[发明专利]仿生设计下肢康复训练外骨骼

说明书

技术领域

本发明涉及可穿戴式下肢康复训练外骨骼，属于医疗康复器械领域。适用于下肢瘫痪患者的运动康复训练。

背景技术

随着人口老龄化加剧，脑卒中病人不断增多。此外，由于交通事故、体育运动损伤及其他致伤因素造成的脊髓损伤也呈增长趋势，对患者的早期康复训练治疗越来越受到重视。其主流是利用中枢神经系统的可塑性，通过运动训练使患侧出现相应的反应，改善肌肉张力，建立神经系统新的组合关系。凭借理疗师的经验对患者进行手动康复训练效率较低，利用下肢康复训练外骨骼能有效替代理疗师繁重的手动训练工作。然而，目前开发的下肢外骨骼或是驱动结构复杂，响应速度慢，或是自由度设计缺乏仿生考虑，尤其是人体膝关节屈伸运动并非简单的定轴转动，如果将其视为定轴转动，会导致患者在康复训练时受到额外的干涉力影响，造成不适，使患者的康复训练效果受到限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，依据人体形态学、人体生物力学和仿生技术，本发明提供了一种仿生设计下肢康复训练外骨骼。

本发明包括与穿戴者腰部连接的腰部绑紧机构和下肢外骨骼腿杆。下肢外骨骼腿杆由髋关节内收外展机构、髋关节屈伸机构、髋关节旋内旋外机构、大腿杆机构、膝关节屈伸机构、小腿杆机构和足底板串联连接，腿杆上装有大腿绑带和小腿绑带用于外骨骼腿杆与穿戴者相连。其中下肢外骨骼左右腿杆各四个自由度，分别为髋关节三个自由度，实现髋关节内收/外展、屈/伸和旋内/旋外三个旋转自由度，该三个旋转自由度轴线正交于人体髋关节运动中心；膝关节一个屈/伸自由度，其关节转动中心随着人体膝关节转动中心一起运动，使外骨骼与人体膝关节转动中心始终保持同轴线。其中下肢外骨骼左右腿杆各包括大腿尺寸调节装置和小腿尺寸调节装置用于保证外骨骼与穿戴者的各个关节位置完全对应一致。

所述腰部绑紧机构通过腰部绑带固联于穿戴者的腰部，腰部绑紧机构包括U形板和腰部绑带；腰部绑带设置在U形板的开口处，绑紧后U形板与人体腰部贴合。

所述髋关节内收外展机构包括左右腿连接板、髋关节外展臂和髋关节外展轴承；髋关节外展臂为L形杆，两个髋关节外展臂的一端分别通过对应的髋关节外展轴承与左右腿连接板连接，髋关节外展臂可以相对左右腿连接板转动；左右腿连接板固定设置在U形板的中间段。

所述髋关节屈伸机构包括髋关节连接法兰、谐波外罩、电机谐波连接法兰、驱动杆、髋关节谐波减速器和髋关节电机；髋关节谐波减速器和髋关节电机分别设置在电机谐波连接法兰的两侧，髋关节电机与髋关节谐波减速器的输入端连接，驱动杆的一端与髋关节谐波减速器的输出端连接，电机谐波连接法兰通过谐波外罩与髋关节连接法兰固定连接，髋关节外展臂的另一端与髋关节连接法兰固定连接。

所述髋关节旋内旋外机构包括弧形导轨、滑块、滑块前挡板和滑块后挡板；弧形导轨上设置有弧形槽，滑块设置在弧形槽内，驱动杆的另一端与弧形导轨的外侧壁固定连接。

所述膝关节屈伸机构包括膝关节连接板、膝关节电机、膝关节谐波减速器、电机固定罩、驱动摆杆；膝关节谐波减速器设置在电机固定罩内，并与电机固定罩固定连接，膝关节电机固定在电机固定罩上，膝关节谐波减速器的输入端与膝关节电机连接，驱动摆杆的一端与膝关节谐波减速器的输出端连接；电机固定罩与膝关节连接板固定连接；膝关节连接板包括凸轮形平板，凸轮形平板的大圆侧设置有凸台，小圆侧开有弧形凹槽，两个膝关节连接板对扣固定连接，之间的间隙形成小腿杆活动通道。

所述大腿杆机构包括大腿上杆、大腿下杆和大腿尺寸调节机构，大腿上杆和大腿下杆分设在大腿尺寸调节机构两端；大腿尺寸调节机构包括大腿连杆，大腿连杆的下部开有大腿下纵向滑槽，大腿下纵向滑槽的侧壁开有螺栓孔，大腿下杆的侧壁开有盲孔，大腿下杆的上部设置在大腿下纵向滑槽内，通过螺栓固定；大腿连杆的上部开有大腿横向通槽和大腿上纵向滑槽，大腿上纵向滑槽与大腿横向通槽的侧壁贯通，大腿上杆的下部设置在大腿上纵向滑槽内，其端部与设置在大腿横向通槽内的大腿尺寸微调装置相接；大腿尺寸微调装置包括两组微调杆和两个微调测杆，每组微调杆包括两个一端铰接的大腿调节杆，大腿调节杆的另一端分别与对应的大腿微调测杆铰接，大腿调节螺杆穿过微调测杆设置，通过大腿调节螺杆调节两个微调测杆之间的距离，实现大腿尺寸微调装置高度的变化。