[實(shí)用新型]一種動力系統(tǒng)縱置的助行外骨骼機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720265397.6
• 申請日: 2017-03-19
• 公開（公告）號: CN207941022U
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱愛斌;何勝利;何仁杰;何大勇
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 林輝輪

本實(shí)用新型公開了一種動力系統(tǒng)縱置的助行外骨骼機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)中包括腳托、小腿固定裝置、大腿固定裝置和腰部固定裝置；小腿固定裝置和大腿固定裝置之間通過第一動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動連接，大腿固定裝置和腰部固定裝置的底端之間通過第二動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動連接，第一動力系統(tǒng)和第二動力系統(tǒng)的電機(jī)均縱向安裝。本實(shí)用新型的電機(jī)縱置安裝，相比傳統(tǒng)電機(jī)橫置直驅(qū)的方案降低了成本，縮短了橫向尺寸，減小扭力，提高穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)更加緊湊，穿戴時與人體更加貼合。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種自動化醫(yī)療器械，尤其涉及一種動力系統(tǒng)縱置的助行外骨骼機(jī)器人。

背景技術(shù)

隨著全球老齡化社會的到來和各種引起肢體功能喪失的突發(fā)性事故頻頻發(fā)生，下肢功能性障礙患者日趨增多。常見引起人體下肢功能障礙的主要并發(fā)癥有中風(fēng)、脊髓損傷、大腦性麻痹、多發(fā)性硬化癥等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國中風(fēng)患病率在每10萬人口中約550例，以總?cè)丝?3億計(jì)算，則中風(fēng)病人約有715萬，其中致殘率約1/3。在美國，2010年以來，36.5%脊髓損傷患者是由于車禍，28.5%墜落，14.3%犯罪，9.2%運(yùn)動。80%為男性。在所有脊髓損傷患者中，43134例完全四肢癱瘓，110838例不完全四肢癱瘓占據(jù)多數(shù)，還有51051例不完全截癱，49140例完全截癱。截止2014年底，我國60歲以上的老齡人口已達(dá)1.93億，且我國殘疾人群數(shù)量龐大，2014年殘疾人總數(shù)約為8500萬。

下肢外骨骼機(jī)器人是穿戴在用戶下肢外部的一種典型的人機(jī)一體化系統(tǒng)，綜合了檢測、控制、信息融合等機(jī)器人技術(shù)，將用戶的智力和機(jī)器人的“體力”結(jié)合在一起，提供動力以輔助用戶的運(yùn)動。近20年來，外骨骼機(jī)器人作為一款輔助人體康復(fù)的裝備得到了廣泛的應(yīng)用。民用領(lǐng)域方面，外骨骼機(jī)器人可以幫助老年人正常行動；醫(yī)療領(lǐng)域方面，外骨骼機(jī)器人在輔助殘疾人正常生活的同時，也大大減輕了醫(yī)務(wù)人員的工作壓力；軍事領(lǐng)域方面，外骨骼機(jī)器人可以提高戰(zhàn)場的救援效率，幫助更多的受傷人員。由于外骨骼機(jī)器人在各領(lǐng)域發(fā)揮的巨大作用，使得其發(fā)展前景十分廣闊。

盡管隨著機(jī)器人技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，尤其是在傳感器技術(shù)、材料技術(shù)、控制技術(shù)和仿生學(xué)技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的突破，外骨骼康復(fù)機(jī)器人獲得了長足的發(fā)展，但由于人體結(jié)構(gòu)尺寸因人而異，肢體運(yùn)動的復(fù)雜性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制的智能性，對外骨骼機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制設(shè)計(jì)和驅(qū)動選擇形成了極大的挑戰(zhàn)。如何滿足人體和外骨骼相互運(yùn)動的耦合性而減少干擾性，增加控制系統(tǒng)的自主決策能力以智能判斷人體運(yùn)動意圖，通過適宜的驅(qū)動方式選擇確保系統(tǒng)運(yùn)行的持續(xù)高效、安全可靠成為了當(dāng)下外骨骼康復(fù)機(jī)器人研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

一方面，傳統(tǒng)的盤式電機(jī)+諧波減速器的直驅(qū)方案成本較高；另一方面，盤式電機(jī)+行星減速器的直驅(qū)方案橫向結(jié)構(gòu)尺寸較大，不適宜用戶穿戴，也不符合人機(jī)工程學(xué)的基本要求。橫向結(jié)構(gòu)過大的動力系統(tǒng)由于自身重力影響，對機(jī)器人的側(cè)向扭力較大，穩(wěn)定性不佳。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種動力系統(tǒng)縱置的助行外骨骼機(jī)器人，電機(jī)縱置安裝，相比傳統(tǒng)電機(jī)橫置直驅(qū)的方案降低了成本，縮短了橫向尺寸，減小扭力，提高穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)更加緊湊，穿戴時與人體更加貼合。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：一種動力系統(tǒng)縱置的助行外骨骼機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)中包括從下向上依次連接的腳托、小腿固定裝置、大腿固定裝置和腰部固定裝置，所述小腿固定裝置和大腿固定裝置上均設(shè)置有綁腿架；

所述小腿固定裝置的頂端和大腿固定裝置的底端之間通過第一動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動連接，第一動力系統(tǒng)包括縱向安裝在大腿固定裝置外側(cè)且輸出端朝下的第一電機(jī)、軸接第一電機(jī)的第一驅(qū)動錐齒輪、與第一驅(qū)動錐齒輪嚙合的第一從動錐齒輪以及軸接第一從動錐齒輪的第一轉(zhuǎn)軸，第一驅(qū)動錐齒輪與第一從動錐齒輪的夾角為90°，第一轉(zhuǎn)軸與第一從動錐齒輪之間設(shè)置第一平鍵，所述大腿固定裝置的下端通過第一軸承套接在第一轉(zhuǎn)軸上，所述小腿固定裝置的上端通過漲緊裝置與第一轉(zhuǎn)軸固定連接；