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[发明专利]一种矫正脊柱侧凸外骨骼的线缆柔顺控制方法-CN202310941020.8在审
发明人： 关鑫宇;蒯声政;樊瑜波;盛震明;龙海洋;时雨晴;马晨晓 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2023-07-28 - 公布日： 2023-10-10 - 主分类号： A61F5/02 文献下载
摘要：一种矫正脊柱侧凸外骨骼的线缆柔顺控制方法，它包含：患者穿戴外骨骼；穿戴完成后启动电机，开始提供张力，通过PD算法控制电机使线缆张力达到预设水平，并获取线缆的张力为零时的电机上的编码器检测的位置数据；如果线缆张力始终保持在预设水平波动范围内，当外骨骼收到外力或穿戴者产生的运动，导致线缆的张力超出预设水平波动范围时，通过导纳控制算法和PD算法控制电机的转速，使线缆的张力重新回到预设水平波动范围内；矫正工作结束，使电机反向转动放松线缆，动力自驱张紧模块停止工作。本发明能使外骨骼能够持续提供矫正力的同时，在突然遇到外力或佩戴者运动时能够以较低的阻抗使线缆张力重新回到预设水平，实现柔顺控制。
一种矫正脊柱侧凸外骨骼线缆柔顺控制方法

[发明专利]一种用于矫正脊柱侧凸的主动式外骨骼-CN202310940961.X在审
发明人： 关鑫宇;蒯声政;樊瑜波;盛震明;龙海洋;时雨晴;马晨晓 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2023-07-28 - 公布日： 2023-09-08 - 主分类号： A61F5/02 文献下载
摘要：一种用于矫正脊柱侧凸的主动式外骨骼，它包含穿戴于躯干部位的固定模块，其包含上部固定模块、中部固定模块及下部固定模块；仿生脊柱模块，用于连接相邻的固定模块，以实现跟随人体脊柱的前后屈伸、侧弯和旋转运动；动力自驱张紧模块，布置在下部固定模块上，以驱动矫正丝，并通过套在矫正丝上的穿线管组，作用于上部固定模块、中部固定模块和下部固定模块的侧部，以实现对躯干施加矫正力。本发明采用模块化设计，结构紧凑，操作可靠性强，通过仿生脊柱模块实现支具各个方向的活动，并通过控制动力自驱张紧模块调整矫正丝张力大小从而实现躯干脊柱侧凸的矫正。
一种用于矫正脊柱主动骨骼

[发明专利]截瘫患者助行外骨骼-CN202210719787.1有效
发明人： 关鑫宇;刘凌峰;王晓伟 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2022-06-23 - 公布日： 2023-04-18 - 主分类号： A61H3/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种截瘫患者助行外骨骼，包括下肢外骨骼组件和躯干外骨骼组件。下肢外骨骼组件有两个，两个下肢外骨骼组件呈左右分布；每个下肢外骨骼组件包括在矢状面上转动相连的髋关节三角形组件和腿支条；躯干外骨骼组件包括绳索‑弹簧串联结构，绳索‑弹簧串联结构有两个，其中一个绳索‑弹簧串联结构的下端与左侧的髋关节三角形组件相连且上端用于安装到右侧的肩部，其中另一个绳索‑弹簧串联结构的下端与右侧的髋关节三角形组件相连且上端用于安装到左侧的肩部，髋关节三角形组件相对于对应的绳索‑弹簧串联结构能自由调整方向。本发明可以减轻截瘫患者在行走过程中腰腹部等薄弱肌群的负担，减少行走时的能量消耗。
截瘫患者助行外骨骼

[发明专利]功能电刺激和电机混合驱动的下肢外骨骼装置及控制方法-CN202010728115.8有效
发明人： 关鑫宇;李银波;任峻立;刘伟峰;季林红;杨沂霖;韩新宇;时展鹏 -专利权人：清华大学
申请日： 2020-07-24 - 公布日： 2022-09-30 - 主分类号： A61N1/36 文献下载
摘要：本发明公开了一种功能电刺激和电机混合驱动的下肢外骨骼装置及控制方法，其中，动力式下肢外骨骼系统用于根据实时电机角度和电流信号，建立髋关节电机控制器和膝关节电机控制器的内部动力学模型，对动力学模型进行参数识别，得到髋关节电机控制器和膝关节电机控制器输出的力矩；功能电刺激系统用于接收动力式下肢外骨骼系统反馈的电机角度信息和电流信号，调整刺激参数以生成刺激电流对肌肉进行刺激，输出功能电刺激引起肌肉力矩，通过髋关节电机控制器和膝关节电机控制器输出的力矩和功能电刺激引起肌肉力矩共同驱动患者下肢运动。该装置可以减少电机力矩、功率以及能耗，并同时对患者的下肢肌肉进行康复训练、治疗。
功能刺激电机混合驱动下肢骨骼装置控制方法

[发明专利]一种脊柱侧凸的模块化刚柔耦合智能矫形装置-CN202210300130.1在审
发明人：蒯声政;陈晓生;刘亚丽;关鑫宇;颜滨 -专利权人：深圳市第二人民医院（深圳市转化医学研究院）
申请日： 2022-03-25 - 公布日： 2022-06-07 - 主分类号： A61F5/02 文献下载
摘要：一种脊柱侧凸的模块化刚柔耦合智能矫形装置，属于涉及医疗器械领域。解决了现有柔性矫形器弹力带施加力度较小或柔性支具的施加力点跨过肩部和胯部增加了脊柱侧凸风险的问题，本发明上部固定模块、中部固定模块和下部固定模块均为带状，且由上到下依次通过连接部件连接，且每两个相邻的固定模块之间均设有多组连接部件，每组连接部件均包括两个连接杆，所述两个连接杆相对呈八字型设置在相邻的两个固定模块之间，每个连接杆的两端均设有一个球体，每个固定模块与连接杆的连接部均开有圆形凹槽，连接杆两端的球体设置在所述上部固定模块、中部固定模块或下部固定模块的圆形凹槽内，且所述球体可在圆形凹槽内转动。本发明适用于脊柱侧凸矫正。
一种脊柱模块化耦合智能矫形装置

[发明专利]可调节式轻薄外骨骼膝关节驱动器-CN201910138952.2有效
发明人： 关鑫宇;李银波;蒙奎霖;季林红;汤子汉;李质斌;刘伟峰 -专利权人：清华大学
申请日： 2019-02-25 - 公布日： 2021-09-07 - 主分类号： B25J9/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种可调节式轻薄外骨骼膝关节驱动器，包括：支撑板；轴向固定设置于支撑板上的驱动部件，用于输出驱动力；轴向固定设置于支撑板上的传动部件，传动部件与驱动部件相连，用于传递驱动力；轴向固定设置于支撑板上的减速部件，减速部件与传动部件相连，用于放大驱动力；与支撑板相连的连接部件，连接部件包括多个长方形孔，多个长方形孔用于调节连接部件与支撑板的相对位置。该驱动器具有结构简单紧凑，充分利用有限的空间，尺寸较小、结构简单，易于加工，成本较低，维护方便的优点。
调节轻薄骨骼膝关节驱动器

[发明专利]动力下肢外骨骼控制方法、装置和系统-CN202010403012.4有效
发明人： 关鑫宇;李银波;韩新宇;刘伟峰;时展鹏;季林红;杨沂霖;任峻立 -专利权人：清华大学
申请日： 2020-05-13 - 公布日： 2021-09-07 - 主分类号： A61H3/00 文献下载
摘要：本申请提出一种动力下肢外骨骼控制方法、装置和系统，其中，系统包括：第一、二电机控制器分别获取左、右膝关节电机发送的左、右膝关节角度和左、右膝关节电机电流信号并发送给主控制单元；第三、四电机控制器分别获取左、右髋关节电机发送的左、右髋关节角度和左、右髋关节电机电流信号并发送给主控制单元；主控制单元根据左、右膝关节角度，左、右膝关节电机电流信号，左、右髋关节角度和左、右髋关节电机电流信号计算外骨骼的脚到地面的距离和地面作用力，并根据外骨骼的脚到地面的距离和地面作用力控制外骨骼执行相应的运动动作。由此，能够减少下肢外骨骼在数据采集方面的代价，减少控制系统的复杂性，提高外骨骼运动的稳定性。
动力下肢骨骼控制方法装置系统

[发明专利]下肢外骨骼驱动器-CN201910806014.5有效
发明人： 关鑫宇;李银波;卢仁浩;孟庆慧;季林红 -专利权人：清华大学
申请日： 2019-08-29 - 公布日： 2020-09-29 - 主分类号： B25J9/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种下肢外骨骼驱动器，包括驱动装置、机架、主轴、转盘、棘轮和棘爪组件，主轴可自由转动地安装在机架上；转盘固定在主轴上；棘轮可自由转动地套装在主轴上；棘爪组件包括第一棘爪和第二棘爪，第一棘爪可枢转地安装在机架上，第二棘爪可枢转地安装在转盘上；当第一棘爪与棘轮啮合且第二棘爪与棘轮拨离时，棘轮静止，转盘可随下肢后摆伸展而逆着棘轮的棘齿方向从第一位置转动到第二位置；当转盘转动到第二位置时，第一棘爪与棘轮拨离且第二棘爪与棘轮啮合，驱动装置驱动转盘顺着棘轮的棘齿方向转动，从而推动下肢向前迈进。本发明能够为脊髓损伤患者行走提供外源力，使肌肉损伤平面更高的患者也能够使用，且体积小、控制方便。
下肢骨骼驱动器

[发明专利]下肢负重移动外骨骼-CN201911382856.9在审
发明人： 关鑫宇;刘宇霖;李银波;卢仁浩;石开文;郝天啸;季林红 -专利权人：清华大学
申请日： 2019-12-27 - 公布日： 2020-05-05 - 主分类号： A61H3/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种下肢负重移动外骨骼，包括背板部件、髋关节驱动器部件和大腿连接部件，其中，所述髋关节驱动器部件有两个且分别与所述背板部件的两端连接，所述大腿连接部件有两个且分别与两个所述髋关节驱动器部件相连；当人体髋关节处于摆动期时，屈曲的髋关节对应的所述髋关节驱动器部件处于储能状态；当人体髋关节处于支撑期时，伸展的髋关节对应的所述髋关节驱动器部件处于能量释放状态，以辅助人体负重移动。本发明可以辅助人体负重向前移动，为负重移动用户平地行走、爬坡或上楼梯时提供助力，大幅增加了普适性，并且增加了最大负重，具有更广阔的市场前景。
下肢负重移动骨骼

[发明专利]一种无动力髋关节储能助行外骨骼-CN201810647269.7在审
发明人：陈宏伟;季林红;关鑫宇 -专利权人：陈宏伟
申请日： 2018-06-22 - 公布日： 2019-12-31 - 主分类号： A61H3/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种无动力髋关节储能助行外骨骼，包括小腿托、小支腿、膝关节、大支腿、支腿组件、骨盆支架组件和背板组件，小支腿固定在小腿托上，小支腿通过膝关节与大支腿连接，大支腿上端与支腿组件连接，支腿组件上端与骨盆托组件铰接，骨盆托组件与背板组件固定连接，支腿组件上设置储能元件。本发明在连接骨盆托和大支腿的髋关节端盖中设置储能元件，通过调节储能元件预紧力储存具有不同损伤情况的患者的骨盆和髋关节伸展产生的能量，在屈曲运动时释放，降低患者重心前移的能量消耗。
支腿支腿组件储能元件骨盆托髋关节膝关节背板组件骨盆小腿托上端能量消耗屈曲运动支架组件外骨骼无动力预紧力储能端盖铰接前移助行伸展损伤储存重心释放

[实用新型]人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备-CN201821940769.1有效
发明人：季林红;李银波;汤子汉;关鑫宇;蒙奎霖;李质斌 -专利权人：清华大学
申请日： 2018-11-23 - 公布日： 2019-10-29 - 主分类号： A61H1/02 文献下载
摘要：本实用新型公开了一种人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备，其中，人机关节转轴偏差补偿装置包括第一杆、托板和绑带，所述第一杆由驱动组件驱动运动；所述托板用于撑托人体的臂部或腿部，所述托板与所述第一杆相连且所述托板可沿所述第一杆的长度方向自由滑动；所述绑带固定在所托板上，用于绑在人体的臂部或腿部。该装置可实时自适应补偿外骨骼关节转轴与人体关节转轴之间的位移偏差，有效减少因人机关节转轴不重合而产生的人体关节内力，提升使用者的穿戴体验，减小人体关节处的磨损。将该装置安装在下肢外骨骼上构成下肢外骨骼人机互连设备，可减少使用者髋、膝关节的内力，提高使用者穿戴行走时的舒适度并减少生理能耗。
关节转轴托板下肢外骨骼偏差补偿装置互连设备人体关节内力绑带臂部腿部本实用新型使用者穿戴自适应补偿膝关节驱动运动驱动组件位移偏差有效减少装置安装自由滑动不重合舒适度外骨骼撑托减小转轴穿戴磨损能耗

[实用新型]可变刚度卷簧与电机并联的离合式柔性驱动器-CN201821527664.3有效
发明人：季林红;关鑫宇;李银波;李质斌;陈诺;汤子汉;蒙奎霖;王昭政;钱超 -专利权人：清华大学
申请日： 2018-09-18 - 公布日： 2019-06-28 - 主分类号： B25J9/12 文献下载
摘要：本实用新型提出了一种可变刚度卷簧与电机并联的离合式柔性驱动器，其中，该离合式柔性驱动器包括：驱动部件包括电机，用于为驱动负载转动提供动力；柔性部件包括可变刚度卷簧，通过移动操作杆控制卷簧的接入与释放，并通过棘轮棘爪机构对可变刚度卷簧进行预紧，卷簧与电机轴并联共同输出力矩，使得电机输出力矩、输出功率减少；传动部件用于将电机的输出扭矩和可变刚度卷簧的扭矩传递至减速部件的输入端，并使整个驱动器的结构扁平化；减速部件用于放大力矩，并带动负载转动；支撑部件起支撑作用。该离合式柔性驱动器的空间布局紧凑，整体尺寸小，可满足负载的大力矩需求，应用范围广，能较大程度上降低电机的峰值力矩，减小电机功率，节省能耗。
卷簧可变刚度柔性驱动器离合式电机并联减速部件电机输出力矩棘轮棘爪机构驱动器本实用新型应用范围广传动部件电机功率峰值力矩负载转动空间布局扭矩传递驱动部件驱动负载柔性部件输出功率输出力矩输出扭矩移动操作支撑部件支撑作用扁平化大力矩电机轴输入端减小预紧紧凑转动能耗放大释放

[发明专利]髋关节可外展内收的动力式下肢外骨骼-CN201910120010.1在审
发明人： 关鑫宇;李银波;汤子汉;季林红;刘凯奇;蒙奎霖;李质斌;刘伟峰 -专利权人：清华大学
申请日： 2019-02-18 - 公布日： 2019-04-26 - 主分类号： A61H3/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种髋关节可外展内收的动力式下肢外骨骼，包括：膝关节组件、大腿支条组件、髋关节组件、骨盆支架组件、无动力膝关节、小腿支条和足托，其中，大腿支条组件包括大腿杆和大腿鞘；髋关节组件包括并联柔性驱动器、髋关节限位件和髋关节安装板；骨盆支架组件包括左主板、右主板、左调节板、右调节板、左背板、右背板和内收外展轴；左足托和右足托的内侧均通过小腿支条连接无动力膝关节和大腿鞘，左足托和右足托的外侧均通过小腿支条依次连接膝关节组件、大腿支条组件、髋关节组件和骨盆支架组件。该外骨骼可调节的尺寸包括大腿长度和骨盆支架高度、宽度和前后距离等，这使外骨骼与使用者的身体更为贴合，从而提高人机融合程度。
足托骨盆髋关节髋关节组件大腿支条小腿支条支架组件内收大腿膝关节组件下肢外骨骼膝关节动力式外骨骼无动力主板柔性驱动器前后距离依次连接右调节板组件包括左调节板安装板大腿杆可调节限位件右背板左背板并联贴合支架融合

[发明专利]人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备-CN201811404202.7在审
发明人：季林红;李银波;汤子汉;关鑫宇;蒙奎霖;李质斌 -专利权人：清华大学
申请日： 2018-11-23 - 公布日： 2019-02-22 - 主分类号： A61H1/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种人机关节转轴偏差补偿装置及下肢外骨骼人机互连设备，其中，人机关节转轴偏差补偿装置包括第一杆、托板和绑带，所述第一杆由驱动组件驱动运动；所述托板用于撑托人体的臂部或腿部，所述托板与所述第一杆相连且所述托板可沿所述第一杆的长度方向自由滑动；所述绑带固定在所托板上，用于绑在人体的臂部或腿部。该装置可实时自适应补偿外骨骼关节转轴与人体关节转轴之间的位移偏差，有效减少因人机关节转轴不重合而产生的人体关节内力，提升使用者的穿戴体验，减小人体关节处的磨损。将该装置安装在下肢外骨骼上构成下肢外骨骼人机互连设备，可减少使用者髋、膝关节的内力，提高使用者穿戴行走时的舒适度并减少生理能耗。
关节转轴托板下肢外骨骼偏差补偿装置互连设备人体关节内力绑带臂部腿部使用者穿戴自适应补偿膝关节驱动运动驱动组件位移偏差有效减少装置安装自由滑动不重合舒适度外骨骼撑托减小转轴穿戴磨损能耗

[发明专利]可变刚度卷簧与电机并联的离合式柔性驱动器-CN201811087068.2在审
发明人：季林红;关鑫宇;李银波;李质斌;陈诺;汤子汉;蒙奎霖;王昭政;钱超 -专利权人：清华大学
申请日： 2018-09-18 - 公布日： 2018-12-11 - 主分类号： B25J9/12 文献下载
摘要：本发明提出了一种可变刚度卷簧与电机并联的离合式柔性驱动器，其中，该离合式柔性驱动器包括：驱动部件包括电机用于为驱动负载转动提供动力；柔性部件包括可变刚度卷簧，通过移动操作杆控制卷簧的接入与释放，并通过棘轮棘爪机构对可变刚度卷簧进行预紧，卷簧与电机轴并联共同输出力矩，使得电机输出力矩、输出功率减少；传动部件用于将电机的输出扭矩和可变刚度卷簧的扭矩传递至减速部件的输入端，并使整个驱动器的结构扁平化；减速部件用于放大力矩，并带动负载转动；支撑部件起支撑作用。该离合式柔性驱动器的空间布局紧凑，整体尺寸小，可满足负载的大力矩需求，应用范围广，能较大程度上降低电机的峰值力矩，减小电机功率，节省能耗。
卷簧可变刚度柔性驱动器离合式电机并联减速部件电机输出力矩棘轮棘爪机构驱动器应用范围广传动部件电机功率峰值力矩负载转动空间布局扭矩传递驱动部件驱动负载柔性部件输出功率输出力矩输出扭矩移动操作支撑部件支撑作用扁平化大力矩电机轴输入端减小预紧紧凑转动能耗放大释放

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