[发明专利]基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗康复器械，具体是一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人。

背景技术

随着我国人口老龄化的加剧，血管疾病或神经系统疾病造成患者肢体运动功能障碍从而引发偏瘫的人数不断增多；随着经济发展和人民生活水平提高，交通运输工具迅速增多，因交通事故造成神经损伤或肢体损伤而不能正常行走的人数不断增多，给家庭和社会带来了沉重的负担。在康复治疗过程中，改善患者的行走能力，提高其生活自理能力，是使其回归社会的重要方面，因此恢复独立行走能力是康复治疗努力的首要目标。

下肢康复机器人是康复工程的产物，能通过机器引导肢体做各种指定的重复性康复训练，对控制肢体运动的神经系统刺激并重建，达到恢复下肢运动功能的目的，是一种有效的临床干预手段。

下肢康复机器人的历史尚短，但发展迅速。瑞士LOKOMAT机器人于1999年研制成功,是出现最早的步态康复机器人；日本研制了HAL系列的穿戴式助力机器人，是世界上第一款商用外骨骼机器人；美国ELEGS下肢康复机器人配备了一对拐杖，并在其中安装了传感器来获取操作者的运动意图；荷兰LOPES下肢动力外骨骼除了提供正常关节的自由度外，还设计了盆骨上下移动的自由度。在国内，下肢康复机器人的研究工作起步较晚，清华大学研制了步行康复训练系统GRTS；浙江大学研制一款下肢辅助行走外骨骼机构，采用气动方式驱动，半主动的控制方式。国内其他科研机构也相继展开了下肢康复机器人的研究，但总体来说还处于实验室研究阶段，距离商用推广还任重道远。

现有的下肢康复机器人存在下列缺陷和不足：(1)下肢康复机器人结构设计不够拟人化，包括自由度的配置、骨骼结构与人体的贴合度、适应不同体型穿戴者的调节性等；(2)下肢康复机器人的研究多集中于腿部机构和足部机构，对腰部机构的研究较少，忽略了步行训练时的腰部运动；(3)下肢康复机器人多体积庞大，过于笨重，且功能单一，价格昂贵，不能满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人，包括腰部装置、两个左右对称的腿部装置和两个左右对称的足部装置；

所述腰部装置包括腰部支撑部件、第一腰部驱动装置、第二腰部驱动装置、第三腰部驱动装置、腰部运动部件、腰带、第一连腿件和第二连腿件，所述腰部支撑部件的两端分别与第一连腿件和第二连腿件铰接，铰接处分别安装第二腰部驱动装置和第三腰部驱动装置，驱动第一连腿件和第二连腿件转动，所述腰部运动部件安装于腰部支撑部件上，腰部运动部件的末端与腰带相连，通过第一腰部驱动装置驱动腰带模拟人体步行时的骨盆运动；

所述腿部装置包括第一腿部驱动装置、第二腿部驱动装置、第三腿部驱动装置、大腿部件和小腿部件；所述大腿部件与腰部的第一连腿件或第二连腿件铰接，铰接处安装第二腿部驱动装置驱动大腿部件转动，所述小腿部件与大腿部件的底端铰接，铰接处安装第三腿部驱动装置驱动小腿部件转动，所述第一腿部驱动装置安装于大腿部件上，带动大腿部件沿大腿部件长度方向扭转；

所述足部装置包括足部驱动装置、脚支架和底板；所述脚支架和底板固定，所述底板与小腿部件的底端铰接，铰接处安装足部驱动装置驱动足部装置转动。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明根据步行训练的腰部运动特点，通过调节腰部运动部件的滑动杆位置，其腰部装置能够模拟康复步行训练中不同步速下的腰部运动轨迹，满足康复治疗过程中不同阶段的康复步速要求；

(2)本发明对不同穿戴者的佩带要求有较好的适应性：通过腰部支撑部件的调节可以满足不同穿戴者的宽度要求，通过腰部运动部件的调节可以满足不同穿戴者的高度要求，通过大、小腿部件的调节可以满足不同穿戴者大、小腿长度的要求；

(3)本发明的腿部装置在模拟人体髋关节转动时腿部机构的旋转中心在人腿中心骨骼上，同时，在大腿部件靠近膝关节处预留一个局部旋转自由度来弥补大腿处外骨骼与人体腿骨之间由于腿部肌肉变形而引起的不匹配问题(特别是穿戴者处于坐立状态)，符合人机工程的要求，提高了穿戴的舒适性；

(4)本发明设计了下肢康复机器人的足部装置，除脚踝处的伸屈自由度外在脚支架铰接处留有一个局部旋转自由度，方便人体脚部做旋转康复训练，另外，其足部装置设置为双脚底板，脚支架下端也安有一个小底板，在穿戴者做脚部局部康复训练时能够由大底板承担康复机器人整体的重力，减轻穿戴者的负担；