外骨骼关节组件与外骨骼装置

技术领域

本发明涉及医疗器械、医疗康复器械技术领域，具体地，涉及一种外骨骼关节组件与外骨骼装置。

背景技术

众所周知，患有一些疾病的病人有可能出现肢体功能障碍；例如，患有脑瘫的病人可能表现出包括痉挛、僵硬、协调能力和运动控制减弱等特征。通过对向神经肌肉不断重复地提供一定强度的刺激，一般能够恢复某些疾病所造成的肢体功能障碍。

一般情况下，可能会通过治疗师主导下促使患儿反复完成特定的动作，或者是基于外骨骼装置反复牵引来达到对神经肌肉的刺激作用。前者对于治疗师的工作强度提出了较高的要求；而对于后者，现有的外骨骼装置通常结构比较复杂且固定，使用灵活性较差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种外骨骼关节组件与外骨骼装置，以解决现有的外骨骼装置结构比较复杂且固定，使用灵活性较差的问题。

根据本发明提供的外骨骼关节组件，包括：

关节主体，所述关节主体包括第一支架与驱动电机；所述第一支架包括第一连接部与第二连接部；所述驱动电机包括转动连接的第一部分与第二部分，其中，所述第一部分固定安装在所述第一连接部上；

第一连杆，所述第一连杆包括在长度方向上相对布置的第一端部与第二端部，所述第一连杆通过所述第一端部可拆卸安装在所述第二连接部上，或者，所述第一连杆通过所述第二端部可拆卸安装在所述第二部分上。

可选地，所述第一支架包括柱形部与径向接收部；

所述柱形部中设置有容置空间，且所述容置空间通过一轴侧开口与外部空间连通，所述第一连接部位于所述柱形部上，所述第一部分穿过所述轴侧开口安装至所述第一连接部；

所述径向接收部与所述柱形部固定连接或一体成型，所述径向接收部连接于柱形部的周面上，且所述第二连接部位于所述径向接收部上。

可选地，所述柱形部的周面上设置有转动限位结构；

在所述第一连杆通过所述第二端部可拆卸安装在所述第二部分的情况下，所述转动限位结构限制所述第一连杆的转动角度。

可选地，所述第一连杆上设置有第一法兰，所述第一法兰位于所述第一端部与所述第二端部之间；

所述第一法兰上安装有第一绑带。

可选地，外骨骼装置还包括足部矫形器，所述足部矫形器包括固定连接的第二支架与足部矫形主体；

所述第二支架可拆卸安装在所述第二部分上。

可选地，外骨骼装置还包括控制器，所述驱动电机配置有编码器；所述驱动电机与所述编码器均与所述控制器连接；

所述控制器，包括：

接收模块，用于接收模式选择输入；

获取模块，用于在所述模式选择输入指示为第一模式时，获取所述编码器采集的位移信号及其采集时间；

生成模块，用于根据所述位移信号及其采集时间，生成电机控制策略；

控制模块，用于在所述模式选择输入指示为第二模式时，根据所述电机控制策略控制所述驱动电机。

本发明实施例还提供了一种外骨骼装置，包括：腰部连接组件以及上述的外骨骼关节组件；

所述外骨骼关节组件可拆卸安装在所述腰部连接组件上。

可选地，所述腰部连接组件包括固定连接的腰部兜带、至少两个柔性连接板以及主连接板；

所述至少两个柔性连接板固定安装在所述腰部兜带上，所述主连接板与所述至少两个柔性连接板连接，且所述主连接板用于调节所述至少两个柔性连接板之间的距离。

可选地，所述腰部兜带通过第二连杆与所述外骨骼关节组件连接；

所述第二连杆包括在长度方向上相对布置的第三端部与第四端部，所述第三端部可拆卸安装在所述第二连接部上，所述第三端部上设置有Y形结构件，所述Y形结构件的一端铰接在所述第四端部，所述Y形结构件的另外两端设置有穿设孔，所述腰部兜带穿设在所述穿设孔中。

可选地，所述外骨骼关节组件的数量为两组；

每一组所述外骨骼关节组件均包括第一关节主体、第二关节主体以及第三关节主体这三个关节主体；

所述第一关节主体通过所述第二连杆与所述腰部连接组件连接；所述第一关节主体与所述第二关节主体之间，以及所述第二关节主体与所述第三关节主体之间，分别通过对应的第一连杆连接；所述第三关节主体与足部矫形器连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明实施例提供的外骨骼关节组件，包括：关节主体与第一连杆，其中，所述关节主体包括第一支架与驱动电机；所述第一支架包括第一连接部与第二连接部；所述驱动电机包括转动连接的第一部分与第二部分，其中，所述第一部分固定安装在所述第一连接部上；所述第一连杆包括在长度方向上相对布置的第一端部与第二端部，所述第一连杆通过所述第一端部可拆卸安装在所述第二连接部上，或者，所述第一连杆通过所述第二端部可拆卸安装在所述第二部分上。本发明实施例通过关节主体与第一连杆之间的可拆卸连接结构，使得关节主体与第一连杆在数量上可以根据需要进行组合，进而有效提高了使用灵活度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例中关节主体的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一连杆的结构示意图；

图3为本发明实施例中关节主体与足部矫形器连接的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的外骨骼关节组件在一种应用场景下的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的外骨骼关节组件在另一种应用场景下的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的外骨骼装备的结构示意图；

图7为本发明实施例中腰部连接组件的结构示意图；

图8为本发明实施例中腰部连接组件通过第二连杆与关节主体连接的结构示意图。

图中示出：关节主体100、第一支架110、柱形部111、转动限位结构1110、径向接收部112、驱动电机120、第一部分121、第二部分122、第一外壳130、第一连杆200、第一端部211、第二端部212、第一法兰220、第一绑带230、第二外壳240、足部矫形器300、第二支架310、足部矫形主体320、腰部连接组件400、腰部兜带410、柔性连接板420、主连接板430、第二连杆500、第三端部511、第四端部512、Y形结构件520、控制器600。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1与图2所示，本发明实施例提供的外骨骼关节组件，包括：

关节主体100，所述关节主体100包括第一支架110与驱动电机120；所述第一支架110包括第一连接部与第二连接部；所述驱动电机120包括转动连接的第一部分121与第二部分122，其中，所述第一部分121固定安装在所述第一连接部上；

第一连杆200，所述第一连杆200包括在长度方向上相对布置的第一端部211与第二端部212，所述第一连杆200通过所述第一端部211可拆卸安装在所述第二连接部上，或者，所述第一连杆200通过所述第二端部212可拆卸安装在所述第二部分122上。

本实施例中，关节主体100可以认为是具有一定运动自动度的结构，例如，可以是能够产生一定转动自由度的结构。结合一些实际应用场景，可以是转动自由度可以对应类似曲腿、伸腿或者是曲肘、伸肘等动作。

具体来说，本实施例中，为实现上述转动自由度，可以使得关节主体100包括驱动电机120；该驱动电机可以是例如盘式电机、伺服电机或者其他类型的电机，通过转子与定子之间的相对运动来进行转动输出即可。

容易理解的是，对于能够产生转动输出的驱动电机120，其一般具有能够相对转动的两部分，例如上述的转子与定子。本实施例中，驱动电机120包括第一部分121与第二部分122，假设第一部分121为定子，则第二部分122可以是转子；反之亦然。

对于驱动电机120，可以是安装在关节主体100所包括的第一支架110上的，第一支架110具有第一连接部，可以用于固定安装驱动电机120的第一部分121；例如，第一连接部可以是具有螺孔的结构，用于螺栓固定连接驱动电机120；或者，第一连接部可以是卡扣，用于卡合驱动电机120；或者，第一连接部可以是预焊件，用于焊接驱动电机120等等，此处不作一一列举。

而如上文所示的，第一支架110还可以包括有第二连接部，驱动电机120还具有用于输出转动运动的第二部分122。本实施例中，第二连接部与第二部分122可以是关节主体100与其他元件进行连接的构造。

具体来说，本实施例中，外骨骼关节组件可以包括有第一连杆200，第一连杆200包括在长度方向上相对布置的第一端部211与第二端部212，第一端部211可以是与第二连接部相匹配的构造，第二端部212可以是与第二部分122相匹配的构造。

换而言之，通过本实施例所限定的内容，可以通过一根第一连杆200连接两个关节主体100；或者说，通过一个关节主体100连接两个第一连杆200；或者是多个第一连杆200与多个关节主体100交替连接。

关节主体100与第一连杆200之间可以是可拆卸连接的，例如，可以是紧固件连接、卡扣连接以及螺纹连接等连接方式中的一种或多种，此处不作具体限定。

而结合一些实际应用场景，当外骨骼关节组件用于人体的腿部上时，通过对关节主体100与第一连杆200的数量的选用，可以是针对膝关节进行牵引，可以是同时对膝关节与髋关节进行牵引等等，极大提升了外骨骼关节组件的使用灵活性。

本发明实施例提供的外骨骼关节组件，包括：关节主体100与第一连杆200，其中，所述关节主体100包括第一支架110与驱动电机120；所述第一支架110包括第一连接部与第二连接部；所述驱动电机120包括转动连接的第一部分121与第二部分122，其中，所述第一部分121固定安装在所述第一连接部上；所述第一连杆200包括在长度方向上相对布置的第一端部211与第二端部212，所述第一连杆200通过所述第一端部211可拆卸安装在所述第二连接部上，或者，所述第一连杆200通过所述第二端部212可拆卸安装在所述第二部分122上。本发明实施例通过关节主体100与第一连杆200之间的可拆卸连接结构，使得关节主体100与第一连杆200在数量上可以根据需要进行组合，进而有效提高了使用灵活度。

此外，本发明实施例提供外骨骼关节组件可以针对不同的需求对关节主体100与第一连杆200进行组装，能够有效避免现有的外骨骼装置功能冗余的情况，降低外骨骼装置的体积大小及配置成本。

可选地，所述第一支架110包括柱形部111与径向接收部112；

所述柱形部111中设置有容置空间，且所述容置空间通过一轴侧开口与外部空间连通，所述第一连接部位于所述柱形部111上，所述第一部分121穿过所述轴侧开口安装至所述第一连接部；

所述径向接收部112与所述柱形部111固定连接或一体成型，所述径向接收部112连接于柱形部111的周面上，且所述第二连接部位于所述径向接收部112上。

结合图1，第一支架110的主体部分可以是呈柱形的，可以适应一般电机的形状，例如，在驱动电机120为盘式电机时，柱形部111可以适应盘式电机的外形。

具体地，在柱形部111中可以设置有一容置空间，可以用于对驱动电机120进行容纳，其中，第一连接部可以是位于容置空间中的，例如，第一连接部可以是开设在柱形部111相对轴侧开口的另一侧的轴端面上的螺孔及配置的紧固件，通过这些螺孔与紧固件来与驱动电机120进行连接；或者第一连接部可以是容置空间对应内壁上设置的卡合结构等。驱动电机120的第一部分121可以通过上述的轴侧开口，安装至第一连接部。

此外，在柱形部111上的周面上，可以一体成型或者固定连接有径向接收部112，第二连接部位于径向接收部112上。

比如，结合图1，径向接收部112上可以设置有矩形开孔，用于接收第一连杆200的第一端部211；第一端部211插入到矩形开孔中后，可以通过螺栓从垂直于矩形开孔轴向方向的螺孔插入，将第一端部211与径向接收部112固定。相应地，第二连接部可以对应此处的螺孔等构造。

当然，这里仅仅是对径向接收部112与第一连杆200之间的连接方式进行举例说明，具体连接方式可以根据实际需要进行设置。

本实施例中通过对第一支架110的结构的设置，有助于使得第一连杆200与驱动电机120能够比较可靠地安装在第一支架110上，提高外骨骼关节组件的装配便捷度。

可选地，所述柱形部111的周面上设置有转动限位结构1110；

在所述第一连杆200通过所述第二端部212可拆卸安装在所述第二部分122的情况下，所述转动限位结构1110限制所述第一连杆200的转动角度。

结合图1，柱形部111的开设轴侧开口的环形端面上，可以进一步开设一楔形槽；该楔形槽可以认为是沿弧线延伸的，在弧线延伸方向上的两端，构成了限位面；若第二端部212安装也有第一连杆200的，第一连杆200的转动角度将受到限位面的限制。

当然，转动限位结构1110不仅仅可以是楔形槽，从另一个角度来说，楔形槽也可以是通过对环形端面上除楔形槽所在位置之外的位置加高得到。

换而言之，转动限位结构1110也可以是设置在柱形部111的轴侧端面上的凸起件；例如楔形槽之外的位置整体凸起，或者，仅仅是在需要进行转动角度限位的两个极限点分别设置凸起件。

此外，在实际应用中，一些驱动电机120的第二部分122可能也并非连接的是第一连杆200，转动限位结构1110也可以用于针对其他结构进行角度行程的限制。

本实施例通过设置转动限位结构1110，可以避免驱动电机120的角度行程过大，更好地适应人体关节的实际弯曲情况。

可选地，参见图2，所述第一连杆200上设置有第一法兰220，所述第一法兰220位于所述第一端部211与所述第二端部212之间；

所述第一法兰220上安装有第一绑带230。

本实施例中，可以在第一连杆200上设置第一法兰220，并在第一法兰220上安装第一绑带230。

结合一些实际应用场景，第一连杆200所在的位置，可能对应的是人体的大腿或者小腿所在的位置，通过设置第一绑带230，可以将第一连杆200与这边部位更加紧密地连接。

对应第一法兰220，其主要的目的可以认为是作为第一绑带230与第一连杆200之间固定连接结构，或者说，第一法兰220主要用于将第一绑带230比较可靠地连接在第一连杆200上。

例如，在第一连杆200上可以设置螺孔，通过螺栓将第一法兰220连接在第一连杆200上；当然，实际应用中，螺栓螺孔的构造，也可以通过卡扣等形式的结构进行替换。

另外，第一法兰220与第一绑带230的结构，结合图2，可以是在第一法兰220上连接有一类似C形的结构件，该结构件的两端设置有用于第一绑带230穿设的开孔。当然，在另一些可行的实施方式中，第一绑带230也可以是通过缝合或者是胶合等方式连接在第一法兰220上的。

对于第一绑带230，为了便于与人体进行绑定与拆卸，可以配置类似魔术扣、子母扣或者是系带等形式的结构，此处不作具体限定。

在一个可选的实施方式中，上述第一法兰220可以是可滑动连接在第一连杆200中的腰型孔中的，并可以通过例如螺栓等结构来切换与第一连杆200之间的滑动或固定状态。

可选地，为了进一步丰富外骨骼关节组件的功能，外骨骼关节组件还可以包括足部矫形器300，所述足部矫形器300包括固定连接的第二支架310与足部矫形主体320；

所述第二支架310可拆卸安装在所述第二部分122上。

如上文所示的，对于关节主体100，其数量可以根据需要进行选择，且关节主体100可以通过第二连接部或者驱动电机120的第二部分122与其他元件进行连接。因此，容易理解的是，在一些应用场合下，关节主体100对应的第二部分122可以用于连接足部矫形器300，以实现对踝关节的牵引或训练。

图3示出了足部矫形器300的一种结构示例图，该足部矫形器300可以包括第二支架310与足部矫形主体320。第二支架310可以与第二部分122可拆卸连接，例如通过紧固件，或者是螺纹等方式进行连接。而足部矫形主体320可以用于人体足部的穿入，以实现与足部的相对固定。

在一些示例中，由于关节主体100在与第一支架200，或者是与足部矫形器300连接时，具体的连接结构都可以是可拆卸连接的。因此，可以针对第一支架200或者足部矫形器300设计不同的尺寸规格，以适应不同身高或体型的人体的使用。

例如，对于第一支架200，可以配置有多个，且其中长度存在不同，后续可以根据人体腿部长度的需要，选择相应的第一支架200。当然，在其他一些举例中，第一支架200自身也可以是长度可调的结构。

可选地，外骨骼关节组件还包括控制器600，所述驱动电机120配置有编码器；所述驱动电机120与所述编码器均与所述控制器600连接；

容易理解的是，编码器可以是用于对转动角度进行测量的装置，具体的结构可以根据实际需要进行选择，相应的工作原理此处不作赘述。

驱动电机120与控制器600连接，具体可以是通过有线连接，也可以是通过蓝牙、WiFi或者ZigBee等通信模块进行通信连接的。控制器600可以用于对驱动电机120的转动进行控制，相关的转动参数，例如转速或者转角，可以通过控制器600配置的人机交互装置，或者是与移动终端等外部终端进行通信来进行配置；或者，转动参数也可以是预设的。

至于通过控制器600控制驱动电机120转动，可以通过现有技术来实现，此处不作赘述。

此外，本实施例中，还可以将编码器于控制器600连接，有助于控制器600对驱动电机120的转动过程进行监控。

在一个示例中，转动参数还可以是通过示教的方式进行获取的。对于通过示教的方式获取转动参数的过程，可以结合图4与图5来进行举例说明。治疗师将上述外骨骼关节组件固定在患者的膝盖部位或者脚踝部位。治疗师可以在控制器600上进行模式选择，进入示教模式，此模式下，治疗师可以直接对患者的膝关节或踝关节进行牵引运动，使得驱动电机120也相应转动，而转动的角度等可以通过上述的编码器进行获取；控制器600通过记录这些转动角度，可以得到电机控制策略。而在后续应用中，比如选择自动模式时，控制器600可以根据该电机控制策略自动控制驱动电机120进行运行，从而在保证了运动牵引效果的同时，极大减少了治疗师的工作量。

相应地，为实现上述的示教过程，所述控制器600，包括：

接收模块，用于接收模式选择输入；

获取模块，用于在所述模式选择输入指示为第一模式时，获取所述编码器采集的位移信号及其采集时间；

生成模块，用于根据所述位移信号及其采集时间，生成电机控制策略；

控制模块，用于在所述模式选择输入指示为第二模式时，根据所述电机控制策略控制所述驱动电机120。

本发明实施例还提供了一种外骨骼装置，如图6所示，该外骨骼装置可以包括：腰部连接组件400以及上述的外骨骼关节组件；

所述外骨骼关节组件可拆卸安装在所述腰部连接组件400上。

本实施例提供的外骨骼装置，可以通过腰部连接组件400固定在人体的腰部，而将外骨骼关节组件连接在腰部连接组件400上，使得外骨骼关节组件能够与人体存在一个可靠的固定，有助于提高外骨骼装置对人体动作的引导效果。

值得强调的是，结合上文中关于外骨骼关节组件的实施例，外骨骼关节组件也是可以单独使用的，例如，单纯用于对踝关节或者膝关节进行牵引等。而本实施例中，外骨骼装置还包括腰部连接组件400，可以进一步丰富外骨骼装置所能实现的功能。

可选地，所述腰部连接组件400包括固定连接的腰部兜带410、至少两个柔性连接板420以及主连接板430；

所述至少两个柔性连接板420固定安装在所述腰部兜带410上，所述主连接板430与所述至少两个柔性连接板420连接，且所述主连接板430用于调节所述至少两个柔性连接板420之间的距离。

本实施例中，针对腰部连接组件400的结构进行了进一步的限定。

参见图7，具体来说，对于腰部兜带410，可以用于对人体腰部进行环绕；而柔性连接板420在保证人体接触舒适度的同时，可以通过与腰部兜带410连接来调整腰部兜带410的松紧程度。

主连接板430与两个柔性连接板420连接，并可以用于调节所述至少两个柔性连接板420之间的距离，也就是说，通过主连接板430，可以具体来实现两个柔性连接板420对腰部兜带410的松紧调节。

在一个示例中，主连接板430可以是通过例如螺栓或者卡扣等结构来与柔性连接板420进行连接的。

可选地，如图8所示，所述腰部兜带410通过第二连杆500与所述外骨骼关节组件连接；

所述第二连杆500包括在长度方向上相对布置的第三端部511与第四端部512，所述第三端部511可拆卸安装在所述第二连接部上，所述第三端部511上设置有Y形结构件520，所述Y形结构件520的一端铰接在所述第四端部512，所述Y形结构件520的另外两端设置有穿设孔，所述腰部兜带410穿设在所述穿设孔中。

本实施例中，通过设置第二连杆500，可以使得外骨骼关节组件能够更加可靠地与腰部兜带410进行连接。

此外，本实施例中，Y形结构件520可以是与第二连杆500铰接的，使得Y形结构件520与人体腰部之间可以进行一定的适应性运动，提高人体的舒适度。此外，在Y形结构件520上设置穿设控，有助于腰部兜带410与Y形结构件520之间的可靠连接。

可选地，如图6所示，所述外骨骼关节组件的数量为两组；

每一组所述外骨骼关节组件均包括第一关节主体、第二关节主体以及第三关节主体这三个关节主体100；

所述第一关节主体通过所述第二连杆500与所述腰部连接组件400连接；所述第一关节主体与所述第二关节主体之间，以及所述第二关节主体与所述第三关节主体之间，分别通过对应的第一连杆200连接；所述第三关节主体与足部矫形器300连接。

本实施例中，为了适应一般人体的腿部特征，可以设置两组外骨骼关节组件，每个外骨骼关节组件可以包括三个关节主体100，分别对应了人体髋关节、膝关节以及踝关节。

而所述第一关节主体与所述第二关节主体之间，以及所述第二关节主体与所述第三关节主体之间，分别通过对应的第一连杆200连接，这里的第一连杆200，可以对应了大腿和小腿部分；容易理解的是，用于第一连杆200与关节主体100之间可以是可拆卸连接的，因此，通过预先配置不同长度的第一连杆200，可以选择其中的某些长度的第一连杆200来进行组装，以适应不同身高的人体的使用。

本实施例通过以上配置，基本上可以满足人体下肢整体或者局部部位的各种运动牵引需求，极大地丰富了外骨骼装置的应用范围。而容易理解的是，对应局部部位的运动牵引，可以仅仅选择部分合适的部件使用到人体上，降低了外骨骼装置在应用中的复杂程度与重量，更加有利于不同年龄阶段用户的使用。

以下结合以下实际应用场景，来对本发明实施例提供的外骨骼装置进行介绍。该应用场景中，外骨骼装置可以是主要面向儿童下肢康复而设计的。

具体来说，参考图6，该外骨骼装置可以包括外骨骼背部连接结构(相当于腰部连接组件400)、模块化外骨骼关节(相当于关节主体100)、序列化关节连杆(相当于第一连杆200)、足部矫形器(即上述的足部矫形器300)；

所述外骨骼背部连接结构将左右对称的两组外骨骼腿部结构固定于外部台架上，起到连结和支撑整个训练系统的作用；所述模块化外骨骼关节包括盘式电机、电机支架，所述盘式电机内集成包括编码器和驱动器，所述电机支架一端设置有方形槽，序列化关节连杆可以插入其中快速定位并通过手拧螺丝快速固定，其下方设置圆柱形槽用以容纳并通过螺栓紧固电机，其圆周表面设有楔形突出面(相当于转动限位结构1110)从而达到限制关节连杆运动范围的目的；所述序列化关节连杆包括连杆本体和连接人体与外骨骼的腿部绑带机构，能够带动患儿的相应关节在矢状面内完成康复运动，所述连杆本体可以是一体化制成，本身可以不设有长度调节机构，通过提供一系列长度的连杆供治疗师选择来实现与患儿肢体长度的匹配；所述足部矫形器可与模块化外骨骼关节连接。

所述外骨骼背部连接结构、模块化外骨骼关节、序列化关节连杆、足部矫形器可以整体组装用于立姿训练，所述模块化外骨骼关节也可以自由选择与外骨骼背部连接结构、序列化关节连杆、足部矫形器中的一个或多个模块组装，用于卧姿、坐姿下的单或多个关节训练。

参考图7，所述外骨骼背部连接结构在连接外骨骼双侧腿部结构的同时保证了外骨骼左右两侧对称的腿部结构间距可以自由调整，具体可以由腰部兜带、左侧背部柔性连接板、主连接板和右侧背部柔性连接板组成。

所述的腰部兜带可以为环形结构，可以采用珍珠棉弹性材料，目的是保证使用者腰部的舒适性。训练时通过拉紧腰部兜带将人体的两侧髋部与两侧外骨骼的髋关节固定。左、右侧下肢外骨骼通过腰部兜带固定法兰(相当于Y形结构件520)与腰部兜带相连以保证两侧外骨骼腿部的高度协调一致；腰部兜带固定法兰整体为“Y”型结构，一端与髋部连杆铰接，另一端以弧线形式与患儿腰部贴合包围，腰部兜带穿过弧线上的贯通方槽形成限位配合。

所述左右侧背部柔性连接板通过主连接板将左右侧下肢外骨骼连接起来。所述左右侧背部柔性连接板为树脂材质，具有一定的韧性以满足患儿的髋关节可以在小范围内运动，同时具有足够的强度以保证连接可靠性并限制髋关节的非矢状面运动达到矫形目的。其后侧设置直槽口与主连接板上的螺栓孔形成配合可以实现外骨骼下肢双侧距离的改变，通过螺栓压紧产生的正压力实现连接件的相对固定。所述左右侧背部柔性连接板侧面设置有若干个矩形通孔以保证患儿穿戴的透气性，提高训练的舒适度。

参考图1，所述模块化外骨骼关节主要由电机支架(相当于第一支架110)、盘式电机(相当于驱动电机120)、关节外壳(相当于第一外壳130)组成，所述电机支架上端设置有方形槽，所述序列化关节连杆的下端可以插入所述方形槽中快速定位配合并通过手拧螺丝连接，所述电机支架下端设置圆柱形槽用以容纳电机并与所述盘式电机内转子通过螺栓连接，其圆周表面设有楔形突出面从而达到限制所述序列化关节连杆运动范围的目的。所述盘式电机输出端与所述序列化关节连杆的上端通过手拧螺丝连接，其输出作为关节的康复运动。所述的关节外壳使用3D打印材料制作，表面设有沉头孔，通过螺丝与电机支架相连，可以将所述盘式电机密封。

参考图2，所述序列化关节连杆主要由连杆本体、绑带连接法兰(相当于第一法兰220)以及连杆外壳(相当于第二外壳240)组成，所述绑带连接法兰呈U型，可以与腿部形状贴合，通过螺丝与连杆本体固连。其侧面设置有贯穿方形槽孔，用以限制腿部绑带的位置。所述腿部绑带用于外骨骼腿部连杆给患儿关节提供驱动力矩，采用魔术贴的形式便于外骨骼的穿脱，内衬采用柔软棉质材料以减小接触面压强提高训练舒适度。根据人体下肢三关节对线原则，所述腿部绑带连接法兰的高度被设置为可与患儿对应腿部外径相贴合的最小高度。

所述足部矫形器按照人体足部形状设计，保证了与人体足部的充分贴合。可以分为足底缓冲层、中部矫形连接层和顶部贴合层三层，通过足部连杆与盘式电机内转子固连。贴合层和缓冲层材质为橡胶，实现训练过程中足底与地面接触时的减震。矫形连接层材质为铝合金，实现了连接的强度同时保证了矫形的效果。

针对上述的模块化的外骨骼装置，可以提供与之相匹配的康复训练方法。

立姿下的步态训练包括以下步骤：

S11:治疗师将组装完毕的如图6所示的整体外骨骼装置固定于外部台架上，并穿戴于患儿身上。

S12：外骨骼装置内存有健康儿童步行时的各关节角度随时间变化曲线，该关节角度采集于健康儿童，治疗师启动外骨骼后，模块化外骨骼关节将根据所述曲线以固定轨迹带动患儿做康复运动。

立姿下的站立训练包括以下步骤：

S21：治疗师将组装完毕的如图6所示的整体外骨骼装置固定于外部台架上，并穿戴于患儿身上。

S22：治疗师设定标准立姿下各关节期望角度，该标准立姿下各关节期望角度采集于健康儿童的立姿角度数据，并允许治疗师根据实际情况微调。

S23：治疗师启动外骨骼后，各关节实际角度在标准立姿下各关节期望角度±5°范围内时，所述模块化外骨骼关节不干预患儿的运动，让患儿依靠自身达到稳定，各关节实际角度超过标准立姿下各关节期望角度±5°范围时，所述模块化外骨骼关节缓慢将患儿拉回初始站立位置，再次开始训练。

其余姿势下的康复训练包括以下步骤：

以图4所示的卧姿膝关节康复训练为例。

S31：由治疗师根据膝关节的康复需要选取一个模块化外骨骼关节作为膝关节驱动，选取两个适合患儿肢体长度的序列化关节连杆组成膝关节模块化外骨骼装置并将其穿戴于患儿的患肢上。

S32：然后治疗师将所述模块化外骨骼装置的控制模式切换为示教模式，由治疗师手动带动外骨骼装置及患儿完成一次膝关节的康复训练动作。所述模块化外骨骼装置在此过程中根据内部的编码器记录下该训练动作时的关节角度值并发送给控制箱。

S33：在后续的康复训练时，所述模块化外骨骼装置会重复完成记录的康复训练动作，代替治疗师带动患儿膝关节进行重复性的康复动作。

又以图5所示的坐姿踝关节康复训练为例，康复训练包括以下步骤：

S41：由治疗师根据踝关节的康复需要选取一个模块化外骨骼关节作为踝关节驱动，选取一个适合患儿小腿长度的序列化关节连杆以及足部矫形器组成踝关节模块化外骨骼装置并将其穿戴于患儿的患肢上。

S42：然后治疗师将所述模块化外骨骼装置的控制模式切换为示教模式，由治疗师手动带动外骨骼装置及患儿完成一次踝关节的康复训练动作。所述模块化外骨骼装置在此过程中根据内部的编码器记录下该训练动作时的关节角度值并发送给控制箱。

S43：在后续的康复训练时，所述模块化外骨骼装置会重复完成记录的康复训练动作，代替治疗师带动患儿踝关节进行重复性的康复动作。

基于以上应用场景的描述，本发明实施例提供的外骨骼装置，相对于现有技术可以取得以下有益技术效果：

1.本发明针对儿童肢体尺寸小、功能机构复杂、驱动模块布局空间有限的问题，基于多自由度机构分布驱动的紧凑型集成化设计方案，提供了一种模块化、序列化的外骨骼装置。通过结构拓扑优化，去除冗余机构，合并不必要的结构，结构紧凑，减小了质量和体积。由于本身患儿肢体尺寸小，并且人体肌肉和弹性绑带本身具有变形能力，因此序列化关节连杆只需要设计几个长度供选择即可满足要求，同时采用长度序列化的连杆代替复杂的杆长调节机构，并设计快速拆装接口，可以很大程度上减小体积和质量，降低了治疗师的使用难度。

2.本发明提供的模块化外骨骼装置，在康复训练过程中，治疗师能够根据患儿的康复需要可以整体组装进行立姿下的训练，也可以根据需要选择若干个外骨骼关节，根据患儿患肢的长度选择合适杆长的序列化关节连杆，进行若干个关节的单独训练，使得模块化外骨骼装置能够配合治疗师完成多种多样的康复手法，减轻了治疗师的劳动负担。由于在一轮康复训练中治疗师需要多次拆装外骨骼装置以完成不同关节的训练，通过序列化关节连杆与模块化外骨骼关节的快速拆装接口，能够在短时间内组装完毕，节约了康复时间，提高了康复效率。

3.本发明提供的与所述外骨骼装置相适应的康复训练方法，既可以在立姿步行训练中通过下肢三个关节的驱动机构矫正异常的行走姿态，辅助患儿完成正常的步态，也可以在立姿站立训练中帮助患儿感受平衡站立的过程，获得稳定站立的能力，也可以在其余姿势下，治疗师只需要完成一次示教动作，外骨骼装置就能够记录并重复完成治疗师的康复动作，操作简单，控制方便，能够实现多种多样的康复训练手段。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。