一种机械式下肢外骨骼助行装置

本发明涉及一种人体助行外骨骼，更具体地说，涉及一种机械式下肢外骨骼助行装置。

背景技术：

1、近年来，随着社会老龄化程度日益加重以及现代交通工具的进步，我国下肢功能障碍人群逐年攀升。经临床验证，康复训练对下肢功能障碍患者恢复日常生活能力和运动功能非常重要，这有助于患者优化身体平衡性，降低致残风险。由此应运而生的下肢康复机器人开始广泛的应用在医疗康复领域，用来帮助下肢运动障碍的患者恢复下肢运动能力。目前较为广泛使用的下肢康复机器人是以外骨骼辅助患者进行康复，利用电机来驱动外骨骼的髋关节与膝关节来达到匹配正常人体运动步态的目的。

2、现有技术的缺陷和不足：

3、目前下肢康复机器人采用的主要技术是利用电机驱动外骨骼各个关节来运动，这种技术虽然可以达到匹配正常人体运动步态的目的，但多个电机控制运动使其控制系统变得复杂，并且大量电机的使用也提高了成本，这让下肢康复机器人难以在一般家庭广泛使用。

4、因此，我们提出了一种机械式下肢外骨骼助行装置用于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机械式下肢外骨骼助行装置，通过凸轮连杆机构实现下肢康复机器人中的外骨骼大腿与小腿联动，减少电机数量、降低控制难度。

2、解决上述问题的技术方案是：一种机械式下肢外骨骼助行装置，包括安装板、驱动机构、大腿运动机构、小腿运动机构和脚踏板；所述驱动机构包括有驱动轴和驱动凸轮；所述驱动轴安装在安装板上，通过驱动轴带动驱动凸轮匀速转动；所述驱动凸轮是一个具有双面凹槽的凸轮；所述驱动凸轮的一端面设置有环形曲线状凹槽ⅰ，其另一端面设置有环形曲线状凹槽ⅱ；所述大腿运动机构主要是由大腿板和大腿推动杆组成；所述大腿板的运动是由驱动凸轮的环形曲线状凹槽ⅰ配合大腿推动杆推动大腿板实现；所述小腿运动机构主要是由小腿板、小腿推动杆、平移杆、小腿摇杆和凸轮摇杆组成；所述小腿板的运动是由驱动凸轮的另一面环形曲线状凹槽ⅱ配合凸轮摇杆，带动小腿摇杆运动，然后使平移杆上下滑动并通过小腿推动杆来推动小腿板运动；所述脚踏板与小腿板铰接。

3、其进一步技术方案是： 所述大腿推动杆上设置有导轮ⅰ，所述导轮ⅰ与环形曲线状凹槽ⅰ相适配并放置在环形曲线状凹槽ⅰ内；所述凸轮摇杆上设置有导轮ⅱ，所述导轮ⅱ与环形曲线状凹槽ⅱ相适配并放置在环形曲线状凹槽ⅱ内；当驱动凸轮转动时，导轮ⅰ和导轮ⅱ被驱动凸轮双面凹槽约束，按照固定路径带动大腿推动杆和凸轮摇杆进行往复运动。

4、其又进一步技术方案是：所述安装板上横向设置有滑轨ⅰ，所述滑轨ⅰ上设置有滑块ⅰ，所述滑块ⅰ可在滑轨ⅰ上滑动；所述大腿推动杆的杆体固定在滑块ⅰ上；所述大腿推动杆与大腿板的杆体活动连接；所述大腿板的上端与安装板铰接，其下端与小腿板铰接；

5、所述大腿板的一侧竖向设置有滑轨ⅱ，所述滑轨ⅱ与大腿板固定连接；所述滑轨ⅱ上设置有滑块ⅱ，所述滑块ⅱ可在滑轨ⅱ上滑动；所述平移杆的杆体固定在滑块ⅱ上；所述平移杆上端与小腿摇杆的一端铰接，所述小腿摇杆的另一端与凸轮摇杆铰接；所述平移杆的下端与小腿推动杆的一端铰接；所述小腿推动杆的另一端与小腿板铰接。

6、其又进一步技术方案是：所述小腿板的上端在两个不同的铰接点处分别与小腿推动杆和大腿板铰接，其下端与脚踏板铰接。

7、其又进一步技术方案是：所述大腿推动杆包括两块平行设置的前板和后板，所述前板和后板的底部之间通过连接板连接，所述连接板上设置有一侧板；所述导轮ⅰ设置在前板的内侧；所述后板的外侧与滑块ⅰ固定连接；所述侧板的内侧设置有导轮ⅲ，所述导轮ⅲ滑装在大腿板预设的限位槽内；所述驱动凸轮位于前板和后板之间。

8、其又进一步技术方案是：所述凸轮摇杆包括依次连接的第一直线段、用于避开驱动轴的弧线段和第二直线段；所述第二直线段的自由端与安装板铰接，所述导轮ⅱ设置在第一直线段与弧线段的连接端处，所述第一直线段的自由端与小腿摇杆铰接。

9、其进一步技术方案是： 所述驱动轴固定于安装板上的轴承座内；所述驱动轴通过螺母和平键固定在驱动凸轮的安装孔上。

10、其进一步技术方案是： 所述环形曲线状凹槽ⅰ的延伸轨迹是按预设大腿运动规律的曲线段依次相连而构成；所述环形曲线状凹槽ⅱ的延伸轨迹是按预设小腿运动规律的曲线段依次相连而构成。

11、由于采用上述技术方案，本发明之一种机械式下肢外骨骼助行装置与现有技术相比，具有以下有益效果：

12、（1）本发明通过驱动凸轮的双面凹槽来匀速驱动整个下肢外骨骼助行装置，能够减少连杆的使用数量，简化控制流程，进而提高外骨骼运动的流畅度，提高患者使用时的舒适度。

13、（2）本发明通过具有的凸轮连杆机构设计的小腿运动机构和大腿运动机构代替下肢关节电机来实现康复机器人的下肢外骨骼的运动，能够大幅度减少康复机器人的生产成本，降低控制难度，显著地提高了下肢外骨骼的运动稳定性，扩大了康复机器人的应用场景，让下肢康复机器人在一般家庭广泛使用。下面结合附图和实施例对本发明之一种机械式下肢外骨骼助行装置的技术特征作进一步说明。

技术特征：

1.一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：包括安装板、驱动机构、大腿运动机构、小腿运动机构和脚踏板；所述驱动机构包括有驱动轴和驱动凸轮；所述驱动轴安装在安装板上，通过驱动轴带动驱动凸轮匀速转动；所述驱动凸轮是一个具有双面凹槽的凸轮；所述驱动凸轮的一端面设置有环形曲线状凹槽ⅰ，其另一端面设置有环形曲线状凹槽ⅱ；所述大腿运动机构主要是由大腿板和大腿推动杆组成；所述大腿板的运动是由驱动凸轮的环形曲线状凹槽ⅰ配合大腿推动杆推动大腿板实现；所述小腿运动机构主要是由小腿板、小腿推动杆、平移杆、小腿摇杆和凸轮摇杆组成；所述小腿板的运动是由驱动凸轮的另一面环形曲线状凹槽ⅱ配合凸轮摇杆，带动小腿摇杆运动，然后使平移杆上下滑动并通过小腿推动杆来推动小腿板运动；所述脚踏板与小腿板铰接。

2.根据权利要求1所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述大腿推动杆上设置有导轮ⅰ，所述导轮ⅰ与环形曲线状凹槽ⅰ相适配并放置在环形曲线状凹槽ⅰ内；所述凸轮摇杆上设置有导轮ⅱ，所述导轮ⅱ与环形曲线状凹槽ⅱ相适配并放置在环形曲线状凹槽ⅱ内；当驱动凸轮转动时，导轮ⅰ和导轮ⅱ被驱动凸轮双面凹槽约束，按照固定路径带动大腿推动杆和凸轮摇杆进行往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述安装板上横向设置有滑轨ⅰ，所述滑轨ⅰ上设置有滑块ⅰ，所述滑块ⅰ可在滑轨ⅰ上滑动；所述大腿推动杆的杆体固定在滑块ⅰ上；所述大腿推动杆与大腿板的杆体活动连接；所述大腿板的上端与安装板铰接，其下端与小腿板铰接；

4.根据权利要求3所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述小腿板的上端在两个不同的铰接点处分别与小腿推动杆和大腿板铰接，其下端与脚踏板铰接。

5.根据权利要求2所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述大腿推动杆包括两块平行设置的前板和后板，所述前板和后板的底部之间通过连接板连接，所述连接板上设置有一侧板；所述导轮ⅰ设置在前板的内侧；所述后板的外侧与滑块ⅰ固定连接；所述侧板的内侧设置有导轮ⅲ，所述导轮ⅲ滑装在大腿板预设的限位槽内；所述驱动凸轮位于前板和后板之间。

6.根据权利要求2所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述凸轮摇杆包括依次连接的第一直线段、用于避开驱动轴的弧线段和第二直线段；所述第二直线段的自由端与安装板铰接，所述导轮ⅱ设置在第一直线段与弧线段的连接端处，所述第一直线段的自由端与小腿摇杆铰接。

7.根据权利要求1所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述驱动轴固定于安装板上的轴承座内；所述驱动轴通过螺母和平键固定在驱动凸轮的安装孔上。

8.根据权利要求1所述的一种机械式下肢外骨骼助行装置，其特征在于：所述环形曲线状凹槽ⅰ的延伸轨迹是按预设大腿运动规律的曲线段依次相连而构成；所述环形曲线状凹槽ⅱ的延伸轨迹是按预设小腿运动规律的曲线段依次相连而构成。

技术总结一种机械式下肢外骨骼助行装置，包括安装板、驱动凸轮、大腿运动机构、小腿运动机构和脚踏板；所述驱动凸轮是一个具有双面凹槽的凸轮；所述大腿运动机构由大腿板和大腿推动杆组成；所述大腿板的运动是由驱动凸轮的环形曲线状凹槽Ⅰ配合大腿推动杆推动大腿板实现；所述小腿运动机构由小腿板、小腿推动杆、平移杆、小腿摇杆和凸轮摇杆组成；所述小腿板的运动是由驱动凸轮的另一面环形曲线状凹槽Ⅱ配合凸轮摇杆，带动小腿摇杆运动，然后使平移杆上下滑动并通过小腿推动杆来推动小腿板运动。本装置通过凸轮连杆机构实现下肢康复机器人中的外骨骼大腿与小腿联动，减少电机数量、降低控制难度。技术研发人员：李健,张宇,梁鹏,陈镇涛,谢国安,韩泽仲受保护的技术使用者：广西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13