CN209611660U

CN209611660U - 一种柔性关节外骨骼机器人

Info

Publication number: CN209611660U
Application number: CN201821464897.3U
Authority: CN
Inventors: 张强; 黄河; 刘飞
Original assignee: Nanjing Weisi Medical Polytron Technologies Inc
Current assignee: Nanjing Weisi Medical Polytron Technologies Inc
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2028-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种柔性关节外骨骼机器人，包括：电机；用于控制电机的控制器；通过电机牵引用于实现腿部运动的绳索；与电机连通，且能够向控制器反馈绳索的位置信息和力信息的调节器；通过绳索驱动并能够实现小腿运动且能向控制器反馈关节角位置信息的腿部关节组件，所述的腿部关节组件对应设置有两组；向控制器、调节器、电机供电的电源。本实用新型不仅大大减小了关节的体积，且降低了关节惯性，提高了关节柔性，大大改善了用户穿戴使用的舒适度。

Description

一种柔性关节外骨骼机器人

技术领域

本实用新型涉及一种外骨骼机器人，尤其是涉及一种柔性关节外骨骼机器人，属于医疗器械技术领域。

背景技术

外骨骼机器人作为一种新兴的技术，被广泛应用于临床医疗领域，可以治疗患者由于中风、受伤而导致的上下肢运动功能障碍问题。

目前，所使用的外骨骼机器人，在结构上，一般是由若干刚性连杆通过关节驱动模块连接，致动器（电机、液压、气压等）带动关节执行器，执行器驱动关节连杆按照控制器设定的算法运动。刚性连杆结构有利于控制关节角度达到精确定位的目的。但是，临床上刚性关节导致关节冲击较大，用户穿戴舒适感较差，甚至可能引发关节二次拉伤等安全事故；另一方面，刚性关节往往需要致动器直接安装于关节位置，这将增大关节惯性，使患者感到疲劳。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种增强了关节柔顺性、降低了关节惯性、提高了用户穿戴舒适度的柔性关节外骨骼机器人。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，包括：

电机；

用于控制电机的控制器；

通过电机牵引用于实现腿部运动的绳索；

与电机连通，且能够向控制器反馈绳索的位置信息和力信息的调节器；

通过绳索驱动并能够实现小腿运动且能向控制器反馈关节角位置信息的腿部关节组件，所述的腿部关节组件对应设置有两组；

向控制器、调节器、电机供电的电源。

进一步，上述的调节器内设置有能够向控制器反馈绳索的位置信息的拉线编码器。

且上述的调节器内还设置有能够向控制器反馈绳索的力信息的力传感器。

更进一步，上述的腿部关节组件包括设置在大腿部的第一连杆、设置在小腿部的第二连杆、将第一连杆和第二连杆连通的柔性关节组件。

而所述的柔性关节组件则包括依次同轴设置的关节编码器、支架的第一连接臂、制动器、与第一连杆连接的磁流变阻尼器、固定器、带轮和支架的第二连接臂，所述的支架与第二连杆连接，而所述的绳索则设置有两根，均由所述的调节器引出后，经第一连杆后固定在带轮上。

此外，所述的第一连杆上还至少设置有一个用于对绳索进行限位和导向的滑轮。

且，两第一连杆之间还设置有用于将腿部关节组件固定在髋部且可实现围度调节的中央调节机构。

为了实现对腿部的支撑和限位，上述的第一连杆、第二连杆上均设置有用于对腿部进行支撑和限位的防护罩，所述的防护罩的曲线度与腿部弧度一致。

此外，为了节省空间，上述的电机、调节器、控制器和电源集成在一控制柜内。

本实用新型的有益之处在于：本实用新型通过控制部分和机械部分的柔性连接，通过绳索力、位置反馈信息动态跟踪与调节关节角度，同时利用磁流变阻尼器根据不同的关节相位角度施加不同阻尼，从而达到关节角度柔性可控的目的。本实用新型不仅大大减小了关节的体积，且降低了关节惯性，提高了关节柔性，大大改善了用户穿戴使用的舒适度。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的第一轴侧图；

图2是本实用新型一实施例的第二轴侧图；

图3是本实用新型一实施例的正视图；

图4是本实用新型所述的柔性关节组件的结构示意图。

图中附图标记的含义：

1、控制柜 2、中央调节机构 3、绳索 4、滑轮

5、第一连杆 6、防护罩 7、第二连杆

8、柔性关节组件 80、固定器 81、带轮 82、枢轴

83、支架 84、制动器 85、关节编码器

86、磁流变阻尼器 9、控制器 10、电源 11、调节器

12、电机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

图1是本实用新型一实施例的第一轴侧图；图2是本实用新型一实施例的第二轴侧图；图3是本实用新型一实施例的正视图。

如图1-图3所示：本实用新型所述的柔性关节外骨骼机器人包括两大部分，第一部分为控制部分，第二部分为机械部分，控制部分和机械部分通过绳索进行柔性连通，并实现控制部分对机械部分的运动控制。

其中，控制部分包括控制器9、电源10、电机12、调节器11，电机12及与其相连的调节器11对称设置有两组，分别对应病人待进行康复训练的两条腿，且控制器9、电源10、电机12、调节器11，共同集成在控制柜1内，电源为控制器9、电机12、调节器11供电，且调节器11上设置有能够向控制器9反馈绳索3的位置信息的拉线编码器和反馈绳索3的力信息的力传感器，用于反馈张力信息实现绳索精确的力控制。

而机械部分则为腿部关节组件，具体包括设置在大腿部的第一连杆5、设置在小腿部的第二连杆7、将第一连杆5和第二连杆7连通的柔性关节组件8，且柔性关节组件8具备包括依次同轴设置的关节编码器85、支架83的第一连接臂、制动器84、与第一连杆5连接的磁流变阻尼器86、固定器80、带轮81和支架83的第二连接臂，支架83与第二连杆7连接，且在本实施例中，支架83为一U型支架，绳索3设置有两根，均由调节器11引出后，经第一连杆5后固定在带轮81上。用于对绳索3进行限位和导向的滑轮4设置在第一连杆5的近电机端，而用于对腿部进行支撑和限位的防护罩6在本实施例中共设置有4个，分别设置在两第一连杆5、两第二连杆7上，且防护罩6的曲线度与腿部弧度一致。

本实施例所述的柔性关节外骨骼机器人具体的控制方法为：在控制器9中进行用户设定：设定如步长、步高、步速度等步态控制参数、初始化绳索3的张力、磁流变阻尼器86的阻尼系数、3）各关节角位置归零。调节器11内的拉线编码器检测绳索3的位置信息，力传感器检测绳索3的力信息，柔性关节组件8中的关节编码器85检测柔性关节组件8的角度，上述信息传输给控制器9，控制器9根据收集到的信息以及用户设定的信息控制磁流变阻尼器86调整阻尼力；柔性关节外骨骼机器人整体状态调整完毕后，控制器9下达指令，电机12（本实施例所用电机为伺服电机）工作，通过调节器11驱动绳索3运动，绳索3带动带轮81相对枢轴82转动，同时带动支架83转动，进而实现第二连杆7实现上下运动，实现整个驱动柔性关节组件8的伺服运动，从而实现小腿部的康复运动。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，包括：

电机；

用于控制电机的控制器；

通过电机牵引用于实现腿部运动的绳索；

向控制器、调节器、电机供电的电源。

2.根据权利要求1所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的调节器内设置有能够向控制器反馈绳索的位置信息的拉线编码器。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的调节器内设置有能够向控制器反馈绳索的力信息的力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的腿部关节组件包括设置在大腿部的第一连杆、设置在小腿部的第二连杆、将第一连杆和第二连杆连通的柔性关节组件。

5.根据权利要求4所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的柔性关节组件包括依次同轴设置的关节编码器、支架的第一连接臂、制动器、与第一连杆连接的磁流变阻尼器、固定器、带轮和支架的第二连接臂，所述的支架与第二连杆连接，而所述的绳索设置有两根，均由所述的调节器引出后，经第一连杆后固定在带轮上。

6.根据权利要求5所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的第一连杆上还至少设置有一个用于对绳索进行限位和导向的滑轮。

7.根据权利要求5或6所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，两第一连杆之间还设置有用于将腿部关节组件固定在髋部且可实现围度调节的中央调节机构。

8.根据权利要求5或6所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的第一连杆、第二连杆上均设置有用于对腿部进行支撑和限位的防护罩，所述的防护罩的曲线度与腿部弧度一致。

9.根据权利要求1所述的一种柔性关节外骨骼机器人，其特征在于，所述的电机、调节器、控制器和电源集成在一控制柜内。