用于下肢康复机器人的辅助支撑装置的制作方法

本实用新型涉及康复机器人技术领域，尤其是涉及一种用于下肢康复机器人的辅助支撑装置。

背景技术：

康复机器人是近年来出现的一种新型机器人，作为医疗机器人的一个重要分支，他的研究贯穿了康复医学、机械学、力学、材料学、数学分析、有限元仿真以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域研究的一个热点。近年来，由于经济的飞速发展，交通运输工具迅速增多，因交通事故而造成肢体损伤的人数直线上升。同时，随着人民生活水平的提高，我国和许多国家一样，正在步入老龄化。据统计，我国60岁即以上的人口已有2.22亿，占全国人口的16.5％。在老龄人群众中有大量的心脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状。目前患心脑血管疾病的中老年人出现偏瘫的人数不断增多，而且年龄呈现年轻化趋势。医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复起到很重要的作用。尽早进行康复训练不仅能够维持关节活动度，防止关节挛缩，而且能够明显提高患者运动功能的最终恢复程度。

目前，在我国，康复医学工程虽然得到了普遍的重视，但康复机器人研究仍处于起步阶段。近几年我国康复工程在个方面取得了一定的成果，特别是在技术含量不太高的中档产品如康复器械发展较快。

浙江大学机电所开发研制了可穿戴式假肢，该研究致力于开发一套用于增强人体步行能力的可穿戴式下肢假肢，他引入人作为整个控制系统的主要部分，可以缓解人们由于过量的双足步行所引起的身体疲劳。目前，已经开发了一套下肢的原型试验系统，用来验证一些理论成果并依次为平台进行下一阶段的实验研究。

上海大学机电工程与自动化学院也开始研究了一套可穿戴式助力机械腿，单侧下肢有两个自由度，分别为髋关节和膝关节的屈伸自由度，这两个自由度分别有电动缸驱动。美国麻省理工学院研制了著名的pamm系统，包括智能型步行机和智能手杖装置，该系统利用力觉传感器作为主要的输入接口，驱动系统底部的主动轮，从而实现用户行走的功能。为解决穿戴不方便问题，日本本田公司设计智能下肢助力系统，这种佩戴可以帮助肌肉力量不足的老年人提高行走速度、延长行走距离、改善步伐整齐性。

通过对市场上已有的类似产品的分析我们总结如下：

1.质量过大，导致体积过大、动作笨拙的问题。由于康复机器人在助力用户行走的过程中所需要的自由度过多，多数产品添加的电机数量过多，由此导致控制困难、体积过大、噪声、舒适度等一系列问题。

2.自适应能力不够，学习能力差。要想更好地达到康复训练的目的，学习使用者的行走规律和习惯，同时根据使用者不同阶段的状况机器人提供不同大小的助力是必不可少的。

3.信号传输的延迟导致与操作者的预期动作不符合。目前多采用semg传感器和压力传感器，信号传输到中央处理器后经过分析，再将操作指令传送出去，由此导致信号的滞后问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种用于下肢康复机器人的辅助支撑装置，能够满足下肢康复患者在平地上行走的基本步态，能够更好的辅助患者行走。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于下肢康复机器人的辅助支撑装置，包括机架以及安装在机架上的四个用于起支撑作用的外足机构、两条基于绳驱动的内足机构，所述机架包括平台和设置在平台中部且可套装在使用者腰部处的腰部结构，四个外足机构中两两一组布置在腰部结构的左右两侧，两组外足机构左右对称布置，同一侧的一组外足机构前后错位布置；

每个外足机构均包括连杆机构、外足驱动电机和足关节，所述连杆机构包括大腿三角连杆、小腿三角连杆、第一三角连杆、第二三角连杆、主动连杆和从动连杆，所述大腿三角连杆的上顶点与第一三角连杆的前顶点铰接，所述第一三角连杆固定安装在平台上，所述主动连杆的上端与第一三角连杆的下顶点通过传动轴铰接，所述主动连杆的下端与第二三角连杆的后侧上顶点铰接，所述第二三角连杆的前顶点与大腿三角连杆的后顶点铰接，第二三角连杆的后侧下顶点与从动连杆的上端铰接，所述从动连杆的下端与小腿三角连杆的后顶点铰接，所述小腿三角连杆的前侧上顶点与大腿三角连杆的下顶点铰接，所述小腿三角连杆的前侧下顶点安装在足关节上，所述外足驱动电机设在机架腰部结构上且其输出轴通过同步带与传动轴连接；其中，所述主动连杆与第一三角连杆、第二三角连杆、大腿三角连杆组成曲柄摇杆机构，同时大腿三角连杆与小腿三角连杆、从动连杆、第二三角连杆组成双摇杆机构；

所述足关节包括竖杆和四趾结构，所述四趾结构包括四根趾骨和趾骨平台，四根趾骨围绕竖杆布置，四根趾骨与竖杆之间分别通过一个足关节第二弹簧连接；所述趾骨平台可上下滑动的安装在竖杆的下端，小腿三角连杆的前侧下顶点安装在竖杆的上端上，所述竖杆上套有足关节第一弹簧，所述足关节第一弹簧的上端与小腿三角连杆连接，所述足关节第一弹簧的下端与趾骨平台连接；每个趾骨的末端底部以及竖杆的底部分别设有橡胶垫。

进一步，所述平台与腰部结构之间通过连接器连接，连接器包括内圈和外圈，内圈和外圈之间通过四个减震弹簧连接，内圈安装在腰部结构的底部并与腰部结构同轴设置，平台安装在外圈上。

本实用新型的有益效果主要表现在：能够与人的步态协调一致，能够满足下肢康复患者在平地上行走的基本步态；辅助支撑作用；足关节因采用五点接触，上面的平台始终处于水平状态且可以转向。

附图说明

图1是下肢康复机器人的后视图。

图2是下肢康复机器人的侧视图。

图3是外足机构的三维图。

图4是图3的主视图。

图5是足关节的放大图。

图6是内足机构与外足机构的连接器三维图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图6，一种用于下肢康复机器人的辅助支撑装置，包括机架以及安装在机架上的四个用于起支撑作用的外足机构，所述机架包括平台和设置在平台中部且可套装在使用者腰部处的腰部结构，四个外足机构中两两一组布置在腰部结构的左右两侧，两组外足机构左右对称布置，同一侧的一组外足机构前后错位且镜像布置；

进每个外足机构均包括连杆机构、外足驱动电机和足关节，所述连杆机构包括大腿三角连杆2、小腿三角连杆3、第一三角连杆1、第二三角连杆10、主动连杆11和从动连杆9，所述大腿三角连杆2的上顶点与第一三角连杆1的前顶点铰接，所述第一三角连杆1固定安装在平台上，所述主动连杆11的上端与第一三角连杆1的下顶点通过传动轴12铰接，所述主动连杆11的下端与第二三角连杆10的后侧上顶点铰接，所述第二三角连杆10的前顶点与大腿三角连杆2的后顶点铰接，第二三角连杆10的后侧下顶点与从动连杆9的上端铰接，所述从动连杆9的下端与小腿三角连杆3的后顶点铰接，所述小腿三角连杆3的前侧上顶点与大腿三角连杆2的下顶点铰接，所述小腿三角连杆3的前侧下顶点安装在足关节上，所述外足驱动电机设在机架腰部结构上且其输出轴通过同步带与传动轴12连接；其中，所述主动连杆11与第一三角连杆1、第二三角连杆10、大腿三角连杆2组成曲柄摇杆机构，同时大腿三角连杆2与小腿三角连杆3、从动连杆9、第二三角连杆10组成双摇杆机构；

所述足关节包括竖杆和四趾结构，所述四趾结构包括四根趾骨5和趾骨平台8，四根趾骨5围绕竖杆布置，四根趾骨5与竖杆之间分别通过一个足关节第二弹簧7连接；所述趾骨平台8可上下滑动的安装在竖杆的下端，小腿三角连杆3的前侧下顶点安装在竖杆的上端上，所述竖杆上套有足关节第一弹簧4，所述足关节第一弹簧4的上端与小腿三角连杆3连接，所述足关节第一弹簧4的下端与趾骨平台8连接；每个趾骨5的末端底部以及竖杆的底部分别设有橡胶垫6。

进一步，所述平台与腰部结构之间通过连接器连接，连接器包括内圈和外圈，内圈和外圈之间通过四个减震弹簧连接，内圈安装在腰部结构的底部并与腰部结构同轴设置，平台安装在外圈上。

下肢康复机器人包括机架以及安装在机架上的四个用于起支撑作用的外足机构、两条基于绳驱动的内足机构和运动监测装置，两个内足机构左右对称布置且设置在两组外足机构之间；

如图4所示，主动连杆11由外足驱动电机带动旋转。在主动连杆11进行360旋转过程中，第一三角连杆1、主动连杆11、第二三角连杆10、大腿三角连杆2四根杆组成曲柄摇杆机构。第一三角连杆1始终与上机架的平台相结合保持不动，从而保证机构整体的稳定性。第二三角连杆10和大腿三角连杆2做相应的旋转，下面的第二三角连杆10、从动连杆9、小腿三角连杆3、大腿三角连杆2四根杆组成另一个双摇杆机构，其中小腿三角连杆3与足关节连接，在小腿三角连杆3运动的同时完成抬腿和复位的动作。因此四个外足机构整体组成一个联动机构，每个外足机构只需要一个电机，共四个电机，并集成在机架的腰部位置。外足驱动电机放在机架腰部结构上，通过同步带，将电机动力传递给传动轴12，传动轴12再带动主动连杆11做圆周运动；将电机的转速转换成连杆的运动。

四个外足机构分别布置在机器的前后左右四个位置，通过对称布置来实现机器在站立形态下的平稳姿态。四个外足机构的结构、尺寸相同。现以单个外足机构做说明。所述单个外足机构主要是由两个模块组成的，分别是大腿模块和小腿模块。所述的大腿模块是采用四杆机构，一方面与驱动源连接，实现驱动的力传递作用，一方面与小腿模块连接，给小腿模块向前迈进提供动力。所述的小腿模块采用四杆机构，一方面与大腿模块连接，进而实现迈进功能，一方面与减震机构连接，完成机器的落地。

本装置采用电机驱动，通过电机的转速来调节腿部运动的步频，实现两腿的差速，进而实现转弯的动作。

如图5所示，足关节上的弹簧的作用是减震缓冲，其中有一根大弹簧和四根小弹簧，足关节第一弹簧4为大弹簧，足关节第二弹簧7为小弹簧，趾骨平台8可以在中间的竖杆上运动，中间的竖杆小腿三角连杆3一体成型。四根小弹簧分别连接在四根趾骨5和中间竖杆上，趾骨5的上端可以转动，通过小弹簧的伸缩可以使五个橡胶垫6始终与地面接触，增强机构的稳定性。

足关节采用五点接触地面，能够尽快恢复小腿三角连杆3落地的姿态，通过足关节第二弹簧7的收缩量以及收缩方向不同，实现不同落地情况的减震。进而保证机器在运行过程中，上面的平台始终处于水平状态。

如图6所示，是两条内足机构与四各外足机构的连接器，包括内圈和外圈以及中间的减震机构。其中内圈与内两足相连，外圈与外四足相连，起到一个很好的过渡作用。中间的减震机构是前后左右四个方向的减震弹簧，可以减缓来自不同方向的震动。

本实用新型主要适用于由年迈造成腿部肌肉无力的老年人和下肢不便者能够在简单空间里进行行走训练，主要包括直行、左右转向两部分行走训练内容。