CN101589984B - 一种康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种康复机器人，属于机器人领域。所述机器人包括：悬挂减重保护单元(1)、行走移动单元(4)和背板；所述悬挂减重保护单元(1)位于所述行走移动单元(4)的上方，所述悬挂减重保护单元(1)的立柱与所述背板顶端相连，所述立柱可沿所述背板上下滑动；所述行走移动单元(4)位于所述悬挂减重保护单元(1)的下方，一端与所述背板下端相连。通过将悬挂减重保护单元设计为可沿平衡辅助扶手单元的背板上下滑动，给康复者以更加满意的体验。

Description

一种康复机器人 

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种康复机器人。 

背景技术

康复机器人是工业机器人和医用机器人的结合产物，目的旨在利用机器人的原理，辅助或者替代患者的功能运动，或者进行远程康复训练。作为康复工程与康复医疗结合最紧密的部分之一，康复机器人的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。 

康复机器人的种类繁多，有专门针对手臂进行康复训练的机器人、针对下肢进行康复训练的机器人、针对颈椎进行康复训练的机器人、针对面部进行康复训练的机器人等等，结构及功能各有不同。 

在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术至少具有以下缺点： 

现有技术中常用的康复机器人一般功能单一、或者集成功能不能满足康复者的全方位康复训练需求，特别是目前具有悬挂装置的康复机器人的悬挂减重保护单元都为固定机构，康复者由于其身体条件的限制，在使用这种康复机器人进行康复训练时有很多的不便之处。 

发明内容

为了满足康复者康复训练的需求，本发明实施例提供了一种康复机器人，具体的技术方案如下： 

一种康复机器人，所述机器人包括：悬挂减重保护单元(1)、行走移动单元(4)和背板； 

所述悬挂减重保护单元(1)位于所述行走移动单元(4)的上方，所述悬挂减重保护单元(1)的立柱与所述背板顶端相连，所述立柱可沿所述背板上下滑动； 

所述行走移动单元(4)位于所述悬挂减重保护单元(1)的下方，一端与所述背板下端相连。 

所述悬挂减重保护单元(1)具体包括：用于调节所述悬挂减重保护单元(1)距离地面的高度的升降机构，和，用于为所述康复机器人的使用者提供安全保护绳索机构； 

所述升降机构与所述背板的顶端相连； 

所述绳索机构由所述升降机构的内部延伸至所述升降机构的外部。 

所述升降机构具体包括：带导引槽的立柱(16)、驱动丝杠的电机(11)、丝杠(12)、轴承(17)、带螺母的吊架(13)、导引管(14)和角度传感器(15)； 

所述带导引槽的立柱(16)的一端与所述背板相连； 

所述驱动丝杠的电机(11)位于所述带导引槽的立柱(16)的另一端； 

所述丝杠(12)的一端与所述驱动丝杠的电机(11)相连，另一端由所述轴承(17)固定； 

所述带螺母的吊架(13)与所述丝杠(12)配合使用； 

所述导引管(14)与所述带螺母的吊架(13)相连； 

所述角度传感器(15)位于所述导引管(14)的末端。 

所述绳索机构具体包括：带自锁的电机(1A)、主动轮(1B)、绳索(1C)、从动轮(1D)、模式切换挡板(1E)和活塞(1H)； 

所述带自锁的电机(1A)位于所述带导引槽的立柱(16)的一端，其中心轴上装有驱动所述绳索(1C)的所述主动轮(1B)； 

所述绳索(1C)由所述主动轮(1B)和所述从动轮(1D)导引； 

在所述从动轮(1D)之间的所述绳索(1C)上固连所述模式切换挡板(1E)； 

所述活塞(1H)位于所述从动轮(1D)之间，在所述绳索(1C)被放出带动所述模式切换挡板(1E)向前运动时压缩所述活塞(1H)； 

所述绳索(1C)经由所述带导引槽的立柱(16)、所述带螺母的吊架(13)、所述导引管(14)后伸出所述悬挂减重保护单元(1)。 

所述行走移动单元(4)为四轮移动，包括两个主动轮和两个被动轮，每个主动轮由一台电机驱动。 

所述机器人还包括：平衡辅助扶手单元(2)； 

所述平衡辅助扶手单元(2)位于所述悬挂减重保护单元(1)的下方、所述行走移动单元(4)的上方，一端与所述背板相连。 

所述机器人还包括：自动折叠座椅单元(5)； 

所述自动折叠座椅单元(5)位于所述悬挂减重保护单元(1)的下方、所述行走移动单元(4)的上方，一端与所述背板相连。 

所述机器人还包括：等张肌力训练阻尼器(3)； 

所述等张肌力训练阻尼器(3)位于所述行走移动单元(4)上，用于当所述机器人的使用者进行坐式训练时，为所述使用者提供等张肌力的训练。 

所述等张肌力训练阻尼器(3)为可拆卸单元。 

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是： 

通过在康复机器人的悬挂减重保护单元中设置升降机构，能够使得康复机器人根据使用者的身高调节高度，从而实现满足不同使用者的身高要求的功能。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是本发明实施例1中提供的康复机器人的系统结构图； 

图2是本发明实施例1中提供的康复机器人的悬挂减重保护单元的构件图； 

图3是本发明实施例1中提供的康复机器人自动调节高度的机械原理示意图； 

图4是本发明实施例1中提供的康复机器人的悬挂减重保护单元的机械原理示意图； 

图5是本发明实施例1中提供的康复机器人的平衡辅助扶手单元的构件图； 

图6是本发明实施例1中提供的康复机器人的平衡辅助扶手单元的机械原理示意图。 

其中： 

1为悬挂减重保护单元、2为平衡辅助扶手单元、3为等张肌力训练阻尼器、4为行走移动单元、5为自动折叠座椅单元； 

11为驱动丝杠的电机、12为丝杆、13为带螺母的吊架、14为导引管、15为角度传感器、16为带导引管的立柱、17为轴承； 

1A为带自锁的电机、1B为主动轮、1C为驱动绳索、1D为两个从动轮、1E为模式切换挡板、1F为活塞筒、1G为活塞杆、1H为活塞； 

201(包括201A、201B)为手臂托盘、202(包括202A、202B)为扶手杆、203为多维力传感器、204(包括204A、204B)为滑轨、205(包括205A、205B)为滑块、206为驱动丝杠的电机、207(包括207A、207B)为轴承、208为滚珠丝杠、209为螺母、210为驱动扶手的电机、211(包括211A、211B)为联轴器、212为联轴器、213(包括213A、213B)为车架、214为轴承、215为背板。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

实施例1 

参见图1，本发明实施例提供了一种康复机器人，包括：悬挂减重保护单元1、平衡辅助扶手单元2、等张肌力训练阻尼器3、行走移动单元4和自动折叠座椅单元5。 

其中，悬挂减重保护单元1位于行走移动单元4的上方，悬挂减重保护单元1的立柱与平衡辅助扶手单元2的背板顶端相连，立柱可沿背板上下滑动； 

平衡辅助扶手单元2位于悬挂减重保护单元1的下方、行走移动单元4的上方，一端与其背板相连； 

等张肌力训练阻尼器3位于行走移动单元4上，用于当机器人的使用者利用自动折叠座椅单元5进行坐式训练时，为使用者提供等张肌力的训练； 

行走移动单元4位于悬挂减重保护单元1的下方，一端与平衡辅助扶手单元2的背板下端相连。 

自动折叠座椅单元5位于悬挂减重保护单元1的下方、行走移动单元4的上方，一端与平衡辅助扶手单元2的背板相连。     

下面，分别对本发明实施例提供的康复机器人的各个部分进行说明： 

其中，悬挂减重保护单元1的外观特征可以如图2所示，包括：驱动丝杠的电机11、丝杠12、带螺母的吊架13、导引管14、角度传感器15以及带导引槽的立柱16。 

根据功能，将悬挂减重保护单元1划分为升降机构和绳索机构两大部分组成。其中，升降机构用于调节悬挂减重保护单元1的高度；绳索机构用于为使用者提供安全的保护。 

下面结合附图分别对这两部分机构进行详细的说明： 

结合图2和图3，升降机构可以包括：驱动丝杠的电机11、丝杠12、带螺母的吊架13、导引管14、角度传感器15、带导引槽的立柱16和轴承17。参见图2，带导引槽的立柱16与平衡辅助扶手单元2的背板相连，驱动丝杆的电机位于带导引槽的立柱16的一端。由图3中可以看出，丝杠12的一端与驱动丝杠的电机11直接相连，另一端通过轴承1A固定，带螺母的吊架13中的螺母与吊架焊接为一体，丝杠12与螺母相配合：当驱动丝杠的电机11围绕其中心轴转动时，带动丝杠12进行相应的转动。其中丝杠12的转动是以驱动丝杠的电机11的中心轴和轴承17的中心轴线为轴的。丝杠12的转动带动螺母向上移动、或者向下移动，从而带动整个带螺母的吊架13向上移动、或者向下移动。使得整个带螺母的吊架13能够根据使用者的身高而适当调节其高度，从而实现满足不同使用者的身高要求的功能。 

带螺母的吊架13与三根导引管14分部相连，带螺母的吊架13以及三根导引管14均为内中空的设计，使得用于保护使用者的绳索得以通过带导引槽的立柱16、带螺母的吊架13、以及导引管14后伸出并与使用者身上的安全带相连接，导引管14的末端(绳子伸出导引管的一端)安装角度传感器15，通过导引管14末端的空间三点的固定位置和从导引管14伸出的绳索的长度可以确定安全带与使用者接触点的位置，从而感知到人的空间位置，实现悬挂减重的功能，同时还可以起到保护使用者、防止其突然跌倒的功能。 

防止使用者突然跌倒的原理可以参见图4所示的绳索机构：带自锁的电机1A的轴上装有驱动绳索1C的主动轮1B，绳索1C由两个从动轮1D导引，在两个从动轮1D之间的一段绳索上固连着模式切换挡板1E，如果绳索1C向着导引管14的末端方向放出时，模式切换挡板1E在保护模式下与活塞1H的活塞杆1G接触，推动活塞杆1G向着压缩活塞筒1F的方向运动，从而使得活塞筒1F中的压力增大，安装在活塞筒1F内的压力传感器检测活塞筒1F中的压力信号，当压力信号增大到一个临界值时，压力传感器将发送信号给控制电机运动的微处理器，微处理器发出自锁指令给带自锁的电机1A，带自锁的电机1A根据接收到的自锁指令进行自锁。其中，带自锁的电机1A自带增量码盘，增量码盘相当于速度传感器，它可以直接通过测量电机的角速度，并经过一定的算法得出绳索的下降速度。 

假设整个绳索1C的运动过程为使用者突然跌倒的情况下，首先绳索的长度会突然变长， 同时使用者所受到的力也会突然发生变化，那么通过压力传感器就会感应到此时张力的变化，带有柔顺性能的微控制器发出自锁指令，带自锁的电机会及时动作，使得绳索最开始由于人体的下坠而加速运动，而后在带自锁的电机的怠速作用下减速运动，当其减速到一定的时候，其上固连的模式切换挡板1E推动活塞杆1G，从而触发压力传感器并使其带自锁的电机1A锁死。该动作的过程是柔性的，即当使用者跌倒而失去身体平衡的瞬间，绳索会顺着使用者跌倒的趋势逐渐加大力度，最终在使用者身体平衡完全被打破之前将其柔顺地“捞住”。 

平衡辅助扶手单元2提供一对可供使用者放置手臂的舒适扶手，这对扶手不仅可以根据使用者的身高而随时调节自身的高低位置，而且还可以绕其背板上的摆动轴实现俯仰运动，便于使用者进出；这对扶手可以做升降运动，当使用者采用坐姿对下肢进行康复训练时，可以调节到适合使用者搭放手臂的位置，增加用力的接触点；在这对扶手进行升降运动时，自动折叠座椅单元5可以相应的开合，在起坐训练模式下，辅助扶手机构可跟随使用者上下并提供支撑力。此外，平衡辅助扶手单元2与使用者的接触部分全部采用柔软舒适的材料，对使用者起到支撑和保护的作用。 

平衡辅助扶手单元2的外观特征可以如图5所示，包括：悬臂部分和背板部分。其中，悬臂部分包括手臂托盘201、扶手杆202、多维力传感器203；背板部分包括滑轨204、滑块205、驱动丝杠的电机206、轴承207、滚珠丝杠208、螺母209、驱动扶手的电机210和背板215。 

其中，手臂托盘201套在扶手杆202上，多维力传感器203嵌入扶手杆202中。扶手杆202通过滑块205的孔，扶手杆202与滑块205之间有轴承207，这样扶手杆202就能够自如地做俯仰运动。滑块205被滑轨204约束，驱动扶手的电机210固定在螺母209上，其转轴两端与扶手杆202联接。螺母209套在丝杠208上，丝杠208一端与驱动丝杠的电机210的转轴联接，另一端与固定轴承的轴孔配合。 

下面结合图6对平衡辅助扶手单元的机械原理进行详细的说明： 

手臂托盘201A套在扶手杆202A上，扶手杆202A由联轴器211A与驱动扶手的电机210相联接，同样，手臂托盘201B套在扶手杆202B上，扶手杆202B通过联轴器211B与驱动扶手的电机210相联接。上述除驱动扶手的电机210外的部件组合构成一个两自由度的构件，这个构件在驱动扶手的电机210的驱动下，能随电机210的转轴转动。驱动扶手的电机210固联在螺母209上，螺母209与滚珠丝杠208配合，滚轴丝杠208的一端通过联轴器212与固定在车架213A上的驱动丝杠的电机206联接，另一端套上轴承214，轴承214与车架213B固联。扶手杆202A通过轴承207A与滑块205A相连接，扶手杆202B通过轴承207B与滑块 205B相联接，滑块205A和滑块205B又分别与滑轨204A和滑轨204B相配合。当驱动滚珠丝杠的电机206转动时，滚珠丝杠208转动，从而使得与其配合的螺母209上下移动，此时螺母209与驱动扶手的电机210和上述两自由度的构件一起通过两个滑块205A和205B沿着滑轨204A和204B固定其移动方向上下移动。故上述两自由度的构件既能以背板215为轴进行俯仰运动又能沿着背板215上下移动。多维力传感器203可以通过采集使用者作用在扶手杆上力的大小，并将采集到的力信号发送给驱动扶手的电机210，驱动扶手的电机210根据接收到的力信号调节扶手杆的高低以适应使用者的实际需求。 

等张肌力训练阻尼器3是在使用者进行坐位康复治疗时很重要的内容，使用者结合折叠座椅就可以使用此等张肌力训练阻尼器3实施下肢运动康复训练。当训练结束时，训练装置可以拆卸，实现模块化的设计。 

行走移动单元4采用四轮移动方式，有两个主动车轮和两个被动车轮。其中，两个主动车轮各由一台电机单独驱动，分别控制两个主动车轮的速度，实现康复机器人的移动行走和灵活转弯。其中，主动车轮为2个前轮，被动车轮为2个后轮。 

自动折叠座椅单元5主要为使用者休息以及坐下时对下肢进行康复训练而设计的，当使用者利用此康复机器人进行行走训练时，座椅折起；当使用者停下来时，座椅打开供使用者休息，此外，座椅可以随着平衡辅助扶手单元2的升降进行相应的开合。 

本发明实施例提供了一种具有悬挂减重及运动平衡功能的多功能康复机器人，主要用于行走功能障碍的老年人以及各种老年病患者的康复训练。通过将悬挂减重保护单元、平衡辅助扶手机构单元、等张肌力训练阻尼器、行走移动单元和自动折叠座椅单元有机集成于一体，做到各个机构单元装置之间以及与人体运动之间协调配合，满足康复者多种康复训练需求的同时，给康复者以更加满意的体验；悬挂减重保护单元通过安装的压力传感器和速度传感器获取使用者的状态信息，并且通过微处理器处理信息指令控制相应的伺服机构，不仅能为使用者在进行起坐训练时提供柔顺的支持力，而且能调节自身的高低位置适应使用者的身高以及在使用者跌倒时提供及时保护；而且，平衡辅助扶手单元通过安装多维力传感器获得使用者的动作意图信息，不仅能为使用者提供柔顺的支撑与保护作用，还可以自动调节自身的高低位置适应使用者的身高以及绕轴实现俯仰动作方便使用者进出；在起坐训练模式下，辅助扶手机构可跟随使用者上下并提供支撑力。不仅能为使用者提供多种康复训练条件，而且实现了部分模块化，简单实用、性价比高。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种康复机器人，其特征在于，所述机器人包括：悬挂减重保护单元(1)、行走移动单元(4)、背板和等张肌力训练阻尼器(3)；

所述悬挂减重保护单元(1)位于所述行走移动单元(4)的上方，包括升降机构和绳索机构，所述升降机构与所述背板的顶端相连，升降机构具体包括：带导引槽的立柱(16)、驱动丝杠的电机(11)、丝杠(12)、轴承(17)、带螺母的吊架(13)、导引管(14)和角度传感器(15)；

所述带导引槽的立柱(16)的一端与所述背板相连，所述立柱可沿所述背板上下滑动，所述驱动丝杠的电机(11)位于所述带导引槽的立柱(16)的另一端，所述丝杠(12)的一端与所述驱动丝杠的电机(11)相连，另一端由所述轴承(17)固定，所述带螺母的吊架(13)与所述丝杠(12)配合使用，所述导引管(14)与所述带螺母的吊架(13)相连，所述角度传感器(15)位于所述导引管(14)的末端；

所述绳索机构由所述升降机构的内部延伸至所述升降机构的外部；

所述行走移动单元(4)位于所述悬挂减重保护单元(1)的下方，一端与所述背板下端相连；

所述等张肌力训练阻尼器(3)位于所述行走移动单元(4)上，用于当所述机器人的使用者进行坐式训练时，为所述使用者提供等张肌力的训练。

2.如权利要求1所述的康复机器人，其特征在于，所述绳索机构具体包括：带自锁的电机(1A)、主动轮(1B)、绳索(1C)、从动轮(1D)、模式切换挡板(1E)和活塞(1H)；

所述带自锁的电机(1A)位于所述带导引槽的立柱(16)的一端，其中心轴上装有驱动所述绳索(1C)的所述主动轮(1B)；

所述绳索(1C)由所述主动轮(1B)和所述从动轮(1D)导引；

在所述从动轮(1D)之间的所述绳索(1C)上固连所述模式切换挡板(1E)；

所述活塞(1H)位于所述从动轮(1D)之间，在所述绳索(1C)被放出带动所述模式切换挡板(1E)向前运动时压缩所述活塞(1H)；

所述绳索(1C)经由所述带导引槽的立柱(16)、所述带螺母的吊架(13)、所述导引管(14)后伸出所述悬挂减重保护单元(1)。

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