[发明专利]基于绳索传动的下肢康复外骨骼

说明书

本发明公开了一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼，包括：背包装置、腰部固定装置、左驱动机构和右驱动机构；左驱动机构和右驱动机构结构相同，均包括与腰部固定装置连接的髋关节驱动机构、与髋关节驱动机构下端连接的膝关节驱动机构、与膝关节驱动机构的下端连接的踝关节驱动机构以及连接在所述踝关节驱动机构下端的足底支撑机构。本发明的单腿具有6个自由度：髋关节驱动机构2个自由度、膝关节驱动机构2个自由度、踝关节驱动机构2个自由度，整体装置能实现12个自由度；本发明的各关节结构与人体关节运动形式耦合，每个关节通过背部的驱动电机组件驱动，采用绳索传动的方式驱动，驱动设备可远关节而设置在背部，能减轻节处的重量。

技术领域

本发明涉及康复机器人领域，特别涉及一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼。

背景技术

外骨骼机器人是一种具备运动支撑防护功能的可穿戴式设备，具有广泛应用。在医疗领域，康复外骨骼机器人能够有效地辅助残疾人进行上肢下肢的康复训练，大大减轻医疗人员的工作压力。

目前外骨骼机器人的部分关节的结构不符合人体工学，不仅造成人机运动不协调，还会造成关节的压力，从而可能损伤关节。例如，对于膝关节，研究表明，人体膝关节运动复杂，当膝关节做屈伸运动时，并不是简单的单自由度的转动，股骨会在胫骨上转动并滑动，而目前下肢外骨骼的膝关节的结构普遍至具有单自由度的转动，不符合人体工学，不仅造成人机运动不协调，还会造成关节的压力，从而可能损伤关节。另外，目前主动式外骨骼的驱动机构普遍都设置在关节处，会造成下肢的重量增大，关节运动惯性增大。

所以，现在需要一种更可靠的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于绳索传动的下肢康复外骨骼，包括：背包装置、腰部固定装置以及对称连接在所述腰部固定装置左右两侧的左驱动机构和右驱动机构；

所述左驱动机构和右驱动机构结构相同，均包括与所述腰部固定装置连接的髋关节驱动机构、与所述髋关节驱动机构下端连接的膝关节驱动机构、与所述膝关节驱动机构的下端连接的踝关节驱动机构以及连接在所述踝关节驱动机构下端的足底支撑机构；

所述背包装置内设置有若干个驱动电机组件，每个所述髋关节驱动机构、膝关节驱动机构和踝关节驱动机构各自通过绳索驱动连接有至少一个驱动电机组件；

所述髋关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第一被动储能组件实现的内收/外摆自由度；

所述膝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现矢状面的自适应两个自由度；

所述踝关节驱动机构具有通过一个驱动电机组件的驱动实现的屈伸自由度和通过第二被动储能组件实现的内翻/外翻自由度。

优选的是，所述腰部固定装置包括固定板、连接在所述固定板上的腰部绑带以及设置在所述固定板内侧的靠背。

优选的是，所述髋关节驱动机构通过第一被动储能组件与所述固定板可转动连接，所述第一被动储能组件包括固接在所述固定板上的髋关节上连接板、固接在所述髋关节上连接板上的两轴承座、可沿人体髋关节的内收/外摆方向转动设置在所述两轴承座上的髋关节转轴、与所述髋关节转轴固接的连接件以及上端与所述髋关节上连接板固接且下端与所述连接件固接的板簧；

所述连接件随髋关节进行内收/外摆运动时，所述板簧会因产生变形而储存能量。

优选的是，所述髋关节驱动机构包括可转动设置在所述连接件下端的髋关节驱动轮、与所述髋关节驱动轮固接的髋关节下连接板以及连接在所述髋关节下连接板上的用于固定套设在大腿上的髋关节绑带；

所述髋关节驱动轮通过第一绳索与至少一个所述驱动电机组件驱动连接。