CN102225033B - 一种步态康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步态康复训练机器人，其特征是包括有一减重装置和一步态模拟发生器，是以一对训练者脚穿的护靴安装在脚踏杆上，脚踏杆以设定的速度和训练模式按给定运动轨迹运转；给定运动轨迹的中心线是将正常行走时踝关节在三维空间的运动轨迹投影在二维空间平面内获得的拟合人体下肢行走的封闭曲线轨迹；一PC机，用来控制步态模拟发生器的实时速度、选择不同的训练的模式。本发明可以解决康复训练步态轨迹与人自然行走步态的一致性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种步态康复训练机器人，属于医疗器械类。用于脑瘫、偏瘫、中风或意外事故等造成的步行障碍训练者的康复训练。
背景技术
随着社会的老龄化及各种安全事故的增加，下肢运动障碍的训练者越来越多。医学理论和临床经验证明，训练者必须进行肢体康复运动训练，来防止肌肉萎缩，并且运动治疗有助于肌肉功能性恢复。由于训练者的功能性障碍，不能独立进行肢体康复训练，一般由医护人员或其他人员帮助其实施，这是一项繁重的工作。随着近年来康复训练机器人的出现，使科学的康复训练更加容易实施。康复机器人是医疗器械的一种，不仅可以帮助病人或老年人完成各种科学的康复训练，还可以对病人进行康复评估。行走步态训练是下肢功能障碍康复训练的主要方式，行走步态训练不仅可以重新建立步行姿势，还可以维持下肢关节的协调运动，防止关节“废用性”挛缩，能够明显提高训练者下肢功能性障碍的恢复进度和程度。现有的步态机器人大多是通过辅助大腿、小腿的转动来实现行走姿态的模拟，而无法模拟人类行走时踝关节的运动轨迹，使得步态康复训练和正常人类的行走步态轨迹不相符，从而影响科学的康复训练。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种步态康复训练机器人，以解决康复训练步态轨迹与人自然行走步态的一致性的问题。
本发明步态康复机器人的结构特点是包括有：
一减重装置，是在基座上设置由升降电机驱动的推杆，在所述推杆上通过吊带悬吊承重背心；在承重背心的下方设置有护栏，所述护栏位于所述承重背心的两侧；
一步态模拟发生器，是以一对训练者脚穿的护靴安装在脚踏杆上，所述脚踏杆 以设定的速度和训练模式按给定运动轨迹运转；所述给定运动轨迹的中心线是将正常行走时踝关节在三维空间的运动轨迹投影在二维平面内获得的拟合人体下肢行走的封闭曲线轨迹；
一PC机，用来控制步态模拟发生器的实时速度、选择不同的训练的模式，以及通过控制升降电机带动推杆升降。
本发明步态康复机器人的结构特点也在于：
所述步态模拟发生器的结构设置为：以小链轮和大链轮与双排板式链中的第一排板式链相啮合构成板式链循环运转机构，由所述板式链循环运转机构给定运动轨迹；以小履带轮、大履带轮与履带构成履带循环运转机构；
所述履带与双排板式链中的第二排板式链固定连接，小履带轮与小链轮同轴安装；大履带轮与大链轮同轴安装；用于安装护靴的脚踏杆固定设置在履带上设定位置处；按给定运动轨迹排列的各摩擦球轴承作为履带的导向和支撑衬板承担运动载荷；
在直流伺服电机与小链轮的小链轮轴之间设置锥齿轮转向机构。
在步态模拟发生器中按给定运动轨迹设置运动导轨，包括：
一道板式链导向槽，双排板式链中的第一排板式在板式链导向槽中运行；
一道按给定运动轨迹设置的脚踏杆运动轨道，所述脚踏杆运动轨道位于板式链导向槽的外围，脚踏杆在脚踏杆运动轨道中运行。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明针对下肢运动功能性障碍训练者在肢体康复训练方法和训练动作各有差异，以脚穿护靴的方式进行足部末端的牵引，实现人体下肢大腿、小腿、踝关节的复合运动训练，使下肢在足部导引运动下产生正确的腿部肌肉激活模式，实现正常步态的康复治疗。
2、本发明中步态模拟发生器的给定运动轨迹可以根据人类正常行走时踝关节在三维空间的运动轨迹拟合而成，将自然行走时踝关节在三维空间的轨迹曲线投影在二维平面内；从而获得拟合人体下肢行走的封闭轨迹曲线，在板式链的传动下，带动人体下肢按照给定运动轨迹行走，实现方式简单可靠。
3、本发明能够根据步态模拟发生器中运动导轨的不同设计，结合摩擦球轴承的铺设和板式循环链机构产生各种需要的训练轨迹。
4、本发明采用双排板式链的动力传递系统，由履带及其刚性连接的脚踏杆组建承载系统，并将履带连接于双排板式链中的一排，克服了链传动刚度小、不易张紧、履带发生轨迹不够理想的缺点，有效的提高了系统的刚度，使得系统发生的轨迹运转平滑。
附图说明
图1为本发明步态康复机器人总体结构示意图；
图2为本发明步态模拟发生器结构示意图；
图3为本发明步模拟态发生器内部结构图；
图4为本发明步态模拟发生器中小链轮所在一端结构示意图；
图5a为本发明运动导轨结构图；
图6为本发明中双排板式链与履带连接示意图；
具体实施方式
参见图1，本实施例中步态康复机器人的结构设置包括：
一减重装置，是在基座2上设置由升降电机驱动的推杆1，在推杆1上以悬臂的形式通过吊带10悬吊承重背心9；在承重背心9的下方设置有护栏3，所述护栏3位于所述承重背心9的两侧。
当训练者进行康复训练时，减重装置通过承重背心9和吊带10对训练者的身体进行约束，通过控制推杆1的升降高度使病人处于悬吊状态，以减少训练者行走的力度和保持训练者身体平衡；护栏3在康复训练时，一方面约束训练者的活动空间，另一方面给训练者使用双手进行支撑，辅助使用者保持身体平衡。
一步态模拟发生器4，是以一对训练者脚穿的护靴固定安装在脚踏杆5上，脚踏杆5在步态模拟发生器4的两边对称安装，使得脚踏杆5按照设定的速度和训练模式对人体下肢进行康复训练，可以在护靴的底部安装测力传感器，用于检测人体行走时足底实时压力，据此作为康复训练的模式、行走速度以及康复训练评价的依据。
图3所示，具体实施中，步态模拟发生器的结构设置为以小链轮14和大链轮20与双排板式链中的第一排板式链相啮合构成板式链循环运转机构，以板式链循环运转机构的给定运动轨迹，用于约束脚踏杆的运动，给定运动轨迹的中心线是将正常行走时踝关节在三维空间的运动轨迹投影在二维平面内获得的拟合人体下肢行走的封闭曲线轨迹。
对双排板式链进行定位和拖动；以小履带轮16、大履带轮19与履带17构成履带循环运转机构。
图3、图4和图6所示，履带17是与双排板式链23中的第二排板式链29通过固定板30进行固定连接，履带17的宽度与双排板式链的节距相等；小履带轮16与小链轮14同轴安装；大履带轮19与大链轮20同轴安装，这样得以将运转动力传递给履带17，用于安装护靴的脚踏杆5固定设置在履带17的设定位置的履带钢板上，脚踏杆5与履带钢板刚性连接。
图5所示，在履带循环运转机构中，按给定运动轨迹排列设置各摩擦球轴承21，以摩擦球轴承21作为履带17的导向和支撑衬板，以承担运动载荷；摩擦球轴承21使运动中的滑动摩擦转换成滚动摩擦，使运转更加流畅。外壳22对运动导轨和摩擦球轴承21起着机架的作用。
用于实现转动的直流伺服电机7是由支座6固定安装，在直流伺服电机7与小链轮14的小链轮轴15之间设置锥齿轮转向机构。具体实施如图2所示，以准双曲面锥齿轮11与准双曲面锥杆12相啮合，将直流伺服电机7的转动输出旋转90度传递给小链轮轴15，准双面锥齿轮11和小链轮14同轴安装于小链轮轴15上，从而以相同的角速度进行同步运转。
图1所示，PC控制平台8用来通过伺服电机7控制步态模拟发生器的实时速度、康复训练的模式，以及控制减重装置中推杆1的电动升降高度。
参见图5，本实施例中运动导轨的结构设置包括：
一道板式链导向槽24，双排板式链23中的第一排板式28在板式链导向槽24中运行。
一道按给定运动轨迹设置的脚踏杆运动轨道27，脚踏杆运动轨道27位于板式链导向槽24的外围，脚踏杆5在脚踏杆运动轨道27中运行。
小链轮轴15和大链轮轴18分别安装在小链轮轴安装孔25和大链轮轴安装孔26中。
本发明可用于模拟人类正常走路时膝关节拉伸、腹部牵引等运动姿态来增强训练的效果。对于病重训练者，步态康复训练可以在减重平衡装置的辅助下进行被动模式训练，由步态模拟发生器带动人体运动，这样可以防止痉挛，增加下肢的灵活性，增强重病训练者的行走能力。对于病轻训练者可以进行主动模式训练，这时人体带动步态模拟发生器运动，通过改变步态模拟发生器运动速度，可以改变对人体运动的阻尼大小。
本发明中PC控制平台的设置使用速度、强度及康复训练模式可以根据训练者的病情轻重以及训练者体能进行调节，由于拟合了正常行走时踝关节的空间运动轨迹，有效解决了步态康复训练时下肢的姿态重塑与人体自然行走时下肢运动姿态的一致性，从而使康复训练得以量化的考核和科学的评价，使得下肢康复训练更加科学。
Claims (2)
1.一种步态康复训练机器人，其特征是包括有：
一减重装置，是在基座(2)上设置由升降电机驱动的推杆(1)，在所述推杆(1)上通过吊带(10)悬吊承重背心(9)；在承重背心(9)的下方设置有护栏(3)，所述护栏(3)位于所述承重背心(9)的两侧；
一步态模拟发生器，是以一对训练者脚穿的护靴安装在脚踏杆(5)上，所述脚踏杆(5) 以设定的速度和训练模式按给定运动轨迹运转；所述给定运动轨迹的中心线是将正常行走时踝关节在三维空间的运动轨迹投影在二维平面内获得的拟合人体下肢行走的封闭曲线轨迹；
一PC机，用来控制步态模拟发生器的实时速度、选择不同的训练的模式，以及通过控制升降电机带动推杆(1)升降；
所述步态模拟发生器的结构设置为：
以小链轮(14)和大链轮(20)与双排板式链(23)中的第一排板式链相啮合构成板式链循环运转机构，由所述板式链循环运转机构给定运动轨迹；以小履带轮(16)、大履带轮(19)与履带(17)构成履带循环运转机构；
所述履带(17)与双排板式链中的第二排板式链(29)固定连接，小履带轮(16)与小链轮(14)同轴安装；大履带轮(19)与大链轮(20)同轴安装；用于安装护靴的脚踏杆(5)固定设置在履带(17)上设定位置处；按给定运动轨迹排列的各摩擦球轴承(21)作为履带(17)的导向和支撑衬板承担运动载荷；
在直流伺服电机(7)与小链轮(14)的小链轮轴(15)之间设置锥齿轮转向机构。
2.根据权利要求1所述的步态康复训练机器人，其特征是在步态模拟发生器中按给定运动轨迹设置运动导轨，包括：
一道板式链导向槽(24)，双排板式链(23)中的第一排板式链(28)在板式链导向槽(24)中运行；
一道按给定运动轨迹设置的脚踏杆运动轨道(27)，所述脚踏杆运动轨道(27)位于板式链导向槽(24)的外围，脚踏杆(5)在脚踏杆运动轨道(27)中运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130710 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |