专利名称：便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人。
背景技术：
目前针对下肢功能障碍的康复治疗主要依赖于治疗师一对一或多对一的徒手训练，难以实现高强度、有针对性和重复性的康复训练要求，人工训练的成本很高。目前有关下肢康复训练的机器人，就康复训练模式主要有吊挂跑步式、坐卧式。就关节运动的驱动模式而言，主要有链条驱动式、气动式、液压驱动式等机械驱动模式。这些训练模式或驱动模式，一个共同的特点是驱动机构体积庞大，不适合穿戴，更不具有便携功 能，且同时需要多位辅助人员进行辅助。
发明内容
基于此，有必要针对传统下肢康复训练的机器人的驱动机构体积庞大不适合穿戴的问题，提供一种驱动机构轻巧、适合穿戴、便于携带的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人。一种便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，包括依次连接的髋关节部件、大腿支撑部件、膝关节部件、小腿支撑部件和踝关节脚部部件；其中所述髋关节部件包括髋关节支撑件、第一螺旋副组件、髋关节运动件、腿部运动件、第一连杆及第一驱动电机，所述第一螺旋副组件包括第一螺旋轴和与第一螺旋轴螺旋连接的第一螺旋滑块，所述第一螺旋轴的一端安装在髋关节支撑件中，所述第一螺旋轴的另一端与第一驱动电机的输出轴连接，所述第一螺旋滑块与第一连杆转动连接，所述第一连杆同时与髋关节运动件转动连接，并且所述髋关节支撑件、髋关节运动件及腿部运动件依次转动连接，其中所述髋关节运动件与所述髋关节支撑件转动连接形成允许大腿向前摆动的自由度，所述腿部运动件与所述髋关节运动件转动连接形成允许大腿侧向摆动的自由度；所述大腿支撑部件固定在所述腿部运动件上；所述膝关节部件包括膝关节支撑件、固定在所述膝关节支撑件上且与所述大腿支撑部件固定连接的大腿连接件、第二驱动电机、第二螺旋副组件、第二连杆及与所述膝关节支撑件转动连接的膝关节运动件，所述第二螺旋副组件包括第二螺旋轴和与第二螺旋轴螺旋连接的第二螺旋滑块，所述第二螺旋轴的一端安装在所述膝关节支撑件上，所述第二螺旋轴的另一端与所述第二驱动电机的输出轴连接，所述第二连杆的两端分别与所述第二螺旋滑块和所述膝关节运动件转动连接；所述小腿支撑部件固定在所述膝关节运动件上。在其中一个实施例中，还包括与所述第一螺旋滑块滑动连接的第一导杆，所述第一导杆固定在所述髋关节支撑件上；还包括与所述第二螺旋滑块滑动连接的第二导杆，所述第二导杆固定在所述膝关节支撑件上。在其中一个实施例中，还包括第四连杆轴、膝关节运动件转动轴及限位杆，其中所述膝关节支撑件的底部设有第二枢接空腔，所述膝关节运动件的上部设有两个枢接部，所述枢接部上分别设有通孔，所述两个枢接部容纳在所述第二枢接空腔中，所述第四连杆轴穿过其中一个枢接部上的通孔并将所述膝关节运动件与所述第二连杆转动连接，所述膝关节运动件转动轴穿过另一个枢接部上的通孔并将所述膝关节运动件与所述膝关节支撑件转动连接。在其中一个实施例中，所述膝关节支撑件的底部上开设有与所述枢接空腔连通的限位孔，所述限位杆定位在所述限位孔中并位于所述两个枢接部之间。在其中一个实施例中，还包括手柄、卡扣轴、手柄转轴、弹簧轴及弹簧，所述腿部运动件具有正面、侧面及底面，其中所述侧面和大腿向前的方向对应，所述侧面上开设有侧面凹槽，所述正面上开设有正面固定孔和与所述侧面凹槽连通的正面槽孔，所述底面上开设有底面安装孔，其中卡扣轴可滑动地安装在所述正面槽孔中，所述弹簧轴固定在所述侧面凹槽中，所述弹簧的两端分别扣在所述卡扣轴和所述弹簧轴上，所述手柄通过所述手柄转轴与所述正面固定孔的配合可转动地安装在所述腿部运动件上，所述手柄具有分别位于所述侧面凹槽内外的推拉部及操作部，所述推拉部与所述弹簧相抵接；所述大腿支撑部件包 括一端插入到所述底面安装孔中的大腿支撑杆，所述大腿支撑杆上开设有与所述卡扣轴卡扣配合的防脱槽，所述手柄转动时压缩弹簧并带动所述卡扣轴与所述防脱槽达成或解除卡扣配合，所述大腿支撑杆的另一端与所述膝关节部件固定连接。在其中一个实施例中，所述大腿支撑杆还设有与所述手柄的操作部卡扣配合的止转槽。在其中一个实施例中，所述小腿支撑部件包括小腿支撑杆和与所述小腿支撑杆固定在一起的小腿绷带盘，所述小腿支撑杆分别与所述膝关节部件和所述踝关节脚部部件固定连接。在其中一个实施例中，所述踝关节脚部部件包括鞋履、固定在鞋履上的踝关节座，及小腿支撑套，所述小腿支撑套与所述小腿支撑杆固定连接，所述小腿支撑套与所述踝关节座之间通过活动球铰接以形成踝关节脚部部件任意方向的自由度。在其中一个实施例中，还包括腰部支撑部件，所述腰部支撑部件包括用以固定到人体上的腰部固定部件和固定在所述髋关节支撑件上的腰部活动部件，其中所述腰部活动部件上固定有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴上安装有驱动齿轮，所述腰部固定部件具有与所述驱动齿轮啮合的齿轮。在其中一个实施例中，所述腰部活动部件包括腿部部件支撑板、固定在腿部部件支撑板上的腰部固定部件支撑轴，所述腿部部件支撑板固定在所述髋关节支撑件上，所述第三驱动电机安装在腿部部件支撑板上；所述腰部固定部件包括腰部垫板，所述齿轮固定在所述腰部垫板上且安装在所述腰部固定部件支撑轴上。上述便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，髋关节部件、膝关节部件均采取电机驱动螺旋副带动连杆的方式，进而带动关节运动，驱动机构体积轻巧，适合穿戴且便于携带。
图I为本实施方式外骨骼机器人的分解图2至图3为髋关节部件分解后各元件的结构示意图；图4为髋关节部件中的腿部运动件与大腿支撑部件连接状态的剖视图；图5为髋关节部件组合后的剖视图；图6为大腿支撑部件的分解图；图7为大腿支撑杆的局部放大图；图8至图9为膝关节部件分解后各元件的结构示意图；图10为膝关节部件组合后的剖视图；图11为小腿支撑部件的分解图； 图12为踝关节脚部部件的分解图；图13至图14为腰部支撑部件分解后各元件的结构示意图；图15为腰部支撑部件的组装图；图16为本实施方式外骨骼机器人站姿示意图；图17为本实施方式外骨骼机器人走姿示意图；图18为本实施方式外骨骼机器人坐姿示意图。
具体实施例方式请参考图I及图16至图18，本实施方式的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人包括依次连接并组成完整腿部部件的髋关节部件I、大腿支撑部件2、膝关节部件3、小腿支撑部件4、踝关节脚部部件5，及与髋关节部件I固定连接的腰部支撑部件6。请参考图2和图3，髋关节部件I包括第一驱动电机I. I、第一联轴器I. 2、第一电机座I. 3、第一轴承I. 4、第一螺旋轴I. 5、第一螺旋滑块I. 6、第一连杆轴I. 7、第一连杆I. 8、第一导杆I. 9、第二轴承I. 10、髋关节支撑件I. 11、第二连杆轴I. 12、髋关节转动轴I. 13、髋关节运动件I. 14、腿部运动件转动轴I. 15、腿部运动件I. 16、手柄转轴I. 17、手柄I. 18、弹簧轴I. 19、弹簧I. 20及卡扣轴1.21。下面详述各元件之间的组装关系。第一驱动电机I. I安装在第一电机座I. 3上。第一电机座I. 3固定在髋关节支撑件I. 11的顶部。第一联轴器I. 2位于第一电机座I. 3内并与第一驱动电机I. I的输出轴连接。第一轴承I. 4也安装在第一电机座I. 3内。第二轴承I. 10则安装在髋关节支撑件I. 11的轴承孔中。第一螺旋滑块I. 6螺旋安装在第一螺旋轴I. 5上，二者构成第一螺旋副组件。第一螺旋轴I. 5的一端由第一轴承I. 4支撑且通过第一联轴器I. 2与第一驱动电机I. I的输出轴连接。第一螺旋轴I. 5的另一端则自髋关节支撑件I. 11的顶部插入髋关节支撑件I. 11中且由第二轴承I. 10支撑。第一驱动电机I. I带动第一螺旋轴I. 5转动，使第一螺旋滑块I. 6在第一螺旋轴I. 5上直线运动。第一导杆I. 9的两端分别固定在第一电机座I. 3和髋关节支撑件I. 11上，且其穿过第一螺旋滑块I. 6，二者达成滑动连接，以对第一螺旋滑块I. 6在第一螺旋轴I. 5上的移动进行导向。第一连杆I. 8的一端通过第一连杆轴I. 7与第一螺旋滑块I. 6转动连接，另一端通过第二连杆轴I. 12转动连接于髋关节运动件I. 14。髋关节运动件I. 14的上部通过髋关节转动轴I. 13转动连接于髋关节支撑件I. 11的底部。第二连杆轴I. 12和髋关节转动轴I. 13分别位于髋关节运动件I. 14的上部的两端，从图2和图3中可以看到，髋关节支撑件I. 11的底部设有可以容纳髋关节运动件I. 14的第一枢接空腔I. 111，髋关节运动件I. 14上部的两端则分别设有一穿孔I. 141，以分别与第二连杆轴I. 12和髋关节转动轴I. 13配合，使髋关节运动件I. 14分别与第一连杆I. 8和髋关节支撑件I. 11转动连接。如图3所示，髋关节运动件I. 14的底部设有两个第一枢接槽I. 142，侧部开设有贯穿的第二枢接槽I. 143。腿部运动件I. 16的上部设有两个凸台I. 161。凸台I. 161上设有通孔(未标号)。两个凸台I. 161分别容纳在两个第一枢接槽I. 142中。腿部运动件转动轴I. 15穿过第二枢接槽I. 143和凸台I. 161上的通孔,使腿部运动件I. 16可转动地连接在髋关节运动件I. 14的底部。由此,髋关节支撑件I. 11、髋关节运动件I. 14及腿部运动件I. 16依次转动连接。本实施方式中，髋关节支撑件I. 11的底部的第一枢接空腔I. 111允许髋关节运动件I. 14在大腿向前及向后运动的方向上摆动，而第一枢接槽I. 142则允许腿部运动件I. 16在大腿侧向运动的方向上摆动。换言之，髋关节运动件I. 14与髋关节支撑件I. 11转动连 接形成允许大腿前后摆动的自由度，腿部运动件I. 16与髋关节运动件I. 14转动连接形成允许大腿侧向摆动的自由度，由此髋关节部件I能够适应大腿前后摆动的动作要求及大腿侧向摆动的动作要求。请参考图2和图5，本实施方式中，第一电机座I. 3固定在髋关节支撑件I. 11的顶部，髋关节支撑件1.11顶部设有空腔，且该空腔与其底部的第一枢接空腔1.111相通，其中第一螺旋滑块I. 6位于空腔中，第一连杆I. 8上下两部分系分别位于空腔和第一枢接空腔I. 111中，换言之，第一螺旋滑块I. 6和第一连杆I. 8均位于髋关节支撑件I. 11内部，如此使得髋关节部件I整体结构紧凑，且外观整洁。当然，也可以不这样设置，如第一螺旋滑块I. 6在髋关节支撑件I. 11外面移动，第一连杆I. 8于髋关节支撑件I. 11的外部同时与第一螺旋滑块I. 6和髋关节运动件I. 14转动连接。如图3至图5所示，腿部运动件I. 16具有正面、侧面及底面，侧面与大腿向前方向对应。侧面上开设有侧面凹槽I. 162。正面上开设有与侧面凹槽I. 162连通的正面槽孔
I.163，及正面固定孔I. 164。底面上开设有与侧面凹槽I. 162连通的底面安装孔I. 165。卡扣轴I. 21滑动安装在正面槽孔I. 163中且伸入到底面安装孔I. 165中，弹簧轴I. 19固定在侧面凹槽I. 162中，前述弹簧I. 20的两端分别扣住卡扣轴I. 21和弹簧轴I. 19。手柄转轴I. 17穿过正面固定孔I. 164并将手柄I. 18可转动地安装在腿部运动件I. 16的侧面。手柄I. 18包括分别位于侧面凹槽I. 162内外的推拉部I. 181及操作部I. 182，推拉部I. 182与弹簧I. 20相抵接，如此，转动操作部I. 182时，推拉部I. 182压缩弹簧I. 20，进而带动卡扣轴I. 21在正面槽孔I. 163中滑动。卡扣轴I. 21的作用是把大腿支撑部件2固定在腿部运动件I. 16上，后文中将进一步描述。推拉部I. 182上设有开槽，供弹簧I. 20的一端穿过后扣在卡扣轴I. 21上，以方便地压缩弹簧I. 20。请参考图6和图7，大腿支撑部件2包括第一球头栓2. I、第一球头栓销2. 2、大腿绷带盘2. 3、大腿绷带盘连接器2. 4、大腿支撑杆2. 5及大腿绷带2. 6。大腿绷带盘2. 3的中央部位开设有通孔。大腿支撑杆2. 5和大腿绷带盘连接器2. 4位于大腿绷带盘2. 3的一侧,第一球头栓2. I和第一球头栓销2. 2位于大腿绷带盘2. 3的另一侧。第一球头栓2. I与大腿绷带盘连接器2. 4的一端活动铰接。第一球头栓销2. 2则插在第一球头栓2. I上的孔中，防止大腿绷带盘连接器2. 4自大腿绷带盘2. 3脱落。大腿绷带盘连接器2. 4的另一端具有两个中间形成有容纳空间的扣持部2. 41，大腿支撑杆2. 5置于容纳空间中，通过紧固件将两个扣持部2. 41结合在一起，从而将大腿支撑杆2. 5固定在大腿绷带盘连接器2. 4上。使用时，大腿绷带2. 6缠绕在大腿上，其两端则固定到大腿绷带盘2. 3上。请结合参考图4至图7，大腿支撑杆2. 5与腿部运动件I. 16固定连接，其一端插入到底面安装孔I. 165中，另一端与膝关节部件3固定连接。大腿支撑杆2. 5插入底面安装孔I. 165的一端开设有与卡扣轴I. 21卡扣配合的防脱槽2. 51及与手柄I. 18的操作部
I.182卡扣配合的止转槽2. 52。大腿支撑杆2. 5插入底面安装孔I. 165后,卡扣轴I. 21扣在防脱槽2. 51内，防止大腿支撑杆2. 5脱落。需要安装、拆卸或更换大腿支撑杆2. 5时，则转动手柄I. 18，压缩弹簧I. 20，带动卡扣轴I. 21滑动，解除或达成卡扣轴I. 21对大腿支撑杆2. 5的固定,拆卸非常方便。止转槽2. 52用于与手柄I. 18的操作部I. 182配合,防止大腿支撑杆2. 5转动。 请参考图8至图10，膝关节部件3包括第二驱动电机3. I、第二联轴器3. 2、第二电机座3. 3、第三轴承3. 4、第二螺旋轴3. 5、第二螺旋滑块3. 6、第三连杆轴3. 7、第二连杆3. 8、第二导杆3. 9、第四轴承3. 10、第一喉箍3. 11、大腿连接件3. 12、膝关节支撑件3. 13、膝关节运动件转动轴3. 14、膝关节运动件3. 15、第二喉箍3. 16、第四连杆轴3. 17及限位杆3.18。下面详细描述各元件之间的组配方式。第二驱动电机3. I安装在第二电机座3. 3上。第二联轴器3. 2位于第二电机座3. 3内并与第二驱动电机3. I的输出轴连接。第三轴承3. 4也安装在第二电机座3. 3内。第四轴承3. 10则安装在膝关节支撑件3. 13的顶部中。第二螺旋滑块3. 6螺旋安装在第二螺旋轴3. 5上，二者构成第二螺旋副组件。第二螺旋轴3. 5的一端由第三轴承3. 4支撑且通过第二联轴器3. 2与第二驱动电机3. I的输出轴连接。第二螺旋轴3. 5的另一端则安装在膝关节支撑件3. 13中且由第四轴承3. 10支撑。第二驱动电机3. I带动第二螺旋轴3. 5转动，使第二螺旋滑块3. 6在第二螺旋轴3. 5上直线运动。第二导杆3. 9的两端分别固定在第二电机座3. 3和膝关节支撑件3. 13上，且其穿过第二螺旋滑块3. 6，二者滑动连接，以对第二螺旋滑块3. 6在第二螺旋轴3. 5上的移动进行导向。请参考图8和图10，本实施方式中，第二电机座3. 3固定在膝关节支撑件3. 13的顶部，而第二连杆3. 8和第二螺旋滑块3. 6均位于膝关节支撑件3. 13内部，如此，膝关节支撑件3. 13结构紧凑，且外观整洁。当然，也可以不这样设置，如第二螺旋滑块3. 6在膝关节支撑件3. 13外面移动，第二连杆3. 8位于膝关节支撑件3. 13的一侧且同时与第二螺旋滑块3. 6和膝关节运动件3. 15转动连接。第二连杆3. 8的一端通过第三连杆轴3. 7与第二螺旋滑块3. 6转动连接，另一端通过第四连杆轴3. 17转动连接于膝关节运动件3. 15。膝关节运动件3. 15则同时与膝关节支撑件3. 13转动连接，请参考图7至图8及图10，膝关节支撑件3. 13的底部的侧面上开设有枢接孔3. 131和限位孔3. 132，膝关节支撑件3. 13的底部中还设有第二枢接空腔
3.133。膝关节运动件3. 15的上部设有两个枢接部3. 151且两个枢接部3. 151上均开设有通孔3. 152。两个枢接部3. 151容纳在第二枢接空腔3. 133中，膝关节运动件转动轴3. 14穿过一个枢接部3. 151上的通孔3. 152并与枢接孔3. 131配合，使膝关节运动件3. 15转动连接于膝关节支撑件3. 13，第四连杆轴3. 17则将另一个枢接部3. 151与第二连杆3. 8转动连接。如此，第二螺旋滑块3. 6在第二螺旋轴3. 5上移动时，将带动膝关节运动件3. 15摆动。两个枢接部3. 151之间形成V形槽，限位杆3. 18定位在限位孔3. 132中且位于V形槽中，以对膝关节运动件3. 15摆动的极限位置加以限制。大腿连接件3. 12呈管状，安装在膝关节支撑件3. 13的一侧。大腿支撑杆2. 5插入后被第一喉箍3. 11固定在大腿连接件3. 12上。请参考图11，小腿支撑部件4包括第二球头栓4. I、第二球头栓销4. 2、小腿绷带盘
4.3、小腿绷带盘连接器4. 4、小腿支撑杆4. 5、小腿绷带4. 6组成。小腿支撑部件4的各部件连接方式与大腿支撑部件2各部件连接方式完全相同，不再赘述。本实施方式中，膝关节运动件3. 15的底部设有管状部分，小腿支撑杆4. 5的一端插入管状部分中，第二喉箍3. 16 将小腿支撑杆4. 5固定在膝关节运动件3. 15上。请参考图12，踝关节脚部部件5包括鞋履5. 1，脚背绷带座5. 2、脚跟绷带座5. 3、踝关节绷带座5. 4、弹簧固定杆5. 5、踝关节座5. 6、连接弹簧5. 7、弹簧杆5. 8、腿部支撑弹簧
5.9、弹簧座5. 10、踝关节球接头5. 11、踝关节球头盖板5. 12、小腿支撑套5. 13及第三喉箍5.14。下面详细描述各元件的组装关系。脚背绷带座5. 2、脚跟绷带座5. 3、踝关节绷带座5. 4均固定在鞋履5. I上。踝关节座5. 6固定在踝关节绷带座5. 4的侧面上，踝关节座5. 6上开设有中心孔5. 61。弹簧固定杆5. 5固定在踝关节座5. 6的底面上且与中心孔5. 61对应。连接弹簧5. 7的一端位于中心孔5. 61中且扣在弹簧固定杆5. 5上,另一端扣在弹簧杆5. 8的一端。弹簧杆5. 8的另一端则固定在踝关节球接头5. 11的下方。腿部支撑弹簧5. 9和弹簧座5. 10设置在踝关节座5. 6和踝关节球接头5. 11之间，腿部支撑弹簧5. 9的一端抵接在踝关节座5. 6的中心孔
5.61内部，腿部支撑弹簧5. 9另一端则抵接在弹簧座5. 10的下端面上。弹簧座5. 10的上端面上设有贯穿的锥形孔，踝关节球接头5. 11的下半球承靠于锥形孔内。如此，踝关节球接头5. 11连接在踝关节座5. 6上，且可以上下活动，且能在腿部支撑弹簧5. 9的作用下复位。腿部支撑弹簧5. 9在患者走路时还起到缓冲地面反震力的作用。小腿支撑套5. 13的一端则穿过踝关节球头盖板5. 12固定到踝关节球接头5. 11的上半球，小腿支撑套5. 13的另一端则通过第三喉箍5. 14与小腿支撑杆4. 5固定在一起,其中第三喉箍5. 14固定在小腿支撑套5. 13上，小腿支撑杆4. 5插入小腿支撑套5. 13中并由第三喉箍5. 14固定。上述踝关节脚部部件5中，小腿支撑套5. 13相对于踝关节座5. 6为万向球铰活动连接，以达到人体脚部踝关节的任意方向运动。请参考图13至图15，腰部支撑部件6包括腰部垫板6. I、轴承盖6. 2、第五轴承
6.3、齿轮6. 4、轴用卡簧6. 5、腿部部件连接座6. 6、腿部部件支撑板6. 7、减磨垫片6. 8、活动连接板6. 9、驱动齿轮6. 10、垫片6. 11、锁紧螺母6. 12、第三驱动电机6. 13、腰部固定部件支撑轴6. 14、腰带扣6. 15及背部连接扣6. 16。下面详细描述各元件的组装关系。腿部部件支撑板6. 7与腿部部件连接座6. 6、减磨垫片6. 8、活动连接板6. 9、垫片6. 11、锁紧螺母6. 12、第三驱动电机6. 13、驱动齿轮6. 10、腰部固定部件支撑轴6. 14连接后组成腰部活动部件，使用时固定到髋关节部件I上。腰部垫板6. I与腰带扣6. 15、背部连接扣6. 16、齿轮6. 4、第五轴承6. 3、轴承盖6. 2连接后组成腰部固定部件，使用时通过腰带、背部连接带等固定在人体上。如此，使用时腰部活动部件能够相对于腰部固定部件摆动，从而协助驱动腿部部件行走。本实施方式中，齿轮6. 4为内齿轮，腰部固定部件中，腰带扣6. 15、背部连接扣6. 16分别安装在腰部垫板6. I的两侧，第五轴承6. 3固定在齿轮6. 4的中心孔中，轴承盖6. 2与齿轮6. 4固定连接，轴承盖6. 2同时与腰部垫板6. I固定连接。请参考图13，腰部垫板6. I的中部开设有通孔(未标号)，轴承盖6. 2部分容纳在通孔中，如此，能减小腰部固定部件的整体厚度。腰带扣6. 15、背部连接扣6. 16的作用在于便于使用腰带、背部连接带等元件将腰部固定部件固定到人体上。可以理解，也可以在腰部垫板6. I上设置开口或凸起，可以替代腰带扣6. 15、背部连接扣6. 16。腰部活动部件中，腿部部件支撑板6. 7与腿部部件连接座6. 6、第三驱动电机6. 13、腰部固定部件支撑轴6. 14固定连接。第三驱动电机6. 13和腿部部件连接座6. 6固定在腿部部件支撑板6. 7的同一侧，其中第三驱动电机6. 13固定在腿部部件支撑板6. 7的 中间位置，腿部部件连接座6. 6则固定在腿部部件支撑板6. 7的端部。腿部部件支撑板6. 7上设有与第三驱动电机6. 13的输出轴对应的孔，驱动齿轮6. 10固定连接在第三驱动电机
6.13的输出轴上并与齿轮6. 4啮合。腰部固定部件支撑轴6. 14自腿部部件支撑板6. 7的一侧穿过腿部部件支撑板6. 7，然后与第五轴承6. 3配合，从而使整个腰部活动部件得到支撑。轴用卡簧6. 5则安装在腰部固定部件支撑轴6. 14上，防止腰部固定部件支撑轴6. 14从腿部部件支撑板6. 7脱落。腿部部件连接座6. 6穿过腿部部件支撑板6. 7，活动连接板6. 9、垫片6. 11则依次套于腿部部件连接座6. 6上，通过锁紧螺母6. 12固定连接于腿部部件连接座6. 6上，其中活动连接板6. 9和腿部部件支撑板6. 7之间还安装有减磨垫片6. 8，垫片6. 11和活动连接板6. 9之间也安装有减磨垫片6. 8，以增强活动连接板6. 9的耐磨性能。活动连接板6. 9与腿部部件固定连接。本实施方式中，腿部部件支撑板6. 7的两端均设有一个活动连接板
6.9，分别连接到两个腿部部件上。本实施方式的外骨骼机器人中，活动连接板6. 9固定在髋关节支撑件I. 11上。本实施方式的腰部支撑部件6的优点在于1)腰部活动部件与固定在人体上的腰部固定部件活动连接，因此使用时，腰部活动部件能够适应人体腰部的运动；2)第三驱动电机6. 13工作时，安装在其输出轴上的驱动齿轮6. 10与腰部固定部件的齿轮6. 4啮合，而腰部固定部件系通过腰带等固定在人体上，因此能实现腰部活动部件相对于腰部固定部件的摆动，而腰部活动部件又固定到腿部部件上，故腰部活动部件相对于腰部固定部件摆动的同时将协助人体上身部分实现腰身的摆动运动，进而协助完成人体的抬腿行走动作。可以理解，腰部支撑部件6可以应用到多种形式的外骨骼机器人的腿部部件上去，不会影响其功能的发挥。本实施方式的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人的优点在于1)髋关节部件I、膝关节部件3的驱动机构均采用了电机驱动螺旋副带动连杆，进而带动关节运动的方式，驱动机构的体积轻巧，适合穿戴也便于携带，并且较传统技术的谐波减速器具有更好的自锁性能；2)组成腿部机构的各部件之间采取套筒和套杆或类似可拆卸的组合方式，拆卸方便，故便于携带；3)腰部支撑部件6设有腰部活动部件，能协助及适应人体上身部分实现腰身摆动运动。需要指出，对于外骨骼机器人来讲，髋关节部件I、膝关节部件3的驱动机构不一定同时采取电机驱动螺旋副带动连杆，进而带动关节运动的方式，可以只有一个采用，另一个采用传动的液压驱动、盘式电机配合谐波减速器、四杆机构等方式驱动，只要能带动关节运动即可。只有一个采取本实施方式的方案时，同样可以提高外骨骼机器人的便携性且更加适合穿戴。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，包括依次连接的髋关节部件、大腿支撑部件、膝关节部件、小腿支撑部件和踝关节脚部部件；其中 所述髋关节部件包括髋关节支撑件、第一螺旋副组件、髋关节运动件、腿部运动件、第一连杆及第一驱动电机，所述第一螺旋副组件包括第一螺旋轴和与第一螺旋轴螺旋连接的第一螺旋滑块，所述第一螺旋轴的一端安装在髋关节支撑件中，所述第一螺旋轴的另一端与第一驱动电机的输出轴连接，所述第一螺旋滑块与第一连杆转动连接，所述第一连杆同时与髋关节运动件转动连接，并且所述髋关节支撑件、髋关节运动件及腿部运动件依次转动连接，其中所述髋关节运动件与所述髋关节支撑件转动连接形成允许大腿向前摆动的自由度，所述腿部运动件与所述髋关节运动件转动连接形成允许大腿侧向摆动的自由度； 所述大腿支撑部件固定在所述腿部运动件上； 所述膝关节部件包括膝关节支撑件、固定在所述膝关节支撑件上且与所述大腿支撑部件固定连接的大腿连接件、第二驱动电机、第二螺旋副组件、第二连杆及与所述膝关节支撑件转动连接的膝关节运动件，所述第二螺旋副组件包括第二螺旋轴和与第二螺旋轴螺旋连接的第二螺旋滑块，所述第二螺旋轴的一端安装在所述膝关节支撑件上，所述第二螺旋轴的另一端与所述第二驱动电机的输出轴连接，所述第二连杆的两端分别与所述第二螺旋滑块和所述膝关节运动件转动连接； 所述小腿支撑部件固定在所述膝关节运动件上。
2.根据权利要求I所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，还包括与所述第一螺旋滑块滑动连接的第一导杆，所述第一导杆固定在所述髋关节支撑件上；还包括与所述第二螺旋滑块滑动连接的第二导杆，所述第二导杆固定在所述膝关节支撑件上。
3.根据权利要求I所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，还包括第四连杆轴、膝关节运动件转动轴及限位杆，其中所述膝关节支撑件的底部设有第二枢接空腔，所述膝关节运动件的上部设有两个枢接部，所述枢接部上分别设有通孔，所述两个枢接部容纳在所述第二枢接空腔中，所述第四连杆轴穿过其中一个枢接部上的通孔并将所述膝关节运动件与所述第二连杆转动连接，所述膝关节运动件转动轴穿过另一个枢接部上的通孔并将所述膝关节运动件与所述膝关节支撑件转动连接。
4.根据权利要求3所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，所述膝关节支撑件的底部上开设有与所述枢接空腔连通的限位孔，所述限位杆定位在所述限位孔中并位于所述两个枢接部之间。
5.根据权利要求I所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，还包括手柄、卡扣轴、手柄转轴、弹簧轴及弹簧，所述腿部运动件具有正面、侧面及底面，其中所述侧面和大腿向前的方向对应，所述侧面上开设有侧面凹槽，所述正面上开设有正面固定孔和与所述侧面凹槽连通的正面槽孔，所述底面上开设有底面安装孔，其中卡扣轴可滑动地安装在所述正面槽孔中，所述弹簧轴固定在所述侧面凹槽中，所述弹簧的两端分别扣在所述卡扣轴和所述弹簧轴上，所述手柄通过所述手柄转轴与所述正面固定孔的配合可转动地安装在所述腿部运动件上，所述手柄具有分别位于所述侧面凹槽内外的推拉部及操作部，所述推拉部与所述弹簧相抵接；所述大腿支撑部件包括一端插入到所述底面安装孔中的大腿支撑杆，所述大腿支撑杆上开设有与所述卡扣轴卡扣配合的防脱槽，所述手柄转动时压缩弹簧并带动所述卡扣轴与所述防脱槽达成或解除卡扣配合，所述大腿支撑杆的另一端与所述膝关节部件固定连接。
6.根据权利要求5所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿支撑杆还设有与所述手柄的操作部卡扣配合的止转槽。
7.根据权利要求I至6中任一权利要求所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿支撑部件包括小腿支撑杆和与所述小腿支撑杆固定在一起的小腿绷带盘，所述小腿支撑杆分别与所述膝关节部件和所述踝关节脚部部件固定连接。
8.根据权利要求7所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，所述踝关节脚部部件包括鞋履、固定在鞋履上的踝关节座，及小腿支撑套，所述小腿支撑套与所述小腿支撑杆固定连接，所述小腿支撑套与所述踝关节座之间通过活动球铰接以形成踝关节脚部部件任意方向的自由度。
9.根据权利要求I至6中任一权利要求所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，还包括腰部支撑部件，所述腰部支撑部件包括用以固定到人体上的腰部固定部件和固定在所述髋关节支撑件上的腰部活动部件，其中所述腰部活动部件上固定有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴上安装有驱动齿轮，所述腰部固定部件具有与所述驱动齿轮啮合的齿轮。
10.根据权利要求9所述的便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部活动部件包括腿部部件支撑板、固定在腿部部件支撑板上的腰部固定部件支撑轴，所述腿部部件支撑板固定在所述髋关节支撑件上，所述第三驱动电机安装在腿部部件支撑板上；所述腰部固定部件包括腰部垫板，所述齿轮固定在所述腰部垫板上且安装在所述腰部固定部件支撑轴上。
全文摘要
本发明涉及一种便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其包括依次连接的髋关节部件、大腿支撑部件、膝关节部件、小腿支撑部件和踝关节脚部部件；其中髋关节部件及膝关节部件均采取电机驱动螺旋副带动连杆的方式，进而带动关节运动，驱动机构体积轻巧，适合穿戴且便于携带。
文档编号A61H3/00GK102871822SQ20121037065
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者吴新宇, 彭安思, 刘园园, 王灿, 正端, 徐扬生 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院