CN102743270A - 一种坐卧式个性化下肢康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坐卧式个性化下肢康复训练机器人。该机器人包括：腿部机构、中间座椅机构和人机界面。所述腿部机构包括电控箱、腿部机构基座、腿部机构机械臂和扶手；所述中间座椅机构包括座椅、座椅升降机构、座椅推送机构、座椅角度调整机构。该机器人腿部机构机械臂的大小腿长度可调，座椅宽度可调，座椅高度可调，这些功能便于适应不同体型的患者需要，并为患者提供一个合适的训练姿态。所述腿部机构各关节均配置驱动电机、拉压力传感器、位置传感器，便于为患者提供多种训练轨迹，并为被动训练、主动训练和助力训练多种训练方式提供硬件支持。在训练过程中腿部机构各关节的拉压力传感器可以提供关节力监测，避免意外情况的发生。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种坐卧式个性化下肢康复训练机器人。
背景技术
目前中风患者逐年增加，中风患者往往造成脊椎神经损伤并带来部分或者全身瘫痪，下肢瘫痪是中风之后比较常见的症状。另外，交通事故、工伤、自然灾害如地震等等也造成了下肢瘫痪患者的增加。医学上已经证明长期大量的重复性患肢训练对恢复患肢功能、重新获得生活自理能力具有较好的效果。
目前，国内已经研发了多种针对下肢康复训练的机器人设备。检索中国国家知识产权局的相关专利，关于下肢康复训练的机器人可以根据患者训练时的姿态大致可以分成两种：站立/行走式，坐卧式。目前站立/行走式研究比较多一些，坐卧式研究相对较少。然而，坐卧式的姿态更加便于医生对患者做运动功能评价。而且，相对于站立/行走式来说，坐卧式使用相对简单，需要的医生辅助工作较少。
目前从国内的专利数据库检索发现主要的坐卧式下肢康复训练机器人有下面几种：公开号为CN101623547A，发明了一种座椅式的下肢康复机器人，该机器人座椅高度、角度可调便于为患者提供一个舒适的训练姿态；公开号为CN102085143A，发明了一种骑行式的下肢康复训练机器人，该机器人采用骑行的姿态，下肢外骨骼各关节无法单独控制，所提供的训练方法相对较少；公开号为CN1973806A，发明了一种多体位下肢康复训练机器人，可根据不同训练阶段提供多种步态训练；公开号为CN101984946A，发明了一种坐式外骨骼下肢康复机器人，该机器的下肢外骨骼由一个驱动电机带动，相应的能够提供的训练方法也较少；公开号为CN2815338A，发明了一种仰卧式下肢康复机器人，患者脚步被固定于一个平面，它能够提供的训练方法也较少。
这些康复机器人有一个共同的问题就是患者就位比较困难。因为对于下肢瘫痪患者来说，都需要有护理人员将其背到康复机上，这就需要康复机器人能够提供一个合理的就座或者就位的空间，不发生碰伤患者的事故。另外，有很大一部分康复机器人无法真正做到个性化治疗，原因就在于这些机器人机械本体无法提供非常灵活丰富的设备调整和控制的硬件基础。
从以上分析，康复机器人机械平台应该具备以下要求：1)灵活的调整方式，可以满足不同体型、不同伤残程度的患者使用；2)患者使用时能够很方便地就位；3)能够提供多种灵活的训练方式，包括被动训练、助力训练、主动训练以及可能会出现的更好的医学康复训练方法；4)可以很方便的调整患者训练姿态，满足舒适度和适应不同阶段训练的需要；5)很好的安全性能；6)运行平稳可靠。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种坐卧式个性化下肢康复训练机器人。该康复训练机器人采用坐卧式的训练姿态，能够满足以上提出的6个方面的要求。
本发明提出了一种坐卧式个性化下肢康复训练机器人，其特征在于，该机器人包括位于所述机器人两侧的左、右两个腿部机构和中间座椅机构，其中：
所述腿部机构包括腿部机构基座1-3，腿部机构电控箱1-2，腿部机构机械臂1-5；腿部机构基座1-3是整个腿部机构的安装底座；腿部机构电控箱1-2位于腿部机构基座1-3的后侧，用于配置腿部机构的电控系统并平衡腿部机构机械臂1-5的重量；腿部机构机械臂1-5为3自由度的机械臂，位于腿部机构的前部，用于固定患者下肢，腿部机构机械臂1-5包括由各自不同的电机单独驱动的髋、膝、踝3个关节，分别对应人体下肢的3个关节；
所述腿部机构基座1-3包括基座本体、座椅宽度调节机构、腿部对接装置2-1、腿部机构关节机构；所述基座本体位于所述腿部机构基座1-3的下方；所述座椅宽度调节机构安装在所述基座本体的腿部机构安装板A2-6上，用于调节座椅的宽度；所述腿部对接装置2-1固定安装在所述腿部机构安装板A2-6下方靠近所述中间座椅机构的位置，用于与中间座椅机构的快速对接；所述腿部机构关节机构为所述腿部机构机械臂1-5的一部分；
所述中间座椅机构位于所述机器人的中间位置，用于为患者训练时提供一个坐式或卧式的姿态，中间座椅机构包括座椅、座椅升降机构、座椅角度调节机构、座椅推送机构；所述座椅升降机构位于所述中间座椅机构的下方，用于调整座椅的高度；所述座椅推送机构安装在所述座椅升降机构的上方，用于座椅的推出和退回；所述座椅角度调节机构安装于所述座椅的靠背的后部，用于调节座椅的角度。
本发明的有益效果在于：
1)大小腿长度、座椅宽度均可调节，可以适应不同体型患者的需要；
2)采用升降机构和推送机构相结合的方式，可以将座椅完全推离设备，便于患者就座；
3)为主动训练、助力训练提供了硬件支持，各关节分别由对应的电机驱动，因此在该设备上可以灵活实现被动训练、助力训练和主动训练方法；
4)可以很方便的调整患者训练姿态，满足舒适度和适应不同阶段训练需要；
5)提供充分的安全措施，避免发生伤及患者和毁坏设备；
6)采用滚珠丝杠传动，并对关节机构进行优化设计，使设备运行更加平稳可靠，并有较好的动态力学性能。
附图说明
图1为根据本发明实施例的坐卧式个性化下肢康复训练机器人整体结构图；
图2为根据本发明实施例的腿部机构基座结构图；
图3为根据本发明实施例的中间座椅机构结构图；
图中：1-1.人机界面，1-2.电控箱，1-3.腿部机构基座，1-4.踏板，1-5.腿部机械臂，1-6.急停按钮，1-7.扶手，1-8.座垫，1-9.座椅靠背，2-1.腿部机构端对接装置，2-2.宽度调节驱动电机，2-3.腿部机构横梁，2-4.腿部机构立柱，2-5.宽度调节直线导轨，2-6.腿部机构安装板A，2-7.宽度调节导杆，2-8.宽度调节直线轴承，2-9.宽度调节丝杠滑块，2-10.宽度调节滚珠丝杠，2-11.关节丝杠滑块，2-12.关节驱动电机，2-13.关节滚珠丝杠，2-14.关节拉压力传感器，2-15.宽度调节同步带轮，2-16.腿部机构安装板B，3-1.座椅端对接装置，3-2.升降机构驱动电机，3-3.升降机构滚珠丝杠，3-4.升降机构直线导轨，3-5.升降机构支架，3-6.推送驱动电机，3-7.推送滚珠丝杠，3-8.角度调节电机，3-9.角度调节滚珠丝杠，3-10.角度调节直线导轨，3-11.角度调节丝杠滑块，3-12.角度调节支架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为根据本发明实施例的坐卧式个性化下肢康复训练机器人整体结构图，如图1所示，本发明提供的坐卧式个性化下肢康复训练机器人包括4个主要模块：左、右两个腿部机构，中间座椅机构和人机界面1-1，所述康复训练机器人采用模块化设计，可以很方便的拆卸和组装，便于调试和维护。
所述左、右两个腿部机构的组成完全一致，以下以腿部机构命名。所述腿部机构位于所述坐卧式个性化下肢康复训练机器人的两侧，用于为下肢康复训练提供必要的硬件系统，所述腿部机构包括：腿部机构基座1-3，腿部机构电控箱1-2，腿部机构机械臂1-5，扶手1-7。其中，腿部机构基座1-3是整个腿部机构的安装底座，为了适应不同体型患者的需要，并考虑到设备整体的模块化结构，将所述座椅宽度调节机构配置到所述腿部机构上。腿部机构电控箱1-2位于腿部机构基座1-3的后侧，用于配置腿部机构的电控系统并可平衡腿部机构机械臂1-5的重量。腿部机构机械臂1-5为3自由度的机械臂，是和患者腿部直接接触的机构，所述腿部机构机械臂1-5位于所述腿部机构的前部，用于固定患者下肢，并为下肢多种训练方法提供硬件支持。所述腿部机构机械臂1-5由髋、膝、踝3个关节组成，分别对应人体下肢的3个关节，由滚珠丝杠作为推杆构成曲柄滑块机构，由该曲柄滑块机构来实现所述关节机构。因为空间的限制，腿部机构机械臂1-5的长度调节采用手动调节模式，以适应身高不同的患者的需要。由于所述腿部机构机械臂1-5各关节都由各自不同的电机单独驱动，该机械臂的各关节可单独控制也可以联合控制，该功能对应于训练时的单关节训练或者多关节联合训练。所述扶手1-7固定安装于所述腿部机构上远离所述中间座椅机构的一侧，其上配置了所述急停按钮1-6，当意外情况发生时，使用者可以使用所述急停按钮1-6快速停止设备。
图2为根据本发明实施例的腿部机构基座结构图，如图2所示，本发明的腿部机构基座1-3包括基座本体、座椅宽度调节机构、腿部对接装置2-1、腿部机构关节机构。
所述基座本体，位于所述腿部机构基座1-3的下方，包括若干条腿部机构横梁2-3、若干条腿部机构立柱2-4、腿部机构安装板A2-6。所述若干条腿部机构横梁2-3和所述若干条腿部机构立柱2-4相互垂直安装，构成所述基座本体的支架。所述腿部机构安装板A2-6固定安装在所述支架的上方。所述腿部对接装置2-1固定安装在所述腿部机构安装板A2-6下方靠近所述中间座椅机构的位置。
所述座椅宽度调节机构安装在所述腿部机构安装板A2-6上，用于调节座椅的宽度。所述座椅宽度调节机构包括：宽度调节直线导轨2-5、宽度调节导杆2-7、宽度调节直线轴承2-8、宽度调节丝杠滑块2-9、宽度调节滚珠丝杠2-10、宽度调节驱动电机2-2、宽度调节同步带轮2-15、腿部机构安装板B2-16。所述宽度调节直线导轨2-5，共有三套，均固定安装在所述腿部机构安装板A2-6上，所述宽度调节直线导轨2-5安装时和所述腿部机构安装板A2-6的矩形长边相互垂直，并沿着矩形长边在前、后和中间位置各安装一套；所述宽度调节直线导轨2-5上均配置安装有导轨滑鞍，所述导轨滑鞍能够沿着相应的所述宽度调节直线导轨2-5滑行；所述腿部机构安装板B2-16固定安装在前述导轨滑鞍上，能跟随所述导轨滑鞍一起在所述宽度调节直线导轨2-5上滑行；在所述腿部机构安装板A2-6的前部和后部各固定安装了一套所述宽度调节导杆2-7，安装的位置和所述宽度调节直线导轨2-5的位置大致相同；每套所述宽度调节导杆2-7配套安装了所述宽度调节直线轴承2-8，所述宽度调节直线轴承2-8中间为通孔结构，所述宽度调节导杆2-7穿过相应的宽度调节直线轴承2-8中间的通孔构成配合，所述宽度调节直线轴承2-8可沿着所述宽度调节导杆2-7做直线移动；同时所述宽度调节直线轴承2-8固定安装在所述腿部机构安装板B2-16上，可跟随所述腿部机构安装板B2-16沿着所述直线导轨2-5做直线滑动；所述宽度调节滚珠丝杠2-10，固定安装于所述腿部机构安装板A2-6的中部位置，并位于所述腿部机构安装板B2-16的上方；所述宽度调节丝杠滑块2-9配套安装在所述宽度调节滚珠丝杠2-10上，当所述宽度调节滚珠丝杠2-10转动时所述宽度调节丝杠滑块2-9可沿着所述宽度调节滚珠丝杠2-10做直线移动，同时所述宽度调节丝杠滑块2-9的下方和所述腿部机构安装板B2-16固定连接，当所述宽度调节丝杠滑块2-9在所述宽度调节滚珠丝杠2-10上直线移动时将带动所述腿部机构安装板B2-16沿着所述宽度调节直线导轨2-5做直线移动；所述宽度调节同步带轮2-15，固定安装在所述宽度调节滚珠丝杠2-10上远离所述中间座椅机构的一端，通过同步带和所述宽度调节驱动电机2-2输出端的同步轮相连接，用于将所述宽度调节驱动电机2-2的扭矩和转速传递给宽度调节滚珠丝杠；所述宽度调节驱动电机2-2，安装于所述腿部机构安装板A2-6的下方，其输出端固定了安装了一个同步轮，该同步轮通过同步带和所述宽度调节同步带轮2-15连接。
所述腿部机构机械臂1-5固定安装在所述腿部机构安装板B2-16上，能随着所述腿部机构安装板B2-16一起沿着所述宽度调节直线导轨2-5做直线移动。所述宽度调节驱动电机2-2运行时，通过同步带带动所述宽度调节同步带轮2-15转动，该转动引起所述宽度调节滚珠丝杠2-10转动，此时，所述宽度调节丝杠滑块2-9将沿着所述宽度调节滚珠丝杠2-10做直线移动，该直线运动使得所述腿部机构安装板B2-16沿着所述宽度调节直线导轨2-5做直线移动。同时所述腿部机构机械臂1-5将跟随所述腿部机构安装板B2-16沿着所述宽度调节直线导轨2-5做直线移动。该直线移动即可用于调整所述中间座椅机构宽度。所述宽度调节导杆2-7的作用在于：一方面为座椅宽度的调节提供导向作用，使座椅宽度的调节更加平稳；另一方面，提供和所述腿部机构机械臂1-5重力产生的转矩方向相反的扭矩，达到转矩平衡。
所述腿部对接装置2-1固定安装在所述腿部机构安装板A2-6的下方靠近所述中间座椅机构的一侧，用于与中间座椅机构的快速对接。
所述腿部机构关节机构为所述腿部机构机械臂1-5的一部分，腿部机构机械臂1-5包括髋膝踝三个关节对应于人体下肢的髋膝踝三个关节。所述腿部机构关节机构包括：关节丝杠滑块2-11，关节驱动电机2-12，关节滚珠丝杠2-13，关节拉压力传感器2-14。所述关节丝杠滑块2-11和所述关节滚珠丝杠2-13为成套零部件构成螺母旋转式滚珠丝杠，所述关节丝杠滑块2-11中间为通孔结构，所述关节滚珠丝杠2-13穿过所述通孔结构和所述关节丝杠滑块2-11构成配合，当所述关节丝杠滑块2-11转动时，所述关节滚珠丝杠2-13会在所述关节丝杠滑块2-11中作直线运动；所述关节滚珠丝杠2-13一端穿过所述关节丝杠滑块2-11，另一端固定安装在所述关节拉压力传感器2-14上；所述关节拉压力传感器2-14固定安装在所述下肢机构机械臂1-5的所述关节机构位置处；所述关节驱动电机2-12固定安装在所述关节丝杠滑块2-11上方，并通过同步带和所述关节丝杠滑块2-11连接，能带动所述关节丝杠滑块2-11一起做旋转运动，此时所述关节滚珠丝杠2-13将在所述关节丝杠滑块2-11中作直线运动。
所述腿部机构关节机构由旋转螺母式滚珠丝杠机构驱动，是一个曲柄滑块机构。所述关节驱动电机2-12通过同步带驱动关节丝杠滑块2-11旋转，该旋转引起关节滚珠丝杠2-13的平移运动。该平移运动对应于曲柄滑块中滑块的移动，该滑块移动产生曲柄的角度变化，在所述关节机构中用曲柄角度作为关节角度。所述腿部机构机械臂1-5的3个关节均配置了关节拉压力传感器2-14，且3个关节分别由不同的驱动电机单独驱动，每个电机均配置位置传感器，用于记录各个关节角度和控制各个关节运动的转速。因此所述腿部机构机械臂1-5可以实现很灵活的训练轨迹，易于实现多种主、被动训练方法。所述拉压力传感器2-14用于测量沿着腿部机构关节滚珠丝杠2-13的拉力或者压力，用于监测设备状态的同时也可以用于识别患者的动作意图，为主动训练、助力训练提供硬件支持；同时对于设备状态的监测也可以避免训练过程中出现异常状态时对患者造成伤害或者破坏设备，提高了设备的安全性能。
所述中间座椅机构位于所述坐卧式个性化下肢康复训练机器人的中间位置，用于为患者训练时提供一个坐式或卧式的姿态。图3为根据本发明实施例的中间座椅机构结构图，如图3所示，本发明的中间座椅机构包括：座椅、座椅升降机构、座椅角度调节机构、座椅推送机构。所述座椅包括：坐垫1-8、座椅靠背1-9、踏板1-4、安全带。因安全带可直接购买到不同样式产品，图中安全带未加以注明。所述座椅升降机构位于所述中间座椅机构的下方，用于调整座椅的高度；所述座椅推送机构安装在所述座椅升降机构的上方，用于座椅的推出和退回；所述座椅角度调节机构安装于所述座椅靠背1-9的后部，用于调节座椅的角度。
所述座椅升降机构固定安装在所述中间座椅机构下方的底座上，该底座是一个固定在中间座椅机构最下方的矩形平板机构，一方面用于固定所述座椅升降机构，另一方面在底座的底面可固定安装滚轮用于移动整个设备。所述座椅升降机构一方面用于因为正常训练时和座椅进出时座椅高度不同而需要调整座椅高度；另一方面由于不同体型的患者使用时，其髋关节高度会有一定差异，而该举升机构可用于调整座椅和髋关节的相对高度。所述座椅升降机构包括：升降机构驱动电机3-2，两套升降机构滚珠丝杠3-3，两套升降机构直线导轨3-4，四套升降机构支架3-5。所述升降机构驱动电机3-2固定安装在所述中间座椅机构的下方，两套升降机构滚珠丝杠3-3的一端均固定安装了同步轮，该两个同步轮通过同步带和所述升降机构驱动电机3-2的输出端连接；两套升降机构直线导轨3-4固定安装在中间座椅机构下方的底座上，且均配套安装了导轨滑鞍，该导轨滑鞍可沿着相应的两套所述升降机构直线导轨3-4做直线移动；两套升降机构滚珠丝杠3-3均配置安装了丝杠滑块，可沿着相应的升降机构滚珠丝杠3-3做直线运动；升降机构滚珠丝杠3-3的丝杠滑块和所述升降机构直线导轨3-4的导轨滑鞍固定连接，可同时沿着相应的升降机构滚珠丝杠3-3和相应的升降机构直线导轨3-2做直线运动；所述升降机构支架3-5为一个叉形支架，下方有两个端点，一个端点铰接在所述中间座椅机构下方的底座上，另一个端点和所述两套升降机构滚珠丝杠3-3的丝杠滑块铰接；所述升降机构支架3-5上方有一个支点，和所述中间座椅机构上方的矩形安装平台的底面铰接，该安装平台用于安装所述中间座椅机构的推送机构、角度调节机构；所述丝杠滑块沿着相应的升降机构滚珠丝杠3-3做直线运动时，可带动相应的所述升降机构支架3-5上方支点做升降运动；所述两套升降机构直线导轨3-4一方面用于所述丝杠滑块和所述导轨滑鞍的导向；另一方面可以承受所述中间座椅机构上方安装平台的重点，避免该重力作用在所述升降机构滚珠丝杠3-3上。
所述升降机构驱动电机3-2通过同步带驱动两套升降机构滚珠丝杠3-3同步转动，该转动引起相应的丝杠滑块沿着所述升降机构滚珠丝杠3-3做直线运动，该直线运动即可带动两套升降机构支架3-5同步做升降运动。因此，所述升降机构驱动电机3-2同时驱动四套升降机构支架3-5同步做升降运动。而且由于对应的所述四套升降机构支架3-5的4个上方支点固定安装在所述中间座椅机构上方的矩形安装平台的底面上，因此所述四套升降机构支架3-5的同步升降运动立刻转化为所述中间座椅机构上方的矩形安装平台的升降运动。由于所述四套升降机构支架3-5的上方支点同步动作，因此该升降运动较为平稳。
所述座椅推送机构位于所述中间座椅机构上方的矩形安装平台上，由推送机构驱动电机3-6和驱动推送机构滚珠丝杠3-7来实现，用于训练开始和结束时座椅的推出和退回。所述座椅推送机构包括：推送机构驱动电机3-6和推送机构滚珠丝杠3-7。所述推送机构驱动电机3-6的输出端通过同步带和所述推送机构滚珠丝杠3-7一端的同步轮连接；所述推送机构滚珠丝杠3-7的另一端固定安装在所述中间座椅机构上方的矩形安装平台上；所述推送机构滚珠丝杠3-7配套安装了丝杠滑块，该丝杠滑块固定安装在一个活动平台的底面，该活动平台是一个矩形平台，可以随着所述推送机构滚珠丝杠3-7的丝杠滑块一起运动，该活动平台上方用于固定安装所述角度调节机构和所述座椅；所述推送机构驱动电机3-6通过同步带驱动推送机构滚珠丝杠3-7转动时，相应的所述推送机构滚珠丝杠3-7的丝杠滑块会沿着所述推送机构滚珠丝杠3-7做直线运动，带动所述活动平台一起做直线运动，该直线运动即可实现座椅的推送过程。由于采用了滚珠丝杠，并且采用直线导轨做导向，因此座椅推送过程较为平稳。
所述座椅角度调节机构固定安装在所述活动平台上表面，用于调整座椅靠背的角度，便于为患者提供一个合适的训练姿态，满足舒适度和适应不同阶段训练的需要。所述座椅角度调节机构包括：角度调节电机3-8，角度调节滚珠丝杠3-9，角度调节直线导轨3-10，角度调节丝杠滑块3-11，角度调节支架3-12。所述角度调节电机3-8的输出端通过同步带和所述角度调节滚珠丝杠3-9一端的同步轮固定连接；所述角度调节滚珠丝杠3-9的另一端固定连接在所述活动平台上；所述角度调节丝杠滑块3-11和所述角度调节滚珠丝杠3-9为配套零部件，可在所述角度调节滚珠丝杠3-9上作直线运动；所述角度调节丝杠滑块3-11的下方固定安装在所述角度调节直线导轨3-10的导轨滑鞍上，可随该导轨滑鞍一起沿着所述角度调节直线导轨3-10做直线运动；所述角度调节直线导轨3-10固定安装在所述活动平台上，和所述角度调节滚珠丝杠平行安装；所述角度调节支架3-12一端和所述角度调节直线导轨3-10的导轨滑鞍铰接，另一端和所述座椅靠背铰接；所述角度调节电机3-8通过同步带驱动所述角度调节滚珠丝杠3-9转动，此时角度调节丝杠滑块3-11将在角度调节滚珠丝杠3-9上做平移运动，该平移运动引起角度调节支架3-12和所述座椅靠背1-9的夹角发生变化，同时所述座椅靠背1-9和所述坐垫1-8的角度也发生变化。
所述座椅升降机构用于调整座椅的高度，可以和座椅推送机构配合为患者提供方便的就座过程。患者就座过程具体描述如下：1)所述座椅宽度调节机构将座椅宽度调节到最大；2)所述座椅升降机构下降至座椅底部滚轮接触到地面；3)所述座椅推送机构将座椅推出至最大，避免患者就座时与设备发生意外碰撞；4)患者就座，并系好安全带；5)所述座椅推送机构将座椅退回至原位；6)所述座椅升降机构将座椅升高至工作高度；7)所述座椅宽度调节机构将座椅宽度调整到合适宽度，并可同时调整所述座椅升降机构使座椅高度适合患者体型；8)患者就座完毕。患者离开该康复训练机器人的过程和上述过程正好相反。
所述人机界面1-1侧立于所述坐卧式个性化下肢康复训练机器人上方的右侧，用于设置与训练相关的参数、显示训练过程的状态及报警提示，为使用者提供一个友好的人机交互接口，所述人机界面1-1为触摸显示屏，方便操作。
本发明公开的所述坐卧式个性化下肢康复训练机器人除了监测关节拉压力和位移，防止异常运动状态之外，其他安全措施还包括：1)所有运动关节(包括所述腿部机构机械臂的髋膝踝关节)设计了机械限位和电磁限位开关，以防止运动幅度过大造成使用者伤害和损坏设备；2)座椅平台升降和座椅推送过程，对易于出现干涉的几个位置配置有光电传感器或者电磁传感器，以防止使用者碰伤肢体；3)活动部件均设计防护罩，以防止使用者靠近活动部件时造成身体伤害；4)在便于操作的位置设计急停按钮，便于意外情况出现时停止设备运行。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种坐卧式个性化下肢康复训练机器人，其特征在于，该机器人包括位于所述机器人两侧的左、右两个腿部机构和中间座椅机构，其中：
所述腿部机构包括腿部机构基座(1-3)，腿部机构电控箱(1-2)，腿部机构机械臂(1-5)；腿部机构基座(1-3)是整个腿部机构的安装底座；腿部机构电控箱(1-2)位于腿部机构基座(1-3)的后侧，用于配置腿部机构的电控系统并平衡腿部机构机械臂(1-5)的重量；腿部机构机械臂(1-5)为3自由度的机械臂，位于腿部机构的前部，用于固定患者下肢，腿部机构机械臂(1-5)包括由各自不同的电机单独驱动的髋、膝、踝3个关节，分别对应人体下肢的3个关节；
所述腿部机构基座(1-3)包括基座本体、座椅宽度调节机构、腿部对接装置(2-1)、腿部机构关节机构；所述基座本体位于所述腿部机构基座(1-3)的下方；所述座椅宽度调节机构安装在所述基座本体的腿部机构安装板A(2-6)上，用于调节座椅的宽度；所述腿部对接装置(2-1)固定安装在所述腿部机构安装板A(2-6)下方靠近所述中间座椅机构的位置，用于与中间座椅机构的快速对接；所述腿部机构关节机构为所述腿部机构机械臂(1-5)的一部分；
所述中间座椅机构位于所述机器人的中间位置，用于为患者训练时提供一个坐式或卧式的姿态，中间座椅机构包括座椅、座椅升降机构、座椅角度调节机构、座椅推送机构；所述座椅升降机构位于所述中间座椅机构的下方，用于调整座椅的高度；所述座椅推送机构安装在所述座椅升降机构的上方，用于座椅的推出和退回；所述座椅角度调节机构安装于所述座椅的靠背的后部，用于调节座椅的角度。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述腿部机构机械臂(1-5)的长度可调节。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述腿部机构还包括扶手(1-7)，所述扶手(1-7)固定安装于所述腿部机构上远离所述中间座椅机构的一侧，其上配置有急停按钮(1-6)。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述基座本体包括若干条腿部机构横梁(2-3)、若干条腿部机构立柱(2-4)、腿部机构安装板A(2-6)，其中：
所述若干条腿部机构横梁(2-3)和所述若干条腿部机构立柱(2-4)相互垂直安装，构成所述基座本体的支架；
所述腿部机构安装板A(2-6)固定安装在所述支架的上方。
5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述座椅宽度调节机构包括宽度调节直线导轨(2-5)、宽度调节导杆(2-7)、宽度调节直线轴承(2-8)、宽度调节丝杠滑块(2-9)、宽度调节滚珠丝杠(2-10)、宽度调节驱动电机(2-2)、宽度调节同步带轮(2-15)、腿部机构安装板B(2-16)，其中：
所述宽度调节直线导轨(2-5)共有三套，均固定安装在所述腿部机构安装板A(2-6)上，所述宽度调节直线导轨(2-5)上均配置安装有导轨滑鞍；
所述腿部机构安装板B(2-16)固定安装在所述导轨滑鞍上，能跟随所述导轨滑鞍一起在所述宽度调节直线导轨(2-5)上滑行；
所述腿部机构安装板A(2-6)的前部和后部各固定安装有一套宽度调节导杆(2-7)，每套宽度调节导杆(2-7)配套安装有宽度调节直线轴承(2-8)，宽度调节直线轴承(2-8)固定安装在腿部机构安装板B(2-16)上，可跟随腿部机构安装板B(2-16)沿着直线导轨(2-5)做直线滑动；
所述宽度调节滚珠丝杠(2-10，固定安装于所述腿部机构安装板A(2-6)的中部位置，并位于所述腿部机构安装板B(2-16)的上方；
所述宽度调节丝杠滑块(2-9)配套安装在所述宽度调节滚珠丝杠(2-10)上，宽度调节丝杠滑块(2-9)的下方与腿部机构安装板B(2-16)固定连接；
所述宽度调节同步带轮(2-15)，固定安装在所述宽度调节滚珠丝杠(2-10)上远离所述中间座椅机构的一端，通过同步带和所述宽度调节驱动电机(2-2)输出端的同步轮相连接；
所述宽度调节驱动电机(2-2)，安装于所述腿部机构安装板A(2-6)的下方，其输出端固定了安装了一个同步轮，该同步轮通过同步带和所述宽度调节同步带轮(2-15)连接。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述宽度调节直线导轨(2-5)安装时和所述腿部机构安装板A(2-6)的矩形长边相互垂直，并沿着矩形长边在前、后和中间位置各安装一套。
7.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述宽度调节直线轴承(2-8)中间为通孔结构，所述宽度调节导杆(2-7)穿过相应的宽度调节直线轴承(2-8)中间的通孔构成配合，所述宽度调节直线轴承(2-8)可沿着所述宽度调节导杆(2-7)做直线移动。
8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述腿部机构关节机构包括关节丝杠滑块(2-11)，关节驱动电机(2-12)，关节滚珠丝杠(2-13)，关节拉压力传感器(2-14)，其中：
所述关节丝杠滑块(2-11)和所述关节滚珠丝杠(2-13)为成套零部件构成螺母旋转式滚珠丝杠，所述关节丝杠滑块(2-11)中间为通孔结构，所述关节滚珠丝杠(2-13)穿过所述通孔结构和所述关节丝杠滑块(2-11)构成配合，当所述关节丝杠滑块(2-11)转动时，所述关节滚珠丝杠(2-13)会在所述关节丝杠滑块(2-11)中作直线运动；
所述关节滚珠丝杠(2-13)一端穿过所述关节丝杠滑块(2-11)，另一端固定安装在所述关节拉压力传感器(2-14)上；
所述关节拉压力传感器(2-14)固定安装在所述下肢机构机械臂(1-5)的所述关节机构位置处，用于测量沿着腿部机构关节滚珠丝杠(2-13)的拉力或者压力；
所述关节驱动电机(2-12)固定安装在所述关节丝杠滑块(2-11)上方，并通过同步带和所述关节丝杠滑块(2-11)连接，能带动所述关节丝杠滑块(2-11)一起做旋转运动，此时所述关节滚珠丝杠(2-13)将在所述关节丝杠滑块(2-11)中作直线运动。
9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述座椅包括：坐垫(1-8)、座椅靠背(1-9)、踏板(1-4)、安全带。
10.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述座椅升降机构包括升降机构驱动电机(3-2)，两套升降机构滚珠丝杠(3-3)，两套升降机构直线导轨(3-4)，四套升降机构支架(3-5)，其中：
所述升降机构驱动电机(3-2)固定安装在所述中间座椅机构的下方；
两套升降机构滚珠丝杠(3-3)的一端均固定安装了同步轮，该两个同步轮通过同步带和所述升降机构驱动电机(3-2)的输出端连接；
两套升降机构直线导轨(3-4)固定安装在中间座椅机构下方的底座上，且均配套安装有导轨滑鞍，该导轨滑鞍可沿着相应的两套所述升降机构直线导轨(3-4)做直线移动；
两套升降机构滚珠丝杠(3-3)均配置安装有丝杠滑块，可沿着相应的升降机构滚珠丝杠(3-3)做直线运动，升降机构滚珠丝杠(3-3)的丝杠滑块和所述升降机构直线导轨(3-4)的导轨滑鞍固定连接，可同时沿着相应的升降机构滚珠丝杠(3-3)和相应的升降机构直线导轨(3-2)做直线运动；
所述升降机构支架(3-5)为一个叉形支架，下方有两个端点，一个端点铰接在所述中间座椅机构下方的底座上，另一个端点和所述两套升降机构滚珠丝杠(3-3)的丝杠滑块铰接；所述升降机构支架(3-5)上方有一个支点，和所述中间座椅机构上方的矩形安装平台的底面铰接，该安装平台用于安装所述中间座椅机构的座椅推送机构和座椅角度调节机构。
11.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述座椅推送机构包括推送机构驱动电机(3-6)和驱动推送机构滚珠丝杠(3-7)，其中：
所述推送机构驱动电机(3-6)的输出端通过同步带和所述推送机构滚珠丝杠(3-7)一端的同步轮连接；
所述推送机构滚珠丝杠(3-7)的另一端固定安装在所述中间座椅机构上方的矩形安装平台上，该矩形安装平台用于安装所述中间座椅机构的座椅推送机构和座椅角度调节机构；所述推送机构滚珠丝杠(3-7)配套安装有丝杠滑块，该丝杠滑块固定安装在一个活动平台的底面，该活动平台是一个矩形平台，可以随着所述推送机构滚珠丝杠(3-7)的丝杠滑块一起运动，该活动平台上方用于固定安装所述座椅角度调节机构和所述座椅。
12.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述座椅角度调节机构包括：角度调节电机(3-8)，角度调节滚珠丝杠(3-9)，角度调节直线导轨(3-10)，角度调节丝杠滑块(3-11)，角度调节支架(3-12)，其中：
所述角度调节电机(3-8)的输出端通过同步带和所述角度调节滚珠丝杠(3-9)一端的同步轮固定连接；所述角度调节滚珠丝杠(3-9)的另一端固定连接在一活动平台上，所述活动平台的上方用于固定安装所述座椅角度调节机构和所述座椅；
所述角度调节丝杠滑块(3-11)和所述角度调节滚珠丝杠(3-9)为配套零部件，可在所述角度调节滚珠丝杠(3-9)上作直线运动；所述角度调节丝杠滑块(3-11)的下方固定安装在所述角度调节直线导轨(3-10)的导轨滑鞍上，可随该导轨滑鞍一起沿着所述角度调节直线导轨(3-10)做直线运动；所述角度调节直线导轨(3-10)固定安装在所述活动平台上，和所述角度调节滚珠丝杠平行安装；
所述角度调节支架(3-12)一端和所述角度调节直线导轨(3-10)的导轨滑鞍铰接，另一端和所述座椅的靠背铰接。
13.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括人机界面(1-1)，所述人机界面(1-1)侧立于所述坐卧式个性化下肢康复训练机器人上方的右侧，用于设置与训练相关的参数、显示训练过程的状态及报警提示，提供人机交互接口。
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