一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人的制作方法

本实用新型涉及外骨骼技术领域，尤其涉及一种人体下肢外骨骼的康复机器人。

背景技术：

随着整个社会人口老龄化问题的突出和总体经济水平的提高，人们越来越注重健康并愿意花费大量的金钱。其中下肢运动功能的丧失作为严重影响人类正常行走的问题，越来越受到关注。这类身体损伤影响到患者的正常行走，容易增加患者生理和心理上的痛苦，使得患者经常心情低落，甚至丧失对生活的信心。

在传统的下肢康复过程中，理疗师在整个过程中扮演着非常重要的角色，也就是我们通常所了解的按摩师，不难想象，这种通过理疗师按摩的治疗方法，存在很多弊端。若训练得当，患者则会慢慢康复；如若不当，很有可能导致患者下肢失去永久的行走能力。因此，研究一种经济适用性高、易于穿戴且能用于人体下肢康复的外骨骼设备是非常有必要的。这种必要性促进了机器人技术在康复医疗领域的应用。康复机器人技术是近年来快速发展的一门新兴机器人技术，是机器人技术在康复医学领域的新应用。

下肢外骨骼康复机器人是针对下肢存在行走障碍的老年人或残疾人所设计的一款可穿戴的人机一体化机械装置，其融合了仿生学，人机工程学,电子技术，信息处理等多领域技术于一体。该装置目前主要应用于医疗康复和军事等领域，目的是给下肢存在运动障碍的患者提供助力行走，或扩充和增强一个人的生理机能，为人体提供保护、支撑等作用。例如，瘫患者可以借助下肢外骨骼康复机器人重新站立，并且可以通过下肢外骨骼康复机器人带动人体行走，进而康复训练，减缓人体下肢肌肉的萎缩。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于为下肢不能正常行走的患者提供一种下肢外骨骼机器人及康复机器人，结构简单，经济适用性高，跟随性好，能为患者提供助力行走。

本实用新型提供的下肢外骨骼康复机器人，包括动力储能装置、下肢外骨骼和承重鞋。所述动力储能装置包括背筐和储能电池，所述背筐放置在人体髋关节的上方，使用者随身携带所述背筐，所述储能电池放置在所述背筐内部；所述下肢外骨骼从上至下依次包括腰部调节装置和防侧倾装置、髋关节外骨骼、大腿外骨骼、膝关节外骨骼、小腿外骨骼和踝关节外骨骼；所述腰部调节装置和防侧倾装置都分别设有孔和滑槽，通过螺钉或销钉连接不同的孔位以适应不同的使用者穿戴，所述防侧倾装置与所述髋关节外骨骼绕竖直轴旋转连接；所述髋关节外骨骼与所述大腿外骨骼绕竖直轴旋转连接，所述大腿外骨骼与所述膝关节外骨骼绕竖直轴旋转连接；所述膝关节外骨骼与所述小腿外骨骼绕竖直轴旋转连接；所述小腿外骨骼与所述踝关节外骨骼旋转连接；所述承重鞋包括本体鞋、绑带支架，所述踝关节外骨骼与所述本体鞋通过螺钉固定连接；所述髋关节外骨骼、所述膝关节外骨骼和踝关节外骨骼配合，实现人体运动时行走、抬腿、收腿、坐立、站立等动作。

作为优选的方案，所述背筐上设有固定储能电池孔、背带孔和固定主控板孔，使用者可以根据自身情况在所述背筐上选择不同位置的背带孔固定背带。

作为优选的方案，所述腰部调节装置包括腰部调节杆、腰部销钉座和腰部销钉，所述腰部调节杆和所述腰部销钉座上分别设有孔和滑槽，使用者可以根据自身的情况实现有级调节，贴合使用。

作为优选的方案，所述防侧倾装置与所述腰部调节装置之间用轴和轴承刚性连接，实现人体运动时上下的自由度，所述防侧倾装置与所述髋关节外骨骼上部通过轴承座连接，实现人运动时左右的自由度，两侧支架上设有孔和滑槽，通过螺钉或销钉连接不同的孔位以配合使用者的腰部及臀部宽度。

作为优选的方案，所述髋关节外骨骼包括齿轮装配、电机组件、髋关节轴承座、测角器、内外旋限位块等，所述齿轮装配由小齿轮和大齿轮啮合而成，用来传递两相交轴之间的运动和动力，所述小齿轮是锥齿轮，所述大齿轮是锥齿轮，所述电机组件安装在所述齿轮装配末端，与矢状轴平行，输出动力传输给所述齿轮装配，驱动髋关节动作，所述内外旋限位块固定在所述髋关节轴承座上，确保髋关节机构在许可的角度范围内运动，所述测角器则测量使用者运动时髋关节所旋转的角度。所述髋关节齿轮轴转接与所述髋关节轴承座配合，实现使用者抬腿和收腿的动作。

作为优选的方案，所述大腿外骨骼包括胀套压紧螺母、绑腿固定架、绑腿固定件、绑腿件、绑腿、大腿、大腿调节杆。所述胀套压紧螺母安装在所述大腿调节杆上，所述大腿调节杆与所述大腿装配，无级调节，可以实现连续调节，所述绑腿上设有长槽固定绑带，紧密贴合使用者的腿部，所述绑腿固定架与所述绑腿固定件通过所述大腿固定，所述绑腿固定件与所述绑腿件上设有多排连接孔和导轨，进行有级调节。

作为优选的方案，所述膝关节外骨骼包括齿轮装配、电机组件、测角器等，所述电机组件安装在所述齿轮装配末端，与垂直轴平行，输出动力传输给所述齿轮装配，驱动膝关节动作，所述膝关节大齿轮轴转接和所述膝关节轴承座配合，实现使用者运动时小腿收放的动作。

作为优选的方案，所述小腿外骨骼包括胀套压紧螺母、胀套、小腿、小腿调节杆，所述胀套压紧螺母安装在所述小腿调节杆上，所述两者中间有胀套胀紧，所述小腿调解杆与所述小腿装配，可实现连续调节。

作为优选的方案，所述踝关节外骨骼可以实现跖屈和背屈的自由度，所述测距则测量使用者行走时前后及外侧的距离，规避障碍，所述气弹簧固定在所述气弹簧固定件上，所述气弹簧固定件用螺钉固定在所述脚底连接件上。

作为优选的方案，所述绑带支架设有槽，并固定在所述本体鞋上，绑带穿过槽固定使用者的脚。

本实用新型提供的一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人，多处可进行有级或无级调节，如腰部、绑腿、大腿、小腿、踝关节等，可适应不同的使用者；储能系统可以满足长时间的能量供应，质量轻，体积小，随身携带，节能环保，效率高等特点，满足使用者长时间的助力行走；总体机械结构材质轻，结实耐用，穿戴方便，可以支撑自身和穿戴者的重力，也可承受外界环境较大的冲击力，具有一定的刚度和强度；多电机动力支持，可以使肢体完美协调动作；人体工学外骨骼背带及绑带设计，紧密贴合用户形体，也可改善步行习惯，穿脱方便。

附图说明

图1是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人的主视图；

图2是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人的一个视觉的立体结构图；

图3是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人中腰部调节和防侧倾装置单元各角度的立体结构图；

图4是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人中髋关节外骨骼的立体结构示意图；

图5是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人中绑腿单元各角度的结构示意图；

图6是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人中膝关节外骨骼的立体结构示意图；

图7是本实用新型一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人中小腿和踝关节外骨骼的立体结构示意图。

图中：1.腰部轴承轴；2.腰部调节杆；3.腰部销钉座1；4.腰部销钉座2；5.内外旋限位块；6.髋关节电机座；7.髋关节主动轮轴承外压圈；8.电位计转接；9.胀套压紧螺母32-36；10.绑腿固定架1；11.绑腿固定件；12.绑腿件；13.绑腿；14.气弹簧座；15.腰部销钉；16.背筐；17.踝关节轴；18.踝关节轴承；19.踝关节轴承外压圈；20.踝关节加强板2；21.踝关节加强板1；22.脚底连接件1；23.本体鞋；24.踝关节加强3；25.气弹簧固定件1；26.测距机支架；27.测距；28.大齿轮轴；29.齿轮装配；30.髋关节轴承座；31.测角器；32.髋关节齿轮轴转接；33.小腿调节杆；34.踝关节座；35.编码器；36.电机；37.电机座；38.膝关节轴承座；39.膝关节大齿轮轴转接；40.腰部轴承座；41.腰部；42.腰部后横杆；43.电机组件；44.髋关节外骨骼；45.防侧倾装置；46.腰部调节装置；47.大腿外骨骼；48.膝关节外骨骼；49.小腿外骨骼；50.踝关节外骨骼；51.大腿；52.大腿调节杆；53.外绑腿；54.内绑腿；55.大齿轮；56.小齿轮；57.小腿；58.绑带支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。

如图1~6所示，一种基于人体下肢外骨骼的康复机器人。它包括动力储能装置、下肢外骨骼和承重鞋，所述动力储能装置包括背筐16和储能电池，所述背筐16放置在人体髋关节外骨骼的上方，所述储能电池放置在所述背筐内部；所述下肢外骨骼从上至下依次包括腰部调节装置46和防侧倾装置45、髋关节外骨骼44、大腿外骨骼47、膝关节外骨骼48、小腿外骨骼49和踝关节外骨骼50，所述腰部调节装置46和防侧倾装置45都分别设有孔和滑槽，通过螺钉或销钉连接不同的孔位以适应不同的使用者穿戴，所述防侧倾装置45与所述髋关节外骨骼44绕竖直轴旋转连接，所述髋关节外骨骼上设有限位装置，使用者在左右运动过程中只能转过一定的角度，以确保安全；所述髋关节外骨骼44与所述大腿外骨骼47绕竖直轴旋转连接，连接处通过胀套和胀套压紧螺母9压紧，当承受负荷时，靠胀套与大腿调节杆52相伴产生的摩擦力传递转矩或轴向力压紧，该安装方式易于安装，拆卸方便，强度高，联结稳定可靠；所述大腿外骨骼47与所述膝关节外骨骼48绕竖直轴旋转连接，连接处通过胀套和胀套压紧螺母9压紧；所述膝关节外骨骼48与所述小腿外骨骼49绕竖直轴旋转连接，连接处通过胀套和胀套压紧螺母9压紧；所述小腿外骨骼49与所述踝关节外骨骼50旋转连接；所述承重鞋包括本体鞋23、绑带支架58，所述踝关节外骨骼50与所述本体鞋23通过螺钉固定连接；所述髋关节外骨骼44、所述膝关节外骨骼48和踝关节外骨骼50配合，实现人体运动时行走、抬腿、收腿、坐立、站立等动作。

所述背筐16上设有固定储能电池孔、背带孔和固定主控板孔，使用者可以根据自身情况在所述背筐16上选择不同位置的背带孔固定背带。

如图3所示，所述腰部调节装置46包括腰部调节杆2、腰部销钉座3、4和腰部销钉15，所述腰部调节杆2和腰部销钉座3、4上设有孔和滑槽，所述腰部调节杆2在所述腰部销钉座3、4的槽里滑动，使用者可以根据自身的情况实现有级调节。

如图3所示，所述防侧倾装置45与所述腰部调节装置46之间用61807轴承轴1、腰部后横杆42、腰部41刚性连接，实现人体运动时上下的自由度，所述防侧倾装置45与所述髋关节外骨骼44上部通过7007轴承座40沿竖直轴旋转连接，实现人运动时左右的自由度，腰部41和7007轴承座40上设有孔和滑槽，通过螺钉或销钉连接不同的孔位以适应不同人群的腰部及臀部宽度。

如图4所示，所述髋关节外骨骼44包括齿轮装配29、电机组件43、髋关节轴承座30、测角器31、髋关节齿轮轴转接32、连接件、内外旋限位块5，所述齿轮装配29由小齿轮56和大齿轮55啮合而成，用来传递两相交轴之间的运动和动力，所述小齿轮56是锥齿轮，所述大齿轮55是锥齿轮，所述电机组件43安装在所述小齿轮56末端，与矢状轴平行，节省使用空间，输出动力传输给所述齿轮装配29，驱动髋关节外骨骼44动作，所述内外旋限位块5固定在所述髋关节轴承座30上，确保髋关节机构在安全许可的角度范围内左右运动，所述测角器31安装在所述大齿轮55上，测量使用者运动时髋关节所旋转的角度，所述髋关节齿轮轴转接32上设有多个减重槽，可减轻重量，去除减重槽形成的加强筋，增强该结构件强度，所述髋关节齿轮轴转接32与所述髋关节轴承座30配合，实现人体运动时抬腿和收腿的自由度。

如图5所示，所述大腿外骨骼47包括胀套压紧螺母9、绑腿固定架10、绑腿固定件11、绑腿件12、绑腿13、大腿51、大腿调节杆52。所述胀套压紧螺母9安装在所述大腿调节杆52上，所述大腿调节杆52与所述大腿51沿竖直轴旋转装配，通过胀套压紧螺母9和胀套在两者旋和处胀紧，实现无级调节，即可以连续调节，所述绑腿固定架10穿过所述绑腿13固定在所述绑腿固定件11上，所述绑腿13上设有长槽的绑带设计，紧密贴合使用者的形体，由绑腿固定架10穿过并固定在所述大腿51上，所述绑腿固定件11与所述绑腿件12上设有多排连接孔和导轨，进行有级调节，以适应不同形体的使用者，使用者可以调节适合使用的位置，用螺钉固定。

如图6所示，所述膝关节外骨骼48包括齿轮装配29、电机组件43、膝关节轴承座38、膝关节大齿轮轴转接39、测角器31、连接件，所述齿轮装配29由小齿轮56和大齿轮55啮合而成，用来传递两相交轴之间的运动和动力，所述小齿轮56是锥齿轮，所述大齿轮55是锥齿轮，所述电机组件43安装在所述小齿轮56末端，与垂直轴平行，空间最大合理化运用，输出动力传输给所述齿轮装配29，驱动膝关节动作，所述测角器31固定在所述大齿轮55上，测量使用者运动时膝关节所旋转的角度，所述膝关节大齿轮轴转接39上设有多个减重槽，可减轻重量，去除减重槽形成的加强筋，增强该结构件强度，所述膝关节大齿轮轴转接39和所述膝关节轴承座38配合，实现人体运动时小腿收放的动作。

如图7所示，所述小腿外骨骼49包括胀套压紧螺母9、小腿57、小腿调节杆33，所述胀套压紧螺母9安装在所述小腿调节杆33上，所述小腿调节杆33与所述小腿57沿竖直轴旋转装配，通过胀套压紧螺母9和胀套在两者旋和处胀紧，实现无级调节，即可以连续调节。

如图7所示，所述踝关节外骨骼50包括踝关节法兰、踝关节座34、踝关节轴承18、踝关节轴17、踝关节加强板20、气弹簧、气弹簧固定件25、测距机支架26、测距27、脚底连接件22，所述踝关节外骨骼50可以实现跖屈（踮脚尖）和背屈（勾脚尖）的自由度，所述测距27固定在所述测距机支架26上，测量使用者行走时前后，外侧面的距离，规避障碍，所述气弹簧固定在所述气弹簧固定件25上，所述气弹簧固定件25用螺钉固定在所述脚底连接件22上，提供一种能够减缓人在穿戴所述外骨骼机器人行走时脚着地瞬间地面带来的冲击力，并起到脚着地缓冲的作用，保护使用者的膝关节和踝关节不受伤害，行走过程更为舒适。

所述绑带支架58上设有槽，并固定在所述本体鞋23上，绑带穿过槽固定使用者的脚。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型的思想，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。