CN102247258B - 上下肢康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种上下肢综合康复训练机器人，它由箱体、减速机构、臂托机构、摆动及缓冲机构及其它辅助构件组成。减速机构包括了锥齿轮传动、圆柱直齿轮传动、同步带传动。臂托机构由臂托架和滑块组成，滑块可以沿安装在箱体上的导轨滑动。摆动及缓冲机构由摆动连杆、套筒、弹簧、套筒盖、缓冲杆、拉杆、托板、把手组成。直流伺服电机通过减速机构带动摆动及缓冲机构运动。缓冲杆可以在把手的带动下克服弹簧力在套筒内做往复运动，从而减轻对手腕(或踝)关节的冲击。本发明可以用于上肢或下肢的康复训练，同时又有主动和被动两种工作方式。

Description

上下肢康复训练机器人

(一)技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体为一种上下肢康复训练机器人。

(二)背景技术

随着科技进步和人民生活水平的提高，世界上许多国家正在步入(或已经步入)老龄化。在老龄人群中(近年来在年龄上呈现年轻化趋势)有大量的心脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫等肢体运动障碍症状。同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经性损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。医学理论和临床医学证明，这类患者除了需要早期的手术治疗和必要的药物治疗外，后期的康复训练对于肢体运动功能的恢复也起到非常重要的作用。由于专业护理人员或医疗费用的缺乏等问题，多数患者选择了在家里自行康复训练，由于训练方法不够科学和训练量的不足，很多患者错过了最佳恢复时间，许多人因得不到有效的康复训练而逐渐丧失了肢体的活动功能，既给患者带来了许多痛苦，又给家人和社会造成了很大的负担。

近年来，出现了各种各样的康复训练器械(机器人)。患者可以通过医师的指导，利用这些康复训练器械在家中自行完成肢体的康复训练，在节省康复费用的同时也保证了一定的康复训练强度。但是现有的康复训练器械，很多存在自由度多、体积大、价格较高等缺点，并且不能利用一台器械实现上肢和下肢的综合康复训练(而很多患者的上肢和下肢均需要康复训练)。

(三)发明内容

本发明的目的是公开一种上下肢康复训练机器人，它可用于上肢和下肢的综合康复训练。并且只利用一台直流伺服电机作为驱动，大大降低了制造成本。

本发明所提出的上下肢康复训练机器人组成和原理如下：

它由箱体、减速机构、臂托机构、摆动及缓冲机构及其它辅助构件组成。箱体是整个系统的框架，其它机构都安装于其上。减速机构由锥齿轮传动、直齿轮传动、同步带传动构成。直流伺服电机通过该减速机构带动摆动及缓冲机构运动。摆动及缓冲机构由摆动连杆、套筒、弹簧、套筒盖、缓冲杆、拉杆、托板、把手组成。臂托机构由臂托架、滑块组成，滑块可以沿安装在箱体上方的导轨滑动。当患者小臂(或小腿)随着摆动及缓冲机构摆动时，大臂(或大腿)可以前后滑动。

本发明还有其它一些特征：

1.所述的上下肢康复训练机器人，其特征是驱动由1台直流伺服电机完成。

2.所述的臂托机构，其特征是由对称的两个臂托架以及安装在其上的滑块组成。

3.减速机构末端，使用了两套同步带传动，从而使左右两侧受力均衡。

4.所述的缓冲机构由两个对称分布的套筒及缓冲杆组成，前端由把手和托板连接。

5.所述的缓冲套筒中安装有两个弹簧，利用套筒盖及缓冲杆的凸台使缓冲杆在套筒里运动时，弹簧产生的弹力，减少对患者关节部位的冲击。

6.摆动连杆前端和套筒的初始连接角度，可以比较方便的手动调整。

7.所述的上下肢康复训练机器人可以实现上肢和下肢的综合康复训练，通过调整缓冲杆和拉杆的长度可以实现不同关节的运动角度选择。

8.所述的上下肢康复训练机器人可以工作于主动方式或被动方式。

(四)附图说明

图1是本发明上下肢康复训练机器人的正视图。

图2是本发明上下肢康复训练机器人的俯视图。

图3是本发明上下肢康复训练机器人的箱体和臂托结构的三维图。

图4是本发明上下肢康复训练机器人中缓冲机构的原理图。

图5是本发明上下肢康复训练机器人用于腿部康复训练时的初始状态图。

(五)具体实施方式

结合图1-4，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

如图1-4中所示，本发明实施例是由箱体、减速机构、臂托机构、摆动及缓冲机构及其它辅助构件组成。箱体1是整个系统的框架和基础，其它机构都安装于其上。直流伺服电机6安装在箱体的电机架2上，直流伺服电机6和一小锥齿轮轴7固连，小锥齿轮和中间轴9上的大锥齿轮8配合，实现一级减速。中间轴9上的圆柱直齿轮和中间轴11上的圆柱直齿轮10配合，实现二级减速。中间轴11两端分别连接一个同步带轮12，同步带轮12通过同步齿形带13和同步带轮14配合，实现三级减速。整个减速机构由锥齿轮传动、圆柱直齿轮传动、同步带传动组成。

臂托机构由臂托架5和滑块4组成，滑块4可以沿安装在箱体1上方的导轨3滑动。两个臂托架中间用帆布类软材料连接，康复训练时患者的上臂(或大腿)可以放在上面。

摆动及缓冲机构由摆动连杆16、套筒18、弹簧24、套筒盖19、缓冲杆20、拉杆23、托板21、把手22组成。摆动连杆16的一端和同步带轴15固连，另外一端和套筒架17连接，采用了类似于花键的结构，利用此结构可以实现摆动连16杆和套筒18的初始连接角度调整。缓冲杆19的伸进套筒20的部分具有一个凸台，两个弹簧24分别套在缓冲杆凸台两侧，用套筒盖19和套筒端部连接，将弹簧封在套筒内部。使用不同刚度的弹簧则可以调整缓冲力的大小。

以上肢康复训练为例，说明本发明上下肢康复训练机器人的工作原理：

患者用手正向或反向握住把手22(或将手固定于把手上)，小臂靠在托板21上，上臂放置于臂托5之上。直流伺服电机6经过减速后带动摆动及缓冲机构运动，从而带动患者肘部运动，患者的上臂随着臂托5可以做前后运动(前后运动距离和患者肘部僵硬程度有关)。患者的肩部和腕部相应的也有较小的摆动运动。具体的肘部、肩部、腕部的运动角度和患者的各关节相对僵硬程度、缓冲杆20和拉杆23长度，以及肘部在臂托5上的位置有关。患者腕部的摆动将会通过把手22和拉杆23，带动缓冲杆20在套筒18内故往复运动，两个弹簧24交替受到压缩。此机构能有效缓解吸收在运动过程中腕部受到的冲击力，增加舒适度，保护患者的腕部。

本发明所提出的上下肢康复训练机器人可以工作于主动方式，也可以工作于被动方式。主动方式时，直流伺服电机6作为原动机，带动患者康复关节运动。被动方式时，患者通过把手22拉动摆动连杆16运动，此时直流伺服电机6施加的是阻力矩，如果患者康复部位恢复效果很好，肌肉力量较大，可以通过此种方式锻炼相应的关节和肌肉。

根据不同患者或同一患者康复训练的不同阶段，直流伺服电机6的特性硬度是可调整的。这样一方面保证了一定的训练强度，同时又能保护患者的各关节不致受到损伤。

图1中，摆动连杆16和套筒18的连接角度为本发明用于上肢康复训练时的角度，如果将此连接角度调整为图5所示角度则可用于下肢康复训练。

Claims (8)

1.一种上下肢康复训练机器人，其特征是：由直流伺服电机、箱体、减速机构、臂托机构、摆动及缓冲机构及其它辅助构件组成；减速机构由锥齿轮传动装置、圆柱直齿轮传动装置和同步带传动装置组成；臂托机构由臂托架和滑块组成，滑块能够沿安装在箱体上的导轨滑动；摆动及缓冲机构由摆动连杆、套筒、弹簧、套筒盖、缓冲杆、拉杆、托板和把手组成；机器人的驱动由直流伺服电机实现，该电机通过减速机构带动摆动及缓冲机构运动；缓冲杆能够在把手的带动下克服弹簧力在套筒内做往复运动；其中，所述减速机构包括小锥齿轮、大锥齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、第一同步带轮和第二同步带轮，所述直流伺服电机安装在箱体的电机架上，直流伺服电机和小锥齿轮轴固连，小锥齿轮和第一中间轴上的大锥齿轮配合，实现一级减速，第一中间轴上的第一圆柱直齿轮和第二中间轴上的第二圆柱直齿轮配合，实现二级减速，第二中间轴两端分别连接一个第一同步带轮，第一同步带轮通过同步齿形带和第二同步带轮配合，实现三级减速。 

2.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，机器人的驱动仅由1台直流伺服电机完成。

3.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，臂托机构由对称的两个臂托架以及安装在其下边的滑块组成，两个臂托架之间用软材料连接。

4.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，摆动连杆前端和套筒的初始连接角度，能够手动调整。

5.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，能够用于上肢以及下肢的康复训练。

6.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，能够工作于主动方式或者被动方式。

7.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，所述摆动及缓冲机构的套筒中安装有两个弹簧，利用套筒盖及缓冲杆的凸台使缓冲杆在套筒里运动，利用弹簧产生的弹力，减少对患者关节部位的冲击。

8.如权利要求1所述的上下肢康复训练机器人，其特征在于，通过调整缓冲杆和拉杆的长度能够实现康复关节的运动角度选择。 

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