CN113730196B - 下肢外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种下肢外骨骼机器人。该下肢外骨骼机器人包括相互独立设置的髋关节机构、膝关节机构以及踝关节机构中的至少一种；髋关节机构包括髋关节主体，用于穿戴在用户的其中一大腿部；第一驱动件与髋关节主体连接，用于驱动髋关节主体运动，以向大腿部的运动提供助力；膝关节机构包括膝关节主体，用于穿戴在用户的其中一大腿部和小腿部；第二驱动件与膝关节主体连接，用于驱动膝关节主体伸缩，以向膝关节的运动提供助力；踝关节机构包括踝关节主体，用于穿戴在用户的其中一小腿部和脚部；第三驱动件与踝关节主体连接，用于驱动踝关节主体运动，以向踝关节的运动提供助力。适用于偏瘫患者，且各个机构可根据用户实际需求进行组合。

Description

下肢外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及外骨骼助力技术领域，尤其涉及一种下肢外骨骼机器人。

背景技术

工业外骨骼是一种新兴的工业用可穿戴式助力设备；其中，穿戴式行走助力外骨骼能够为用户提供行走的随动支撑力，在自由跟随用户运动的情况下为用户提供助力。

目前，相关的外骨骼机器人，比如，下肢外骨骼机器人，使用人群大多是双腿截瘫中风患者，此类下肢外骨骼机器人是双腿设计，且关节采用盘式电机或液压杆进行直接驱动。然而，由于偏瘫患者健侧具有一定的运动能力，其与双腿截瘫患者的情况不同，若偏瘫患者也穿戴双腿设计的下肢外骨骼机器人，会对偏瘫患者的正常步态造成较大的影响。

发明内容

本申请提供一种下肢外骨骼机器人，能够解决偏瘫患者穿戴双腿设计的下肢外骨骼机器人会对偏瘫患者的正常步态造成较大的影响的问题；且各个机构可根据用户实际需求进行相应组合。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种下肢外骨骼机器人。该下肢外骨骼机器人包括：包括相互独立设置的髋关节机构、膝关节机构以及踝关节机构中的至少一种；其中，髋关节机构包括髋关节主体以及第一驱动件；髋关节主体用于穿戴在用户的其中一大腿部；第一驱动件与髋关节主体连接，用于驱动髋关节主体运动，以向大腿部的运动提供助力；膝关节机构包括膝关节主体以及第二驱动件；膝关节主体用于穿戴在用户的其中一大腿部和小腿部；第二驱动件与膝关节主体连接，用于驱动膝关节主体伸缩，以向用户的膝关节的运动提供助力；踝关节机构包括踝关节主体以及第三驱动件；踝关节主体用于穿戴在用户的其中一小腿部和脚部；第三驱动件与踝关节主体连接，用于驱动踝关节主体运动，以向用户的踝关节的运动提供助力。

其中，还包括腰部机构，用于穿戴在用户的腰部；髋关节主体包括：第一连接件，与腰部机构可拆卸式连接；第一驱动件设置于第一连接件；旋转组件，与第一驱动件连接，旋转组件用于穿戴在用户的大腿部；第一驱动件用于驱动旋转组件旋转。

其中，髋关节主体还包括限位件；限位件设置在第一连接件上，用于对旋转组件的旋转角度进行限位。

其中，旋转组件包括：旋转件，旋转件的第一端与第一驱动件连接；延伸杆；第二连接件，设置在旋转件的第二端，延伸杆通过第二连接件与旋转件可拆卸式连接；第一大腿穿戴件，用于穿戴在用户的大腿部；第三连接件，设置在第一大腿穿戴件上，第一大腿穿戴件通过第三连接件与延伸杆可拆卸式连接。

其中，腰部机构包括：腰部支撑组件，用于抵靠在用户的背部；第一包围板，滑动连接在腰部支撑组件的第一端，用于卡接在用户的腰部的一侧；和/或，第二包围板，滑动连接在腰部支撑组件的与第一端相背设置的第二端，用于卡接在用户的腰部的与一侧相对的另一侧。

其中，膝关节主体包括：第二大腿穿戴件，用于穿戴在用户的大腿部；第二驱动件与第二大腿穿戴件固定连接；小腿穿戴件，用于穿戴在用户的小腿部；第一杆体，与第二大腿穿戴件或第二驱动件固定连接；第二杆体，第二杆体的一端套设在第一杆体上，另一端与小腿穿戴件固定连接；丝杆组件，丝杆组件的一端与第二驱动件连接，另一端与第二杆体连接；第二驱动件用于驱动丝杆组件旋转，以带动第二杆体相对第一杆体移动。

其中，第一驱动件、第二驱动件和/或第三驱动件为电机。

其中，踝关节主体包括：腿部组件，用于绕设在用户的小腿部；脚部组件，与腿部组件转动连接，用于穿戴在用户的脚部；其中，第三驱动件与腿部组件连接，第三驱动件用于驱动腿部组件相对脚部组件转动，以向用户的踝关节的运动提供助力。

其中，腿部组件包括：腿部框架，绕设在用户的小腿部；第三驱动件与腿部框架连接；第一连接杆，第一连接杆的第一端与第三驱动件连接，第三驱动件用于驱动第一连接杆转动；腿部支撑杆，腿部支撑杆的一端与第一连接杆的第二端转动连接；第二连接杆，第二连接杆的第一端与腿部支撑杆转动连接，第二端和脚部组件转动连接；第一夹持板，第一夹持板的第一端与腿部框架固定连接，第二端与第二连接杆转动连接；第一夹持板用于夹持在用户的小腿部的一侧；其中，第一连接杆、腿部支撑杆、第二连接杆以及第一夹持板形成四连杆结构。

其中，腿部支撑杆包括：第一支撑体，第一支撑体的第一端与第一连接杆的第二端转动连接；第二支撑体，第二支撑体的第一端与第一支撑体滑动连接，第二端与第二连接杆转动连接。

本申请提供的下肢外骨骼机器人，通过设置髋关节机构、膝关节机构以及踝关节机构中的至少一种，并使各个机构各自单独实现驱动，以实现各个机构之间的相互独立，从而使用户能够根据实际需求选择其中一种或多种机构进行穿戴，以在为用户提供助力进行康复训练的同时，减小不必要的穿戴给用户带来的负荷。同时，通过使各个机构仅穿戴在用户的其中一条腿上，使得该下肢外骨骼机器人在为偏瘫患者提供助力的同时，能够避免对用户的健康的另一侧腿部的行走造成影响；同时，能够使用户根据实际偏瘫的腿部选择将相应机构穿戴在用户的左腿或右腿；且在实际应用中，还可以通过增设相应机构的数量，以使得该下肢外骨骼机器人能够同时适用于双腿截瘫患者，进而使得该下肢外骨骼机器人的通用性较好。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的下肢外骨骼机器人穿戴在人体上的示意图；

图2为图1所示结构中的下肢外骨骼机器人未穿戴在人体上的示意图；

图3为本申请一实施例提供的人体穿戴下肢外骨骼机器人后的行走仿真图；

图4为本申请一实施例提供的腰部结构的拆解示意图；

图5为本申请一实施例提供的髋关节机构与腰部机构连接位置处的拆解示意图；

图6为本申请一实施例提供的膝关节机构的整体结构示意图；

图7为图6中A处的拆解示意图；

图8为图6中B处的拆解示意图；

图9为本申请一实施例提供的踝关节机构的整体结构示意图；

图10为图9的拆解示意图。

附图标记说明

下肢外骨骼机器人10；腰部机构11；腰部支撑组件111、第一支撑板1111；第二支撑板1112；第一包围板112；第二包围板113；髋关节机构12；第一连接件121；第一驱动件122；旋转组件123；旋转件1231、延伸杆1232、第二连接件1233、第一大腿穿戴件1234；第三连接件1235；限位件124；膝关节机构13；第二驱动件130；第二大腿穿戴件131；小腿穿戴件132；安装座133；第一杆体134；第二杆体135；丝杆组件136；丝杆1361；丝杆导轨1362；滚珠滑块1363；丝杆滑块1364；第一连轴器137；第二连轴器138；推杆底座139；踝关节机构14；腿部组件141；腿部框架1411；第一连接杆1412；腿部支撑杆1413；第一支撑体1413a；第二支撑体1413b；第二连接杆1414；第一夹持板1415；腿部护具1416；脚部组件142；第三驱动件143；第二夹持板144；第三连接杆145；球轴承146；轴承盖147；第一连接组件15；第一连接块151；第二连接块152。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下肢外骨骼机器人一般分为主动式助力外骨骼机器人和被动式外骨骼机器人；其中，主动式外骨骼机器人一般具有电机或液压等力输出***，主动提供行走时关节所需要的力；但目前的下肢外骨骼机器人一般是针对双腿截瘫患者设计。比如，中国发明专利CN112545846A公开了一种基于意图识别的动力型多自由度助行下肢外骨骼机器人，该下肢外骨骼机器人采用下肢外骨骼和动力型移动框架连接，机构可以借助移动框架进行行走。但动力型框架体积大，不适用于不规则路面的行走，针对偏瘫患者的康复训练还需要针对性强的训练装置。

中国发明专利CN110833495A公开了一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人。该下肢外骨骼机器人采用可调节高度的大小腿调节装置，整个装置采用了一体化***，不方便于穿戴和携带。踝关节设计有踝关节旋转结构和足部缓冲原理，但是完全被动的结构对患者的康复指引效果不明显，针对偏瘫患者的踝关节病理特性需要设计一款主动指引康复的踝关节机构。

中国发明专利CN111110519A公开了一种多传感智能化可穿戴下肢外骨骼机器人。该下肢外骨骼机器人采用设计多个压力传感器布置在人体多个位置。整个传感***用于检测人身体的运动状态控制外骨骼进行运动，但是，其外骨骼***在使用中存在舒适性问题，髋关节和膝关节直接采用电机布置在关节外侧。且整个***不能很好的拟合关节的转动，尤其膝关节在运动过程中，膝关节的转动中心会随着关节运动进行较大距离的平移。同时，踝关节仅仅采用被动连接不能很好地帮助患者进行行走姿态指导。

中国发明专利CN110465924A公开了一种四连杆膝关节的下肢外骨骼机器人。该下肢外骨骼机器人在膝关节采用四连杆机构，驱动装置采用液压驱动装置以及四连杆机构解决膝关节的瞬时旋转中心偏移问题。但是液压驱动相比电机驱动，体积大，重量大。需要单独构建一套液压回路***，成本较高；且液压驱动的速度相对电机有着较大的滞后性，不适用于人体的康复训练和运动。

但对于偏瘫患者，若继续使用该针对双腿截瘫患者设计的下肢外骨骼机器人，则会对偏瘫患者的健康的一侧的行走造成影响；且若简单的将目前双侧外骨骼机器人的一侧进行拆解，不能很好的适应患者的穿戴情况。另外，目前的下肢外骨骼机器人的腰部机构、髋关节机构、膝关节机构以及踝关节机构相互连接，用户穿戴该下肢外骨骼机器人则需要将其连接的所有机构均进行穿戴；而对于仅需要对局部位置进行康复训练的患者，比如，仅需要对髋关节、膝关节或踝关节进行康复训练，无疑会增加患者的负荷，并对患者的健康位置的正常运动造成影响。

本申请设计一款针对于偏瘫患者的单侧下肢康复外骨骼机器人，该下肢外骨骼机器人不仅适用于偏瘫患者，不会对偏瘫患者的健康的一侧腿部的正常运动造成影响；且可通过增加髋关节机构的数量使得该下肢外骨骼机器人同样能够适用于双腿截瘫患者；同时，能够根据患者的实际需求进行组合适用，比如，若患者需要进行髋关节、膝关节的康复，则可仅选择穿戴腰部机构、髋关节机构以及膝关节机构，而无需穿戴踝关节机构；若患者需要进行髋关节、踝关节的康复，则可仅选择穿戴腰部机构、髋关节机构以及踝关节机构，而无需穿戴膝关节机构；从而使得本申请提供的下肢外骨骼机器人，在使用过程中，不仅能够减小患者的负荷，且不会对患者健康的踝关节或膝关节等的正常运动造成影响。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。

请参阅图1至图3，其中，图1为本申请一实施例提供的下肢外骨骼机器人穿戴在人体上的示意图；图2为图1所示结构中的下肢外骨骼机器人未穿戴在人体上的示意图；图3为本申请一实施例提供的人体穿戴下肢外骨骼机器人后的行走仿真图。在本实施例中，提供一种下肢外骨骼机器人10。如图3所示，通过软件仿真和实验验证，整个下肢外骨骼机器人10在动力学仿真软件中建立整个人体模型和下肢外骨骼机器人10相应的设计模型，经过仿真导出相应的关节数据，可以看出整个下肢外骨骼机器人10可以完成相应的行走训练。实物模型也进行加工，得到相应的实物模型，正常的患者进行穿戴实验之后运行整个下肢外骨骼机器人10，穿戴效果较为理想，整个下肢外骨骼机器人10可以达到行走过程中的各个角度。行走过程中整个机构没有阻碍感，可以很好的辅助患者进行行走。

如图1所示，该下肢外骨骼机器人10包括相互独立设置的髋关节机构12、膝关节机构13和踝关节机构14中的至少一种。比如，该下肢外骨骼机器人10包括髋关节机构12和膝关节机构13；或包括髋关节机构12和踝关节机构14；或包括膝关节机构13和踝关节机构14。本申请通过使各个机构相互独立设置能够使用户根据实际需求选择其中一种或多种机构进行穿戴，以在为用户提供助力进行康复训练的同时，减小不必要的穿戴给用户带来的负荷。

在一实施例中，若该下肢外骨骼机器人10包括髋关节机构12，则该下肢外骨骼机器人10可进一步包括腰部机构11，以使髋关节机构12通过腰部机构11与用户固定。

其中，腰部机构11用于穿戴在用户的腰部。具体的，参见图4，图4为本申请一实施例提供的腰部结构的拆解示意图；腰部机构11包括：腰部支撑组件111、第一包围板112以及第二包围板113。

其中，腰部支撑组件111用于抵靠在用户的背部；具体的，腰部支撑组件111可包括相互连接的第一支撑板1111和第二支撑板1112。

第一支撑板1111用于抵靠在用户的腰部以上的位置，且第一支撑板1111上可用于设置控制板、运算单元等。第一支撑板1111具有相对的第一端和第二端；第一支撑板1111的第一端和第二端分别可开设有第一连接孔；第一连接孔可沿与第一端朝向第二端的方向垂直的方向延伸；且第一连接孔用于设置绑带，以通过绑带将腰部机构11与用户的腰部固定，并通过调整绑带的长度达到舒适的穿戴效果。该绑带可为弹性绑带或柔性绑带。

第二支撑板1112可通过螺钉、卡扣等固定件与第一支撑板1111固定；第二支撑板1112用于抵靠在用户的腰部以下的位置。具体的，第二支撑板1112具有相对的第一端和第二端；第二支撑板1112的第一端和第二端分别可开设有第二连接孔。其中，第二连接孔可沿第二支撑板1112的第一端朝向第二端的方向延伸。

具体的，第一支撑板1111和/或第二支撑板1112可呈圆弧形，以与用户的背部轮廓匹配，从而在抵靠于用户的背部时，提高用户的舒适性。且第一支撑板1111和/或第二支撑板1112可为框架结构，以在节省成本的同时，降低用户穿戴该下肢外骨骼机器人10时的负荷。

在具体实施例中，第一包围板112具体滑动连接在第二支撑板1112的第一端。在一实施例中，该腰部机构11还可包括固定件，固定件从第二支撑板1112的一侧穿过第二连接孔，并与第一包围板112固定，以将第一包围板112与第二支撑板1112固定。具体的，固定件可沿第二连接孔的延伸方向滑动，以对第一包围板112与第二支撑板1112的相对位置进行调整。其中，固定件可为铆钉或螺钉等。

第二包围板113滑动连接在第二支撑板1112的第二端，第二包围板113用于卡接在用户的腰部的另一侧。第二包围板113与第二支撑板1112的滑动连接具体可参见上述第一包围板112与第二支撑板1112之间的滑动连接，且可实现相同或相似的技术效果，在此不再赘述。上述通过将第一包围板112和第二包围板113分别滑动连接在第二支撑板1112的两端，使得该腰部机构11能够根据不同身材的患者，通过移动固定件在第二连接孔中的位置，以调整腰部机构11的穿戴宽度，从而保证腰部机构11与用户的腰部具有较好的贴合效果。

具体的，如图4所示，第一包围板112和第二包围板113背离第二支撑板1112的一端也可分别设置有第二连接孔，第二连接孔用于设置绑带，以通过该绑带与用户的腰部绑定。

参见图5，图5为本申请一实施例提供的髋关节机构12与腰部机构11连接位置处的拆解示意图；该下肢外骨骼机器人10还包括第一连接组件15；第一连接组件15用于连接腰部机构11与髋关节机构12；具体的，第一连接组件15包括滑动连接的第一连接块151和第二连接块152；其中，第一连接块151可通过沉头螺钉或螺柱等固定件与第一包围板112或第二包围板113固定连接，第二连接块152与髋关节机构12固定连接；在一具体实施例中，第一连接块151朝向第二连接块152的一侧表面开设有第一滑槽，第二连接块152朝向第一连接块151的一侧表面开设有第二滑槽。第一连接块151和第二连接块152连接时，第一滑槽与第二滑槽错位设置，且第一滑槽的一侧壁嵌入第二滑槽，并与第二滑槽滑动连接，第二滑槽的一侧壁嵌入第一滑槽，并与第一滑槽滑动连接，以实现第一连接块151和第二连接块152的滑动连接；当然，第一连接块151和第二连接块152的其中一个上也可仅设置滑槽，另一个上仅设置凸块，以在第一连接块151和第二连接块152连接时，使凸块嵌入滑槽，以通过凸块与滑槽的滑动实现第一连接块151和第二连接块152的滑动连接。

具体的，如图5所示，髋关节机构12包括髋关节主体以及第一驱动件122；其中，髋关节主体用于穿戴在用户的其中一个大腿部。第一驱动件122与髋关节主体连接，用于驱动髋关节主体运动，以向大腿部的运动提供助力。在一实施例中，第一驱动件122为电机，比如大扭矩盘式电机；相比于液压驱动，电机体积较小，重量较轻。

髋关节主体具体包括第一连接件121以及旋转组件123；其中，第一连接件121与腰部机构11连接。具体的，第一连接件121可通过平头螺钉或螺柱等固定件与第二连接块152连接，以通过第二连接块152和第一连接块151实现与腰部机构11的第一包围板112或第二包围板113的连接。

具体的，第一连接件121可呈中空环状。在具体实施例中，第一驱动件122可设置在第一连接件121上，且具体可通过螺钉或卡扣等固定件与第一连接件121固定。

旋转组件123与第一驱动件122连接，以通过第一驱动件122驱动旋转组件123转动。其中，旋转组件123用于穿戴在用户的大腿部，以在第一驱动件122驱动旋转组件123旋转的过程中带动用户的大腿部一起转动，进而为用户的大腿部的康复训练提供助力。

具体的，旋转组件123包括旋转件1231、延伸杆1232、第二连接件1233、第一大腿穿戴件1234以及第三连接件1235。其中，旋转件1231的第一端与第一驱动件122连接；第一驱动件122具体驱动旋转件1231旋转，以通过旋转件1231带动整个旋转组件123旋转。在具体实施例中，第一驱动件122的中间设有三个螺纹孔，第一连接件121通过平圆头螺钉与第一驱动件122连接在一起；且第一驱动件122的输出轴穿过第一驱动件122中间的孔，通过三个螺钉将旋转件1231与第一驱动件122连接在一起。

第二连接件1233设置在旋转件1231的第二端，延伸杆1232通过第二连接件1233与旋转件1231可拆卸式连接。其中，延伸杆1232的材质可为碳纤维。具体的，第二连接件1233可通过平头螺母与延伸杆1232连接。具体的，第二连接件1233可为具有开孔的环状体，延伸杆1232的一端***第二连接件1233，并通过螺钉或螺柱等固定件进行锁紧，以实现延伸杆1232与第一连接件121的固定连接；在需要调整第一大腿穿戴件1234与腰部机构11的距离时，可拧松上述固定件，以使延伸杆1232可在第二连接件1233内上下移动，并在调整至预设长度时在此锁紧，以再次进行固定。从而使得延伸杆1232与第二连接件1233的连接位置可根据用户的实际身高进行选择，以达到用户合适的穿戴位置，并使该髋关节机构12能够适用于大部分人群，增加其适用范围。

第一大腿穿戴件1234用于穿戴在用户的大腿部。其中，第一大腿穿戴件1234可成弧形结构，该弧形结构与用户的大腿部的后侧轮廓一致，以在第一大腿穿戴件1234穿戴在用户的大腿部时，能够与用户的大腿部较好的贴合，从而形成良好的助力效果。具体的，该第一大腿穿戴件1234上也可设置有第三连接孔，第三连接孔用于绑缚绑带，以将第一大腿穿戴件1234固定在用户的大腿部。

第三连接件1235可通过平头螺母固定设置在第一大腿穿戴件1234上，第一大腿穿戴件1234通过该第三连接件1235与延伸杆1232可拆卸式连接。具体的，第三连接件1235的结构与功能以及其与延伸杆1232的连接方式与第二连接件1233的结构与功能以及第二连接杆1414与延伸杆1232的连接方式相同或相似，且可实现相同或相似的效果，具体可参见上述第二连接件1233的相关描述，在此不再赘述。

具体的，上述髋关节机构12采用大扭矩盘式电机进行驱动，腰部机构11采用轻量化设计，杆件采用碳纤维杆进行连接，不仅可以实现良好的穿戴效果，而且可以保证一定的强度要求。

在一实施例中，如图5所示，该髋关节主体还可包括限位件124；限位件124用于对旋转组件123的旋转角度进行限位，以保证旋转组件123的旋转范围处于人体髋关节的运动范围，从而保证用户穿戴该髋关节机构12进行训练时的安全性。具体的，限位件124可设置在第一连接件121上，并位于第一连接件121背离第一驱动件122的一侧；且限位件124可与第一连接件121一体成型，以方便制作。在一实施例中，限位件124可为与第一连接件121一体成型的弧形凸起。该弧形凸起所对应的圆弧角度范围可为60度至120度。

请参阅图6至图8，其中，图6为本申请一实施例提供的膝关节机构的整体结构示意图；图7为图6中A处的拆解示意图；图8为图6中B处的拆解示意图；膝关节机构13包括膝关节主体以及第二驱动件130。其中，膝关节主体用于穿戴在用户的其中一大腿部和小腿部；第二驱动件130与膝关节主体连接，用于驱动膝关节主体伸缩，以向用户的膝关节的运动提供助力。其中，第二驱动件130可为电机。在一具体实施例中，该膝关节机构13还包括安装座133。第二驱动件130可通过四颗螺钉设置于安装座133上。

其中，膝关节主体包括：第二大腿穿戴件131、小腿穿戴件132、第一杆体134、第二杆体135以及丝杆组件136。

其中，第二大腿穿戴件131用于穿戴在用户的大腿部。具体的，第二大腿穿戴件131可为弧形板。该弧形板的弧度与用户的大腿部的后侧的弧度匹配，以增加第二大腿穿戴件131与用户的大腿部的贴合度。具体的，该第二大腿穿戴件131可为魔术贴，以方便穿戴，且成本较低。在具体实施例中，安装座133与第二大腿穿戴件131固定连接。

小腿穿戴件132用于穿戴在用户的小腿部。该小腿穿戴件132也可为弧形板。该弧形板的弧度与用户的小腿的腿肚的弧度匹配，以增加小腿穿戴件132与用户小腿的贴合度。具体的，该小腿穿戴件132也可为魔术贴。在具体实施例中，第二大腿穿戴件131和/或小腿穿戴件132上也可设置有第四连接孔，通过缝制相应的绑带，并将绑带绑缚在第四连接孔上，以将第二大腿穿戴件131与用户的大腿部绑缚连接，或将小腿穿戴件132与用户的小腿进行绑缚连接。

第一杆体134与第二大腿穿戴件131或安装座133固定连接。在具体实施例中，第一杆体134具体可通过沉头螺钉与该安装座133连接，以使丝杆组件136在运动过程中，第一杆体134始终保持固定位置。第二杆体135一端套设在第一杆体134上，另一端可通过螺钉与小腿穿戴件132固定连接。其中，第一杆体134和第二杆体135为管状体。第二杆体135套设在第一杆体134内，并可与第一杆体134相对移动。

如图7所示，丝杆组件136包括丝杆1361和丝杆导轨1362。在具体实施例中，丝杆1361的一端与第二驱动件130连接，丝杆1361的另一端与第二杆体135连接，以通过第二驱动件130驱动丝杆1361转动，从而带动第二杆体135相对第一杆体134移动，进而驱动用户的膝关节运动，以进行康复训练。其中，丝杆1361可为滚珠丝杆1361。丝杆导轨1362可通过双螺母与安装座133固定连接，丝杆1361可依靠该丝杆导轨1362运动。

其中，第一大腿穿戴件1234、第二驱动件130以及丝杆组件136之间的连接关系具体可参见图7。在具体实施例中，该膝关节机构13还包括第一连轴器137、第二连轴器138、第一连接螺钉、第二垫片以及第一空心连接轴。其中，第二驱动件130的输出端可通过第一连轴器137和第二连轴器138与丝杆1361连接。具体的，第二大腿穿戴件131背离用户的大腿部的一侧可通过第一连接螺钉、第二垫片以及第一空心连接轴与安装座133连接固定。其中，通过设置第二垫片和第一空心连接轴，并在第一连接螺钉的连接下与安装座133连接，可以保证第一杆体134在绕着第二大腿穿戴件131旋转时，不仅不易脱离，且具有较大的灵活性。

进一步地，由于滚珠丝杆组件136在运行过程中会形成较大的轴向力和径向力。在一实施例中，该膝关节机构13还可包括径向轴承、第一垫片以及深沟球轴承。径向轴承、第一垫片以及深沟球轴承设置在丝杆组件136的靠近第二大腿穿戴件131的一端，以保证丝杆组件136在大载荷情况下平稳运行。

其中，第二杆体135与丝杆组件136的连接关系可参见图8。具体的，丝杆组件136还包括滚珠滑块1363和丝杆滑块1364。其中，丝杆滑块1364与丝杆1361螺旋连接，并套设在丝杆导轨1362上，且在丝杆1361旋转过程中可沿丝杆导轨1362上下移动。在具体实施例中，滚珠丝杆1361的滚珠滑块1363通过紧定螺钉连接丝杆滑块1364进行轴向运动，第二杆体135通过沉头螺钉与丝杆滑块1364连接，以在丝杆1361滑动移动过程中，带动第二杆体135相对第一杆体134移动，进而进行膝关节康复训练。

进一步地，为了防止整个丝杆1361在转动过程中，因超越丝杆1361行程而撞击丝杆导轨1362两侧的连接件，进而对部件造成损坏。可在丝杆滑块1364两端分别设置一缓冲片。该缓冲片可为橡胶垫片。在具体实施例中，也可在丝杆1361背离第二驱动件130的一端同样设置径向轴承、球轴承以及第一垫片，以保滚珠丝杆1361的平稳运行。

其中，第二杆体135与小腿穿戴件132之间的连接关系可继续参阅图8。在具体实施例中，该膝关节机构13还包括推杆底座139、第二连接螺钉、第三垫片以及第二空心连接轴。小腿穿戴件132背离用户的小腿的一侧可通过第二连接螺钉、第三垫片以及第二空心连接轴与推杆底座139连接固定。这样不仅能够使推杆底座139沿第二空心连接轴的周向方向旋转，即使第二杆体135沿第二空心连接轴的周向方向旋转，以实现第二杆体135与小腿穿戴件132之间的相对旋转；且可以保证第二杆体135在绕着小腿穿戴件132旋转时，不易脱离，且具有较大的灵活性。

请参阅图1至图3以及图9，图9为本申请一实施例提供的踝关节机构的整体结构示意图；踝关节机构14包括踝关节主体以及第三驱动件143。其中，踝关节主体用于穿戴在用户的其中一小腿部和脚部。第三驱动件143与踝关节主体连接，用于驱动踝关节主体运动，以向用户的踝关节的运动提供助力。

其中，该踝关节主体包括腿部组件141以及脚部组件142。

腿部组件141用于绕设在用户的小腿部，并绕设在小腿部的前侧。具体的，参见图10，图10为图9的拆解示意图。腿部组件141包括腿部框架1411、第一连接杆1412、腿部支撑杆1413、第二连接杆1414以及第一夹持板1415。其中，腿部框架1411沿用户的腿部周向方向绕设在用户的小腿部。该腿部框架1411具体可为弧形结构，并可与用户小腿部的前侧的弧度一致，以提高腿部框架1411与用户小腿部的贴合度，增加穿戴舒适性。在具体实施例中，腿部框架1411背离用户的小腿部的一侧设置有固定板，固定板开设有通孔和螺钉孔；第三驱动件143具体可通过平头螺钉穿设在螺钉孔内以与固定板连接。具体的，固定板可与腿部框架1411一体成型，以保证第三驱动件143的当前位置具有较高的精度。其中，第三驱动件143可为电机。

第一连接杆1412的第一端与第三驱动件143的输出轴连接。具体的，第一连接杆1412的侧面设置有紧定螺钉的螺纹孔。在具体实施例中，紧顶螺钉可穿设在螺纹孔内以将第一连接杆1412与第三驱动件143的输出轴的相对位置固定。其中，第一连接杆1412可呈L型，即呈手柄状。第三驱动件143用于驱动第一连接杆1412转动。

腿部支撑杆1413的一端与第一连接杆1412的第二端转动连接。在具体应用过程中，由于腿部支撑杆1413长度的变化会导致踝关节摆动中心的位置发生变化，为了使得该腿部支撑杆1413能够适用于不同患者的踝关节情况腿部支撑杆1413可设置成包括第一支撑体1413a和第二支撑体1413b的结构。其中，第一支撑体1413a的第一端与第一连接杆1412的第二端转动连接。第二支撑体1413b的第一端可通过连接卡扣与第一支撑体1413a滑动连接，第二端与第二连接杆1414转动连接。具体的，连接卡扣通过紧定螺钉调整连接卡扣的锁紧程度，以对第一支撑体1413a和第二支撑体1413b的套设长度进行调节，从而调节腿部支撑杆1413的总长度，以改变四连杆机构(见下文)的运动范围，使得该踝关节机构14的腿部支撑杆1413能够根据不同患者的踝关节病理情况进行调整，实现适用于不同患者的踝关节角度运动范围，有效增加了该踝关节机构14的适用范围。

第二连接杆1414的第一端与腿部支撑杆1413转动连接，第二连接杆1414的第二端与脚部组件142固定连接。具体的，第二连接杆1414包括第一连接杆1412体和第二连接杆1414体；其中，腿部支撑杆1413的第二端通过无油衬套和铰链销连接第一连接杆1412体的第一端。第一连接杆1412体的第二端形成一旋转孔；且第一连接杆1412体的尺寸沿其第一端至第二端的尺寸逐渐减小。第二连接杆1414体与第一连接杆1412体的第二端连接，且第二连接杆1414体沿其长度方向的中轴线与第一连接杆1412体沿其长度方向的中轴线垂直。第二连接杆1414体远离第一连接杆1412体的一端与脚部组件142固定连接。具体的，第一连接杆1412体和第二连接杆1414体可一体成型，以方便加工，并增强二者的结合力，避免旋转扭矩较大时，在二者的连接处出现断裂问题。

第一夹持板1415用于夹持在用户的小腿部的一侧。其中，第一夹持板1415的第一端与腿部框架1411固定连接，第一夹持板1415的第二端设置有球轴承。在具体实施例中，第一连接杆1412体的旋转孔套设在第一夹持板1415的球轴承上，以与第一夹持板1415旋转连接。其中，通过设置无油衬套和球轴承使得该踝关节机构14在高速转动的情况下能够长期运行。

可以理解的是，在具体应用过程中，第一连接杆1412、腿部支撑杆1413、第二连接杆1414以及第一夹持板1415形成四连杆结构，以解决偏瘫患者足下垂和足内翻的问题。其中，第一连接杆1412为四连杆结构中长度最短的杆，以保证踝关节第三驱动件143持续周转带动踝关节运动。具体的，上述根据踝关节运动情况将四连杆机构设计为曲柄摇杆机构，使得整个机构不仅可以满足行走过程中踝关节的各种运动角度，且可以利用曲柄摇杆机构的急回特性来拟合踝关节的运动情况，并可以对整个下肢外骨骼机器人10相对踝关节运动的范围进行限制，从而对踝关节进行保护。整个踝关节机构14设计轻便、可调整、模块化，且可实现左右脚互换的特性。

在一实施例中，由于偏瘫患者的足部经常出现肌张力过高的情况，该踝关节机构14进一步设置了脚部组件142和腿部护具1416。其中，脚部组件142用于穿戴在用户的脚底；脚部组件142可为脚垫。腿部护具1416用于穿戴在用户的小腿部的前侧；且腿部护具1416的结构按照人体小腿结构进行曲线设计，保证整个机构穿戴后贴合小腿；从而通过脚部组件142和腿部护具1416将用户的踝关节完全固定起来，使偏瘫患者在使用时具有良好的康复效果。

具体的，第二连接杆1414体的第二端沿其长度方向开设有第一条形孔；脚部组件142的一侧可通过平头螺母、卡扣等固定件穿设在第一条形孔中，以与第二连接杆1414体的第二端连接。其中，平头螺母、卡扣等固定件可在第一条形孔内沿第一条形孔的延伸方向滑动，以与膝关节的运动匹配。

在该实施例中，该踝关节机构14还包括第二夹持板144、第三连接杆145以及设置在第二夹持板144的第一端的球轴承146和盖设在球轴承146上的轴承盖147。其中，第二夹持板144与第一夹持板1415相对设置在腿部框架1411的另一侧，以与第一夹持板1415配合对用户的小腿部的左右两侧进行夹持。具体的，第二夹持板144的第二端与腿部框架1411固定连接，第二夹持板144具体可通过第三连接杆145与腿部组件141的另一侧转动连接。腿部护具1416具体可通过螺钉和螺母分别与腿部框架1411、第一夹持板1415以及第二夹持板144固定连接，以提高腿部护具1416的稳定性。

具体的，该第三连接杆145的一端可开设有第二旋转孔，该第二旋转孔套设在设置于第二夹持板144的第一端的球轴承146上，以与第二夹持板144转动连接，并形成轴承连接部件。轴承盖147盖设在该轴承连接部件上，并通过平头螺母与球轴承146以及第二夹持板144进行固定，以压紧整个踝关节的轴承连接部件。第三连接杆145的另一端也可开设一第二条形孔，脚部组件142的另一侧也可通过平头螺母、卡扣等固定件穿设在该第二条形孔中，以与该第三连接杆145实现连接。同样的，其中，平头螺母、卡扣等固定件等可在第二条形孔内沿第二条形孔的延伸方向滑动，以与膝关节的运动匹配。

在具体实施例中，如图8和图9所示，脚部组件142上还设置有绑带孔，以更加不同患者的足部大小进行相应的调整，从而使得该脚部组件142能够适用于不同足部大小的患者。

本申请提供的下肢外骨骼机器人10的各部分机构通过单独驱动实现彼此之间的相对独立，即，各个机构属于并联关系，在具体应用过程中，可以直接通过重组构成模块化训练装置，以根据患者的实际需求进行相应的组合，从而实现各种不同形式的下肢康复训练，以在为用户提供助力进行康复训练的同时，减小不必要的穿戴给用户带来的负荷。比如，第一种模块化训练装置包括：髋关节机构12和膝关节机构13，以进行髋关节和膝关节的康复训练。第二种模块化训练装置包括：膝关节机构13+踝关节机构14，以进行膝关节和踝关节的康复训练。第三种模块化训练装置包括：髋关节机构12+踝关节机构14，以进行髋关节和踝关节的康复训练。同时，各个机构也可以单独构成一种训练装置，比如，髋关节机构12构成单独的髋关节训练装置，以进行髋关节康复训练。膝关节机构13构成膝关节训练装置，以进行膝关节的康复训练。踝关节机构14构成踝关节训练装置，以进行踝关节的康复训练。另外，通过使各个机构仅穿戴在用户的其中一条腿上，使得该下肢外骨骼机器人10在为偏瘫患者提供助力的同时，能够避免对用户的健康的另一侧腿部的行走造成影响；此外，能够使用户根据实际偏瘫的腿部选择将相应机构穿戴在用户的左腿或右腿；且在实际应用中，还可以通过增设相应机构的数量，以使得该下肢外骨骼机器人能够同时适用于双腿截瘫患者，进而使得该下肢外骨骼机器人的通用性较好。

进一步地，针对膝关节伴随关节的转动发生转动中心平移的问题；本申请在膝关节处采用与现有技术均不相同的滚珠丝杆1361驱动设计，模块化的膝关节推杆设计，以及整个驱动机构放置在小腿和大腿的关节夹角处，并采用魔术贴在大腿部和小腿部进行绑缚。相对于直接布置盘式电机与人体侧边，对于偏瘫情况严重导致腿部完全没有知觉的患者来说有非常大的影响，长期穿戴不能拟合关节转动中心的训练将会导致关节严重损伤，本申请推杆的设计可以很好的拟合膝关节的转动中心，不会对关节造成额外的伤害；同时，可调整的髋关节机构12设计便于患者穿戴，且髋关节机构12可以通过简单的拆装改造成为适用于另一条腿的机构设计；从而使得整个下肢外骨骼机器人10的设计能够直接应用于不同的患者，无需进行单独设计，具有良好的通用性。

本实施例提供的下肢外骨骼机器人10，通过设置腰部机构11，以穿戴在用户的腰部；同时，通过设置髋关节机构12，并使该髋关节机构12穿戴在用户的其中一大腿部，以通过该跨关节机构向用户的其中一大腿提供助力；其中，由于该髋关节机构12是穿戴在用户的其中一大腿上，从而使得该下肢外骨骼机器人10在为偏瘫患者提供助力的同时，能够避免对用户的健康的另一侧腿部的行走造成影响；另外，通过进一步将髋关节机构12与腰部机构11可拆卸式连接，使得该下肢机器人能够根据用户实际偏瘫的腿部选择将髋关节机构12与腰部机构11的左侧或右侧连接，进而为用户的左大腿或右大腿提供助力。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种下肢外骨骼机器人，其特征在于，包括相互独立设置的髋关节机构、膝关节机构以及踝关节机构中的至少一种；

其中，所述髋关节机构包括髋关节主体以及第一驱动件；所述髋关节主体用于穿戴在用户的其中一大腿部；所述第一驱动件与所述髋关节主体连接，用于驱动所述髋关节主体运动，以向所述大腿部的运动提供助力；

所述膝关节机构包括膝关节主体以及第二驱动件；所述膝关节主体用于穿戴在所述用户的其中一大腿部和小腿部；所述第二驱动件与所述膝关节主体连接，用于驱动所述膝关节主体伸缩，以向所述用户的膝关节的运动提供助力；所述膝关节主体包括：

第二大腿穿戴件，用于穿戴在所述用户的大腿部后侧；所述第二驱动件与所述第二大腿穿戴件固定连接；

小腿穿戴件，用于穿戴在所述用户的小腿部的腿肚；

第一杆体，与所述第二大腿穿戴件或所述第二驱动件固定连接；

第二杆体，所述第二杆体的一端套设在所述第一杆体上，另一端与所述小腿穿戴件固定连接；

丝杆组件，所述丝杆组件的一端与所述第二驱动件连接，另一端与所述第二杆体连接；所述丝杆组件包括丝杆和丝杆导轨，所述丝杆的一端与所述第二驱动件连接，所述丝杆的另一端与所述第二杆体连接，以通过所述第二驱动件驱动所述丝杆转动，从而带动所述第二杆体相对第一杆体移动，进而驱动用户的膝关节运动；

所述踝关节机构包括踝关节主体以及第三驱动件；其中，所述踝关节主体包括腿部组件、脚部组件和腿部护具，所述腿部护具用于穿戴在所述用户的小腿部的前侧；

所述腿部组件包括：

腿部框架，绕设在所述用户的小腿部；所述第三驱动件与所述腿部框架连接；

第一连接杆，所述第一连接杆的第一端与所述第三驱动件连接，其中，所述第三驱动件用于驱动所述第一连接杆转动，以向所述用户的踝关节的运动提供助力；

腿部支撑杆，所述腿部支撑杆的一端与所述第一连接杆的第二端转动连接；

第二连接杆，所述第二连接杆的第一端与所述腿部支撑杆转动连接，第二端和所述脚部组件转动连接；

第一夹持板，所述第一夹持板的第一端与所述腿部框架固定连接，第二端与所述第二连接杆转动连接；所述第一夹持板用于夹持在所述用户的小腿部的一侧；其中，所述第一连接杆、所述腿部支撑杆、所述第二连接杆以及所述第一夹持板形成四连杆结构；

其中，所述第一连接杆为所述四连杆结构中长度最短的杆。

2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人，其特征在于，还包括腰部机构，用于穿戴在所述用户的腰部；

所述髋关节主体包括：

第一连接件，与所述腰部机构可拆卸式连接；所述第一驱动件设置于所述第一连接件；

旋转组件，与所述第一驱动件连接，所述旋转组件用于穿戴在所述用户的大腿部；所述第一驱动件用于驱动所述旋转组件旋转。

3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节主体还包括限位件；所述限位件设置在所述第一连接件上，用于对所述旋转组件的旋转角度进行限位。

4.根据权利要求2或3所述的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述旋转组件包括：

旋转件，所述旋转件的第一端与所述第一驱动件连接；

延伸杆；

第二连接件，设置在所述旋转件的第二端，所述延伸杆通过所述第二连接件与所述旋转件可拆卸式连接；

第一大腿穿戴件，用于穿戴在所述用户的大腿部；

第三连接件，设置在所述第一大腿穿戴件上，所述第一大腿穿戴件通过所述第三连接件与所述延伸杆可拆卸式连接。

5.根据权利要求2所述的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部机构包括：

腰部支撑组件，用于抵靠在所述用户的背部；

第一包围板，滑动连接在所述腰部支撑组件的第一端，用于卡接在所述用户的腰部的一侧；和/或，

第二包围板，滑动连接在所述腰部支撑组件的与所述第一端相背设置的第二端，用于卡接在所述用户的腰部的与所述一侧相对的另一侧。

6.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述第一驱动件、所述第二驱动件和/或所述第三驱动件为电机。

7.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腿部支撑杆包括：

第一支撑体，所述第一支撑体的第一端与所述第一连接杆的第二端转动连接；

第二支撑体，所述第二支撑体的第一端与所述第一支撑体滑动连接，第二端与所述第二连接杆转动连接。