专利名称：外骨骼可穿戴式康复机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种医疗康复器械技术领域的装置，具体是一种外骨骼可穿戴式 康复机器人。
背景技术：
康复医学是一门研究残疾人及患者康复的医学应用学科，其目的在于通过物理疗 法，运动疗法，生活训练，技能训练，言语训练和心理咨询等多种手段使病伤残者尽快的得 到最大限度的恢复，使身体残留部分的功能得到最充分的发挥，达到最大可能的生活自理， 劳动和工作的能力，为病伤残者重返社会打下基础。据统计，目前我国由于中风、脊髓损伤 以及各种事故引起的肢体功能障碍患者有877万人，而其中半数以上可以通过训练改善肢 体功能。传统的康复训练是首先是从专业医生手把手的指导下开始，而后由病人的健康上 肢或其家属、护士人工对病人患肢进行反复牵引。随着科学技术的发展，医疗机器人技术得 到快速发展，康复机器人就是机器人技术在康复医疗方面的新应用。由于机器人不存在疲 倦问题，能够满足不同患者的训练强度要求，因而更加适合于患者单独进行康复训练。经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利公开号CN101357097A，名称五自 由度外骨骼式上肢康复机器人，该装置包括安装机器人的安装架，安装架设计有导轨，导轨 上安装升降架，升降架上带有高度调节机构，可旋转安装臂通过旋转轴安装在升降架上，由 横肩、上臂、前臂和手柄构成的康复机械臂本体安装在可旋转安装臂上，5个自由度关节，5 个驱动电机分别安装在各个关节的转动轴线上，与驱动电机级联的四个力矩传感器分别安 装在肩部、肘部及腕部，其中肩部两个、肘部一个、腕部屈伸处一个，力矩传感器作为传动装 置及检测装置连接电机减速器与执行机构。该装置底座下部带有移动滚轮，能够调整装置 的位置，但是由于移动滚轮不具有电动驱动能力，使得患者移动装置比较困难，这就限制了 患者使用康复机械臂时的活动范围，同时对于那些由于偏瘫造成的一侧上下肢体运动障碍 患者，该装置仅提供上肢康复训练，在患者康复训练范围上存在一定局限性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种外骨骼可穿戴式康复机器人，能 够使患者能同时对于上下肢进行康复训练。同时依靠患者背后的电池驱动，解决了患者使 用传统康复装置进行康复训练时活动范围受限制的问题。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括下肢外骨骼，穿戴于患者下肢及 腰部；肩部外骨骼，穿戴于患者肩部，位于下肢外骨骼上方；上肢外骨骼，分为左右上肢外 骨骼，穿戴于患者上肢，分别位于肩部外骨骼的大臂部分的下方。各个部件直接穿戴，通过 固定支座与固定带将外骨骼固定在患者四肢上，组成一个外骨骼式机器人康复系统，由蓄 电池组统一供电，针对不同的康复患者需求进行治疗。所述的下肢外骨骼包括脚部外骨骼、髋关节外骨骼、套筒式小腿杆件、膝关节外 骨骼、套筒式大腿杆件、髋关节外骨骼，其中脚部外骨骼直接穿戴；踝关节外骨骼与脚部相连，小腿杆件与踝关节外骨骼相连，膝关节外骨骼与小腿杆件相连，大腿外骨骼与膝关节 外骨骼相连，髋关节外骨骼与大腿杆件相连。所述的上肢外骨骼包括所述的上肢外骨骼包括肘关节屈伸电机、肘关节屈伸 锥齿轮组件、大臂固定平板、小臂固定平板、肘关节旋转电机、肘关节旋转连杆、腕关节屈伸 电机、手掌张握电机、四指张握电机、四指张握锥齿轮组件、手掌挡板、四指杆件，其中上臂 固定平板与患者上臂捆绑，肘关节屈伸锥齿轮组件与上臂固定平板连接，肘关节屈伸电机 与肘关节屈伸锥齿轮组件相连，小臂固定平板与肘关节屈伸锥齿轮组件连接并与患者小臂 捆绑，肘关节旋转电机与小臂固定平板连接，肘关节旋转连杆与肘关节旋转电机相连，腕关 节屈伸电机与肘关节旋转连杆相连，手掌挡板与腕关节屈伸电机相连并与患者手掌固定， 手掌张握电机与手掌挡板固定，四指张握锥齿轮组件与手掌挡板相连，四指张握电机与四 指张握锥齿轮组件相连，四指杆件与四指张握锥齿轮组件相连并与患者四指固定。所述的肩部外骨骼包括侧展电机部件，肩关节连接部件，屈伸电机部件，其中 侧展电机部件与肩关节连接部件相连，屈伸电机部件与肩关节连接部件相连，大臂固定平 板与患者大臂绑定。本发明相比现有技术具有以下优点贴合各个关节，可以针对不同患 者进行上下肢各个关节的综合性康复训练；采用蓄电池供电，可穿戴，可便携，解决了患者 活动范围受限的问题；各个外骨骼杆件采用套筒设计，可以实现无级调节长度，方便患者穿 戴；同时外骨骼套筒采用轻便材料制造，减轻患者负担。本发明可以有两种康复训练方式在主动训练方式中，外骨骼通过肌电接口分析 预测患者运动意图，进行助力和保护；在被动训练方式中，外骨骼在电机驱动下带动患者完 成一些日常动作，进行训练。
图1为本发明下肢外骨骼结构示意图。
图2为本发明上肢及肩关节外骨骼结构示意图。
图3为本发明的左下肢外骨骼结构图。
图4为本发明的左侧髋关节外骨骼结构图。
图5为本发明的大腿杆件结构图。
图6为本发明的小腿杆件结构图。
图7为本发明的下肢电机部件结构图。
图8为本发明的肩关节外骨骼结构图。
图9为本发明的上肢外骨骼结构图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。本实施例包括下肢外骨骼、上肢外骨骼，肩部外骨骼，其中如图1所示，所述的下肢外骨骼包括下肢外骨骼连接部件1 ；连接左右下肢外骨 骼，可以调节间距；左下肢外骨骼2 ；右下肢外骨骼3。其中，外骨骼连接部件1的公平板与左下肢外骨骼2连接，外骨骼连接部件的母平板与右下肢外骨骼3连接，公平板含有带螺 纹的圆柱，母平板带有槽可以通过圆柱，通过螺母进行固定，可以调节左右下肢外骨骼的间距。如图2所示，所述的上肢及肩关节外骨骼包括肩部外骨骼4 ；上肢外骨骼5。肩部 外骨骼的上臂部分与上肢外骨骼的上臂部分都与上臂捆绑，实现固定。如图3所示，所述的左下肢外骨骼2包括髋关节外骨骼6 ；套筒式大腿杆件7 ；膝 关节外骨骼8 ；套筒式小腿外骨骼9 ；踝关节外骨骼10，脚部外骨骼11。其中，大腿杆件7与 髋关节外骨骼6通过锥齿轮组件连接，与患者大腿捆绑；膝关节外骨骼8位于大腿杆件7下 部；小腿杆件9位于膝关节外骨骼8下方，与患者小腿捆绑；踝关节外骨骼10位于小腿杆件 9下方；脚部外骨骼11位于踝关节外骨骼10侧面，与患者脚部固定。如图4所示，所述的髋关节外骨骼6包括髋关节侧展电机12 ；髋关节连接部件 13 ；髋关节活动部件14。其中，髋关节侧展电机与图1中的下肢外骨骼连接部件1连接，产 生下肢的侧展驱动；髋关节连接部件13与髋关节侧展电机12通过锥齿轮部件连接；髋关 节活动部件14与髋关节连接部件13通过轴承连接，开放髋关节的旋转自由度。髋关节活 动部件14的轴上安装锥齿轮，与套筒式大腿杆件连接。如图5所示，所述的套筒式大腿杆件7包括髋关节屈伸电机15 ；大腿杆件大套筒 16 ；大腿杆件小套筒17 ；膝关节屈伸电机18。其中，髋关节屈伸电机15与图4中的髋关节 活动部件14通过锥齿轮连接，实现髋关节屈伸自由度；大腿杆件大套筒16位于髋关节屈伸 电机15下方；大腿杆件小套筒17与大腿杆件大套筒16相套，通过大腿杆件大套筒的松紧 可以调节大腿杆件的长度；膝关节屈伸电机18位于大腿杆件小套筒下方，产生膝关节屈伸 自由度驱动。如图6所示，所述的套筒式小腿杆件9包括膝关节锥齿轮组件22 ；小腿杆件大套 筒21 ；小腿杆件小套筒20;踝关节屈伸电机19。其中，膝关节锥齿轮组件22与图5中的膝 关节屈伸电机18通过锥齿轮部件连接，实现膝关节屈伸自由度；小腿杆件大套筒21位于膝 关节锥齿轮组建22下方；小腿杆件小套筒20与小腿大套筒相套，通过小腿杆件大套筒的松 紧可以调节小腿杆件的长度；踝关节屈伸电机19位于小腿小套筒的下方，产生踝关节屈伸 自由度驱动。如图7所示，所述的下肢各个电机部件包括锥齿轮连接组件23 ；电机保护壳M ； 伺服电机25，；固定平板26。其中，锥齿轮组件23为一个锥齿轮箱，通过锥齿轮将电机产生 的绕Z轴的转动转化为绕X轴的转动；电机保护壳M位于锥齿轮连接组件下方，保护伺服 电机；伺服电机25位于电机保护壳内，产生驱动动力；固定平板沈位于电机保护壳M旁， 与电机保护壳连接，可以用来与患者下肢肢体捆绑固定。如图8所示，所示肩部外骨骼4包括肩关节连接部件27 ；肩关节侧展电机锥齿轮 组件30 ；肩关节外展电机31 ；肩关节屈伸电机观；肩关节屈伸电机锥齿轮组件四；肩关节 固定平板32。其中，肩关节连接部件的公平板与左侧肩关节外骨骼连接，肩关节连接部件的 母平板与右侧肩关节外骨骼连接，公平板含有带螺纹的圆柱，母平板带有槽可以通过圆柱， 通过螺母进行固定，可以调节左右肩部外骨骼的间距；肩关节侧展电机锥齿轮组件30与肩 关节连接部件27相连，实现肩关节外展自由度；肩关节测站点及31与肩关节侧展电机锥齿 轮组件31相连，产生肩关节侧展自由度驱动；肩关节屈伸电机锥齿轮组件四位于肩关节侧展电机锥齿轮组件30侧面，实现肩关节屈伸自由度；肩关节屈伸电机观与肩关节屈伸电机 锥齿轮组件四连接，产生肩关节屈伸自由度驱动；肩关节固定平板32位于肩关节屈伸电机 锥齿轮组件四下方，可以与患者上肢捆绑。 如图9所示，所述的上肢外骨骼5包括肘关节屈伸电机33 ；肘关节屈伸锥齿轮组 件；34 ；大臂固定平板35 ；小臂固定平板36 ；肘关节旋转电机37 ；肘关节旋转连杆38 ；腕关 节屈伸电机39 ；手掌张握电机40 ；四指张握电机41 ；四指张握锥齿轮组件42 ；手掌挡板43 ； 四指杆件44。其中，上臂固定平板35与患者上臂捆绑；肘关节屈伸锥齿轮组件34与上臂固 定平板35连接，实现肘关节屈伸自由度；肘关节屈伸电机33与肘关节屈伸锥齿轮组件34 相连，产生肘关节屈伸自由度驱动；小臂固定平板36与肘关节屈伸锥齿轮组件34连接，可 以与患者小臂捆绑；肘关节旋转电机37与小臂固定平板36连接，实现肘关节旋转自由度； 肘关节旋转连杆与肘关节旋转电机37相连，实现肘关节旋转自由度；腕关节屈伸电机39与 肘关节旋转连杆38相连，产生腕关节屈伸自由度驱动；手掌挡板43与腕关节屈伸电机39 相连，可以与患者手掌固定；手掌张握电机40与手掌挡板固定，实现手掌张握自由度；四指 张握锥齿轮组件42与手掌挡板43相连，实现四指张握自由度；四指张握电机41与四指张 握锥齿轮组件42相连，产生四指张握自由度驱动；四指杆件44与四指张握锥齿轮组件相 连，可以与患者四指固定。
权利要求
1.一种外骨骼可穿戴式康复机器人，其特征在于，包括下肢外骨骼，穿戴于患者下肢及腰部；肩部外骨骼，穿戴于患者肩部，位于下肢外骨骼上方；上肢外骨骼，分为左右上肢外骨骼，穿戴于患者上肢，分别位于肩部外骨骼的大臂部分 的下方。
2.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式康复机器人，其特征是，所述的下肢外骨骼 包括脚部外骨骼、髋关节外骨骼、套筒式小腿杆件、膝关节外骨骼、套筒式大腿杆件、髋关 节外骨骼，其中脚部外骨骼直接穿戴；踝关节外骨骼与脚部相连，小腿杆件与踝关节外骨 骼相连，膝关节外骨骼与小腿杆件相连，大腿外骨骼与膝关节外骨骼相连，髋关节外骨骼与 大腿杆件相连。
3.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式康复机器人，其特征是，所述的上肢外骨骼 包括所述的上肢外骨骼包括肘关节屈伸电机、肘关节屈伸锥齿轮组件、大臂固定平板、 小臂固定平板、肘关节旋转电机、肘关节旋转连杆、腕关节屈伸电机、手掌张握电机、四指张 握电机、四指张握锥齿轮组件、手掌挡板、四指杆件，其中上臂固定平板与患者上臂捆绑， 肘关节屈伸锥齿轮组件与上臂固定平板连接，肘关节屈伸电机与肘关节屈伸锥齿轮组件相 连，小臂固定平板与肘关节屈伸锥齿轮组件连接并与患者小臂捆绑，肘关节旋转电机与小 臂固定平板连接，肘关节旋转连杆与肘关节旋转电机相连，腕关节屈伸电机与肘关节旋转 连杆相连，手掌挡板与腕关节屈伸电机相连并与患者手掌固定，手掌张握电机与手掌挡板 固定，四指张握锥齿轮组件与手掌挡板相连，四指张握电机与四指张握锥齿轮组件相连，四 指杆件与四指张握锥齿轮组件相连并与患者四指固定。
4.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式康复机器人，其特征是，所述的肩部外骨骼 包括侧展电机部件，肩关节连接部件，屈伸电机部件，其中侧展电机部件与肩关节连接 部件相连，屈伸电机部件与肩关节连接部件相连，大臂固定平板与患者大臂绑定。
全文摘要
一种医疗康复器械技术领域的外骨骼可穿戴式康复机器人，包括下肢外骨骼，穿戴于患者下肢及腰部；肩部外骨骼，穿戴于患者肩部，位于下肢外骨骼上方；上肢外骨骼，分为左右上肢外骨骼，穿戴于患者上肢，分别位于肩部外骨骼的大臂部分的下方。本发明能够使患者能同时对于上下肢进行康复训练。同时依靠患者背后的电池驱动，解决了患者使用传统康复装置进行康复训练时活动范围受限制的问题。
文档编号A63B23/12GK102113949SQ20111002953
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者叶雯珺, 孙楠, 曹晓青, 李智军, 王文 申请人:上海交通大学