一種可穿戴式下肢外骨骼機器人的制作方法

本發明涉及醫療康復技術領域，特別是一種可穿戴式下肢外骨骼機器人。

背景技術：

隨著社會經濟的快速發展，目前，對殘疾人的康復治療進行也推進的十分迅速。據統計，我國由于中風、脊髓損傷以及各種交通事故引起的肢體功能障礙患者多達幾百萬，而這些人中，大部分可以通過訓練改善肢體功能。傳統的康復訓練是通過專業醫生手把手教導，并借助拐杖或輔助器械讓患者可以自行行走，這種方法對恢復患者的生理和心理健康具有重大的意義，同時還能減少對醫生、護士的依賴，增強患者在康復過程中的生活自理能力，有著明顯的效果。

專利申請號：201110029533.9公開一種外骨骼可穿戴式康復機器人，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，分為左右上肢外骨骼，穿戴于患者上肢，分別位于肩部外骨骼的大臂部分的下方。該專利結構復雜，不僅包括上肢部分，還有手指部分，可以預見成本極其高昂，同時由于零部件過多，其故障率也相應的增加，同時其采用屈伸電機和旋轉電機配合，其行走時，不僅進行屈伸，同時旋轉，不符合人體行走的特點，其舒適性差。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可穿戴式下肢外骨骼機器人，本申請結構簡單，成本低廉，堅實可靠耐用，只需要四個關節位置的電機驅動即可實現自主行走和單腿單腳的康復練習，避免了傳統采用屈伸電機和旋轉電機配合，其行走舒適性差的特點。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種可穿戴式下肢外骨骼機器人，包括控制背包、行走支架和電機組件；

所述行走支架包括環腰支臂、左大腿桿、左小腿桿、右大腿桿和右小腿桿；所述電機組件包括左大腿電機機構、左小腿電機機構、右大腿電機機構和右小腿電機機構；所述左大腿電機機構、所述左小腿電機機構、所述右大腿電機機構以及所述右小腿電機機構分別由減速機和步進電機構成；

所述環腰支臂為彎折的u字型結構，所述環腰支臂設有左扶桿和右扶桿，所述左扶桿和所述右扶桿上分別設有用于擱放手肘的左扶手板和右扶手板，所述左扶桿和所述右扶桿的端頭位置還分別設有手柄，所述環腰支臂下方焊接有固定平板，所述固定平板上通過螺釘固定有控制背包；

所述左扶手板和所述右扶手板的下方還設有向下延伸的圓形板，所述圓形板上設有若干固定螺孔，所述左扶手板通過圓形板與所述左大腿電機機構以及所述左大腿桿的上端固定為一體，所述右扶手板通過圓形板與所述右大腿電機機構以及所述右大腿桿的上端固定為一體；所述左大腿桿的下端通過所述左小腿電機機構與所述左小腿桿的上端相連，所述右大腿桿的下端通過所述右小腿電機機構與所述右小腿桿的上端相連。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述左小腿桿的下端以及所述右小腿桿的下端還分別設有用于支撐平衡的雞爪結構。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述控制背包包括殼體、pcb電路板和蓄電池，所述pcb電路板和所述蓄電池設于所述殼體內，所述殼體上還設有與蓄電池電路相連的充電接口，所述蓄電池還通過線路分別與左大腿電機機構、左小腿電機機構、右大腿電機機構和右小腿電機機構電路相連，所述pcb電路板還通過信號線分別與左大腿電機機構、左小腿電機機構、右大腿電機機構和右小腿電機機構相連。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述左大腿桿、所述左小腿桿、所述右大腿桿和所述右小腿桿分別設有綁帶板，所述綁帶板上設有若干用于與用戶肢體綁定的綁帶孔。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述左大腿電機機構、所述左小腿電機機構、所述右大腿電機機構和所述右小腿電機機構上分別設有用于限制步進電機和減速機轉動角度過大的限位板。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述手柄包括左手柄和右手柄，所述右手柄上設有連續走按鈕、提右腳按鈕和提右腿按鈕，所述左手柄上設有急停按鈕、提左腳按鈕和提左腿按鈕。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述左扶手板和所述右扶手板中間還分別設有用于嵌入左扶桿和右扶桿的凹槽結構。

進一步的，在本發明優選的實施例中，所述減速機為精密rv減速機。

本發明的有益效果是：

(1)只需要四個關節位置的電機驅動即可實現自主行走和單腿單腳的康復練習，避免了傳統采用屈伸電機和旋轉電機配合，其行走舒適性差的特點；

(2)總共只包含十個主要零件，以一個環腰支臂為主體鏈接整個結構，結構簡單，堅實可靠耐用，同時故障率低，成本低廉；

(3)操作簡單，能通過手柄的按鈕實現連續行走、急停以及單腿單腳練習等功能；

(4)穩定性強，前后左右以科學配重實現自平衡，底部設有雞爪結構構成四點定一面，使得行走和站立時的平衡性強；

(5)有硬體的限位開關，能保障患者的安全性，避免控制背包失靈或軟件出錯時移動范圍超過人體極限的情況發生；

(6)采用精密的rv減速機，能實現對運動的精密控制，增強了用戶使用的體驗感。

附圖說明

圖1為本發明下肢外骨骼機器人的立體圖；

圖2為本發明下肢外骨骼機器人的正視圖；

圖3為本發明左扶手板的左視圖；

圖4為本發明左扶手板的立體結構示意圖；

圖5為本發明左小腿桿的結構示意圖；

圖6為本發明左小腿桿的立體結構示意圖；

圖7為本發明右大腿桿的結構示意圖；

圖8為本發明環腰支臂的結構示意圖；

圖9為本發明減速機的結構示意圖；

圖中，102-固定螺孔，103-圓形板，104-凹槽結構，105-左小腿桿，106-綁帶板，107-雞爪結構，108-限位板，109-右大腿桿，110-環腰支臂，111-固定平板，112-右扶手桿，113-左扶手桿，114-右手柄，115-左手柄，116-右扶手板，117-左扶手板，118-左大腿電機機構，119-右大腿電機機構，120-左小腿電機機構，121-右小腿電機機構，122-左大腿桿，123-右小腿桿，124-控制背包。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。

一種可穿戴式下肢外骨骼機器人，請參閱附圖1-附圖2所示，包括控制背包124、行走支架和電機組件；

所述行走支架包括環腰支臂110、左大腿桿122、左小腿桿105、右大腿桿109和右小腿桿123；所述電機組件包括左大腿電機機構118、左小腿電機機構120、右大腿電機機構119和右小腿電機機構121；所述左大腿電機機構118、所述左小腿電機機構120、所述右大腿電機機構119以及所述右小腿電機機構121分別由減速機和步進電機構成；

所述環腰支臂110為彎折的u字型結構，請參閱附圖8所示，所述環腰支臂110設有左扶桿115和右扶桿112，所述左扶桿113和所述右扶桿112上分別設有用于擱放手肘的左扶手板117和右扶手板116，所述左扶桿113和所述右扶桿112的端頭位置還分別設有手柄，所述環腰支臂110下方焊接有固定平板111，所述固定平板111上通過螺釘固定有控制背包124；

請參閱附圖3和附圖4所示，所述左扶手板117和所述右扶手板116的下方還設有向下延伸的圓形板103，所述圓形板103上設有若干固定螺孔102，所述左扶手板117通過圓形板103與所述左大腿電機機構118以及所述左大腿桿122的上端固定為一體，所述右扶手板116通過圓形板103與所述右大腿電機機構119以及所述右大腿桿109的上端固定為一體；所述左大腿桿122的下端通過所述左小腿電機機構120與所述左小腿桿105的上端相連，所述右大腿桿109的下端通過所述右小腿電機機構121與所述右小腿桿123的上端相連。

進一步的，在本實施例中，請參閱附圖5所示，所述左小腿桿105的下端以及所述右小腿桿123的下端還分別設有用于支撐平衡的雞爪結構107。

具體的，所述控制背包124包括殼體、pcb電路板和蓄電池，所述pcb電路板和所述蓄電池設于所述殼體內，所述殼體上還設有與蓄電池電路相連的充電接口，所述蓄電池還通過線路分別與左大腿電機機構118、左小腿電機機構120、右大腿電機機構119和右小腿電機機構121電路相連，所述pcb電路板還通過信號線分別與左大腿電機機構118、左小腿電機機構120、右大腿電機機構119和右小腿電機機構121相連。

需要說明的是，所述手柄包括左手柄115和右手柄114，所述右手柄114上設有連續走按鈕、提右腳按鈕和提右腿按鈕，所述左手柄115上設有急停按鈕、提左腳按鈕和提左腿按鈕。

本實施例所述下肢外骨骼機器人可以自行站立和行走，支撐自身重量，不會給患者帶來負擔，患者能夠使用手柄上的六個按鈕：連續行走按鈕、急停按鈕、單步提左腳按鈕、單步提右腳按鈕、單步提左腿按鈕、單步提右腿按鈕，這樣患者即能自主練習行走，也能單獨練習單只的腿或腳的運動。

在本實施例中，整個電機組件的工作主要依靠背后的蓄電池驅動，能夠一定程度讓患者恢復自主走動，增強患者康復的信心。同時當蓄電池沒電時，能夠通過控制背包124后方的電源接口與市電相連，對蓄電池進行充電。

進一步的，在本實施例中，請參閱附圖5、附圖6和附圖7所示，所述左大腿桿122、所述左小腿桿105、所述右大腿桿109和所述右小腿桿123分別設有綁帶板106，所述綁帶板106上設有若干用于與用戶肢體綁定的綁帶孔。

具體的，所述左大腿電機機構118、所述左小腿電機機構120、所述右大腿電機機構119和所述右小腿電機機構121上分別設有用于限制步進電機和減速機轉動角度過大的限位板108，該限位板108避免了電機組件旋轉的角度過大，帶動患者的肢體位移超過人體極限的情況發生，保障了患者的使用安全性，避免控制背包124失靈或軟件出錯造成惡意影響。

優選的，所述左扶手板117和所述右扶手板116中間還分別設有用于嵌入左扶桿113和右扶桿112的凹槽結構，左扶手板117和右扶手板116分別焊接于所述環腰支臂110上，使得患者在使用過程中，能達到整個裝置的平衡。

進一步的，在本實施例中，請參閱附圖9所示，所述減速機為精密rv減速機。

需要說明的是，本實施例所述環腰支臂110為環腰不銹鋼管，控制背包124里面裝的是pcb電路板和蓄電池，在環腰支臂110左右兩側分別焊接有一塊扶手板，扶手板與下面的減速機相連接，減速機又分別與步進電機和大腿桿相連，大腿桿上設有限位板108，以保證其運動的范圍，左小腿桿105和右小腿桿123的底部為腳掌，其結構類似雞爪，能左右配合后穩定站立。步進電機在工作時通過減速機將其力量放大一百倍，再通過控制背包124即可精確控制四個步進電機的轉動方向和角度。

本實施例所述下肢外骨骼機器人只需要四個關節位置的電機驅動即可實現自主行走和單腿單腳的康復練習，避免了傳統采用屈伸電機和旋轉電機配合，其行走舒適性差的特點；總共只包含十個主要零件，以一個環腰支臂110為主體鏈接整個結構，結構簡單，堅實可靠耐用，同時故障率低，成本低廉；操作簡單，能通過手柄的按鈕實現連續行走、急停以及單腿單腳練習等功能；穩定性強，前后左右以科學配重實現自平衡，底部設有雞爪結構107構成四點定一面，使得行走和站立時的平衡性強；有硬體的限位開關，能保障患者的安全性，避免控制背包失靈或軟件出錯時移動范圍超過人體極限的情況發生；采用精密的rv減速機，能實現對運動的精密控制，增強了用戶使用的體驗感。

以上所述實施例僅表達了本發明的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。