專利名稱：用于檢測人體下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的穿戴型外骨骼機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穿戴型下肢外骨骼機構(gòu)，可用于檢測人體直立行走運動過程中的下肢髖關(guān)節(jié)運動信息。
背景技術(shù)：
自二十世紀九十年代以來，國內(nèi)外的一些研究機構(gòu)相繼開展了穿戴型下肢康復(fù)外骨骼系統(tǒng)的研制與實驗研究工作，研制的部分康復(fù)訓(xùn)練外骨骼系統(tǒng)(如L0K0MAT系統(tǒng)等)已開始進入臨床應(yīng)用階段。在對患肢進行康復(fù)訓(xùn)練時，需要參照人體下肢髖、膝關(guān)節(jié)的運動信息設(shè)計康復(fù)訓(xùn)練外骨骼系統(tǒng)的導(dǎo)引運動規(guī)律。因此，獲得相對準確的人體下肢髖、膝關(guān)節(jié)運動信息對于保證患肢的康復(fù)訓(xùn)練效果具有實際意義。目前下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的檢測主要是通過運動圖像采集、標(biāo)志點提取與運動分析相結(jié)合的技術(shù)方法來實現(xiàn)，由攝像機采集人體直立行走過程中的髖運動圖象，通過對標(biāo)志點的提取，以及基于不同肢體段連體坐標(biāo)系之間的相對位姿關(guān)系分析得到下肢髖關(guān)節(jié)的運動信息。由于受到圖象畸變、參數(shù)提取精度等因素的影響，獲得的關(guān)節(jié)運動檢測信息與人體下肢髖關(guān)節(jié)運動存在一定的偏差。根據(jù)人體解剖學(xué)可知，下肢髖關(guān)節(jié)為圖I所示的三自由度杵白關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)繞冠狀軸的前屈/后伸運動、繞矢狀軸的內(nèi)收/外展運動和繞垂直軸的旋內(nèi)/旋外運動。為了直接檢測下肢髖關(guān)節(jié)的運動信息，本發(fā)明設(shè)計了一種穿戴型外骨骼機構(gòu)。當(dāng)人體下肢穿戴外骨骼機構(gòu)并作直立行走運動時，可以通過安置于外骨骼機構(gòu)髖轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)處的傳感器直接測得人體下肢髖關(guān)節(jié)的運動信息。

發(fā)明內(nèi)容
圖2所示為本發(fā)明用于檢測下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的外骨骼機構(gòu)的機構(gòu)原理簡圖，主要由髖彎板I、大腿板2、髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4、大腿穿戴具5和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6組成。所述的髖彎板I和大腿板2分別如圖3和圖4所示。髖彎板I的一端開有第一通孔7和第二通孔8，另一端開有第三通孔9和第四通孔10。大腿板2的一端開有髖屈伸通孔11，另一端開有螺栓組第一通孔12和螺栓組第二通孔13。所述的髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3如圖5所示。該轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)由一端開有第一通孔7和第二通孔8的髖彎板1，一端開有髖收展轉(zhuǎn)軸第一通孔14及另一端開有螺栓組第三通孔15、螺栓組第四通孔16的第一側(cè)板17，一端開有髖收展轉(zhuǎn)軸第二通孔18及另一端開有螺栓組第 五通孔19、螺栓組第六通孔20的第二側(cè)板21，第一螺栓組22和第二螺栓組23以及髖收展階梯軸24組成。各組成部分的連接關(guān)系是第一側(cè)板17與髖收展階梯軸24的軸段通過髖收展轉(zhuǎn)軸第一通孔14過盈聯(lián)接，第二側(cè)板21與髖收展階梯軸24的軸段通過髖收展轉(zhuǎn)軸第二通孔18過盈聯(lián)接。第一側(cè)板17、第二側(cè)板21及髖彎板I通過螺栓組第三通孔15、螺栓組第四通孔16、螺栓組第五通孔19、螺栓組第六通孔20、第一通孔7和第二通孔8由第一螺栓組22及第二螺栓組23聯(lián)接。所述的髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4如圖6所示。該轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)由一端開有第三通孔9和第四通孔10的髖彎板1，一端開有髖屈伸通孔11的大腿板2，一端開有髖屈伸轉(zhuǎn)軸第一通孔25及另一端開有螺栓組第七通孔26、螺栓組第八通孔27的第三側(cè)板28，一端開有髖屈伸轉(zhuǎn)軸第二通孔29及另一端開有螺栓組第九通孔30、螺栓組第十通孔31的第四側(cè)板32，第三螺栓組33和第四螺栓組34以及髖屈伸階梯軸35組成。各組成部分的連接關(guān)系是第三側(cè)板28與髖屈伸階梯軸35的軸段通過髖屈伸轉(zhuǎn)軸第一通孔25過盈聯(lián)接，第四側(cè)板32與髖屈伸階梯軸35的軸段通過髖屈伸轉(zhuǎn)軸第二通孔29過盈聯(lián)接。第三側(cè)板28、第四側(cè)板32及髖彎板I通過螺栓組第七通孔26、螺栓組第八通孔27、螺栓組第九通孔30、螺栓組第十通孔31、第三通孔9和第四通孔10由第三螺栓組33及第四螺栓組34聯(lián)接。所述的大腿穿戴具5如圖7所示。由開有螺栓組第十一通孔36、螺栓組第十二通孔37、螺栓組第十三通孔38與螺栓組第十四通孔39的大腿連接件40，開有螺栓組第十五通孔41與螺栓組第十六通孔42、第一長孔43、第二長孔44、螺紋孔45的大腿穿戴板46，以及第五螺栓組47和第六螺栓組48組成。各組成部分的連接關(guān)系是大腿連接件40和大腿穿戴板46通過螺栓組第十三通孔38、螺栓組第十四通孔39、螺栓組第十五通孔41、螺栓組第十六通孔42，由第五螺栓組47和第六螺栓組48聯(lián)為一體。所述的髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6如圖8所示。由大腿穿戴板46，旋轉(zhuǎn)軸49，小軸承50，小齒輪51，大墊片52，大螺母53，內(nèi)壁開有大環(huán)槽54的大齒輪55，內(nèi)圈內(nèi)壁開有第一小環(huán)槽56和第二小環(huán)槽57的大軸承58，環(huán)形大氣囊59，第一環(huán)形小氣囊60和第二環(huán)形小氣囊61組成。各組成部分的連接關(guān)系是將旋轉(zhuǎn)軸49裝入大腿穿戴板46的螺紋孔45中，再把大墊片52和大螺母53依次裝入旋轉(zhuǎn)軸49上，然后把與小齒輪51緊配合的小軸承50與旋轉(zhuǎn)軸49的相應(yīng)軸段過盈配合，接著通過對嵌于大軸承58內(nèi)圈內(nèi)壁第一小環(huán)槽56的第一環(huán)形小氣囊60和第二小環(huán)槽57的第二環(huán)形小氣囊61充氣使大軸承58內(nèi)圈與大腿緊配合，并且用通過大腿穿戴板46的第一長孔43和第二長孔44的大腿綁縛帶62與大軸承58外圈緊綁縛，最后將對嵌于大齒輪55內(nèi)壁大環(huán)槽54的環(huán)形大氣囊59充氣與大腿緊配合的大齒輪55與小齒輪51嚙合。圖9所示為本發(fā)明的外骨骼機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖，各部分之間的連接關(guān)系式是先將髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6裝入大腿上，通過大腿穿戴板46的第一長孔43和第二長孔44的大腿綁縛帶62與大軸承58緊綁縛，將與大腿緊配合的大齒輪55與小齒輪51嚙合。再把大腿穿戴具5和大腿板2通過螺栓組第一通孔12、螺栓組第二通孔13、螺栓組第十一通孔36和螺栓組第十二通孔37，由第七螺栓組63、第八螺栓組64連接。髖彎板I又將髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3和髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4通過第一螺栓組22、第二螺栓組23、第三螺栓組33及第四螺栓組34連接在一起。
有益效果
本發(fā)明的工作原理是人體作直立行走運動，下肢帶動外骨骼機構(gòu)作隨動運動，髖收展光電編碼器65、髖屈伸光電編碼器66和髖旋轉(zhuǎn)光電編碼器67分別檢測髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6的運動信息。本發(fā)明帶來的有益效果是人體下肢緊致穿戴外骨骼機構(gòu)后，外骨骼機構(gòu)與下肢構(gòu)成運動恰定的封閉運動鏈，這樣可直接獲得更為準確的人體髖關(guān)節(jié)運動信息。


圖I為下肢髖關(guān)節(jié)。圖2為檢測下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的外骨骼機構(gòu)的機構(gòu)原理。圖3為髖彎板I。圖4為大腿板2。圖5為髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3。圖6為髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4。圖7為大腿穿戴具5。圖8為髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6。圖9為外骨骼機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖。圖10為實施方式。圖2中，I-髖彎板，2-大腿板，3-髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，4-髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，5_大腿穿戴具，6-髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。圖3中，7_第一通孔，8_第_■通孔，9~第二通孔，10-第四通孔。圖4中，11-髖屈伸通孔，12-螺栓組第一通孔，13-螺栓組第二通孔。圖5中，14-髖收展轉(zhuǎn)軸第一通孔，15-螺栓組第三通孔，16-螺栓組第四通孔，17-第一側(cè)板，18-髖收展轉(zhuǎn)軸第二通孔，19-螺栓組第五通孔，20-螺栓組第六通孔，21-第二側(cè)板，22-第一螺栓組，23-第二螺栓組，24-髖收展階梯軸。圖6中，25-髖屈伸轉(zhuǎn)軸第一通孔，26-螺栓組第七通孔，27-螺栓組第八通孔，28-第三側(cè)板，29-髖屈伸轉(zhuǎn)軸第二通孔，30-螺栓組第九通孔，31-螺栓組第十通孔，32-第四側(cè)板，33-第三螺栓組，34-第四螺栓組，35-髖屈伸階梯軸。圖7中，36-螺栓組第i^一通孔、37-螺栓組第十二通孔，38-螺栓組第十三通孔，39-螺栓組第十四通孔，40-大腿連接件，41-螺栓組第十五通孔，42-螺栓組第十六通孔，43-第一長孔，44-第二長孔，45-螺紋孔，46-大腿穿戴板，47-第五螺栓組，48-第六螺栓組。圖8中，49-旋轉(zhuǎn)軸，50-小軸承，51-小齒輪，52-大墊片，53-大螺母，54-大環(huán)槽，55-大齒輪，56-第一小環(huán)槽，57-第二小環(huán)槽，58-大軸承，59-環(huán)形大氣囊，60-第一環(huán)形小氣囊，61-第二環(huán)形小氣囊。圖9中，62-大腿綁縛帶，63-第七螺栓組，64-第八螺栓組。圖10中，65-髖收展光電編碼器,66-髖屈伸光電編碼器,67-髖旋轉(zhuǎn)光電編碼器，68-第一鍵，69-第二鍵，70-第三鍵。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方式如圖10所示。先將髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6裝入大腿上，接著通過對嵌于大軸承58內(nèi)圈內(nèi)壁第一小環(huán)槽56的第一環(huán)形小氣囊60和第二小環(huán)槽57的第二環(huán)形小氣囊61充氣使大軸承58內(nèi)圈與大腿緊配合，并且用通過大腿穿戴板46的第一長孔43和第二長孔44的大腿綁縛帶62與大軸承58外圈緊綁縛，然后將對嵌于大齒輪55內(nèi)壁大環(huán)槽54的環(huán)形大氣囊59充氣與大腿緊配合的大齒輪55與小齒輪51嚙合。再把大腿穿戴具5和大腿板2由第七螺栓組63、第八螺栓組64連接。髖彎板I又將髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3和髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4通過第一螺栓組22、第二螺栓組23、第三螺栓組33及第四螺栓組34連接在一起。同時，為檢測髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)4和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)6的運動 信息，在各轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)外側(cè)通過第一鍵68、第二鍵69、第三鍵70按常規(guī)方式安裝了髖收展光電編碼器65、髖屈伸光電編碼器66和髖旋轉(zhuǎn)光電編碼器67。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的穿戴型外骨骼機構(gòu)，由髖彎板(I)、大腿板(2)、髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(3)、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(4)、大腿穿戴具(5)和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(6)組成； 其特征在于髖彎板(I)的一端開有第一通孔(7)和第二通孔(8)，另一端開有第三通孔(9)和第四通孔(10);大腿板⑵的一端開有髖屈伸通孔(11)，另一端開有螺栓組第一通孔(12)和螺栓組第二通孔(13)； 髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(3)，由一端開有第一通孔(7)和第二通孔(8)的髖彎板(1)，一端開有髖收展轉(zhuǎn)軸第一通孔(14)及另一端開有螺栓組第三通孔(15)、螺栓組第四通孔(16)的第一側(cè)板(17)，一端開有髖收展轉(zhuǎn)軸第二通孔(18)及另一端開有螺栓組第五通孔(19)、螺栓組第六通孔(20)的第二側(cè)板(21)，第一螺栓組(22)和第二螺栓組(23)以及髖收展階梯軸(24)組成；各組成部分的連接關(guān)系是第一側(cè)板(17)與髖收展階梯軸(24)的軸段通過髖收展轉(zhuǎn)軸第一通孔(14)過盈聯(lián)接，第二側(cè)板(21)與髖收展階梯軸(24)的軸段通過髖收展轉(zhuǎn)軸第二通孔(18)過盈聯(lián)接；第一側(cè)板(17)、第二側(cè)板(21)及髖彎板(I)通過螺栓組第三通孔(15)、螺栓組第四通孔(16)、螺栓組第五通孔(19)、螺栓組第六通孔(20)、第一通孔(7)和第二通孔(8)由第一螺栓組(22)及第二螺栓組(23)聯(lián)接； 髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(4)，由一端開有第三通孔(9)和第四通孔(10)的髖彎板(1)，一端開有髖屈伸通孔(11)的大腿板(2)，一端開有髖屈伸轉(zhuǎn)軸第一通孔(25)及另一端開有螺栓組第七通孔(26)、螺栓組第八通孔(27)的第三側(cè)板(28)，一端開有髖屈伸轉(zhuǎn)軸第二通孔(29)及另一端開有螺栓組第九通孔(30)、螺栓組第十通孔(31)的第四側(cè)板(32)，第三螺栓組(33)和第四螺栓組(34)以及髖屈伸階梯軸(35)組成；各組成部分的連接關(guān)系是 第三側(cè)板(28)與髖屈伸階梯軸(35)的軸段通過髖屈伸轉(zhuǎn)軸第一通孔(25)過盈聯(lián)接，第四側(cè)板(32)與髖屈伸階梯軸(35)的軸段通過髖屈伸轉(zhuǎn)軸第二通孔(29)過盈聯(lián)接；第三側(cè)板(28)、第四側(cè)板(32)及髖彎板(I)通過螺栓組第七通孔(26)、螺栓組第八通孔(27)、螺栓組第九通孔(30)、螺栓組第十通孔(31)、第三通孔(9)和第四通孔(10)由第三螺栓組(33)及第四螺栓組(34)聯(lián)接； 大腿穿戴具(5)，由開有螺栓組第十一通孔(36)、螺栓組第十二通孔(37)、螺栓組第十三通孔(38)與螺栓組第十四通孔(39)的大腿連接件(40)，開有螺栓組第十五通孔(41)與螺栓組第十六通孔(42)、第一長孔(43)、第二長孔(44)、螺紋孔(45)的大腿穿戴板(46)，以及第五螺栓組(47)和第六螺栓組(48)組成；各組成部分的連接關(guān)系是大腿連接件(40)和大腿穿戴板(46)通過螺栓組第十三通孔(38)、螺栓組第十四通孔(39)、螺栓組第十五通孔(41)、螺栓組第十六通孔(42)，由第五螺栓組(47)和第六螺栓組(48)聯(lián)為一體； 髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(6)，由大腿穿戴板(46)，旋轉(zhuǎn)軸(49)，小軸承(50)，小齒輪(51)，大墊片(52)，大螺母(53)，內(nèi)壁開有大環(huán)槽(54)的大齒輪(55)，內(nèi)圈內(nèi)壁開有第一小環(huán)槽(56)和第二小環(huán)槽(57)的大軸承(58)，環(huán)形大氣囊(59)，第一環(huán)形小氣囊(60)和第二環(huán)形小氣囊(61)組成；各組成部分的連接關(guān)系是將旋轉(zhuǎn)軸(49)裝入大腿穿戴板(46)的螺紋孔(45)中，再把大墊片(52)和大螺母(53)依次裝入旋轉(zhuǎn)軸(49)上，然后把與小齒輪(51)緊配合的小軸承(50)與旋轉(zhuǎn)軸(49)的相應(yīng)軸段過盈配合，接著通過對嵌于大軸承(58)內(nèi)圈內(nèi)壁第一小環(huán)槽(56)的第一環(huán)形小氣囊(60)和第二小環(huán)槽(57)的第二環(huán)形小氣囊(61)充氣使大軸承(58)內(nèi)圈與大腿緊配合，并且用通過大腿穿戴板(46)的第一長孔(43)和第二長孔(44)的大腿綁縛帶(62)與大軸承(58)外圈緊綁縛，最后將對嵌于大齒輪(55)內(nèi)壁大環(huán)槽(54)的環(huán)形大氣囊(59)充氣與大腿緊配合的大齒輪(55)與小齒輪(51)嚙合； 各部分之間的連接關(guān)系是先將髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(6)裝入大腿上，通過大腿穿戴板(46)的第一長孔(43)和第二長孔(44)的大腿綁縛帶(62)與大軸承(58)緊綁縛，然后將與大腿緊配合的大齒輪(55)與小齒輪(51)嚙合；再把大腿穿戴具(5)和大腿板(2)通過螺栓組第一通孔(12)、螺栓組第二通孔(13)、螺栓組第十一通孔(36)和螺栓組第十二通孔(37)，由第七螺栓組(63)、第八螺栓組(64)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于檢測下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的穿戴型外骨骼機構(gòu)，其特征在于在檢測髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(3)、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(4)和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(6)各轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)外側(cè)分別通過第一鍵(68)、第二鍵(69)、第三鍵(70)按常規(guī)方式安裝髖收展光電編碼器(65)、髖屈伸光電編碼器(66)和髖旋轉(zhuǎn)光電編碼器(67)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測人體下肢髖關(guān)節(jié)運動信息的穿戴型外骨骼機構(gòu)，主要由髖彎板、大腿板、髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、大腿穿戴具和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)組成。在人體直立行走過程中，下肢帶動外骨骼機構(gòu)作隨動運動，并通過安置于髖收展轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、髖屈伸轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和髖旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)處的髖收展光電編碼器、髖屈伸光電編碼器和髖旋轉(zhuǎn)光電編碼器檢測人體下肢髖關(guān)節(jié)的運動信息。人體下肢緊致穿戴外骨骼機構(gòu)后，外骨骼機構(gòu)與下肢構(gòu)成運動恰定的封閉運動鏈，可直接獲得更為準確的人體髖關(guān)節(jié)運動信息。
文檔編號A61B5/11GK102613975SQ201210094719
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者張自強, 李劍鋒, 肖博, 鄧楚慧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)