一種可穿戴式下肢外骨骼助力行走機器人機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及新型服務與醫療康復訓練機器人領域，具體的說是一種可用于下肢助力及康復訓練的可穿戴式下肢外骨骼助力行走機器人機構。
【背景技術】
[0002]據有關部門統計，因交通事故而造成肢體損傷或者神經損傷的人數以及因神經系統疾病或心腦血管疾病造成的偏癱患者的人數一直呈不斷上升的趨勢，這類患者除了必要的早期藥物治療和早期手術外，合理的康復訓練對于肢體運動功能的恢復和提高也具有非常重要的作用。普通的康復訓練通常要在專業護理人員的幫助下才能進行，由于醫療費用昂貴，加上護理人員的匱乏，大多數患者都選擇在家自我訓練，但是因訓練方法不盡合理，許多患者會錯過肢體康復的最佳時間，甚至肢體的運動功能得不到有效的恢復。因此，為了有效地幫助肢體損傷者和年老體弱者進行下肢助力及康復訓練，研發一種可穿戴式的、人機一體化的智能化康復訓練器械是非常必要的。現在有些研究機構已經出開發類似產品，但這些產品普遍存在的缺陷是:結構復雜、體積大、結構性誤差大、成本高且能耗高。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種可穿戴式下肢外骨骼助力行走機器人機構，適用于病人下肢助力及康復訓練，結構簡單、成本低且可靠性高，并且有效降低能耗。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0005]—種可穿戴式下肢外骨骼助力行走機器人機構，包括踝關節、膝關節、髖關節、小腿支撐組件、大腿支撐組件和腰部連接件，其中踝關節通過小腿支撐組件與膝關節連接，膝關節通過大腿支撐組件與髖關節連接，左、右兩側的髖關節通過腰部連接件連接，所述踝關節上設有既能沿左右方向轉動、又能沿前后方向擺動的足底壓力傳感器，所述膝關節上設有驅動所述小腿支撐組件前后擺動的驅動裝置，所述髖關節上設有驅動所述大腿支撐組件前后擺動的驅動裝置，所述髖關節可上下擺動地安裝在所述腰部連接件的端部。
[0006]所述踝關節包括底座、翻轉軸、鉸接板、彈簧、足底壓力傳感器和連接塊，所述足底壓力傳感器固裝在底座下端，所述底座上端通過翻轉軸與所述連接塊鉸接，所述連接塊通過鉸接板與所述小腿支撐組件鉸接，在所述連接塊和小腿支撐組件的下端均設有彈簧固定板，兩個彈簧分設于所述小腿支撐組件兩側，且每個彈簧的兩端分別與不同的彈簧固定板相連。
[0007]所述小腿支撐組件包括小腿套筒、小腿調節桿和固定件，其中小腿調節桿插裝入小腿套筒中，且所述小腿調節桿通過所述固定件與小腿套筒端部扣合相連固定。
[0008]所述固定件呈半圓筒狀，在所述固定件內部設有凸塊，在所述小腿調節桿上設有與固定件內部的凸塊相配合的凹槽;所述小腿套筒上設有綁縛板。
[0009]所述膝關節包括驅動裝置、擺動板、滑塊、滾珠絲杠、連桿和安裝座，所述安裝座與大腿支撐組件固連，所述驅動裝置和所述滾珠絲杠均設置于所述安裝座上且所述滾珠絲杠通過所述驅動裝置驅動旋轉，所述滑塊套裝在所述滾珠絲杠上且所述滑塊內設有與所述滾珠絲杠配合的絲母，所述滑塊與所述連桿鉸接，所述連桿與所述擺動板鉸接，所述擺動板與所述小腿支撐組件固連，所述小腿支撐組件與大腿支撐組件鉸接。
[0010]所述安裝座內設有導向軸，所述滑塊的一端設有供所述導向軸穿過的通孔;所述小腿支撐組件通過屈伸轉軸與大腿支撐組件鉸接，所述屈伸轉軸上設有角度傳感器。
[0011]所述大腿支撐組件包括大腿套筒、大腿調節桿和固定件，其中大腿調節桿插裝入大腿套筒中，且所述大腿調節桿通過所述固定件與大腿套筒端部扣合相連固定。
[0012]所述固定件呈半圓筒狀，在所述固定件內部設有凸塊，在所述大腿調節桿上設有與固定件內部的凸塊相配合的環形槽;所述大腿套筒上設有綁縛板。
[0013]所述髖關節包括驅動裝置、導向軸、擺動板、滑塊、滾珠絲杠、連桿、鉸接座和安裝座，所述安裝座與鉸接座固連并與所述腰部連接件鉸接，所述驅動裝置和滾珠絲杠均安裝在所述安裝座上，且所述滾珠絲杠通過所述驅動裝置驅動旋轉，所述滑塊套裝在所述滾珠絲杠上，且所述滑塊內設有與所述滾珠絲杠配合的絲母，所述滑塊與所述連桿鉸接，所述連桿與所述擺動板鉸接，所述擺動板與所述大腿支撐組件固連，所述大腿支撐組件與所述鉸接座鉸接。
[0014]所述安裝座內設有導向軸，所述滑塊的一端設有供所述導向軸穿過的通孔;所述大腿支撐組件通過屈伸轉軸與所述鉸接座鉸接，所述屈伸轉軸上設有角度傳感器;所述安裝座上設有寬度調節板，所述寬度調節板通過一個擺動連接板與所述腰部連接件相連，其中所述擺動連接板一端固裝在所述寬度調節板上，另一端與所述腰部連接件鉸接，在所述寬度調節板設有多排用于調節擺動連接板安裝位置的安裝孔;所述腰部連接件上設有綁縛板。
[0015]本實用新型的優點與積極效果為:
[0016]1、本實用新型效率高、成本低且節能。本實用新型在驅動關節處，利用驅動裝置轉軸直接連接滾珠絲杠，并無減速器減速，鑒于滾珠絲杠較高的傳動效率，可以最大程度將功率輸出，減少損失，進而起到節能的效果。另外，驅動裝置沒有接減速器，就可以減去這部分開支，有效降低成本。
[0017]2、本實用新型結構簡單。如果使用齒輪傳動方式，由于齒輪傳動對齒輪組的中心距安裝要求較高，所以需要較為復雜的調心機構，如果使用帶傳動方式，一般還需要皮帶張緊裝置，這就增加了結構的復雜程度，本機構由于使用滾珠絲杠傳動，可以很好地避免這些問題，大大簡化結構。
[0018]3、本實用新型結構可靠性高。相比于齒輪或者帶傳動的傳動方式，如果使用調心裝置或者皮帶張緊裝置，會使得結構繁雜，如果不使用，則齒輪的回差或帶傳動的兩邊張緊力不同導致的結構誤差較大，本機構采用曲柄滑塊結構，連接處均為鉸接，使機構運行時幾乎沒有結構性誤差和傳動不穩定等情況。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖，
[0020]圖2為圖1中踝關節的結構示意圖，
[0021]圖3為圖1中小腿支撐組件的結構示意圖，
[0022]圖4為圖1中膝關節的結構示意圖，
[0023]圖5為圖1中大腿支撐組件的結構示意圖。
[0024]圖6為圖1中髖關節的結構示意圖。
[0025]其中，I為踝關節，2為膝關節，3為髖關節，4為驅動裝置，5為綁縛板，6為小腿支撐組件，7為大腿支撐組件，8為腰部連接件，9為底座，10為翻轉軸，11為鉸接板，12為屈伸轉軸，13為彈簧，14為彈簧固定板，15為足底壓力傳感器，16為小腿套筒，17為小腿調節桿，18為固定件，19為導向軸，20為擺動板，21為滑塊，22為滾珠絲杠，23為連桿，24為鉸接座，25為角度傳感器，26為屈伸轉軸，27為大腿套筒，28為大腿調節桿，29為屈伸轉軸，30為寬度調節板，31為擺動連接板，32為連接塊，33為凹槽，34為側板。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳述。
[0027]如圖1所示，本實用新型包括踝關節1、膝關節2、髖關節3、小腿支撐組件6、大腿支撐組件7和腰部連接件8，其中踝關節I通過小腿支撐組件6與膝關節2連接，膝關節2通過大腿支撐組件7與髖關節3連接，左、右兩側的髖關節3通過腰部連接件8連接，所述踝關節I上設有既可以沿左右方向轉動、又可以沿前后方向擺動的足底壓力傳感器15，所述膝關節2上設有驅動所述小腿支撐組件6前后擺動的驅動裝置4，所述髖關節3設有驅動所述大腿支撐組件7前后擺動的驅動裝置4，所述髖關節3可上下擺動地安裝在所述腰部連接件8的端部。
[0028]如圖2所示，所述踝關節I包括底座9、翻轉軸10、鉸接板11、屈伸轉軸12、彈簧13、彈簧固定板14、足底壓力傳感器15和連接塊32，其中足底壓力傳感器15固裝在底座9下端，所述底座9上端通過翻轉軸10與連接塊32鉸接，所述底座9繞所述翻轉軸10轉動即帶動足底壓力傳感器15沿左右方向轉動，所述小腿支撐組件6上設有小腿套筒16，所述連接塊32通過鉸接板11與所述小腿套筒16相連，其中所述鉸接板11的一端通過三個螺釘固裝在所述連接塊32上，另一端通過屈伸轉軸12鉸接在所述小腿套筒16的下端部，所述鉸接板11繞所述屈伸轉軸12旋轉即帶動所述連接塊32、底座9和足底壓力傳感器15—起沿前后方向擺動，在所述連接塊32和小腿套筒16的下端均設有彈簧固定板14，兩個彈簧13分設于所述小腿套筒16兩側，且每個彈簧13的兩端分別與連接塊32上的彈簧固定板14以及小腿套筒16上的彈簧固定板14相連，所述彈簧13可以在小腿支撐組件6前后擺動(即屈/伸轉動)時緩沖沖擊力，所述足底壓力傳感器15與實時計算機控制系統連接，反饋足底壓力變化信號。本實施例中，所述足底壓力傳感器15的型號為頂S-00005-C40，生產廠家為艾動集團有限公司。
[0029]如圖3所示，所述小腿支撐組件6包括小腿套筒16、小腿調節桿17和固定件18，其中小腿調節桿17插裝入小腿套筒16中，所述小腿調節桿17通過固定件18與所述小腿套筒16固連。所述固定件18呈半圓筒狀并可扣合在所述小腿套筒16遠離踝關節I的一端，小腿調節桿17插入小腿套筒16內的長度可調，當小腿調節桿17的插入長度確定后，所述固定件18與所述小腿套筒16的端部扣合固定所述小腿調節桿17，其中所述固定件18通過螺釘固定在小腿套筒16上，在所述固定件18內部設有凸塊，在所述小腿調節桿17上設有多個可以與固定件18內部的凸塊相配合的凹槽33，固定件18內部的凸塊嵌入小腿調節桿17上相應的凹槽中限制小腿調節桿17移動。
[0030]如圖4所示，所述膝關節2包括驅動裝置4、導向軸19、擺動板20、滑塊21、滾珠絲杠22、連桿23、角度傳感器25、屈伸轉軸26和安裝座。其中，電機4、導向軸19、滑塊21和滾珠絲杠22均設置于安裝座上，所述安裝座包括兩側的側板34和上、下兩塊安裝板，兩側板34的上、下兩端分別通過上、下側的兩塊安裝板相連，在大腿支撐組件7上設有大腿套筒27，在所述大腿套筒27與所述膝關節2相連的一端設有鉸接座24，所述安裝座與所述鉸接座24固連，所述驅動裝置4為直流有刷電機，所述驅動裝置4安裝在所述安裝座的上安裝板上，所述滾珠絲杠22和導向軸19平行固設于所述安裝座中，且所述滾珠絲杠22通過所述驅動裝置4驅