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专利号: 2017103465042
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,包括左下肢、右下肢、腰部支撑板、左连接块和右连接块;其中,腰部支撑板为一带弧度的条形板,水平布置,凹面朝前方,并腰部支撑板的左右两端分别通过左连接块和右连接块与左下肢和右下肢连接成一体;左连接块和右连接块均为轴孔一体结构,竖直朝上的方向为轴、水平方向开孔;

以上述腰部支撑板的纵向中心线的垂直平分线为对称轴,所述适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人由左右对称的左半部分和右半部分组成;

其中,左半部分结构如下:

腰部支撑板的左端边缘内侧处,开设有一通透的第一轴孔,第一电机的输出轴自上向下,经由第一轴孔的上端穿过并伸出,伸出端与上述左连接块的轴端通过凸缘联轴器固定连接,左连接块的轴端通过轴承安装在第一轴孔的下端,连接处成为髋关节的一个转动运动关节;

上述左连接块的下端水平开设有第二轴孔,第二轴孔内装配有第二转动轴,第二转动轴的一端与大腿上部轴孔之间成过渡配合,通过平键联接传递转矩,第二转动轴的另一端与左连接块通过轴承形成髋关节的另一个转动关节;

上述第一电机的输出轴和第二转动轴连接处配合运动成为髋关节部;

上述左下肢包括足部、小腿和大腿三部分;其中,小腿和大腿均分别为组合式一体结构,小腿包括小腿下部和小腿上部;大腿包括大腿上部和大腿下部;

所述足部为组合式一体结构,包括前脚掌、足弓部和后脚掌三部分;其中,前脚掌和后脚掌均为平板,前脚掌和后脚掌之间通过可弯曲变形的弹性材料连接在一起,形成足弓部;

上述前脚掌的上表面设置有供机器人的使用人用于固定并锁紧鞋子的卡扣;

上述后脚掌后方外侧边缘处设置有一竖立的耳板,耳板上开设有第三轴孔,第三轴孔内转配有第三转动轴,第三转动轴分别与后脚掌和小腿下部之间采用间隙配合的方式形成可被动式转动连接,连接处成为踝关节部;

上述小腿下部和小腿上部之间通过第一连接柱连接,第一连接柱的一端与小腿下部或小腿上部焊接,另一端与小腿上部或小腿下部上对应位置处开设的不透孔承插连接,插入深度可根据机器人使用人的腿长进行小腿长度的匹配调节,调节到位后,由锁紧装置锁紧;

上述大腿下部和大腿上部之间通过第二连接柱连接,第一连接柱的一端与大腿下部或大腿上部焊接,另一端与大腿上部或大腿下部上对应位置处开设的不透孔承插连接,插入深度可根据机器人使用人的腿长进行大腿长度的匹配调节,调节到位后,由锁紧装置锁紧;

上述小腿上部与大腿下部分别开设有第四轴孔,并通过装配在第四轴孔中的第四转动轴连接,连接处成为膝关节部;其中,小腿上部的第四轴孔与第四转动轴成过渡配合,通过平键联接传递转矩;

第四转动轴与大腿下部的第四轴孔配合处装配有轴套和轴承,第四转动轴与大腿下部通过上述轴承与大腿下部的第四轴孔之间形成可转动连接;

第四转动轴的端部伸出大腿下部的外侧面,伸出端装配有一被动齿轮,被动齿轮的中心孔与第四转动轴成过渡配合,通过平键联接传递转矩;

在大腿下部的外侧面,第四转动轴的上方位置处,设置有一门框形状的第一电机安装座,电机安装座由两块竖板和一块横板焊接而成,其中,两块竖板分别与大腿下部外侧焊接,横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接,横板的中心位置开设有第五轴孔;第二电机固定在第一的电机安装座上;第二电机的输出轴经由上述第五轴孔穿过电机安装座的横板;

主动齿轮轴的一端安装在大腿下部的齿轮轴孔内,主动齿轮轴与齿轮轴孔配合处,安装有轴套和轴承,形成可转动连接;

主动齿轮轴的另一端伸出左下肢下部外侧面,主动齿轮轴的伸出端中段装配主动齿轮,主动齿轮轴的伸出末端通过联轴器与上述第二电机的输出轴固定连接;

上述主动齿轮的中心孔与主动齿轮轴成过渡配合,通过平键传递转矩;主动齿轮整体位于上述第一电机安装座的内部;

所述主动齿轮与被动齿轮啮合,成为齿轮副,齿轮副的减速比的比值大于1;

上述大腿上部的外侧,一上一下,分别安装有一组由同步带传动的带轮;其中,主动带轮位置靠下、被动带轮位置靠上;具体安装结构如下:被动带轮安装轴的右端通过轴承装配在左连接块前部的轴孔中,另一端从大腿上部的外侧伸出,被动带轮装配在伸出端,形成过渡配合,通过平键联接传递转矩;

上述被动带轮安装轴与左连接块的轴孔之间通过轴承和轴套形成可转动连接;被动带轮安装轴与大腿上部连接成过渡配合,通过平键传递转矩;在大腿上部的外侧下方位置处,设置有一门框形状的第二电机安装座,第二电机安装座由两块竖板和一块横板焊接而成,其中,两块竖板分别与大腿上部外侧壁面焊接,横板的两端分别与两块竖板的顶部焊接,横板的中心位置开设有第六轴孔;第三电机的输出轴经由上述第六轴孔穿过电机安装座的横板并伸出;在与上述第六轴孔的中心位于同一直线上,大腿上部上设置有一通透的轴孔,轴孔内装配有一主动带轮轴,主动带轮轴与轴孔配合处装配有轴套和轴承,形成可转动连接;

主动带轮朝大腿上部的外侧伸出,主动带轮装配在伸出端的右侧,主动带轮与主动带轮轴成过渡配合,利用平键传递转矩,伸出端的末端经联轴器与上述第三电机的输出轴固定连接;

上述主动带轮与被动带轮之间通过同步带转动。

2.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,所述第一电机、第二电机和第三电机均为集成有行星齿轮减速器的一体式结构,电机均为无刷直流伺服电机。

3.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,所述主动齿轮的中心孔与第四转动轴之间装配有轴套和深沟球轴承,轴端使用轴用挡圈对轴承内圈进行限位,深沟球轴承数量为两个,成对布置,轴承外圈通过端盖进行限位;

所述主动带轮转轴的中心孔与被动带轮第二转动轴之间装配有轴套和深沟球轴承,轴端使用轴用挡圈对轴承内圈进行限位,深沟球轴承数量为两个,成对布置,轴承外圈通过端盖进行限位。

4.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,所述腰部支撑板上,设置有捆绑用腰带,腰带为常规的带自动扣或板扣的腰带,或常规的带松紧扣的帆布带。

5.根据权利要求1所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,所述腰部支撑板的两端端部向下凹陷的缺口部,第一电机安装到位后,电机的端面沉入缺口部。

6.根据权利要求1-5任一所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,所述主动齿轮与被动齿轮位置处设置有防护罩;

所述腰部支撑板的弧度与人体的腰部弧度相一致;

所述大腿与小腿上的连接柱的锁紧装置均为紧固螺钉,数量均为两个。

7.根据权利要求1-5任一所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,所述大腿上部、大腿下部、小腿上部和小腿下部的主体部分均采用条形的板材制作。

8.根据权利要求1-5任一所述的适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人,其特征在于,配套有控制系统,控制系统的硬件部分包括有盘式电机驱动器、测量人体步态姿态的位姿传感器、足底压力分布测试系统和上位工控机;其中,位姿传感器贴在人体膝关节和髋关节处,用于采集人体姿态变化信号;

前脚掌和后脚掌的足底均分别设置有一凹陷部,各凹陷部内均分别嵌入安装有压力分布式传感器,用于采集使用人行走过程中足底压力信号;上述足底压力传感器利用应变桥原理实现压力的测量,实时感应足底所受压力的变化,并以此为基础判断步态相序的目的;

髋关节部和膝关节部分别安装有关节电机码盘,以采集运动过程中髋关节部和膝关节部的关节角度信号,并通过人机交互传给工控机;

工控机通过控制上述第一电机、第二电机和第三电机的启/停和转速调节,进而控制助力行走机器人的各关节部位的运动,以切合机器人使用人的步频、步幅和步态的变化规律。