CN102670377A - 一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置。本装置主要包括左支撑架、右支撑架、前夹腰板、后夹腰板、大腿外套、小腿外套、连接板、脚踏板、脚趾板、气缸、销轴、紧定螺钉、螺栓、弹簧片等，其特征在于：前夹腰板、后夹腰板与大腿外套构成3-RPS并联机构，小腿外套与脚踏板构成2自由度空间六杆机构，整个装置是通过大腿外套与小腿外套之间的转动副将两部分串联而成的串并混联机构。本装置结构简单，体积小，功能全，成本低，安全舒适，训练效率高，能起到理疗和康复下肢髋、膝、踝关节的作用。本装置可用于神经损伤或者肢体损伤的患者做下肢体康复训练，也可用于健康老年人的体育锻炼。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗康复训练机器人装置，特别是涉及一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置。
背景技术
据统计，我国60岁以上的老年人已有1.2亿，占全国人口的10%。伴随老龄化过程中明显的生理衰退，老年人四肢的灵活性将不断下降，进而对日常生活产生了种种不利的影响。此外，由于战争、工伤、交通事故、疾病、灾难等原因造成神经损伤或者肢体损伤的患者也在显著增加。与之相对的是：人工护理成本逐年增加；用于医疗康复的设备功能单一，价格昂贵。医疗康复设备与患者需求之间的矛盾已日渐突出。因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景。
下肢康复训练机器人是根据康复医学理论和人机合作机器人原理，通过一套计算机控制下的走步状态控制系统，使患者模拟正常人的步伐规律作康复训练运动，锻炼下肢的肌肉，恢复神经系统对行走功能的控制能力，达到恢复走路机能的目的。虽然已经出现了一些下肢康复机器人，但大多存在一些缺陷。现有的下肢康复机器人存在的主要缺陷有：结构复杂，体积庞大，过于笨重，而且功能单一，价格昂贵，不能很好地满足实际应用的需要，不利于康复训练技术的推广。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种医疗康复训练机器人装置，特别是涉及一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置。该装置结构简单，体积小，功能全，成本低，安全舒适，训练效率高，能起到理疗和康复下肢髋、膝、踝关节的作用。
本发明的技术方案：一种医疗康复训练机器人装置，特别是涉及一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置。本装置的机构为可调机构，且基于拟人化设计，能模拟人体下肢的运动方式，能调整构件尺寸以适应人体下肢的长短差异。本装置主要包括左支撑架、右支撑架、前夹腰板、后夹腰板、大腿外套、小腿外套、连接板、脚踏板、脚趾板、气缸、销轴、紧定螺钉、螺栓、弹簧片等，其特征在于：前夹腰板、后夹腰板与大腿外套构成3-RPS并联机构，小腿外套与脚踏板构成2自由度空间六杆机构，整个装置是通过大腿外套与小腿外套之间的转动副将两部分串联而成的串并混联机构。由于前夹腰板、后夹腰板与大腿外套构成了3-RPS并联机构，能够实现大腿在一定范围内到任意位置运动的康复训练。人体穿上本装置后，单侧下肢可实现7个自由度的运动，即实现髋关节3个转动、膝关节1个转动、踝关节2个转动、脚趾关节1个转动，其中脚趾关节为随动，其余为助动。左、右支撑架上均有多孔，便于吊起该装置、连接控制系统等。左支撑架与右支撑架之间、右支撑架与后夹腰板之间、前夹腰板与后夹腰板之间，均采用紧定螺钉连接与调节，以实现无级调距，以适应不同的人体的背部、腰部尺寸，提高舒适度等。大腿外套与小腿外套之间通过连接板和螺栓来连接，通过改变螺栓在连接板上的位置来调节大腿外套与小腿外套之间的距离，以适应不同人体的腿部尺寸。根据人体步行特征，脚踏板与脚趾板之间通过销轴连接，且脚踏板与脚趾板装有弹簧片，以提高装置的拟人化程度。
有益效果：本装置主要包括左支撑架、右支撑架、前夹腰板、后夹腰板、大腿外套、小腿外套、连接板、脚踏板、脚趾板、气缸、销轴、紧定螺钉、螺栓、弹簧片等。前夹腰板、后夹腰板与大腿外套构成3-RPS并联机构，小腿外套与脚踏板构成2自由度空间六杆机构，整个装置是通过大腿外套与小腿外套之间的转动副将两部分串联而成的串并混联机构。本装置结构简单，体积小，功能全，成本低，安全舒适，训练效率高，能起到理疗和康复下肢髋、膝、踝关节的作用。本装置可用于神经损伤或者肢体损伤的患者做下肢体康复训练，也可用于健康老年人的体育锻炼。
附图说明
图1 外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置结构图
1-左支撑架，2-紧定螺钉，3-右支撑架， 4、5-紧定螺钉，6-后夹腰板，7、8、9-销轴，10-气缸，11-销轴，12-气缸，13-销轴，14-连接板，15-螺栓，16-销轴，17-气缸，18-脚踏板，19-销轴，20-脚趾板，21-气缸，22-小腿外套， 23 -螺栓，24-连接板，25-销轴，26-大腿外套，27、28-气缸，29-紧定螺钉，30-前夹腰板。
图2左支撑架、右支撑架与后夹腰板连接三维局部图。
图3 前夹腰板和后夹腰板连接三维局部图。
图4大腿外套与小腿外套连接三维局部图。
图5 脚踏板与脚趾板连接三维局部图
31-弹簧片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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做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：外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置结构图如图1 所示：左支撑架1和右支撑架3通过紧定螺钉2连接与调节，以实现左支撑架1和右支撑架3之间的无级调距，以适应不同人的背部尺寸和舒适度。左支撑架1和右支撑架3上有孔，可添加柔性带，以吊起装置、夹紧身体和提高装置的拟人化程度。右支撑架3和后夹腰板6通过紧定螺钉4和紧定螺钉5连接与调节，实现右支撑架3和后夹腰板6之间的无级调距，以适应不同人的背部尺寸和舒适度。后夹腰板6和前夹腰板30通过紧定螺钉29连接与调节，实现后夹腰板6和前夹腰板30之间的无级调距，以适应不同人的腰部尺寸和舒适度。后夹腰板6和前夹腰板30上有许多孔，用途有：可添加柔性带，挂于肩部，能更好的负起装置，有效地减轻其它部位的受力；可将机器人本体与控制系统连接在一起的数据传输线固定等。气缸10通过销轴7连接于后夹腰板6上，气缸27、气缸28分别通过销轴8、销轴9连接于前夹腰板30上，且销轴7、销轴8、销轴9的轴线互成60度夹角，同时气缸10、气缸27、气缸28分别通过球面副与大腿外套26连接，从而构成了3-RPS并联机构。大腿外套26通过销轴13、销轴25分别与连接板14、连接板24形成转动副，连接板14、连接板24再分别通过螺栓15、螺栓23与小腿外套22连接。连接板14和连接板24上有多孔，通过调节螺栓15、螺栓23的位置，实现大腿外套26与小腿外套22之间的距离调节，以适应不同人体的腿部尺寸。同时大腿外套26通过销轴11与气缸13连接，气缸13通过销轴16连接于小腿外套22上。小腿外套22通过球面副与气缸17、气缸21连接，气缸17、气缸21分别通过球面副与脚踏板18连接，同时小腿外套22通过球销副直接与脚踏板18连接，从而构成了2自由度的空间六连杆并联机构。脚踏板18上多孔，可添加柔性带，以固定脚掌和提高装置的拟人化程度。考虑到人的步态特点，在脚踏板18的前端通过销轴19连接脚趾板20，构成转动副。
为了更好的观察和分析本发明的局部结构，特增加了图2、图3、图4、图5。如图5所示，根据人体步行特征，在脚踏板18和脚趾板20之间装有弹簧片31。
工作过程：康复训练时，理疗师将数据输入到控制系统中，并帮助病人穿戴本装置。病人穿戴本装置时，应穿戴在合适的位置，以适应不同的背部、腰部、腿部尺寸以及舒适度等。人在步行时，控制系统通过控制气缸的伸缩量，从而达到控制各个关节转动的角度。当气缸10、气缸27、气缸28的伸缩量变化时，便可通过球面副带动大腿外套26实现髋关节3个自由度的康复训练。当气缸12的伸缩量变化时，便可通过销轴16带动小腿外套22实现膝关节1个自由度的康复训练。当气缸17、气缸21的伸缩量变化时，便可通过球面副带动脚踏板18实现踝关节2个自由度的康复训练。康复训练过程中，脚趾板20随着脚趾弯曲而转动，脚趾伸直时，脚趾板20在弹簧片31的作用下，自动恢复到与脚踏板20保持在同一平面。在训练过程中，传感器会实时采集患者的训练运动参数，经采集卡储存到计算机之中，以便训练后理疗师分析训练效果，制定后续训练方案。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (6)
1.一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置，包括左支撑架、右支撑架、前夹腰板、后夹腰板、大腿外套、小腿外套、连接板、脚踏板、脚趾板、气缸、销轴、紧定螺钉、螺栓、弹簧片等，其特征在于：前夹腰板、后夹腰板与大腿外套构成3-RPS并联机构，小腿外套与脚踏板构成2自由度空间六杆机构，整个装置是通过大腿外套与小腿外套之间的转动副将两部分串联而成的串并混联机构。
2.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置，其特征在于：左支撑架和右支撑架之间通过紧定螺钉来连接与调节。
3.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置，其特征在于：右支撑架与后夹腰板之间通过紧定螺钉来连接与调节。
4.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置，其特征在于：前夹腰板和后夹腰板之间通过紧定螺钉来连接与调节。
5.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置，其特征在于：大腿外套与小腿外套之间通过连接板和螺栓来连接，通过改变螺栓在连接板上的位置来调节大腿外套与小腿外套之间的距离。
6.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置，其特征在于：脚踏板与脚趾板之间通过销轴连接，且脚踏板与脚趾板装有弹簧片。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120919 |