CN102085143A

CN102085143A - 骑行式下肢康复机器人

Info

Publication number: CN102085143A
Application number: CN 201110050479
Authority: CN
Inventors: 殷跃红; 王乾人; 尤跃东; 吴帆; 孙红伟
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: CN102085143B

Abstract

一种康复医疗器械技术领域的骑行式下肢康复机器人，包括：骑行式座椅、驱动机构、外骨骼机构和支架，骑行式座椅和驱动机构分别固定设置于支架上，外骨骼机构与骑行式座椅固定连接，外骨骼机构与驱动机构活动连接。本发明根据患者的具体需求和医学的康复理论而设计，使其结构简单紧凑、占用空间小、成本较低、能够在个人家庭和医院等医疗康复领域推广。

Description

骑行式下肢康复机器人

技术领域

本发明涉及的是一种康复医疗器械技术领域的机器人，具体是一种骑行式下肢康复机器人。

背景技术

近年来，由于中风患者的人口比例不断上升，针对下肢进行康复训练的医疗机械需求不断地上升，很多研究机构也都相继开发出一些下肢康复机器人，他们通过外部的辅助机构驱动患者的下肢运动，达到康复的目的。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利号200620140778.3公开了一种轮椅式截瘫患者行走训练机器人，包括轮椅系统、下肢外骨骼系统、阻尼支撑系统和控制器。该机器人通过控制外骨骼系统上各个关节上电机的运转来实现下肢训练功能。该机器人同时对外骨骼四个关节进行控制，操作复杂，成本较高，不适宜推广。

中国专利号200620021269.9公开了一种立式下肢康复训练机，包括左右2套对称布置的步态机构、左右2套对称布置的踝关节运动机构，其中电机通过传动系统与曲柄连接，曲柄连杆机构带动把手的弯曲摇杆绕立柱式摇杆座的上端摆动，进而再带动中部与连杆铰接、端部与滑块皎洁的脚踏板做平面运动。患者本身腿部就没有行动能力，这种机构要患者站着训练，会使患者不会感到舒服，有可能产生负面结果，现在也甚少采用。

中国专利号200910075068.5公开了一种截瘫患者用下肢康复医疗机器人，包括底座、康复下肢训练装置和计算机控制系统。该机器人是通过控制悬挂在外面的仿人外骨骼机构，其稳定性差，算法复杂，病人的舒适度不高，造成成本太高，结果还没有大范围的应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种骑行式下肢康复机器人，根据患者的具体需求和医学的康复理论而设计，使其结构简单紧凑、占用空间小、成本较低、能够在个人家庭和医院等医疗康复领域推广。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：骑行式座椅、驱动机构、外骨骼机构和支架，其中：骑行式座椅和驱动机构分别固定设置于支架上，外骨骼机构与骑行式座椅固定连接，外骨骼机构与驱动机构活动连接。

所述的支架上设有外壳，该外壳的两端分别与骑行式座椅和支架固定连接，所述驱动机构和外骨骼机构位于外壳内部。

所述的骑行式座椅包括：扶手、靠背、坐垫和支撑杆，其中：支撑柱固定设置于坐垫的下表面，两个扶手分别固定设置于坐垫的两侧。

所述的驱动机构包括：主轴、主轴支撑杆、同步带、第一同步带轮、第二同步带轮、电机支承座、伺服电机、曲柄连杆机构和脚踏机构，其中：主轴的中部活动设置于主轴支撑杆的顶部，主轴的两端分别与两个曲柄连杆机构固定连接，曲柄连杆机构与各自对应脚踏机构活动连接，第一同步带轮固定设置于主轴的中部，第二同步带轮与伺服电机输出轴固定连接，同步带连接第一同步带轮与第二同步带轮，伺服电机与电机支承座固定连接。

所述的曲柄连杆机构包括：曲柄、脚踏连接轴和脚踏旋转轴，其中：脚踏连接轴的两端分别与曲柄和脚踏旋转轴固定连接。

所述的脚踏机构包括：脚踏板和鞋模，其中：脚踏板与鞋模固定连接。

所述的外骨骼机构包括：小腿支撑杆、膝关节连接轴、骨骼连杆机构和护罩机构，其中：膝关节连接轴分别与小腿支撑杆和骨骼连杆机构活动连接，小腿支撑杆与护罩机构固定连接。

所述的骨骼连杆机构包括：外骨骼连杆、三个铰接件和外骨骼连接轴，其中：外骨骼连杆的两端分别与第一铰接件和第二铰接件固定连接，外骨骼连接轴活动连接第二铰接件和第三铰接件。

所述的护罩机构包括：小腿护罩、固定螺钉、护罩转轴、护罩轴承座和固定螺母，其中：小腿护罩与护罩轴承座固定连接，护罩转轴与护罩轴承座活动连接，护罩转轴与固定螺母固定连接。

所述的支架上设有人机交互机构，该人机交互机构包括：两个固定座和三个旋转臂，其中：第一固定座与第二固定座固定相连，第一旋转臂的两端分别与第二固定座和第二旋转臂活动连接，第三旋转臂的两端分别与第二旋转臂和显示器活动连接。

本发明的驱动机构仅采用一个伺服电机驱动，带动脚部运动，使患者的整个下肢就跟着运动；本发明通过外骨骼机构固定住病人的小腿，对病人的腿部具有支撑作用，但没有固定住病人的大腿，这使得病人能在运动的过程中根据自己的身体情况，自动做出调整，不会伤害到病人；且在康复训练过程中，病人是坐着进行康复运动，使患者运动过程更加舒适；人机交互机构能够为患者实时提供康复机器人的运动信息，还可以查找以前的康复过程记录，有助于为患者提供最优的康复疗程，同时显示器的多个旋转臂能使显示器在很大的范围内做旋转运动，患者可以根据自己舒服的角度做调整。综上所述：本发明结构简单紧凑、占用空间小、设计合理、人性化、成本较低，适合在个人家庭和医院等医疗康复机构推广。

附图说明

图1为本发明侧视图。

图2为本发明的去掉外壳的示意图。

图3为本发明的骑行式座椅示意图。

图4为本发明的驱动机构示意图。

图5为本发明的外骨骼机构示意图；

图中：(a)为侧视图，(b)为俯视图。

图6为本发明的人机交互机构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-6所示，本实施例包括：骑行式座椅1、驱动机构2、外骨骼机构3、人机交互机构4、支架5和外壳6，其中：骑行式座椅1固定设置于支架5，人机交互机构4固定设置于骑行式座椅1上，外骨骼机构3与骑行式座椅1固定连接，外骨骼机构3与驱动机构2活动连接，驱动机构2固定设置于支架5上并与支架5固定连接，外壳6的两端分别与骑行式座椅1和支架5固定连接，罩在驱动机构2和外骨骼机构3外面。

所述的骑行式座椅1包括：扶手7、靠背8、坐垫9和支撑杆10，其中：靠背8固定设置于坐垫9上，支撑杆10固定设置于坐垫9的下表面，扶手7固定设置于坐垫9的两侧。

所述的驱动机构2包括：主轴11、主轴支撑杆12、同步带13、第一同步带轮14、第二同步带轮15、电机支承座16、伺服电机17、曲柄连杆机构18和脚踏机构19，其中：主轴11与主轴支撑杆12固定连接，主轴11的左、右轴端分别与曲柄连杆机构18固定连接，曲柄连杆机构18与脚踏机构19活动连接，第一同步带轮14与主轴11固定连接，第二同步带轮15与伺服电机17固定连接，同步带13连接第一同步带轮14与第二同步带轮15，伺服电机17与电机支承座16固定相连。

所述的曲柄连杆机构18包括：曲柄20、脚踏连接轴21和脚踏旋转轴22，其中：脚踏连接轴21的两端分别与曲柄20和脚踏旋转轴22固定连接。

所述的脚踏机构19包括：脚踏板23和鞋模24，其中：脚踏板23与鞋模24固定连接。

所述外骨骼机构3包括：小腿支撑杆25、膝关节连接轴26、骨骼连杆机构27和护罩机构28，其中：膝关节连接轴26活动连接小腿支撑杆25与骨骼连杆机构27，小腿支撑杆25与护罩机构28固定连接。

所述的骨骼连杆机构27包括：外骨骼连杆29、第一铰接件30、第二铰接件31、第三铰接件32和外骨骼连接轴33，其中：外骨骼连杆29的两端分别与第一铰接件30和第二铰接件31固定连接，外骨骼连接轴33活动连接第二铰接件31和第三铰接件32。

所述的护罩机构28包括：小腿护罩34、固定螺钉35、护罩转轴36、护罩轴承座37和固定螺母38，其中：小腿护罩34与护罩轴承座37固定连接，护罩转轴36与护罩轴承座37活动连接，护罩转轴36与小腿护罩螺母38固定连接。

所述人机交互机构4包括：显示器39、第一固定座40、第二固定座41、第一旋转臂42、第二旋转臂43和第三旋转臂44，其中：第一固定座40与第二固定座41固定相连，第一旋转臂42的两端分别与第二固定座41和第二旋转臂43活动连接，第三旋转臂44的两端分别与第二旋转臂43和显示器39活动连接。

本装置通过以下方式工作：启动伺服电机带动第二同步带轮转动，通过同步带，第二同步带轮带动第一同步带轮转动，第一同步带轮转动同时带动主轴转动，主轴转动同时带动曲柄转动，曲柄转动同时带动脚踏旋转轴和小腿支撑杆转动，脚踏旋转轴转动同时带动脚踏板和鞋模转动，小腿支撑杆转动同时带动小腿护罩转动，病人的小腿固定在小腿护罩上，所以病人的整个腿部就跟着做大范围的康复运动；可以通过人为操作人机交互机构中的三个显示器旋转臂，来调整显示器的旋转范围。

Claims

1.一种骑行式下肢康复机器人，其特征在于，包括：骑行式座椅、驱动机构、外骨骼机构和支架，其中：骑行式座椅和驱动机构分别固定设置于支架上，外骨骼机构与骑行式座椅固定连接，外骨骼机构与驱动机构活动连接。

2.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的支架上设有外壳，该外壳的两端分别与骑行式座椅和支架固定连接，所述驱动机构和外骨骼机构位于外壳内部。

3.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的骑行式座椅包括：扶手、靠背、坐垫和支撑杆，其中：支撑柱固定设置于坐垫的下表面，两个扶手分别固定设置于坐垫的两侧。

4.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的驱动机构包括：主轴、主轴支撑杆、同步带、第一同步带轮、第二同步带轮、电机支承座、伺服电机、曲柄连杆机构和脚踏机构，其中：主轴的中部活动设置于主轴支撑杆的顶部，主轴的两端分别与两个曲柄连杆机构固定连接，曲柄连杆机构与各自对应脚踏机构活动连接，第一同步带轮固定设置于主轴的中部，第二同步带轮与伺服电机输出轴固定连接，同步带连接第一同步带轮与第二同步带轮，伺服电机与电机支承座固定连接。

5.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的曲柄连杆机构包括：曲柄、脚踏连接轴和脚踏旋转轴，其中：脚踏连接轴的两端分别与曲柄和脚踏旋转轴固定连接。

6.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的脚踏机构包括：脚踏板和鞋模，其中：脚踏板与鞋模固定连接。

7.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的外骨骼机构包括：小腿支撑杆、膝关节连接轴、骨骼连杆机构和护罩机构，其中：膝关节连接轴分别与小腿支撑杆和骨骼连杆机构活动连接，小腿支撑杆与护罩机构固定连接。

8.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的骨骼连杆机构包括：外骨骼连杆、三个铰接件和外骨骼连接轴，其中：外骨骼连杆的两端分别与第一铰接件和第二铰接件固定连接，外骨骼连接轴活动连接第二铰接件和第三铰接件。

9.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的护罩机构包括：小腿护罩、固定螺钉、护罩转轴、护罩轴承座和固定螺母，其中：小腿护罩与护罩轴承座固定连接，护罩转轴与护罩轴承座活动连接，护罩转轴与固定螺母固定连接。

10.根据权利要求1所述的骑行式下肢康复机器人，其特征是，所述的支架上设有人机交互机构，该人机交互机构包括：两个固定座和三个旋转臂，其中：第一固定座与第二固定座固定相连，第一旋转臂的两端分别与第二固定座和第二旋转臂活动连接，第三旋转臂的两端分别与第二旋转臂和显示器活动连接。