑板贴合康复者背部，所述腰部支撑板的两侧分别设有用于穿戴的背带，下部设有用于穿戴的腰带，所述腰部支撑板前部的两侧分别设有一个前扶手，所述腰部支撑板后部的两侧分别设有一个后扶手；

所述大腿组件通过第一折叠机构与膝关节组件连接，从而实现外骨骼康复***的折叠；

所述足底支撑板底部设有足底滑轮，所述足底滑轮通过足底滑轮折叠机构实现折叠和张开，张开时足底滑轮处于足底支撑板底部，通过足底滑轮实现移动，当不需要通过足底滑轮进行移动时，将足底滑轮折叠位于足底支撑板的上部。

进一步的，所述大腿组件包括大腿支撑杆套筒和大腿支撑杆；

所述大腿支撑杆嵌套在大腿支撑杆套筒内部，大腿支撑杆套筒上设有多个大腿支撑杆套筒定位孔，所述大腿支撑杆上设有多个大腿支撑杆定位孔；大腿支撑杆套筒和大腿支撑杆通过不同的大腿支撑杆套筒定位孔和不同的大腿支撑杆定位孔连接，实现大腿组件的长度可调。

进一步的，所述小腿组件包括小腿支撑杆套筒和小腿支撑杆；

所述小腿支撑杆嵌套在小腿支撑杆套筒内部，小腿支撑杆套筒上设有多个小腿支撑杆套筒定位孔，所述小腿支撑杆上设有多个小腿支撑杆定位孔；小腿支撑杆套筒和小腿支撑杆通过不同的小腿支撑杆套筒定位孔和不同的小腿支撑杆定位孔连接，实现小腿组件的长度可调。

进一步的，所述大腿支撑杆套筒和小腿支撑杆套筒上均设有腿部绑带；

所述前扶手上设有置物架。

进一步的，所述腿部绑带的材质为松紧可调的柔性材料，

进一步的，所述腿部绑带的材质为乳胶。

进一步的，所述髋关节组件包括第一驱动电机，第一法兰盘和第一减速器；

所述第一法兰盘连接在腰部支撑板两侧下端，且与腰部支撑板固连；所述第一减速器固定在第一法兰盘内，第一驱动电机与第一法兰盘外端面固连，第一驱动电机与第一减速器相连；

所述大腿支撑杆套筒上端固连有第一转盘，第一转盘与第一减速器相连，所述第一驱动电机通过第一减速器带动大腿支撑杆套筒摆动，所述大腿支撑杆套筒在摆动时带动套筒内大腿支撑杆摆动。

进一步的，所述膝关节组件包括第二驱动电机，第二法兰盘和第二减速器；

所述大腿支撑杆下端通过第一折叠机构与第二法兰盘固连，第二驱动电机与第二法兰盘外端面固连；所述第二驱动电机与第二减速器相连，第二减速器固定在第二法兰盘内；

所述小腿支撑杆套筒上端固连有第二转盘，所述第二转盘与第二减速器相连，第二驱动电机通过第二减速器带动小腿支撑杆套筒摆动；所述小腿支撑杆套筒在摆动时带动套筒内小腿支撑杆摆动。

进一步的，所述第一折叠机构包括第一支撑板，第二支撑板，第二转轴；

所述大腿支撑杆下端与第一支撑板固连，所述第一支撑板通过第二转轴与第二支撑板相连；

所述第二支撑板下端与第二法兰盘固连，第一支撑板和第二支撑板上均设有固定孔；通过螺栓穿过第一支撑板和第二支撑板上的固定孔，从而实现对康复***使用形态的固定；第一支撑板和第二支撑板之间的螺栓拆除时第二支撑板可通过第二转轴向上转动实现折叠。

进一步的，所述小腿支撑杆下端固定有圆弧形的转动座，足底支撑板上端固定有固定座，所述固定座上端设有弧形槽，转动座通过第一转轴连接在固定座的弧形槽内,弧形槽对转动座的转动角度进行限制。

进一步的，所述转动座与足底支撑板的前后相对角度均不大于60度；

进一步的，所述足底支撑板上设有足部绑带用以固定人体足部；所述足底支撑板底部设有防滑花纹。

进一步的，所述足底滑轮通过足底滑轮轴固连至足底滑轮支撑板上的足底滑轮轴承座中，所述足部支撑板后端设置有合页，合页的另一边与足底滑轮支撑板连接，实现足底滑轮的转动；

进一步的，足底滑轮支撑板上设置弹簧插销，足部支撑板上设置卡槽，通过弹簧插销和卡槽的相对固定实现对足底滑轮的限位；

进一步的，所述弹簧插销包括弹簧、弹簧插销外壳及带垫片的拨环。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明的一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***，在整体设计中考虑提高产品安全性、便携性、轻量性，考虑使用者与产品交互性与体验感，解决现有机器人结构复杂、安全性不足、舒适性不够，不便于穿戴、无法自主支撑且不便携带、不便移动的问题。

(2)本发明在膝关节处设计有折叠部件，使得该装置经过简单的折叠操作之后能够放入有限空间内，方便日常携带和运输.

(3)本发明足底滑轮处设置足底滑轮折叠机构，其中足底滑轮便于在中远距离两地点间进行移动，有助于使用者在地点转移时进行携带；且通过弹簧插销、合页及足部支撑板上面的卡槽，实现了对足底滑轮部件进行位置的限制，便于使用者根据使用需要不同对足底滑轮进行折叠与张开。

(4)本发明背板采取符合人体工学设计，背板形状有助减小使用者背部压强，改善使用者长时间复健时产生的疲劳感。

(5)本发明在足部底部设置防滑花纹，在使用时适当增大阻力，提高本发明防滑能力，使安全性能增强。

(6)本发明增设腰带及背带结构，增强使用者与本***的固连关系，使人体与发明更加贴合，更有助于康复。

(7)本发明在腰部支撑件前设置前扶手有助于使用者保持平衡；设置置物架便于放置医护用品，腰部背板后设置后扶手有助于医护人员扶持。

(8)本发明在腿部绑带设置松紧调节装置可根据患者体态进行松紧调节，在大腿、小腿处设置可伸缩套筒设计可根据患者体态进行长短调节。

附图说明

图1为本发明的下肢外骨骼康复***的总体结构示意图。

图2为本发明的腰部支撑件示意图。

图3为本发明的髋关节组件连接示意图。

图4为本发明的膝关节组件连接示意图。

图5为本发明的膝关节处折叠机构连接示意图。

图6为本发明的膝关节处折叠机构向上折叠状态示意图。

图7为本发明大腿支撑杆结构示意图。

图8为本发明小腿支撑杆与足底支撑板连接示意图。

图9为本发明足底滑轮折叠机构连接示意图。

图10为本发明足底滑轮折叠机构折叠状态示意图。

图11为本发明足底滑轮折叠机构张开状态示意图。

图12为弹簧插销机构示意图。

附图标记说明：

1-腰部支撑板，2-背带，3-后扶手，4-前扶手，5-腰带，6-第一法兰盘，7-第一驱动电机，8-第一减速器，9-大腿支撑杆套筒，10-腿部绑带，11-大腿支撑杆，12-第一折叠机构，13-第二驱动电机，14-第二减速器，15-小腿支撑杆套筒，16-小腿支撑杆，17-足底滑轮，18-足部绑带，19-足底支撑板，20-置物架，21-第一转盘，22-第二法兰盘，23-第二转盘，24-足底滑轮折叠机构，9-1-大腿支撑杆套筒定位孔，11-1-大腿支撑杆定位孔，12-1-第二支撑板，12-2-第二转轴，12-3-第一支撑板，12-4-固定孔，16-1-转动座，19-1-第一转轴，19-2-固定座，24-1-足底滑轮轴承座，24-2-足底滑轮轴，24-3-足底滑轮支撑板，24-5-弹簧插销，24-6-卡槽，24-5-1-弹簧，24-5-2-拨环，24-5-3-弹簧插销外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-图4，本发明的一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***，包括背带2、腰带5、腰部支撑板1、置物架20、前扶手4、后扶手3、髋关节组件、大腿支撑杆套筒9、大腿支撑杆11、膝关节组件、小腿支撑杆套筒15、小腿支撑杆16、足底支撑板19、足底滑轮17、足底滑轮折叠机构24及各个部位的绑带；

所述腰部支撑板1采取符合人体工学设计，背板形状有助减小使用者背部压强，改善使用者长时间复健时产生的疲劳感。

所述腰部支撑板1设腰带5及背带2结构，增强使用者与***的固连关系，使人体与发明更加贴合，更有助于康复；设置前扶手4有助于使用者保持平衡；设置置物架20便于放置医护用品，腰部背板后设置后扶手3有助于医护人员扶持；

所述髋关节组件包括第一驱动电机7、第一法兰盘6、第一减速器8；第一法兰盘6连接在腰部支撑板1两侧下端；所述第一法兰盘6与腰部支撑板1固连；所述第一减速器8固定在第一法兰盘6内，第一驱动电机7与第一法兰盘6外端面固连，第一驱动电机7与第一减速器8相连；所述大腿支撑杆套筒9上端固连有第一转盘2，第一转盘21与第一减速器8相连；所述第一驱动电机7通过第一减速器8带动大腿支撑杆套筒9摆动；所述大腿支撑杆套筒9在摆动时带动套筒内大腿支撑杆11摆动；

所述膝关节组件包括第二驱动电机13、第二法兰盘22、第二减速器14；所述大腿支撑杆11下端与第二法兰盘22固连，第二驱动电机13与第二法兰盘22外端面固连；所述第二驱动电机13与第二减速器14相连，第二减速器14固定在第二法兰盘22内；所述小腿支撑杆套筒15上端固连有第二转盘23，所述第二转盘23与第二减速器14相连，第二驱动电机13通过第二减速器14带动小腿支撑杆套筒15摆动；所述小腿支撑杆套筒15在摆动时带动套筒内小腿支撑杆16摆动。

所述大腿支撑杆套筒9、小腿支撑杆套筒15上均设有腿部绑带10；所述小腿支撑杆16下端通过第一转轴19-1与足底支撑板19相连，小腿支撑杆16摆动，带动足底支撑板19摆动。

所述腿部绑带10设置松紧调节装置可根据患者体态进行松紧调节。

腿部绑带10与足部绑带18使用柔性材料，如：高档乳胶等，以便使使用者使用时皮肤表面感到舒适。

结合图5、图6，本下肢外骨骼康复***在大腿支撑杆11与第二法兰盘22之间设置折叠机构进行连接，所述折叠机构包括第一支撑板12-3、第二支撑板12-1、第二转轴12-2；所述大腿支撑杆11下端与第一支撑板12-3固连，所述第一支撑板12-3通过第二转轴12-2与第二支撑板12-1相连；所述第二支撑板12-1下端与第二法兰盘22固连，第一支撑板12-3和第二支撑板12-1上均设有相连接的固定孔12-4；第一支撑板12-3和第二支撑板12-1通过螺栓对本下肢外骨骼康复***进行使用形态固定；第一支撑板12-3和第二支撑板12-1之间的螺栓拆除时第二支撑板12-1可通过第二转轴12-2向上转动可达到折叠的目的，从而进一步携带方便便于存放。

所述大腿、小腿部位设置为为可伸缩杆，可通过调整支撑杆的长度，适用于不同体态的患者使用。

结合图7，所述大腿支撑杆11嵌套在大腿支撑杆套筒9内部，大腿支撑杆套筒9、大腿支撑杆11上横向上设有多个大腿支撑杆套筒定位孔9-1、大腿支撑杆11-1进行定位；所述小腿支撑杆16嵌套在小腿支撑杆套筒15内部，小腿支撑杆套筒15、小腿支撑杆16上横向上设有多个与上述相似定位孔进行定位。

结合图8，所述固定上端设有弧形槽，转动座16-1通过第一转轴19-1连接在弧形内，弧形槽对转动座16-1的转动角度进行限制，避免转动角度过大，对人体踝关节造成二次损伤。

所述转动座16-1与足底支撑板19的前后相对角度均不大于60度。

所述足底支撑板19上还设有足部绑带18，用以足部绑带18将人体脚步与足底支撑板19固定，足底支撑板19底部设有防滑花纹适当增大阻力提高防滑性能。

结合图9、图10、图11，所述足底滑轮折叠机构24上设置弹簧插销24-5，其中弹簧插销24-5可与足底支撑板19上设置的卡槽24-6进行配合达到限制足底滑轮17位置的目的，此时的足底滑轮位置处于使用者进行康复时；当患者进行本产品中远距离移动时，可拔出弹簧插销24-5，对合页24-4进行旋转达到足底滑轮17的张开，进行移动。此处结构设计便于使用者可根据使用场景不同对足底滑轮进行折叠与张开。

本发明的工作过程如下：

使用之前，使用者通过医生建议对自身康复模式进行判断，设置本下肢外骨骼康复***康复模式，并且根据使用者自身体态通过定位孔对大腿、小腿部位长短进行调整，腿部绑带10设置可调节松紧装置对腿部进行舒适且必要固定。穿戴时，整体的外骨骼机器人结构通过腰部支撑板1上的腰带5及背带2绑定在使用者的腰部，大腿、小腿各通过腿部绑带10与支撑杆固定，通过足底支撑板19上的足部绑带18与使用者的足部绑定。通过控制驱动电机工作，对髋关节组件、膝关节组件进行带动，从而达到使用者进行康复训练复健的目的。

使用之后，使用者可将第一支承板12-3及第二支撑板12-1上的固定螺栓取下，将机构整体折叠起来达到便携目的；在进行中远距离地点转移时，可拔出弹簧插销24-5展开合页24-4以使用足底滑轮17，便于移动，在进行康复治疗时，可通过向上旋转合页24-4采用弹簧插销24-5与卡槽24-6机构达到对足底滑轮17折叠限制位置的目的。其中弹簧插销由弹簧24-5-1、弹簧插销外壳24-5-3及带垫片的拨环24-5-2组成，弹簧24-5-1的回弹功效有效充当弹性开关作用。

Claims (10)

1.一种贴体式可移动下肢外骨骼康复***，其特征在于，包括腰部支撑板(1)，背带(2)，后扶手(3)，前扶手(4)，腰带(5)，髋关节组件，长度可调的大腿组件，第一折叠机构(12)，膝关节组件，长度可调的小腿组件，足底支撑板(19)和足底滑轮(17)；

所述腰部支撑板(1)下部呈朝向腰部的弧形凸起设置，使得腰部支撑板(1)贴合康复者背部，所述腰部支撑板(1)的两侧分别设有用于穿戴的背带(2)，下部设有用于穿戴的腰带(5)，所述腰部支撑板(1)前部的两侧分别设有一个前扶手(4)，所述腰部支撑板(1)后部的两侧分别设有一个后扶手(3)；

所述大腿组件通过第一折叠机构(12)与膝关节组件连接，从而实现外骨骼康复***的折叠；

所述足底支撑板(19)底部设有足底滑轮(17)，所述足底滑轮(17)通过足底滑轮折叠机构(24)实现折叠和张开，张开时足底滑轮(17)处于足底支撑板(19)底部，通过足底滑轮(17)实现移动，当不需要通过足底滑轮(17)进行移动时，将足底滑轮(17)折叠位于足底支撑板(19)的上部。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述大腿组件包括大腿支撑杆套筒(9)和大腿支撑杆(11)；

所述大腿支撑杆(11)嵌套在大腿支撑杆套筒(9)内部，大腿支撑杆套筒(9)上设有多个大腿支撑杆套筒定位孔(9-1)，所述大腿支撑杆上设有多个大腿支撑杆定位孔(11-1)；大腿支撑杆套筒(9)和大腿支撑杆(11)通过不同的大腿支撑杆套筒定位孔(9-1)和不同的大腿支撑杆定位孔(11-1)连接，实现大腿组件的长度可调。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述小腿组件包括小腿支撑杆套筒(15)和小腿支撑杆(16)；

所述小腿支撑杆(16)嵌套在小腿支撑杆套筒(15)内部，小腿支撑杆套筒(15)上设有多个小腿支撑杆套筒定位孔，所述小腿支撑杆(16)上设有多个小腿支撑杆定位孔；小腿支撑杆套筒(15)和小腿支撑杆(16)通过不同的小腿支撑杆套筒定位孔和不同的小腿支撑杆定位孔连接，实现小腿组件的长度可调。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述大腿支撑杆套筒(9)和小腿支撑杆套筒(15)上均设有腿部绑带(10)；

所述前扶手(4)上设有置物架(20)。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述腿部绑带(10)的材质为松紧可调的柔性材料，优选为乳胶。

6.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述髋关节组件包括第一驱动电机(7)，第一法兰盘(6)和第一减速器(8)；

所述第一法兰盘(6)连接在腰部支撑板(1)两侧下端，且与腰部支撑板(1)固连；所述第一减速器(8)固定在第一法兰盘(6)内，第一驱动电机(7)与第一法兰盘(6)外端面固连，第一驱动电机(7)与第一减速器(8)相连；

所述大腿支撑杆套筒(9)上端固连有第一转盘(21)，第一转盘(21)与第一减速器(8)相连，所述第一驱动电机(7)通过第一减速器(8)带动大腿支撑杆套筒(9)摆动，所述大腿支撑杆套筒(9)在摆动时带动套筒内大腿支撑杆(11)摆动。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述膝关节组件包括第二驱动电机(13)，第二法兰盘(22)和第二减速器(14)；

所述大腿支撑杆(11)下端通过第一折叠机构(12)与第二法兰盘(22)固连，第二驱动电机(13)与第二法兰盘(22)外端面固连；所述第二驱动电机(13)与第二减速器(14)相连，第二减速器(14)固定在第二法兰盘(22)内；

所述小腿支撑杆套筒(15)上端固连有第二转盘(23)，所述第二转盘(23)与第二减速器(14)相连，第二驱动电机(13)通过第二减速器(14)带动小腿支撑杆套筒(15)摆动；所述小腿支撑杆套筒(15)在摆动时带动套筒内小腿支撑杆(16)摆动。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述第一折叠机构(12)包括第一支撑板(12-3)，第二支撑板(12-1)，第二转轴(12-2)；

所述大腿支撑杆(11)下端与第一支撑板(12-3)固连，所述第一支撑板(12-3)通过第二转轴(12-2)与第二支撑板(12-1)相连；

所述第二支撑板(12-1)下端与第二法兰盘(22)固连，第一支撑板(12-3)和第二支撑板(12-1)上均设有固定孔(12-4)；通过螺栓穿过第一支撑板(12-3)和第二支撑板(12-1)上的固定孔，从而实现对康复***使用形态的固定；第一支撑板(12-3)和第二支撑板(12-1)之间的螺栓拆除时第二支撑板(12-1)可通过第二转轴(12-2)向上转动实现折叠。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述小腿支撑杆(16)下端固定有圆弧形的转动座(16-1)，足底支撑板(19)上端固定有固定座(19-2)，所述固定座(19-2)上端设有弧形槽，转动座(16-1)通过第一转轴(19-1)连接在固定座(19-2)的弧形槽内,弧形槽对转动座(16-1)的转动角度进行限制；优选的，所述转动座(16-1)与足底支撑板(19)的前后相对角度均不大于60度；

优选的，所述足底支撑板(19)上设有足部绑带(18)用以固定人体足部；所述足底支撑板(19)底部设有防滑花纹。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述足底滑轮(17)通过足底滑轮轴(24-2)固连至足底滑轮支撑板(24-3)上的足底滑轮轴承座(24-1)中，所述足部支撑板(19)后端设置有合页(24-4)，合页(24-4)的另一边与足底滑轮支撑板(24-3)连接，实现足底滑轮(17)的转动；

优选的，足底滑轮支撑板(24-3)上设置弹簧插销(24-5)，足部支撑板(19)上设置卡槽(24-6)，通过弹簧插销(24-5)和卡槽(24-6)的相对固定实现对足底滑轮(17)的限位；

优选的，所述弹簧插销(24-5)包括弹簧(24-5-1)、弹簧插销外壳(24-5-3)及带垫片的拨环(24-5-2)。

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