一种用于脊髓损伤患者的足底轮式驱动自平衡动力外骨骼.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107174488A(43)申请公布日2017.09.19(21)申请号201710236659.0(22)申请日2017.04.12(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园(72)发明人季林红马青川(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人张文宝(51)Int.Cl.A61H3/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种用于脊髓损伤患者的足底轮式驱动自平衡动力外骨骼(57)摘要本发明公开了一种用于脊髓损伤患者的足底轮式驱动自平衡动力外骨骼，包括髋关节、膝关节、踝关节、足底驱动模块、骨盆、股骨和胫骨。踝关节采用无动力被动式关节，在矢状面和冠状面各具有一个旋转自由度，膝关节采用主动式关节驱动器，髋关节为主动式关节驱动器或可控制动器，膝关节和髋关节在矢状面具有一个旋转自由度，配合足底轮式驱动双脚始终着地的优势，在冠状面运动学和动力学平衡；在骨盆处设计了支撑装置，利用足底轮式驱动双脚始终着地的优点，将人体重量由支撑装置经外骨骼传递到地面，有效减小了外骨骼需要约束的人体重量；通过在关节处设计扭簧等储能原件，可以将行走运动过程中的垂直向负重波动造成的对驱动器能量的消耗降低。CN107174488ACN107174488A权利要求书1/2页1.一种用于脊髓损伤患者的足底轮式驱动自平衡动力外骨骼，包括髋关节(1)、膝关节(2)、踝关节(3)、足底驱动模块(4)、骨盆(5)、股骨(7)和胫骨(8)，其特征在于，髋关节(1)、股骨(7)、膝关节(2)、胫骨(8)、踝关节(3)、足底驱动模块(4)从上至下排列且左右对称设置，通过骨盆(5)连接，髋关节(1)与膝关节(2)通过股骨(7)连接、膝关节(2)与踝关节(3)通过胫骨(8)连接、踝关节(3)与足底驱动模块(4)相连接。2.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼的自由度布置方式为，髋关节(1)在矢状面具有一个旋转自由度，膝关节(2)在矢状面具有一个旋转自由度，踝关节(3)在矢状面和冠状面各具有一个旋转自由度。3.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述髋关节(1)为主动式关节驱动器或可控制动器；膝关节(2)为主动关节驱动器，并包括有储能原件；踝关节(3)为无动力被动式关节，并在矢状面和冠状面各包括有储能原件。4.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述骨盆(5)包括支撑装置，从胯部托举使用者，将人体重量由支撑装置经外骨骼传递到地面，减小外骨骼需要约束的人体重量。5.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述髋关节(1)包括髋关节支条(16)、推力轴承(17)、异形螺母(18)、电磁制动器固定螺钉(19)、内侧髋关节(20)、电磁制动器(21)、外侧髋关节(22)、髋关节带键轴(23)和髋关节固定螺钉(24)，髋关节支条(16)上设置有多个可调节的螺孔，髋关节支条(16)与骨盆横向支架(10)通过螺栓拧入不同的调节孔实现位置的调节，内侧髋关节(20)与外侧髋关节(22)通过髋关节固定螺钉(24)连接，通过推力轴承(17)、异形螺母(18)和髋关节带键轴(23)共同组成髋关节旋转副，电磁制动器(21)通过电磁制动器固定螺钉(19)与内侧髋关节(20)连接，髋关节带键轴(23)设置有平键，所述平键与电磁制动器(21)的活动部键槽相配合，当电磁制动器(21)处于非使能状态时髋关节(1)活动部自由转动，当电磁制动器(21)处于使能状态时髋关节(1)因制动而无法自由转动。6.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述膝关节(2)包括驱动电机(25)、膝关节上部(26)、下内侧膝关节(27)、膝关节下部固定螺钉(28)、膝关节扭簧(29)和下外侧膝关节(30)，驱动电机(25)垂直布置以减小整体横向尺寸，减速器集成在膝关节上部(26)内，下内侧膝关节(27)与下外侧膝关节(30)左右对称设置，通过膝关节下部固定螺钉(28)连接，膝关节上部(26)与下内侧膝关节(27)和下外侧膝关节(30)连接的中空部分分别安装有膝关节扭簧(29)，作为膝关节(2)的储能原件以减小驱动电机(25)所需最大功率并降低外骨骼在带动人体运动时垂直向重力波动对能量的消耗。7.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述踝关节(3)包括踝关节冠状面轴(31)、竖后侧踝关节(32)、踝关节横部(33)、竖前侧踝关节(34)、踝关节扭簧(35)和踝关节矢状面轴(36)，竖后侧踝关节(32)与竖前侧踝关节(34)左右对称设置，通过踝关节矢状面轴(36)连接，踝关节横部(33)通过踝关节冠状面轴(31)与足底轮式驱动模块(4)连接，踝关节横部(33)通过踝关节冠状面轴(