一种下肢外骨骼轮式康复机器人及其使用方法与流程

本发明涉及一种下肢外骨骼轮式康复机器人及其使用方法，属于康复医疗技术领域。

背景技术：

近年来，因交通事故、工伤事故、脑卒中等因素引发的下肢瘫痪和残疾人数不减，此类患者不能进行自主站立，大部分时间都坐在轮椅上，大大降低了他们的身体健康状况及生活品质。目前，下肢瘫痪和残疾人士渴望和健全人一样站立起来，恢复自信自尊。但是，在现有的电动智能轮椅中，大多数不能满足下肢不便人士上述需求，存在着此类产品种类不多、产品智能化水平低、难以满足患者需求等问题。下肢外骨骼机器人是机器人领域其中之一，是根据人体形状和下肢残障人士制作的一台能够实现自主升降立柱直立行走的下肢外骨骼机器人。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种下肢外骨骼轮式康复机器人及其使用方法，采用轮式行走，帮助下肢残疾或行走障碍的患者进行自主站立和室内外代步，提升下肢行走障碍患者的自理能力和生活品质，通过站立改善下肢身体循环从而提高健康状况，蹲下站起帮助康复训练，减轻患者家属的负担，解决背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种下肢外骨骼轮式康复机器人，包含下肢外骨骼、升降立柱和底盘结构，升降立柱垂直设置在底盘结构上，下肢外骨骼设置在升降立柱上；所述底盘结构包含底盘、轮毂电机、可伸缩支撑套杆、直线滑轨和踏板及底部滑块，升降立柱垂直设置在底盘上，两根直线滑轨分别设置在升降立柱两侧的底盘上，直线滑轨上匹配设有踏板及底部滑块；底盘的下面设有四根可伸缩支撑套杆，可伸缩支撑套杆的端部设有轮毂电机；

所述下肢外骨骼，包含靠背、柔性安全带、扶手、可翻转坐垫、固定关节和腿部外骨骼，靠背设置在升降立柱的顶部，柔性安全带和扶手设置在靠背上，可翻转坐垫设置在靠背下方的升降立柱上；所述腿部外骨骼包括右大腿外骨骼、右小腿外骨骼、左大腿外骨骼和左小腿外骨骼，右大腿外骨骼与右小腿外骨骼之间通过膝关节旋转机构铰接；右小腿外骨骼和左小腿外骨骼分别通过足部支架设置在底盘结构的踏板及底部滑块上方；所述固定关节包含右大腿固定关节、右小腿固定关节、左大腿固定关节和右小腿固定关节，右大腿固定关节固定在右大腿外骨骼内侧，右小腿固定关节固定在右小腿外骨骼内侧，左大腿固定关节固定在左大腿外骨骼内侧，右小腿固定关节固定在左小腿外骨骼内侧；所述腿部外骨骼的上端与扶手连接。

所述右大腿外骨骼、右小腿外骨骼、左大腿外骨骼和左小腿外骨骼的形状，均为与人体对应部位形状相似的形状。

所述右大腿固定关节、右小腿固定关节、左大腿固定关节和右小腿固定关节均为凹形固定板，与人体的大腿小腿形状相匹配；使用时，人体的大腿和小腿分别放入对应的固定关节，通过腿部绑带绑紧。

所述膝关节旋转机构包含连杆、上u形件、下u形件和铰轴，右大腿外骨骼下端设有连杆，连杆的另一端设有上u形件，右小腿外骨骼的上端设有下u形件，上u形件与下u形件的开口相对匹配在一起，并通过铰轴铰接，构成右大腿外骨骼与右小腿外骨骼之间铰接结构；左大腿外骨骼与左小腿外骨骼之间的铰接结构与右大腿外骨骼与右小腿外骨骼之间铰接结构相同。

所述升降立柱设有升降立柱电动装置，所述直线滑轨匹配有滑轨电动推杆。

所述底盘的下面设有储能电池，用于驱动升降立柱电动装置、轮毂电机和滑轨电动推杆；所述轮毂电机配有车轮，带有刹车机构。

所述底盘下面的可伸缩支撑套杆端部设有万向轮，通过万向轮与轮毂电机连接。万向轮能够实现转向；可伸缩支撑套杆伸展状态为对角两对分别向各自反方向伸出，从长度和宽度上增大所述底盘与地面的接触面积，增加稳定性。

所述靠背底部连接可翻转坐垫，可翻转坐垫为半圆形；站姿时为垂直向下的收起状态、坐姿时为沿所述靠背底部旋转轴向机器人正前方旋转90度的升起状态；所述扶手固定在所述靠背的底端两侧。

所述靠背底部与升降立柱之间通过靠背底部旋转轴连接，靠背可在升降立柱上向后转动，最大转动角度90度。所述升降立柱连接在所述底盘后端，所述升降立柱内置升降立柱电动装置，升降立柱以内外重叠的形式滑动升降；所述升降立柱向上升起，牵动腿部外骨骼垂直于水平面，为站姿状态；所述升降立柱向下缩回，使得腿部外骨骼弯曲，大腿外骨骼平行于水平面，为坐姿状态。

所述两个踏板及底部滑块在直线滑轨上前后移动，直线滑轨末端连接有滑轨电动推杆；当使用者站姿时，所述滑轨电动推杆为初始状态，所述踏板及底部滑块位于所述底盘中部；当使用者坐姿时，所述滑轨电动推杆为推出状态，通过所述踏板及底部滑块被推至直线滑轨前端；踏板及底部滑块匹配有足部绑带，进行绑紧固定。

所述下肢外骨骼各个关节部位装有多个传感器，并设有声控开关，根据传感器和声控开关发出的信号进行相应的动作控制，是本领域公知公用的技术，不是本专利申请的创新点；例如：根据使用者需要，通过编制相应的软件程序，进行相应的自动控制操作，是本领域公知公用的技术。

本专利申请涉及的轮毂电机、可伸缩支撑套杆、直线滑轨、踏板及底部滑块、足部支架、升降立柱、可翻转坐垫、柔性安全带、传感器、储能电池、万向轮、滑轨电动推杆和升降立柱电动装置等均为本领域公知公用的技术内容。

一种下肢外骨骼轮式康复机器人的使用方法，包含如下步骤：

使用前，先将腿部外骨骼设置为坐姿状态；使用者坐于所述可翻转坐垫上，用靠背两边的柔性安全带将使用者上半身固定；然后将大小腿分别置于下肢外骨骼的固定关节上，并通过腿部绑带固定；最后将双脚踩在踏板及底部滑块上，并通过足部绑带固定；

当从坐姿状态调整为站姿状态时，支撑立柱向上升起，可翻转坐垫向下旋转90度呈收起状态；腿部外骨骼逐渐呈垂直站立状态；滑轨电动推杆收缩，踏板及底部滑块收至直线滑轨中部，至此完成站姿状态；

当从站姿状态调整为坐姿状态时，支撑立柱向下降落，可翻转坐垫向上旋转90度呈升起状态，腿部外骨骼逐渐弯曲呈坐姿状态；滑轨电动推杆将踏板及底部滑块推至直线滑轨前部，至此完成坐姿状态；

当使用者位于户外时，将底座下部的万向轮通过可伸缩支撑套杆向外伸出，从长度和宽度上增大与地面的接触面积，增加稳定性；轮毂电机驱动车轮转动，前进、后退或转向。

当使用者需要后躺或斜躺时，所述靠背向后放倒，靠背可实现最大90度后躺角度，当使用者不需要后躺时，可将靠背回归初始状态。

本发明的有益效果是：本发明可以帮助下肢残疾或行走障碍的患者进行自主站立和室内外代步，提升下肢行走障碍患者的自理能力和生活品质，通过站立改善下肢身体循环从而提高健康状况，蹲下站起帮助康复训练，减轻患者家属的负担。

附图说明

图1为本发明实施例的站姿状态正面总体结构图；

图2为本发明实施例的站姿状态背面总体结构图；

图3为本发明实施例腿部外骨骼结构示意图；

图4为本发明实施例坐姿状态整体结构图；

图5为本发明实施例可伸缩支撑套杆伸展状态示意图；

图6为本发明实施例可伸缩支撑套杆收回状态示意图；

图中：轮毂电机1、可伸缩支撑套杆2、底盘3、直线滑轨4、踏板及底部滑块5、足部支架6、膝关节旋转机构7、升降立柱8、可翻转坐垫9、柔性安全带10、足部绑带11、固定关节12、传感器13、腿部外骨骼14、靠背底部旋转轴15、扶手16、靠背17、储能电池18、万向轮19、滑轨电动推杆20、升降立柱电动装置21、连杆22、上u形件23、下u形件24、铰轴25、右大腿固定关节12-1、右小腿固定关节12-2、左大腿固定关节12-3、右小腿固定关节12-4、右大腿外骨骼14-1、右小腿外骨骼14-2、左大腿外骨骼14-3、左小腿外骨骼14-4。

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。

一种下肢外骨骼轮式康复机器人，包含下肢外骨骼、升降立柱8和底盘结构，升降立柱垂直设置在底盘结构上，下肢外骨骼设置在升降立柱上；所述底盘结构包含底盘3、轮毂电机1、可伸缩支撑套杆2、直线滑轨4和踏板及底部滑块5，升降立柱8垂直设置在底盘3上，两根直线滑轨4分别设置在升降立柱8两侧的底盘3上，直线滑轨4上匹配设有踏板及底部滑块5；底盘3的下面设有四根可伸缩支撑套杆2，可伸缩支撑套杆2的端部设有轮毂电机1；

所述下肢外骨骼，包含靠背17、柔性安全带10、扶手16、可翻转坐垫9、固定关节12和腿部外骨骼14，靠背17设置在升降立柱8的顶部，柔性安全带10和扶手16设置在靠背17上，可翻转坐垫9设置在靠背17下方的升降立柱8上；所述腿部外骨骼14包括右大腿外骨骼14-1、右小腿外骨骼14-2、左大腿外骨骼14-3和左小腿外骨骼14-4，右大腿外骨骼14-1与右小腿外骨骼14-2之间通过膝关节旋转机构7铰接；右小腿外骨骼14-2和左小腿外骨骼14-4分别通过足部支架6设置在底盘结构的踏板及底部滑块5上方；所述固定关节12包含右大腿固定关节12-1、右小腿固定关节12-2、左大腿固定关节12-3和右小腿固定关节12-4，右大腿固定关节12-1固定在右大腿外骨骼14-1内侧，右小腿固定关节12-2固定在右小腿外骨骼14-2内侧，左大腿固定关节12-3固定在左大腿外骨骼14-3内侧，右小腿固定关节12-4固定在左小腿外骨骼14-4内侧；所述腿部外骨骼14的上端与扶手16连接。

所述右大腿外骨骼14-1、右小腿外骨骼14-2、左大腿外骨骼14-3和左小腿外骨骼14-4的形状，均为与人体对应部位形状相似的形状。

所述右大腿固定关节12-1、右小腿固定关节12-2、左大腿固定关节12-3和右小腿固定关节12-4均为凹形固定板，与人体的大腿小腿形状相匹配；使用时，人体的大腿和小腿分别放入对应的固定关节，通过腿部绑带绑紧。

所述膝关节旋转机构7包含连杆22、上u形件23、下u形件24和铰轴25，右大腿外骨骼14-1下端设有连杆22，连杆的另一端设有上u形件23，右小腿外骨骼14-2的上端设有下u形件24，上u形件23与下u形件24的开口相对匹配在一起，并通过铰轴25铰接，构成右大腿外骨骼14-1与右小腿外骨骼14-2之间铰接结构。左大腿外骨骼14-3与左小腿外骨骼14-4之间的铰接结构与右大腿外骨骼14-1与右小腿外骨骼14-2之间铰接结构相同。

所述升降立柱8设有升降立柱电动装置21，所述直线滑轨4匹配有滑轨电动推杆20。

所述底盘3的下面设有储能电池18，用于驱动升降立柱电动装置21、轮毂电机1和滑轨电动推杆20；所述轮毂电机1配有车轮，带有刹车机构。

所述底盘3下面的可伸缩支撑套杆2端部设有万向轮19，通过万向轮与轮毂电机1连接。万向轮能够实现转向；可伸缩支撑套杆伸展状态为对角两对分别向各自反方向伸出，从长度和宽度上增大所述底盘与地面的接触面积，增加稳定性。

所述靠背底部连接可翻转坐垫，可翻转坐垫9为半圆形；站姿时为垂直向下的收起状态、坐姿时为沿所述靠背底部旋转轴向机器人正前方旋转90度的升起状态；所述扶手固定在所述靠背的底端两侧。

所述靠背17底部与升降立柱8之间通过靠背底部旋转轴15连接，靠背17可在升降立柱8上向后转动，最大转动角度90度。所述升降立柱连接在所述底盘后端，所述升降立柱内置升降立柱电动装置21，升降立柱以内外重叠的形式滑动升降；所述升降立柱向上升起，牵动腿部外骨骼14垂直于水平面，为站姿状态；所述升降立柱向下缩回，使得腿部外骨骼14弯曲，大腿外骨骼平行于水平面，为坐姿状态。

所述两个踏板及底部滑块5在直线滑轨上前后移动，直线滑轨末端连接有滑轨电动推杆；当使用者站姿时，所述滑轨电动推杆为初始状态，所述踏板及底部滑块5位于所述底盘中部；当使用者坐姿时，所述滑轨电动推杆为推出状态，通过所述踏板及底部滑块5被推至直线滑轨前端；踏板及底部滑块5匹配有足部绑带11，进行绑紧固定。

所述下肢外骨骼各个关节部位装有多个传感器13，并设有声控开关，根据传感器和声控开关发出的信号进行相应控制，是本领域公知公用的技术，不是本专利申请的创新点。

本专利申请涉及的轮毂电机1、可伸缩支撑套杆2、直线滑轨4、踏板及底部滑块5、足部支架6、升降立柱8、可翻转坐垫9、柔性安全带10、传感器13、储能电池18、万向轮19、滑轨电动推杆20和升降立柱电动装置21等均为本领域公知公用的技术内容。

一种下肢外骨骼轮式康复机器人的使用方法，包含如下步骤：

使用前，先将腿部外骨骼14设置为坐姿状态；使用者坐于所述可翻转坐垫9上，用靠背17两边的柔性安全带10将使用者上半身固定；然后将大小腿分别置于下肢外骨骼14的固定关节12上，并通过腿部绑带固定；最后将双脚踩在踏板及底部滑块5上，并通过足部绑带固定；

当从坐姿状态调整为站姿状态时，支撑立柱8向上升起，可翻转坐垫9向下旋转90度呈收起状态；腿部外骨骼14逐渐呈垂直站立状态；滑轨电动推杆20收缩，踏板及底部滑块5收至直线滑轨4中部，至此完成站姿状态；

当从站姿状态调整为坐姿状态时，支撑立柱8向下降落，可翻转坐垫9向上旋转90度呈升起状态，腿部外骨骼14逐渐弯曲呈坐姿状态；滑轨电动推杆20将踏板及底部滑块5推至直线滑轨4前部，至此完成坐姿状态；

当使用者位于户外时，将底盘3下部的万向轮19通过可伸缩支撑套杆2向外伸出，从长度和宽度上增大与地面的接触面积，增加稳定性；轮毂电机驱动车轮转动，前进、后退或转向。

当使用者需要后躺或斜躺时，所述靠背17向后放倒，靠背可实现最大90度后躺角度，当使用者不需要后躺时，可将靠背回归初始状态。