专利名称：用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及康复工程领域，具体涉及一种用于下肢假肢性能测试的双足步行机器 人装置。
背景技术：
2006年残疾人抽样调查结果表明，我国有各类残疾人8296万，其中肢体残疾2412 万，其中有很多截肢者。安装假肢使截肢者能够平衡和装饰缺失的肢体，而且能够部分恢复 和代偿因肢体缺失带来的功能丧失。尤其是对于大腿等下肢截肢的患者，假肢能够帮助他 们代偿站立和行走，恢复生活自理，甚至回归社会，提高他们的生活质量，减轻家庭和社会 负担。经历数百年的发展，假肢的材质从木头和皮革发展到用钛合金、碳纤维和硅胶等 材料，假肢的关节阻尼从固定不变发展到可以根据步速和路况等变化而进行自适应控制， 下肢假肢从自身力源驱动发展到用电机驱动关节的屈伸。尤其是自20世纪90年代智能膝 关节的出现，有效地改善了假肢的步态。但是下肢假肢性能的测试设备仍然只能进行简单的磨损等寿命相关的检测，对智 能膝关节和踝关节等与步速等变化相关的假肢性能的测试，通常要通过截肢者穿戴实验来 进行定性调试和评估，因此急需能够模拟人行走步态，进行对智能下肢假肢进行定量调试 和评估的装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题在于，针对缺乏能够模拟人体步态、对智能下肢假肢进 行定量调试和评估的装置，提供一种能够在平地和跑步机上进行智能下肢假肢定量测试和 评估的双足步行机器人装置。( 二 )技术方案为实现上述目的，本发明的技术方案是采用一种用于下肢假肢性能测试的双足步 行机器人装置，包括支撑底座；脚轮，安装于所述支撑底座的下部；支架，垂直固定在所述 支撑底座上；支座；上直杆和下直杆，两端均分别铰接在所述支架和支座之间，并且上直杆 位于下直杆的上侧；右腿组件和左腿组件，分别设于所述支座的两侧，并与地面垂直。其中，所述右腿组件和左腿组件的组成部件相同，均包括假脚、小腿杆、小腿杆连 接件、膝关节码盘、膝关节电机、膝关节减速器、膝关节连接件、大腿杆、大腿杆连接件、髋关 节码盘、髋关节电机、髋关节减速器和髋关节连接件，假脚通过小腿杆经小腿杆连接件固连 到由膝关节码盘、膝关节电机和膝关节减速器组成的膝关节驱动器的输出轴上，膝关节驱 动器通过膝关节连接件经大腿杆和大腿杆连接件固连到由髋关节码盘、髋关节电机和髋关 节减速器组成的髋关节驱动器的输出轴上，髋关节驱动器经髋关节连接件固连到支座上。其中，所述支架为长度可调式支架。
3
其中，所述上直杆和下直杆的长度相同。其中，所述上直杆及下直杆的两端与所述支座、支架铰接的四个铰接轴在其矢状 面构成平行四边形。其中，所述上直杆为Y型直杆。其中，还包括随动弹簧，其两端分别与所述支架和所述下直杆铰接。其中，所述脚轮为具有锁紧机构，用于锁紧脚轮的转动。其中，所述支撑底座为四方形框架结构，所述脚轮设有四个，分别设于所述支撑底 座的四个角下方。(三)有益效果本发明能够在平地和跑步机上进行智能下肢假肢定量测试和评估。
图1是本发明的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置在平地上的轴测 图；图2是本发明的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置在跑步机上的轴 测图；图3是本发明的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置的右腿组件轴测 图；图4是待测试的假肢膝关节安装在双足步行机器人装置左腿组件上时的轴测图。图中1、脚轮；2、支撑底座；3、支架；4、随动弹簧；5、下直杆；6、上直杆；7、支座； 8、右腿组件；9、左腿组件；11、假脚；12、小腿杆；13、小腿杆连接件；14、膝关节码盘；15、膝 关节电机；16、膝关节减速器；17、膝关节连接件；18、大腿杆；19、大腿杆连接件；20、髋关节 码盘；21、髋关节电机；22、髋关节减速器；23、髋关节连接件；31、小腿杆连接座；32、假肢膝 关节；33、假肢膝关节连接座。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明的核心构思在于，利用一个可以在平地或者跑步机模仿人体矢状面步态的 双足步行机器人，将其膝关节换成待测试假肢膝关节或将其假脚换成待测假脚，模仿截肢 者由大腿或者小腿残端带动假肢在平地或者跑步机上进行行走功能测试。髋关节和膝关节 电机可以根据需要按照快中慢多种步速行走，带动假肢膝关节或者假脚完成相应步速的性 能测试。参考图1所示，本发明的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置由脚轮1、 支撑底座2、可调支架3、随动弹簧4、下直杆5、上直杆6、支座7、右腿组件8和左腿组件9 组成。支撑底座2采用四方形框架结构。四个脚轮1通过螺栓安装在四方形框架的四个 角上。脚轮1为带有锁紧机构(未图示)的脚轮。四个脚轮起到支撑双足步行机器人并保 持其平衡的作用。在跑步机上行走时，锁紧机构锁紧脚轮1不动；在平地行走时，锁紧机构 开启，脚轮1在地面上滚动。支架3垂直安装在支撑底座2上。支架3采用长度可调式支架，在跑步机上行走时，支架3可以伸长，把机器人右腿组件8及左腿组件9的假脚11底面 升高到跑步机表面所在高度。在支架3和下直杆5之间铰接一个随动弹簧4，使得在行走过 程中，整个机构的重心能够类似人行走一样上下起伏，步态接近人体步态。在图1中，上直杆6采用Y型直杆。下直杆5和上直杆6长度相同，两端都分别铰 接在支架3和支座7之间，且矢状面四个铰链轴构成平行四边形，以保证机器人双腿在行走 时，机器人只进行上下被动运动，而无倾斜。支座7起到与下直杆5、上直杆6和可调支架3 构成平行四杆机构，以及支撑右腿组件8和左腿组件9的作用。参考图2所示，本发明的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置可以在跑 步机上使用。参考图3所示，本发明的右腿组件8 (左腿组件8与右腿组件9的区别只是电机安 装的方向，其所有零部件都相同)由假脚11、小腿杆12、小腿杆连接件13、膝关节码盘14、 膝关节电机15、膝关节减速器16、膝关节连接件17、大腿杆18、大腿杆连接件19、髋关节码 盘20、髋关节电机21、髋关节减速器22和髋关节连接件23组成。假脚11通过小腿杆12 经小腿杆连接件13固连到由膝关节码盘14、膝关节电机15和膝关节减速器16组成的膝 关节驱动器的输出轴上。膝关节驱动器通过膝关节连接件17经大腿杆18和大腿杆连接件 19固连到由髋关节码盘20、髋关节电机21和髋关节减速器22组成的髋关节驱动器的输出 轴上。髋关节驱动器经髋关节连接件23固连到支座上。图4是待测试的假肢膝关节安装在双足步行机器人装置左腿组件上时的轴测图。 如图4所示，将待测试的假肢膝关节32的上端通过假肢膝关节连接座33连接到本发明的 大腿杆18上，将待测试的假肢膝关节32的下端通过小腿杆连接座31连接到小腿杆12上， 这就完成了用待测试的假肢膝关节替换本发明的机器人膝关节的过程，构成了假肢膝关节 性能测试双足步行机器人装置，可以模仿截肢者由大腿带动假肢膝关节在平地或者跑步机 上进行行走功能测试。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于，包括支撑底座(2)；脚轮(1)，安装于所述支撑底座(2)的下部；支架(3)，垂直固定在所述支撑底座(2)上；支座(7)；上直杆(6)和下直杆(5)，两端均分别铰接在所述支架(3)和支座(7)之间，并且上直杆(5)位于下直杆(6)的上侧；右腿组件(8)和左腿组件(9)，分别设于所述支座(7)的两侧，并与地面垂直。
2.如权利要求1所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 所述右腿组件(8)和左腿组件(9)的组成部件相同，均包括假脚(11)、小腿杆(12)、小腿杆连接件(13)、膝关节码盘(14)、膝关节电机(15)、膝关 节减速器(16)、膝关节连接件(17)、大腿杆(18)、大腿杆连接件(19)、髋关节码盘(20)、髋 关节电机(21)、髋关节减速器(22)和髋关节连接件(23)，假脚(11)通过小腿杆(12)经小腿杆连接件(13)固连到由膝关节码盘(14)、膝关节电 机(15)和膝关节减速器(16)组成的膝关节驱动器的输出轴上，膝关节驱动器通过膝关节连接件(17)经大腿杆(18)和大腿杆连接件(19)固连到由 髋关节码盘(20)、髋关节电机(21)和髋关节减速器(22)组成的髋关节驱动器的输出轴上， 髋关节驱动器经髋关节连接件(23)固连到支座(7)上。
3.如权利要求1所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 所述支架(3)为长度可调式支架。
4.如权利要求1所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 所述上直杆(6)和下直杆(5)的长度相同。
5.如权利要求4所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 所述上直杆(6)及下直杆(5)的两端与所述支座(7)、支架(3)铰接的四个铰接轴在其矢状 面构成平行四边形。
6.如权利要求1所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 所述上直杆(6)为Y型直杆。
7.如权利要求1所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 还包括随动弹簧(4)，其两端分别与所述支架(3)和所述下直杆(5)铰接。
8.如权利要求1所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，其特征在于， 所述脚轮(1)为具有锁紧机构，用于锁紧脚轮的转动。
9.如权利要求1 8中任一项所述的用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置， 其特征在于，所述支撑底座(2)为四方形框架结构，所述脚轮(1)设有四个，分别设于所述支撑底座 (2)的四个角下方。
全文摘要
本发明涉及一种用于下肢假肢性能测试的双足步行机器人装置，包括支撑底座(2)；脚轮(1)，安装于所述支撑底座(2)的下部；支架(3)，垂直固定在所述支撑底座(2)上；支座(7)；上直杆(6)和下直杆(5)，两端均分别铰接在所述支架(3)和支座(7)之间，并且上直杆(5)位于下直杆(6)的上侧；右腿组件(8)和左腿组件(9)，分别设于所述支座(7)的两侧，并与地面垂直。本发明能够在平地和跑步机上进行智能下肢假肢定量测试和评估。
文档编号A61F2/76GK101856286SQ20101018273
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者刘启栋, 杨鹏, 沈强, 王人成 申请人:清华大学