CN101536955A - 一种竖直随动式减重步行康复训练机器人 - Google Patents

一种竖直随动式减重步行康复训练机器人 Download PDF

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本发明公开了一种竖直随动式减重步行康复训练机器人,机器人包括电动跑步机和部分减重支持系统,以及外骨骼机械腿及其支撑装置,外骨骼机械腿及其支撑装置进一步包括:支撑架;门式支架组件,安装在支撑架上;机械腿支座组件,安装在门式支架组件上;背臀部支撑组件,与机械腿支座组件相连;机械腿组件,与机械腿支座组件相连。本发明由于门架导轨、弹簧的限制,机械腿支座组件只能做竖直方向上的小范围上下波动,从而保证了在步行训练过程中,外骨骼机械腿能够随着训练者重心的上下起伏而同步上下波动,避免了通常采用平行四杆机构作为升降机构所存在的前后方向有串动的不足。

Description

一种竖直随动式减重步行康复训练机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,特别是涉及一种竖直随动式减重步行 康复训练机器人。
背景技术
减重步行训练康复机器人是一种用于患有运动功能障碍患者进 行行走功能训练的专用装置,为了描述方便,下文将进行行走功能训 练的患有运动功能障碍患者简称为训练者。减重步行训练康复机器人 通常包括部分减重支持系统、外骨骼机械腿和电动跑台。部分减重支 持系统主要是通过悬吊装置减少训练者体重对患肢的负荷,使得不能
站立的患者可以早期进行行走功能训练;外骨骼机械腿穿戴在训练者 腿上,带动训练者按特定的规律进行行走训练;电动跑台支撑并牵拉 训练者足底,与部分减重支持系统和外骨骼机械腿配合,使支撑能力 不足的训练者进行步行训练。
目前,瑞士苏黎世巴格里斯特大学矫形外科研究小组研制的
LOKOMAT减重步行训练康复机器人,已经由瑞士 HOCOMA医疗器 械公司推向巿场,这也是至今唯一的一款商业化的产品。LOKOMAT 釆用电机驱动,4个电机分别安装在机械腿的髋支架和大腿腿杆上, 各驱动一套丝杠螺母机构。通过丝杠推动大腿和小腿摆动,完成步行 训练。由于训练者在行走训练过程中,身体的重心是上下有节律波动 的,因此LOKOMAT釆用了一种平行四杆机构外骨骼机械腿的随动 支撑,使在步行训练过程中,外骨骼机械腿能够随着使用者重心的上 下起伏而同步上下波动,且训练者身体不能前后和左右倾斜。浙江大 学也发明了两种减重步行训练康复机器人:在CN1973806中公开了 多体位外骨骼下肢康复训练机器人,在CN101019800中公开了一种气动式多体位外骨骼下肢康复训练机器人,公开的这两种减重步行训
练康复机器人采用的都是类似于LOKOMAT平行四杆机构外骨骼机 械腿的随动支撑,这种随动支撑方式不足之处在于上下升降的过程 中,存在前后方向的串动,串动的位移与四杆的长度和上下波动的幅 度有关。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷,提供一种在步行训练过程 中,外骨骼机械腿能够随着使用者重心的上下起伏而同步上下波动的 龙门竖直升降机构作为外骨骼机械腿的随动支撑的竖直随动式减重 步行康复训练机器人。
为达到上述目的,本发明的技术方案提供一种竖直随动式减重步 行康复训练机器人,所述机器人包括电动跑步机和部分减重支持系 统,以及外骨骼机械腿及其支撑装置,所述外骨骼机械腿及其支撑装
置进一步包括:支撑架;门式支架组件,安装在所述支撑架上;机械 腿支座组件,安装在所述门式支架组件上;背臀部支撑组件,与所述 机械腿支座组件相连,用于支撑固定训练者躯干;机械腿组件,与所 述机械腿支座组件相连,用于带动训练者下肢进行步行训练,所述机 械腿支座组件用于支撑所述机械腿组件随训练者重心上下起伏而同 步上下移动。
其中,门架上梁、门架下梁及两侧门架门闩侧梁;所述门架上梁、 门架下梁之间设置有两根竖直平行的支杆,所述支杆上分别安装有两 个门架导轨座;每根所述支杆上的两个门架导轨座之间固定有两根竖 直门架导轨;在所述每个门架导轨上安装有两个门架滑块;两根所述 门架导轨上位于同一平面的门架滑块的上方,固定连接一个门架上下 滑板;在门架上下滑板的上方,两根所述竖直门架导轨上各安装一个 弹簧;所述门架上下滑板通过电动推杆支座与电动推杆下端固定连 接。其中,所述机械腿支座组件固定在四个所述门架滑块上。
其中,所述机械腿支座组件具体包括:支座架;所述支座架上以
上下两排的方式安装有四个支座导轨座;每排的支座导轨座之间设置 有水平的支座导轨;每个所述支座导轨上设置有两个支座滑块;左右 滑板与所述支座滑块连接,所述左右滑板的左侧滑板与第一螺母连 接,左右滑板的右侧滑板与第二螺母连接,所述第一螺母与第二螺母 的旋向相反;所述第一螺母和第二螺母安装在一根左右旋丝杆上,所 述左右旋丝杆通过支座轴承座固定在支座架上,所述左右旋丝杆一端 安装有手轮。
其中,所述背臀部支撑组件安装在所述支座架上。 其中,所述背臀部支撑组件具体包括:背臀支撑架,安装在所述 支座架上;
背垫,安装在第一背臀支座上,所述第一背臀支座通过背支架滑 座、背支架滑座压板和快拆安装在所述背臀支撑架上;
臀垫,安装在第二背臀支座上,第二背臀支座通过臀支架滑座和 快拆安装在所述背臀支撑架上。
其中,所述第一背臀支座与所述背支架滑座为滑动连接;所述第 二背臀支座与所述臀支架滑座为滑动连接。
其中,所述背臀支撑架设置有长方槽,所述背支架滑座安装在所 述长方槽中,上下滑动。
其中,所述机械腿组件固定在所述左右滑板上。
其中,所述机械腿组件具体包括:髋连接板,其上端固定在左右 滑板上,下端固定在髋关节驱动器的上端;所述髋关节驱动器的下端 通过套装在一起的第一细腿杆和第一粗腿杆与膝关节驱动器的上端 相连;大腿托通过腿托支撑杆和腿托连接器连接在所述第一粗腿杆 上;所述膝关节驱动器的下端连接有套装在一起的第二粗腿杆和第二 细腿杆,两个小腿托通过腿托支撑杆和腿托连接器分别连接在第二粗腿杆和第二细腿杆上。
上述技术方案具有如下优点:由于门架导轨、弹簧的限制,机械
腿支座组件只能做竖直方向上的小范围上下波动,从而保证了在步行 训练过程中,外骨骼机械腿能够随着训练者重心的上下起伏而同步上 下波动,避免了通常釆用平行四杆机构作为升降机构所存在的前后方 向有串动的不足。
附图说明
图l是本发明实施例的一种竖直随动式减重步行康复训练机器人
的轴侧图;
图2是本发明实施例的一种外骨骼机械腿及其竖直随动支撑装置
图3是本发明实施例的一种外骨骼机械腿及其竖直随动支撑装置 后视图;
图4是本发明实施例的一种门式支架组件轴侧图; 图5是本发明实施例的 一 种门式支架组件后视图; 图6是本发明实施例的 一种机械腿支座组件轴侧图; 图7是本发明实施例的一种背臀部支撑组件轴侧图; 图8是本发明实施例的 一种机械腿组件轴侧图。 其中:1、机械腿及其支撑装置;2、电动跑步机;3、部分减重 支持系统;11、门式支架组件;12、背臀部支撑组件;13、机械腿支 座组件;14、机械腿组件;15、支撑架;16、门轴;17、门闩 18、电动推杆;111、门架上梁;112、门架门闩侧梁;113、门架下 梁;114、弹簧;115、门架滑块;116、门架导轨;117、门架导轨座; 118、门架上下滑板;119、电动推杆支座;120、电动推杆吊耳;121、 背臀支座;122、背垫;123、背臀支撑架;124、臀垫; 125、臀支架滑座;126、背支架滑座;127、快拆;128、背支架滑座 压板;131、支座滑块;132、支座导轨座;133、支座导轨;134、丝杆左旋螺母;135、支座轴承座;136、左右旋丝杆;137、支座左右 滑板;138、支座架;139、手轮;140、丝杆右旋螺母;141、髋连接 板;142、细腿杆;143、粗腿杆;144、腿托连接器;145、腿托支撑 杆;146、大腿托;147、膝关节驱动器;148、小腿托;149、髋关节 驱动器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明的核心构思在于,采用一个龙门竖直升降机构作为外骨骼 机械腿的随动支撑,使在步行训练过程中,外骨骼机械腿能够随着使 用者重心的上下起伏而同步上下波动,避免了通常釆用平行四杆机构 作为升降机构所存在的前后方向有串动的不足。
参考图1所示,本发明的减重步行康复训练的机器人装置主要由 外骨骼机械腿及其支撑装置1 、电动跑步机2和部分减重支持系统3构 成。在使用时,训练者被吊在部分减重支持系统3的牵引绳上,训练 者穿戴机械腿及其支撑装置1站在电动跑步机2上进行步行康复训练。
参考图2和图3所示,本发明的减重步行康复训练的外骨骼机械腿 及其支撑装置l的结构具体为:在支撑架15上安装门式支架组件11, 在门式支架组件11上安装机械腿支座组件13,而背臀部支撑组件12 及机械腿组件14则与机械腿支座组件13相连。使用时,背臀部支撑组 件12支撑固定训练者躯干,由机械腿组件14带动下肢进行步行训练, 而机械腿支座组件13则起支撑机械腿组件14随训练者重心上下起伏 而同步上下移动的作用。可以打开门闩17,将门式支架绕门轴16转动 180度,以便于训练者进出。而固定在门式支架组件ll上的电动推杆 18则能调整机械腿支座组件13的位置,以适合不同身高的训练者。
参考图4和屈5所示,门式支架组件ll包括:门架上梁lll、门架 下梁113及两侧门架门闩侧梁112。门轴16和门闩17安装在门架门闩恻梁112上。门架上梁lll、门架下梁113之间的两根竖直平行的支杆上
安装四个门架导轨座117,用来固定两根竖直门架导轨116,在每个门 架导轨116上安装有两个门架滑块115。在门架滑块115的上方,固接 一个门架上下滑板118。在门架上下滑板118与门架滑块115的下方, 各安装一个弹簧114。电动推杆18上端经电动推杆吊耳120固接在门式 支架组件ll上,电动推杆18下端经电动推杆支座119固接在门架上下 滑板118上。由于门架导轨116、弹簧114的限制,机械腿支座组件13 只能做竖直方向上的小范围上下波动,从而保证了在步行训练过程 中,外骨骼机械腿能够随着训练者重心的上下起伏而同步上下波动, 避免了通常釆用平行四杆机构作为升降机构所存在的前后方向有串 动的不足。
参考图6所示,本发明的机械腿支座组件13通过螺栓固定在四个 门架滑块115上。支座架138前表面安装4个支座导轨座132及两个水平 的支座导轨133,每个导轨上两个滑块131。左右滑板137通过螺栓与 滑块131连接。左右滑板137的左侧滑板通过螺栓与丝杠左旋螺母134 连接,左右滑板137的右侧滑板通过螺栓与丝杠右旋螺母140连接。丝 杠左旋螺母134和丝杠右旋螺母140安装在一根左右旋丝杆136上。左 右旋丝杆136通过支座轴承座135固定在支座架138上。左右旋丝杆136 左端安装有手轮139,旋转手轮139就可调节左右滑板137的左侧滑板 和右侧滑板的距离,达到调整两个机械腿的间距,以适应训练者身体 宽度的目的。
参考图7所示,背臀支撑架123通过螺栓安装在支座架138上。在 背臀支撑架123上有背垫122和臀垫124,背垫122用于支撑训练者的背 部,臀垫124用于支撑训练者的臀部。背垫122安装在背臀支座121上, 背臀支座121通过背支架滑座126、背支架滑座压板128和快拆127安装 在背臀支撑架123上。背臀支座121可以在背支架滑座126上滑动,以 调整背垫122前后的位置。背支架滑座126可以在背臀支撑架123的长方槽中上下滑动,以调整背垫122上下的位置。臀垫124安装在背臀支 座121上,背臀支座121通过臀支架滑座125和快拆127安装在背臀支撑 架123上。背臀支座121可以在臀支架滑座125上滑动,以调整臀垫124 前后的位置。
参考图8所示,髋连接板141上端通过螺栓固定在左右滑板137上, 髋连接板141下端通过螺栓固定在髋关节驱动器149的上端。髋关节驱 动器149的下端通过细腿杆142和粗腿杆143与膝关节驱动器147的上 端相连。细腿杆142可以在粗腿杆143中滑动,以适应训练者大腿的长 度。大腿托146通过腿托支撑杆145和腿托连接器144连接在粗腿杆143 上,大腿托146在上下、前后和左右三个方向上可以滑动,以适应训 练者大腿的位置。膝关节驱动器147的下端连接有粗腿杆143和细腿杆 142。细腿杆142可以在粗腿杆143中滑动,以适应训练者小腿的长度。 两个小腿托148通过腿托支撑杆145和腿托连接器144连接在粗腿杆 143和细腿杆142上,两个小腿托148在上下、前后和左右三个方向上 可以滑动,以适应训练者小腿的位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领 域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以 做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种竖直随动式减重步行康复训练机器人,所述机器人包括电动跑步机和部分减重支持系统,其特征在于,所述机器人还包括外骨骼机械腿及其支撑装置,所述外骨骼机械腿及其支撑装置进一步包括: 支撑架,安装在所述电动跑步机的底座上; 门式支架组件,安装在所述支撑架上; 机械腿支座组件,安装在所述门式支架组件上; 背臀部支撑组件,与所述机械腿支座组件相连,用于支撑、固定训练者躯干; 机械腿组件,与所述机械腿支座组件相连,用于带动训练者下肢进行步行训练,所述机械腿支座组件用于支撑所述机械腿组件随训练者重心上下起伏而同步上下移动。
2、 如权利要求1所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人, 其特征在于,所述门式支架组件包括:门架上梁、门架下梁及两侧门架门闩侧梁;所述门架上梁、门架 下梁之间设置有两根竖直平行的支杆,所述支杆上分别安装有两个门 架导轨座;每根所述支杆上的两个门架导轨座之间固定有两根竖直门 架导轨;在所述每个门架导轨上安装有两个门架滑块;两根所述门架 导轨上位于同一平面的门架滑块的上方,固定连接一个门架上下滑 板;在门架上下滑板的上方,两根所述竖直门架导轨上各安装一个弹 簧;所述门架上下滑板通过电动推杆支座与电动推杆下端固定连接。
3、 如权利要求2所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人, 其特征在于,所述机械腿支座组件固定在四个所述门架滑块上。
4、 如权利要求3所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人, 其特征在于,所述机械腿支座组件具体包括:支座架;座;每排的支座导轨座之间设置有水平的支座导轨;每个所述支座导 轨上设置有两个支座滑块;左右滑板与所述支座滑块连接,所述左右 滑板的左恻滑板与第一螺母连接,左右滑板的右侧滑板与第二螺母连 接,所述第一螺母与第二螺母的旋向相反;所述第一螺母和第二螺母 安装在一根左右旋丝杆上,所述左右旋丝杆通过支座轴承座固定在支 座架上,所述左右旋丝杆一端安装有手轮。
5、 如权利要求4所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人, 其特征在于,所述背臀部支撑组件安装在所述支座架上。
6、 如权利要求5所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人,其特征在于,所述背臀部支撑组件具体包括:背臀支撑架,安装在所述支座架上;背垫,安装在第一背臀支座上,所述第一背臀支座通过背支架滑 座、背支架滑座压板和快拆安装在所述背臀支撑架上;臀垫,安装在第二背臀支座上,第二背臀支座通过臀支架滑座和 快拆安装在所述背臀支撑架上。
7、 如权利要求6所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人, 其特征在于,所述第一背臀支座与所述背支架滑座为滑动连接;所述 第二背臀支座与所述臀支架滑座为滑动连接。
8、 如权利要求6所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人,其特征在于,所述背臀支撑架设置有长方槽,所述背支架滑座安装在 所述长方槽中,上下滑动。
9、 如权利要求4所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人,其特征在于,所述机械腿组件固定在所述左右滑板上。
10、 如权利要求9所述的竖直随动式减重步行康复训练机器人, 其特征在于,所述机械腿组件具体包括:髋连接板,其上端固定在左右滑板上,下端固定在髋关节驱动器的上端;所述髋关节驱动器的下端通过套装在一起的第一细腿杆和第一粗腿杆与膝关节驱动器的上端相连;大腿托通过腿托支撑杆和腿托 连接器连接在所述第一粗腿杆上;所述膝关节驱动器的下端连接有套 装在一起的第二粗腿杆和第二细腿杆,两个小腿托通过腿托支撑杆和 腿托连接器分别连接在第二粗腿杆和第二细腿杆上。
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