下肢外骨骼

摘要： 无动力下肢外骨骼具有质量小、代谢能耗低、可持续工作时间长等优点,可以在行走过程中为使用者提供助力。本文针对老年人足上抬高度低、步态拖沓等特征,设计了一款无动力下肢外骨骼装置,在无控制的基础上使用很小的成本实现了类似有源外骨骼的步态吻合。该外骨骼通过弹力带,储存髋关节伸展时人体重心降低的能量,并采用离合器系统帮助外骨骼更好的符合步态特征,实现物理自动化。制作样机后,本文设计了拉力实验、足底压力测试、连续行走测试和弹力带刚度优化实验。结果证明,测试者的足底压力在穿着下肢外骨骼后平均减少14.79%,大部分测试者穿戴外骨骼后助力效果明显。改变弹力带刚度后,再次进行多组足底压力测试实验,得到最佳弹力带刚度。

摘要： 针对目前外骨骼膝关节与人体膝关节旋转轴线不重合,人机之间存在“寄生力”的问题,提出一种混联外骨骼膝关节和一种基于李代数的运动学规划算法。利用运动学模型建立驱动器和人体运动之间的映射,对人体运动进行感知,构建关节位形空间。介绍了一种基于螺旋理论的参数选择方法,结合粒子群优化算法,以工作空间面积和全局传递指标为优化目标,优化了膝关节外骨骼的尺度。仿真和实验结果表明:膝关节外骨骼的工作空间覆盖了膝关节运动范围,支链传递效率均大于0.7;外骨骼可以精确根据人体运动调整自身运动轴线,消除人机之间的“寄生力”。

摘要： 为了研究人机携行外骨骼行走过程中多相交替过程下运动学参数的变化规律,基于D-H坐标系对外骨骼建立运动学模型,运用Newton-Euler递归公式计算出行走过程中的运动学表达式。为实现外骨骼与人体的携行运动,通过位移姿态传感器对人体行走过程中各关节参数进行了测量与分析。基于西南交通大学第三代人机携行外骨骼为研究对象,在Adams环境中建立虚拟样机,以人体运动参数为驱动,对外骨骼进行运动学仿真,并以双腿多相交替过程为切入点,对仿真结果进行了分析。结果可为人机携行外骨骼驱动的测控系统提供可靠依据。

摘要： 针对行走助力需求,通过对人体下肢结构与运动特征进行分析,采用模块化的方法设计了一款下肢助力外骨骼机器人。考虑不同场景穿戴者的运动特点,基于该系统设计了主动助力与随动跟踪2种控制模式。行走实验表明,该下肢外骨骼机器人既可以实现负重助行的功能,也能对目标关节轨迹进行快速的跟踪而不阻碍穿戴者的正常运动。

摘要： 为了帮助脊椎损伤患者能在不同场合中下楼梯活动,提出了一种惯性测量单元(IMU)的适用于外骨骼下楼梯的步态规划算法去检验佩戴者的运动轨迹,同时使用深度相机作为视觉传感器实时检测楼梯环境。此种算法按照视觉传感器反馈的楼梯高度与宽度、穿戴者的下肢尺寸等数据对关节位置进行最优轨迹的规划,之后关节的角度轨迹利用逆运动学进行计算分析。最后通过多名实验者穿戴下肢外骨骼机器人在两种不同尺寸的楼梯上进行模拟实验,机器人根据不同环境规划出不同的步态轨迹去帮助穿戴者完成下楼梯的实验,且实际楼梯尺寸与深度相机检测的尺寸误差在2%以内。实验结果表明,运用此种算法的下肢外骨骼机器人可以为不同的人规划出适应不同尺寸楼梯的步态轨迹,从而验证了此种算法的有效性。

摘要： 下肢外骨骼研究一直是外骨骼发展研究领域的热门。在下肢外骨骼的研究中主要分为两种驱动类型,即:有动力系统驱动和无动力被动式下肢外骨骼;在有动力驱动的下肢外骨骼中,又分为刚性下肢外骨骼和柔性下肢外骨骼。对两种不同驱动类型的下肢外骨骼研究进行综述分析,介绍其发展状况、结构原理、装备的优势和不足,分析了它们的性能,以及在以后的研究中需要注意的关键技术。

摘要： 机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物,在工业、医学、农业、服务业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。主要针对中风偏瘫患者的下肢外骨骼康复训练的机器人用于患者的下肢辅助练习或替代截肢者恢复行走能力。以智能/机械化的方式控制训练。该研究运用了控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学相关理论建立了下肢外骨骼三维模型,并设计了外骨骼的髋关节、膝关节和踝关节等重点关节结构。对旋转关节结构的髋关节、膝关节等进行进一步的优化,在保证完整的下肢自由度运动的前提下减轻复杂程度,使其稳定性和快速性得以提高。

摘要： 研究基于液压驱动的下肢外骨骼机器人,旨在实现人体下肢的运动康复。设计结构紧凑型液压驱动下肢外骨骼整体机构。建立了下肢外骨骼多连杆机构模型,基于拉格朗日法对模型进行动力学分析。针对下肢外骨骼的快速随动控制提出了一种滑模控制器,并运用MATLAB进行了控制仿真模拟,仿真结果表明,外骨骼采用该控制算法具备良好的跟踪效果。搭建了外骨骼系统软硬件平台,通过预设步态跟踪控制实验,验证了机构的合理性与控制算法的有效性。

摘要： 传统下肢外骨骼主要采用气动、电动以及液压等驱动器驱动,这些驱动刚度较大、重量较重、惯性较大,容易对穿戴者造成不利影响。基于仿生学原理,采用绳驱动方式设计了一款质量较轻、柔性较好的下肢外骨骼机器人,并详细说明了绳驱动原理。运用SolidWorks软件对下肢外骨骼机器人进行三维建模。根据人体下肢步态运动参数,通过MATLAN软件,采用傅里叶级数拟合出其关节角度与时间关系式,通过求导求出关节角速度表达式,通过三次样条插值方法将其导入ADAMS软件中,对该下肢外骨骼机器人进行与实际物理样机相似的运动学仿真分析。结果表明:该下肢外骨骼运行曲线光滑,无尖角,未出现干涉现象,机构模型设计合理,对实物模型的建立以及后续的控制具有指导意义。

摘要： 下肢肌肉及韧带等软组织会影响下肢骨骼结构的受力情况,在外骨骼结构设计过程中,需要综合考虑肌肉及韧带约束,建立人体下肢生物力学模型。在ANSYS中添加并联被动式弹簧机构形成柔性结构,建立了具有柔性结构的下肢骨骼有限元模型,并采用非线性有限元方法对该模型进行求解。与刚性结构模型仿真结果比对表明,在结构设计中添加弹簧柔性机构可以降低髋关节处负荷,提升下肢外骨骼的助力性能。在此基础上,分析了不同被动式弹簧机构组合对骼关节附近骨组织易发生骨折部位应力及形变的影响,为后期实体设计提供了实验数据支撑。

摘要： 目的:研究设计基于站立期膝踝联动控制的下肢外骨骼(Lower ExtremityExoskeleton,LEE),以改善脊髓损伤(Spinal Cord Injury,SCI)患者穿戴膝踝足矫形器(Knee Ankle Foot Orthosis,KAFO)步行时的异常步态.方法:本课题以人体下肢的生物骨骼模型、SCI患者下肢功能特点和膝踝联动等相关技术为基础,结合目前常用的KAFO,进行深入系统的研究开发,设计出针对SCI患者,突出改善膝踝关节运动的LEE.以正常人(1例)为受试者,进行穿戴LEE的步态分析,观察和收集正常受试者穿戴LEE的步态等相关数据,对所获得的数据进行了科学和细致的统计分析.结果:1.正常受试者能够熟练的穿戴LEE,并完满完成所有测试.2.正常人受试者步态分析:(1)实际关节运动轨迹走势与标准走势一致.(2)实际角度参数与标准值比较:髋关节无明显差异,膝关节JAHO和JATO无明显差异,AGFS和ROM有差异(AFIC、JAFTG、AGES不参与比较),踝关节除JATO有差距外,余角度均无明显差异.结论:正常受试者穿戴LEE步行时步态较好,基本接近正常步态,实际角度参数与标准值达到定性吻合,证明了LEE符合设计要求,达到了预期目的.

摘要： 目的：研究设计基于站立期膝踝联动控制的下肢外骨骼(LEE),以改善脊髓损伤(SCI)患者穿戴膝踝足矫形器(KAFO)步行时的异常步态.方法：本课题以人体下肢的生物骨骼模型、SCI患者下肢功能特点和膝踝联动等相关技术为基础,结合目前常用的KAFO,进行深入系统的研究开发,设计出针对SCI患者,突出改善膝踝关节运动的LEE.以正常人(1例)为受试者,进行穿戴LEE的步态分析,观察和收集正常受试者穿戴LEE的步态等相关数据,对所获得的数据进行了科学和细致的统计分析.结果：1.正常受试者能够熟练的穿戴LEE，并完满完成所有测试。2.正常人受试者步态分析:(1)实际关节运动轨迹走势与标准走势一致。(2)实际角度参数与标准值比较:髓关节无明显差异，膝关节JAHO和JATO无明显差异，AGFS和ROM有差异(AFIC,JAFTG,AGES不参与比较)，踝关节除JATO有差距外，余角度均无明显差异。结论：正常受试者穿戴LEE步行时步态较好，基本接近正常步态，实际角度参数与标准值达到定性吻合，证明了LEE符合设计要求，达到了预期目的。

摘要： 下肢外骨骼系统是一种结合了人的智能和机械动力装置的机器人。近年来，下肢外骨骼机器人迅速发展和相关技术的不断成熟极大的增强了人类的步行的功能，但是一些新技术缺乏实际环境的检验。本文回顾了下肢外骨骼机器人的结构配置、控制方式和仿真检验，认为今后的研究方向应将文章中提到各种新技术结合起来，推动下肢外骨骼机器人的发展。

摘要： 随着老龄化的加剧及医疗康复的需求,研究一种穿戴式行走助力下肢外骨骼是近年来国内外的关注热点,而如何采用一种轻型且具有仿生肌肉功能的新型驱动方式实现关节驱动及如何采用一种有效的人机协调控制方法实现外骨骼的快速跟随运动是其研究的关键问题.为此,进行了两种柔性驱动方式的研究:采用电机串联弹簧并组合刹车模块实现多模式驱动的弹性驱动器;采用电机驱动套索传动的驱动器.根据这两种驱动方式,进行了助力膝关节外骨骼机构设计及外骨骼系统的动力学建模.针对采用弹性驱动器的膝关节外骨骼样机,进行了基于状态机控制的外骨骼机械腿运动研究,验证了柔性驱动器多模式运动的可行性;针对采用电机驱动套索传动的膝关节外骨骼样机,进行了基于等效惯量补偿的外骨骼机械腿运动控制研究,采用力矩外环和位置内环的导纳控制方法,通过导纳控制器将交互力矩转换为外骨骼期望的运动轨迹以实现对穿戴者意图的识别与跟踪,实现了人机协调运动.

摘要： 对人自然行走的步态运动规律进行了5个步态相位划分,并通过人体动作捕获试验获得行走过程中下肢髋关节和膝关节角度变化规律.结合髋关节与膝关节姿态运动规律建立膝关节外骨骼运动数学模型,从理论上分析负载携行系统运动特性,给出位姿随动控制时的液压缸动态负载参考值;利用伺服阀对液压缸位移进行伺服控制,设计液压缸位移反馈PID控制律,实现携行系统在不同负重、不同位姿变化条件下人机耦合助力随动控制需求.通过重载携行试验表明:外骨骼能够实现50kg以上人机重载携行,试穿员具有明显的省力效果.

摘要： 目的:设计一套下肢外骨骼式减重步行康复机器人的控制系统。方法:采用以“PC+运动控制器+伺服电机”为核心的开放式控制系统。结果:该控制系统能很好的跟踪参考步态轨迹。结论:该控制系统稳定可靠,可以提供精度很高的步态轨迹。

摘要： 随着中国老龄化进程的加快，老年人中常见的脑卒中等脑血管疾病也越来越引起了人们的重视。外骨骼作为一种可以让人穿戴的特殊机器人装置，具备动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”等特点，它能够很好为脑卒中患者提供下肢运动康复训练服务。本文所提出的轮椅式下肢运动康复训练外骨骼系统是现有悬吊减重式下肢康复训练系统的补充，把康复训练外骨骼和患者日常生活必不可少的轮椅结合起来，采用斜躺单车的运动步态训练模式，增加了训练的舒适性。

摘要： 随着中国老龄化进程的加快，老年人中常见的脑卒中等脑血管疾病也越来越引起了人们的重视。外骨骼作为一种可以让人穿戴的特殊机器人装置，具备动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”等特点，它能够很好为脑卒中患者提供下肢运动康复训练服务。本文所提出的轮椅式下肢运动康复训练外骨骼系统是现有悬吊减重式下肢康复训练系统的补充，把康复训练外骨骼和患者日常生活必不可少的轮椅结合起来，采用斜躺单车的运动步态训练模式，增加了训练的舒适性。

摘要： 随着中国老龄化进程的加快，老年人中常见的脑卒中等脑血管疾病也越来越引起了人们的重视。外骨骼作为一种可以让人穿戴的特殊机器人装置，具备动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”等特点，它能够很好为脑卒中患者提供下肢运动康复训练服务。本文所提出的轮椅式下肢运动康复训练外骨骼系统是现有悬吊减重式下肢康复训练系统的补充，把康复训练外骨骼和患者日常生活必不可少的轮椅结合起来，采用斜躺单车的运动步态训练模式，增加了训练的舒适性。

摘要： 随着中国老龄化进程的加快，老年人中常见的脑卒中等脑血管疾病也越来越引起了人们的重视。外骨骼作为一种可以让人穿戴的特殊机器人装置，具备动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”等特点，它能够很好为脑卒中患者提供下肢运动康复训练服务。本文所提出的轮椅式下肢运动康复训练外骨骼系统是现有悬吊减重式下肢康复训练系统的补充，把康复训练外骨骼和患者日常生活必不可少的轮椅结合起来，采用斜躺单车的运动步态训练模式，增加了训练的舒适性。

摘要： 本发明公开了一种外骨骼腿部大尺寸调节装置，包括双向调节手柄、与所述双向调节手柄上半部连接的正旋连杆、与所述双向调节手柄下半部连接的反旋连杆；其中，所述双向调节手柄上半部设有正旋内螺纹，下半部设有反旋内螺纹；所述正旋连杆设有与所述双向调节手柄正旋内螺纹匹配的正旋外螺纹；所述反旋连杆设有与所述双向调节手柄反旋内螺纹匹配的反旋外螺纹。本发明能够解决目前下肢助力外骨骼腿部调节的便捷性、精确性、稳定性及调节范围的广泛性。

摘要： 本申请公开了下肢外骨骼的辅助转弯机构以及下肢外骨骼，其中，辅助转弯机构包括：U形的鞋底座，鞋底座包括底板以及分别设置在底板两侧的两个竖直部；两组充气轮组件，分别安装在对应竖直部的外侧壁上；两组驱动组件，分别与对应的充气轮组件配合，用于驱动至少一个充气轮转动；脚背组件，可拆卸安装在两个竖直部之间，用于限定脚背位置。本申请通过设置U形的鞋底座能够形成安装充气轮组件的竖直部；在鞋底座的两侧分别设置充气轮组件，当需要转弯时，通过对充气轮进行充气，使充气轮与地面接触，通过驱动组件的作用，使得鞋底座左右侧的充气轮能够差速转动，从而能够实现辅助转弯。

摘要： 本发明提出一种用于截瘫患者的下肢外骨骼控制系统及下肢外骨骼控制方法，系统包括：中央控制器、电源模块、传感器模块、人机交互装置、外骨骼动力驱动装置、穿戴式下肢外骨骼；通过传感器模块采集人体髋关节、腿部姿态、背部姿态、踝部压力、拐杖压力信息数据，建立患者步态相位数据集；根据截瘫患者康复训练步态相位，向外骨骼动力驱动模块的摆动相髋关节电机输出前运动方向助力矩，而向支撑相髋关节输出同步的向后伸展方向助力矩；完成对下肢外骨骼的主动训练控制，满足截瘫患者主动肌力康复训练需求。本发明可以队下肢外骨骼进行控制，能够实现截瘫患者前期的被动康复训练，以及中期根据患者姿态变化的主动康复训练，实现主动肌力恢复过程。

摘要： 本申请提供了下肢外骨骼机器人控制系统、方法以及下肢外骨骼机器人，用于向为下肢外骨骼机器人引入一运动优化机制，以用户与下肢外骨骼机器人间的人机交互力作为输入量，进行模糊自适应阻抗控制，使得下肢外骨骼机器人具备外力顺应性及柔性。系统在用户穿戴下肢外骨骼机器人并开始运动后，环境感知模块采集压力数据和姿态数据；控制模块以两者为输入量，进行模糊PID控制，并控制驱动模块调整下肢外骨骼机器人的运动状态；运动意图感知模块采集人机交互力；控制模块将人机交互力与运动数据存储模块预先存储的标准运动数据进行比对，当人机交互力超出标准运动数据的标准范围时，进行模糊自适应阻抗控制，并控制驱动模块朝着外力的方向偏移目标角度。

摘要： 本申请公开了下肢外骨骼的辅助转弯机构以及下肢外骨骼，其中，辅助转弯机构包括：U形的鞋底座，鞋底座包括底板以及分别设置在底板两侧的两个竖直部；两组充气轮组件，分别安装在对应竖直部的外侧壁上；两组驱动组件，分别与对应的充气轮组件配合，用于驱动至少一个充气轮转动；脚背组件，可拆卸安装在两个竖直部之间，用于限定脚背位置。本申请通过设置U形的鞋底座能够形成安装充气轮组件的竖直部；在鞋底座的两侧分别设置充气轮组件，当需要转弯时，通过对充气轮进行充气，使充气轮与地面接触，通过驱动组件的作用，使得鞋底座左右侧的充气轮能够差速转动，从而能够实现辅助转弯。

摘要： 本申请公开了一种下肢外骨骼的脚部机构，包括：脚底座，具有滑轨的第一条形孔和第二条形孔；第一滑块和第二滑块，滑动设置在脚底座的的滑轨上，第二滑块上具有通过口；连接杆，连接两块滑块；驱动齿轮，转动安装在连接杆上；驱动电机，用于驱动驱动齿轮转动；脚背绑带，脚背绑带的第一端与第一滑块固定，脚背绑带的第二端依次穿过通过口和第二条形孔后伸入安装腔，脚背绑带的第二端间隔设置有多个凹槽，驱动齿轮与凹槽啮合。本申请的脚步机构可以根据需要调节脚背绑带的位置，从而更好的适配不同长度的脚；通过驱动齿轮与脚背绑带凹槽的啮合配合，能够通过驱动电机自动调节脚背绑带的松紧，无需手动调节，穿戴更方便。

摘要： 本发明公开一种关节模组，关节模组设置有至少一卷簧盒和与之相适配抱死制动所述卷簧盒的制动器，且所述卷簧盒和所述制动器在关节转动轴线方向上相对固定，使卷簧盒在制动器制动下进行固定限制转动，卷簧盒中的卷簧开始蓄力，从而使得关节的助力模式可切换；又在此基础上公开了一种抬腿状态自由弯曲的助力下肢外骨骼，在髋关节和膝关节均安装上述关节模组，可以将整个下肢外骨骼实现助力模式的切换，使得外骨骼可以完全符合人体运动学规律助力，穿戴舒适，普及性极强，深受各个作业领域的青睐；另外，还结合该助力下肢外骨骼公开了一种全身外骨骼，该外骨骼不仅下肢具有上述助力特点，在上肢也能具有一定的助力，从而使外骨骼具有更强性能的助力效果。

摘要： 本实用新型属于下肢外骨骼机器人领域，具体涉及一种电机重心与外骨骼下肢重心共线的下肢外骨骼机器人。包括背架机构和两组下肢机构，下肢机构包括髋关节传动机构、大腿机构、膝关节传动机构、小腿机构；膝关节传动机构包括电机、一组斜齿轮传动机构、一组行星轮系减速机构，电机通过联轴器与斜齿轮组连接进行传动，斜齿轮组和行星轮系的太阳齿轮同轴相连，从而连接行星轮系进行传动。本实用新型结构紧凑，把电机安装在外骨骼下肢主体内部，通过斜齿轮完成传动，行星轮系完成减速，能够有效地减少外骨骼给穿戴者施加的扭矩，还可以有效地避免电机启动或关闭的瞬间带来的关节运动突变，具有更好的人机协同性以及穿戴舒适性。

摘要： 本实用新型提供了一种下肢外骨骼膝关节组件及下肢外骨骼膝关节系统，涉及智能装置技术领域。该下肢外骨骼膝关节组件包括小腿外骨骼、大腿外骨骼和膝关节，所述膝关节分别与所述小腿外骨骼和大腿外骨骼转动连接，此外，还包括：弹性组件和主动件；所述主动件包括安装在所述大腿外骨骼上的膝关节转盘和缠绕在所述膝关节转盘上的钢丝绳索；所述弹性组件一端与所述小腿外骨骼连接，另一端与所述钢丝绳索连接；所述膝关节转盘转动带动钢丝绳索位移发生变化，所述弹性组件产生拉力或压力带动小腿外骨骼运动。本实用新型出力平滑且自带缓冲功能。

摘要： 本实用新型提供了一种外骨骼组件及具有其的下肢外骨骼装置，该外骨骼组件包括：支架；护板；调节机构，设置在护板与支架之间，调节机构具有调节状态和锁定状态，在调节机构处于调节状态时，护板通过调节机构在支架上移动；在调节机构处于锁定状态时，护板锁定在支架上。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的设备适应性差的问题。