CN102641195A - 床式下肢康复外骨骼康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种床式下肢外骨骼康复机器人，包括起立床辅助平台、第一下肢外骨骼机构、第二下肢外骨骼机构、第一调宽机构、第二调宽机构、第一下肢外骨骼升降机构、第二下肢外骨骼升降机构和控制柜。其中，第一下肢外骨骼升降机构与第一调宽机构及第一下肢外骨骼机构相连，并带动它们升降；第二下肢外骨骼升降机构与第二调宽机构及第二下肢外骨骼机构相连，并带动它们升降；第一下肢外骨骼升降机构和第二下肢外骨骼升降机构分别连接到起立床辅助平台的床面翻转及升降机构。本发明通过结合起立床和外骨骼机器人技术，实现了集成辅助运动、起立、翻转、下肢屈伸和步态训练的多重功能。

Description

床式下肢康复外骨骼康复机器人

技术领域

本发明涉及一种康复设备，尤其涉及一种用于下肢康复的床式下肢外骨骼康复机器人。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的日益提高，偏瘫、中风等患者的康复问题得到了社会的广泛关注。目前，这些患者最常用的康复设备为起立床，起立床的功能通常包括：帮助患者完成仰卧位到站立位，重心从低到高的过渡，使患者充分适应立位状态；提高患者躯干和下肢的负重能力，增加颈、胸、腰及骨盆在立位状态下的控制能力，为将来的自主立位及平衡的保持打下良好基础；通过重力对关节肌肉的挤压，有效刺激本体感受器，对患侧肢体进行促通，并可增加肌张力偏低患者的肌张力；对下肢肌张力偏高引起的尖足、内翻等异常模式，通过重力对跟腱形成足够强度且较持久的牵拉而起到矫治的作用。因此，起立床可以使患者逐步适应垂直重力环境，以帮助患者康复。

但是，长期卧床的患者应该逐步适应垂直重力环境、逐渐增加运动量、逐步恢复下肢运动能力，而现有的起立床功能并不能提供直接、有效的患者下肢锻炼，其功能比较单一，不能适应偏瘫、中风等患者在不同康复阶段的不同要求。例如：垂直站立下肢康复系统(中国专利200920059598.6)，该实用新型的垂直站立下肢康复系统包括起立床和下肢康复机构，但该机构设计简单，稳定性差，功能相对单一，无法实现标准步态或特殊形式的运动，无法满足不同病人的康复要求；另外，瑞士HOCOMA公司研制的Erigo神经损伤早期康复训练系统，使神经系统疾病患者和长期卧床的患者处于倾斜角度可调整的倾斜状态，并使患者下肢关节小幅度运动以加快康复，使并发症减到最少，但是其下肢外骨骼关节转角过小，只能两腿同时康复，无法进行单腿康复，故而只适合与早期强化治疗，康复功能单一。

外骨骼机器人是一种可穿戴机器人，它将人的智能与外部机械动力装置的机械能量结合在一起，从而可以给人提供额外的动力或能力，以增强人体机能。因此，可以将外骨骼机器人用于下肢有运动障碍病人的康复，这种下肢外骨骼康复机器人将机器人主动控制技术和假肢辅助运动功能进行了结合，突破了传统康复训练方法。使用时，患者可将其佩戴于身上进走，进行下肢运动康复训练。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种床式下肢外骨骼康复机器人，结合起立床与外骨骼机器人技术，以满足患者在不同康复阶段的不同要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种床式下肢外骨骼康复机器人，使其同时具备起立床设备提供的下肢康复功能和下肢外骨骼康复机器人提供的下肢康复功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种床式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括起立床辅助平台、第一下肢外骨骼机构、第二下肢外骨骼机构、第一调宽机构、第二调宽机构、第一下肢外骨骼升降机构、第二下肢外骨骼升降机构和控制柜；所述第一下肢外骨骼机构、所述第一调宽机构和所述第一下肢外骨骼升降机构依次连接，所述第一下肢外骨骼升降机构带动所述第一调宽机构和所述第一下肢外骨骼机构升降；所述第二下肢外骨骼机构、所述第二调宽机构与所述第二下肢外骨骼升降机构依次连接，所述第二下肢外骨骼升降机构带动所述第二调宽机构和所述第二下肢外骨骼机构升降；所述第一下肢外骨骼升降机构和所述第二下肢外骨骼升降机构分别连接到所述起立床辅助平台的床面翻转及升降机构；所述起立床辅助平台与所述控制柜相连。

进一步地，所述第一下肢外骨骼机构包括小腿支撑护套、小腿支撑杆、膝关节、大腿支撑护套、大腿支撑杆和第一髋关节，所述小腿支撑杆与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的一端与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的另一端与所述第一髋关节相连。

进一步地，所述第二下肢外骨骼机构包括小腿支撑护套、小腿支撑杆、膝关节、大腿支撑护套、大腿支撑杆和第二髋关节，所述小腿支撑杆与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的一端与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的另一端与所述第二髋关节相连。

进一步地，所述第一下肢外骨骼机构是右下肢外骨骼机构，所述第二下肢外骨骼机构是左下肢外骨骼机构。

进一步地，所述第一下肢外骨骼机构是左下肢外骨骼机构，所述第二下肢外骨骼机构是右下肢外骨骼机构。

进一步地，所述大腿支撑杆上装配有大腿长度调节构件，所述大腿长度调节构件包括大腿挡板、第一定位销和第二定位销，所述大腿挡板具有与所述大腿支撑杆上的定位孔匹配的定位孔，所述第一定位销和所述第二定位销相互垂直。

进一步地，所述第一髋关节和所述第二髋关节皆包括伺服电机、滚珠丝杠、髋关节推杆、髋关节轴和多个支撑板，所述伺服电机驱动所述髋关节推杆使所述大腿支撑杆围绕所述髋关节轴转动，所述多个支撑板包括两个侧支撑板和一个后支撑板。

进一步地，所述膝关节包括伺服电机、滚珠丝杠、膝关节推杆、膝关节轴和多个支撑板，所述伺服电机驱动所述膝关节推杆使所述小腿支撑杆围绕所述膝关节轴转动，所述多个支撑板包括两个侧支撑板和一个后支撑板。

进一步地，所述第一调宽机构和所述第二调宽机构皆包括电机、螺纹丝杠和固定连接件，所述第一调宽机构连接到所述第一髋关节，所述第二调宽机构连接到所述第二髋关节。

进一步地，所述第一下肢外骨骼升降机构和第二下肢外骨骼升降机构皆包括驱动电机、电缸和支撑架，所述第一下肢外骨骼升降机构的所述支撑架连接到所述第一调宽机构，所述第二下肢外骨骼升降机构的所述支撑架连接到所述第二调宽机构。

在本发明的较佳实施方式中，首先通过床面翻转及升降机构调节起立床辅助平台的床面高度及倾斜角度，使患者处于合适的姿势，以进行起立床康复训练。然后使患者的右、左下肢分别佩戴第一下肢外骨骼机构和第二下肢外骨骼机构。通过第一及第二下肢外骨骼机构的大腿长度调节构件调节其髋关节与膝关节的间距，以第一定位销和第二定位销固定大腿支撑杆。通过第一调宽机构和第二调宽机构分别调节第一下肢外骨骼机构和第二下肢外骨骼机构的横向位置以适合患者的体髋宽度。使用本发明的床式下肢外骨骼康复机器人进行起立床康复训练时，控制柜控制床面翻转及升降机构调节床面高度及倾斜角度，对患者进行起立、翻转的训练。使用本发明的床式下肢外骨骼康复机器人进行下肢康复训练时，第一下肢外骨骼升降机构带动第一下肢外骨骼机构升降，第二下肢外骨骼升降机构带动第二下肢外骨骼机构升降，髋关节的伺服电机实现髋关节的转动，膝关节的伺服电机实现膝关节的转动，控制柜控制上述的升降与转动，对患者下肢进行屈伸、步态的训练。

因此可见，本发明的床式下肢外骨骼康复机器人通过结合起立床技术和外骨骼机器人技术，实现了集成辅助运动、起立、翻转、下肢屈伸和步态训练的多重功能的康复训练系统，系统的结构紧凑、工作稳定。并且，本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的第一及第二下肢外骨骼机构可以调节长度和横向位置，因而能满足不同身高和体宽的患者；本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的第一及第二下肢外骨骼机构是分开控制的，因而能满足不同患者的需求。另外，本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的第一及第二下肢外骨骼机构采用的双侧板安装方式，具有足够的刚性支撑人的躯体，并在进行下肢康复训练的过程中对人体下肢关节起到限位保护作用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的结构示意图。

图2是本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的右下肢外骨骼机构的侧视图。

图3是本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的右下肢外骨骼机构的正视图

具体实施方式

如图1所示，本发明的床式下肢外骨骼康复机器人包括起立床辅助平台1、第一下肢外骨骼机构2、第二下肢外骨骼机构3、第一下肢外骨骼升降机构4、第二下肢外骨骼升降机构5、第一调宽机构6(图1上未显示)、第二调宽机构8(未图示)和控制柜7。其中，第一下肢外骨骼机构2、第一调宽机构6与第一下肢外骨骼升降机构4依次连接，第一下肢外骨骼升降机构4带动第一调宽机构6和第一下肢外骨骼机构2升降；第二下肢外骨骼机构3、第二调宽机构8与第二下肢外骨骼升降机构5依次连接，第二下肢外骨骼升降机构5带动第二调宽机构8和第二下肢外骨骼机构3升降；第一下肢外骨骼升降机构4和第二下肢外骨骼升降机构5分别连接到起立床辅助平台1的床面翻转及升降机构11，起立床辅助平台1与控制柜7相连。

在本实施例中，第一下肢外骨骼机构2是右下肢外骨骼机构，第二下肢外骨骼机构3是左下肢外骨骼机构；第一调宽机构6用以调节右下肢外骨骼机构的横向位置，第二调宽机构8用以调节左下肢外骨骼机构的横向位置；第一下肢外骨骼升降机构4是右下肢外骨骼升降机构，第二下肢外骨骼升降机构5是左下肢外骨骼升降机构。但是，由于第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3是完全镜像对称的结构，第一调宽机构6和第二调宽机构8是完全镜像对称的结构，第一下肢外骨骼升降机构4和第二下肢外骨骼升降机构5是完全镜像对称的结构，所以第一下肢外骨骼机构2也可以是左下肢外骨骼机构，第一调宽机构6用以调节左下肢外骨骼机构的横向位置，第一下肢外骨骼升降机构4是左下肢外骨骼升降机构，而第二下肢外骨骼机构3是右下肢外骨骼机构，第二调宽机构8用以调节右下肢外骨骼机构的横向位置，第二下肢外骨骼升降机构5是右下肢外骨骼升降机构。下面，以作为右下肢外骨骼机构的第一下肢外骨骼机构2、用以调节右下肢外骨骼机构的横向位置的第一调宽机构6和作为右下肢外骨骼升降机构的第一下肢外骨骼升降机构4为例，说明本发明的第一下肢外骨骼机构2、第一调宽机构6和第一下肢外骨骼升降机构4的结构，该说明的内容也将适用于第二下肢外骨骼机构3、第二调宽机构8和第二下肢外骨骼升降机构5。

如图1-3所示，本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的第一下肢外骨骼机构2包括小腿支撑护套21、小腿支撑杆22、膝关节23、大腿支撑护套24、大腿支撑杆25和第一髋关节26。小腿支撑杆22与膝关节23相连，大腿支撑杆25的一端与膝关节23相连，大腿支撑杆25的另一端与第一髋关节26相连。如前所述，第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3是完全镜像对称的结构，第二下肢外骨骼机构3包括小腿支撑护套、小腿支撑杆、膝关节、大腿支撑护套、大腿支撑杆和第二髋关节36。小腿支撑杆与膝关节相连，大腿支撑杆的一端与膝关节相连，大腿支撑杆的另一端与第二髋关节36相连。

第一髋关节26包括伺服电机261、滚珠丝杠262、髋关节推杆263、髋关节轴264和多个支撑板。伺服电机261驱动髋关节推杆263以使大腿支撑杆25围绕髋关节轴264转动。多个支撑板用以限制大腿支撑杆25围绕髋关节轴264转动的角度，在本实施例中，采用的是两个侧支撑板265、266和一个后支撑板267，两个侧支撑板265、266分别为左后侧支撑板和右后侧支撑板。伺服电机261通过联轴器与滚珠丝杠262相连，滚珠丝杠262通过一个滑块与后支撑板267相连，髋关节推杆263通过上述滑块与大腿支撑杆25相连，大腿支撑杆25与髋关节轴264之间具有轴承，以利于大腿支撑杆25围绕髋关节轴264的转动。在本实施例中，第一髋关节26可以在±60°范围内进行任意角度的屈伸训练。第二髋关节36的结构及工作情况与第一髋关节26相同，在此不赘述。

第一调宽机构6与第一髋关节26相连，包括电机61、螺纹丝杠62和固定连接件63、64。侧支撑板265、266通过轴承与螺纹丝杠62连接，电机61通过螺纹丝杠62调节侧支撑板265、266的位置，从而调节第一下肢外骨骼机构2的横向位置(即沿左右方向调节位置)。在本实施例中，固定连接件63、64之间具有导向轴65、66，侧支撑板265、266通过直线轴承与导向轴65、66活动连接。

第一下肢外骨骼升降机构4包括驱动电机41、电缸42和支撑架43、44，其中，电缸42通过联轴器与驱动电机41相连，并通过支撑架43、44与第一调宽机构6固定连接。

本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的大腿支撑杆25上装配有大腿长度调节构件，该大腿长度调节构件由大腿挡板251、第一定位销252和第二定位销253构成。其中，大腿挡板251安装在大腿支撑杆25上，并可以在大腿支撑杆25上滑动。大腿挡板251和大腿支撑杆25上具有多个相互匹配的定位孔，第一定位销252和第二定位销253穿过大腿挡板251和大腿支撑杆25上的定位孔，实现对大腿支撑杆25固定。在本实施例中，大腿挡板251由四个侧壁构成，此四个侧壁包围着大腿挡板251。采用后支撑板267、侧支撑板265和侧支撑板266作为其中的三个侧壁。这样，第一定位销252穿过后支撑板267、大腿支撑杆25和大腿挡板251上的定位孔，使后支撑板267、大腿支撑杆25和大腿挡板251相连；第二定位销253穿过侧支撑板265、侧支撑板266和大腿支撑杆25上的定位孔，使侧支撑板265、侧支撑板266和大腿支撑杆25相连。第一定位销252和第二定位销253相互垂直。

膝关节23包括伺服电机231、滚珠丝杠232、膝关节推杆233、膝关节轴234和多个支撑板。伺服电机231驱动膝关节推杆233以使小腿支撑杆22围绕膝关节轴234转动。多个支撑板用以限制小腿支撑杆22围绕膝关节轴234转动的角度，在本实施例中，采用的是两个侧支撑板235、236和一个后支撑板237。两个侧支撑板235、236分别为左后侧支撑板和右后侧支撑板。伺服电机261与控制柜7相连，并通过同步带和两个同步带轮与滚珠丝杠232相连，滚珠丝杠232通过一个滑块与后支撑板237相连，膝关节推杆233通过上述滑块与小腿支撑杆22相连，小腿支撑杆22与膝关节轴234之间具有轴承，以利于小腿支撑杆22围绕膝关节轴234的转动。在本实施例中，膝关节23可以在0-110°的范围内进行任意角度的屈伸训练。

本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的起立床辅助平台1类似于起立床，包括床面翻转及升降机构11、床面、床架以及固定在床架下的四个万向轮。床面翻转及升降机构11用以控制床面的翻转和升降，在本实施例中由两个电推缸、六个连杆、两个支撑架、两个翻转轴及其轴承、十二个升降轴及其轴承、两个气弹簧和四个电推缸轴构成。其中，一个电推缸推动一个支撑架，带动第一到第四个连杆转动，使床面升降；另一个电推缸推动第五个连杆转动，推动第六个连杆移动，使床面转动。其具体工二作方式与现有技术相似，在此不赘述。在本实施例中，起立床辅助平台1可进行0-90°的任意翻转和床面50-70cm的任意升降。而由于第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3是分别连接在起立床辅助平台1上的，因此起立床辅助平台1可以同时带动第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3一同翻转升降。

患者使用本发明的床式下肢外骨骼康复机器人时，可以先通过床面翻转及升降机构11调节起立床辅助平台1的床面高度及倾斜角度，使患者处于合适的姿势。然后使患者的右、左下肢分别配戴第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3。以患者的右下肢为例，患者的小腿和脚部佩戴小腿支撑护套21，患者的大腿部佩戴大腿支撑护套24，并通过第一下肢外骨骼机构2的大腿长度调节构件调节大腿支撑杆25的位置，以第一定位销252和第二定位销253固定大腿支撑杆25。完成第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3的佩戴后，通过第一调宽机构6和第二调宽机构8分别调节第下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3的横向位置以适合患者的体髋宽度。完成佩戴和调节工作后，患者可以开始使用本发明的床式下肢外骨骼康复机器人进行下肢康复训练。第一下肢外骨骼升降机构4带动第一下肢外骨骼机构2升降，第二下肢外骨骼升降机构5带动第二下肢外骨骼机构3升降，伺服电机261实现髋关节26的转动，伺服电机231实现膝关节23的转动，通过控制柜7控制上述的升降与转动，实现了对患者下肢进行屈伸、步态的训练。需要说明的是，虽然上面描述的是对患者的左、右下肢都进行佩戴、调节和训练，但由于本发明的床式下肢外骨骼康复机器人的第一下肢外骨骼机构2和第二下肢外骨骼机构3是分别由第一下肢外骨骼升降机构4和第二下肢外骨骼升降机构5带动的，因此可以对患者的左、右下肢分别进行佩戴、调节和训练。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种床式下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括起立床辅助平台、第一下肢外骨骼机构、第二下肢外骨骼机构、第一调宽机构、第二调宽机构、第一下肢外骨骼升降机构、第二下肢外骨骼升降机构和控制柜；所述第一下肢外骨骼机构、所述第一调宽机构和所述第一下肢外骨骼升降机构依次连接，所述第一下肢外骨骼升降机构带动所述第一调宽机构和所述第一下肢外骨骼机构升降；所述第二下肢外骨骼机构、所述第二调宽机构与所述第二下肢外骨骼升降机构依次连接，所述第二下肢外骨骼升降机构带动所述第二调宽机构和所述第二下肢外骨骼机构升降；所述第一下肢外骨骼升降机构和所述第二下肢外骨骼升降机构分别连接到所述起立床辅助平台的床面翻转及升降机构；所述起立床辅助平台与所述控制柜相连。

2.如权利要求1所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第一下肢外骨骼机构包括小腿支撑护套、小腿支撑杆、膝关节、大腿支撑护套、大腿支撑杆和第一髋关节，所述小腿支撑杆与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的一端与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的另一端与所述第一髋关节相连。

3.如权利要求1所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第二下肢外骨骼机构包括小腿支撑护套、小腿支撑杆、膝关节、大腿支撑护套、大腿支撑杆和第二髋关节，所述小腿支撑杆与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的一端与所述膝关节相连，所述大腿支撑杆的另一端与所述第二髋关节相连。

4.如权利要求2或3所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第一下肢外骨骼机构是右下肢外骨骼机构，所述第二下肢外骨骼机构是左下肢外骨骼机构。

5.如权利要求2或3所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第一下肢外骨骼机构是左下肢外骨骼机构，所述第二下肢外骨骼机构是右下肢外骨骼机构。

6.如权利要求2或3所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述大腿支撑杆上装配有大腿长度调节构件，所述大腿长度调节构件包括大腿挡板、第一定位销和第二定位销，所述大腿挡板具有与所述大腿支撑杆上的定位孔匹配的定位孔，所述第一定位销和所述第二定位销相互垂直。

7.如权利要求6所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第一髋关节和所述第二髋关节皆包括伺服电机、滚珠丝杠、髋关节推杆、髋关节轴和多个支撑板，所述伺服电机驱动所述髋关节推杆使所述大腿支撑杆围绕所述髋关节轴转动，所述多个支撑板包括两个侧支撑板和一个后支撑板。

8.如权利要求7所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述膝关节包括伺服电机、滚珠丝杠、膝关节推杆、膝关节轴和多个支撑板，所述伺服电机驱动所述膝关节推杆使所述小腿支撑杆围绕所述膝关节轴转动，所述多个支撑板包括两个侧支撑板和一个后支撑板。

9.如权利要求8所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第一调宽机构和所述第二调宽机构皆包括电机、螺纹丝杠和固定连接件，所述第一调宽机构连接到所述第一髋关节，所述第二调宽机构连接到所述第二髋关节。

10.如权利要求9所述的床式下肢外骨骼康复机器人，其中所述第一下肢外骨骼升降机构和第二下肢外骨骼升降机构皆包括驱动电机、电缸和支撑架，所述第一下肢外骨骼升降机构的所述支撑架连接到所述第一调宽机构，所述第二下肢外骨骼升降机构的所述支撑架连接到所述第二调宽机构。

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