[发明专利]一种适用于下肢康复外骨骼机器人的具有交互力参数测量的腿部装置

说明书

一.技术领域

本发明涉及外骨骼机器人，具体涉及一种可穿戴的下肢康复外骨骼机器人。

二.背景技术

中国是一个人口大国，因为交通事故、老龄化、心脑血管疾病等造成的下肢损伤的人数逐年上升，医学理论表明，有些病人越早进行康复训练，恢复的可能性越大。

目前的康复训练主要是在专业护理人员的辅助下完成，但这种专业的护理人员十分缺乏，为此病人不得不自行训练，但效果不好，错过治疗的最佳时期。

人机一体化设备发展迅速，下肢外骨骼机器人是一种可穿戴式的人机一体化设备。

在外骨骼领域中，外骨骼的结构完全仿照人体下肢进行设计，在专利公开号为CN 103908392A的穿戴式下肢外骨骼装置中，每条腿有六个自由度，髋部宽度和大腿小腿长度均可以调整，这种外骨骼既可以帮助健康的操作者负重行走，也可以帮助下肢受伤的患者完成行走动作。

对患者来说，该装置有些自由度冗余，不利于辅助行走，固定装置设计不够合理，穿着舒适度低。

因此，需要一种性能更加完善的可穿戴下肢康复外骨骼机器人。

三.发明内容

本发明的目的在于设计一种性能更加完善的可穿戴下肢康复外骨骼机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可穿戴下肢外骨骼，包括背部、腰部、髋关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节和足部，背部固定背带，采用拟人化的设计，适合人体穿戴，有利于实现良好的人机结合。

背部结构符合人体工程学，伤者背上更加舒适，并且在做外骨骼的集成化时，外骨骼的电源与控制器也都在背部，但这个重量不需要伤者来承担，由外骨骼承担。

腰部是背部与下肢的连接点，背部的所有重量会落在外骨骼的腰部，腰部的结构，需要确保人穿戴后，不会干涉人的运动，为了适应不同的人群，腰部的宽度需要可调节。

人体髋关节的自由度有三个，但对于下肢伤者来说，外骨骼髋关节保留三自由度不利于辅助行走，同时，髋关节采用液压驱动，这里的驱动是为了帮助伤者迈出大腿，同时需要测量髋关节的角位移。

外骨骼的腿部结构，需要确保伤者穿戴后，外骨骼带动伤者协调运动，膝关节采用液压驱动，帮助伤者控制小腿，外骨骼的大腿和小腿长度均可以调节，以适应不同的人群，也需要测量膝关节的角位移。

对于足部结构，踝关节要固定，下肢伤者的脚固定在外骨骼的足部，由外骨骼带动伤者运动，足底为橡胶材料，有效缓冲地面的反作用力，外骨骼的足部有压力传感器，可以测量人的足底压力信号。

人体穿戴外骨骼，背部有柔性背带，胸部有柔性绑缚带，腹部有柔性绑缚带，大腿内侧和小腿内侧均有柔性绑缚带，腿部有交互力传感器，可以测量外骨骼与人之间的力。

与现有技术相比，本发明的改进效果是：拟人化的设计，合理的自由度设置，满足了下肢伤者的正常行走，同时，不会因为自由度冗余，造成外骨骼过于灵活不利于伤者行走；主要固定部位均采用柔性绑缚带，提高了伤者穿戴的舒适度；髋关节、膝关节均采用液压驱动，驱动力大，适用于大体重的伤者；髋关节、膝关节处设有角度传感器，大腿与小腿内侧设有交互力传感器，采集的数据集中处理，方便外骨骼对不同伤者的步态规划。

四.附图说明

图1为本发明的一种用于辅助行走的可穿戴下肢康复外骨骼的结构示意图。

图2为本发明的下肢康复外骨骼的背部结构示意图。

图3为本发明的下肢康复外骨骼的具有关节角度测量的髋关节执行机构及腰部宽度调节机构示意图。

图4为本发明的下肢康复外骨骼的具有人机交互力测量的大腿长度调节机构及具有关节角度测量的膝关节执行机构。

图5为本发明的下肢康复外骨骼的具有人机交互力测量的小腿长度调节机构及具有足底压力测量的足部机构。

图6为本发明的下肢康复外骨骼的执行元件液压缸的结构图。