CN103006416B - 机械式下肢康复机器人助行装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种机械式下肢康复机器人助行装置。包括由两块连接板、连接于两块连接板之间的腰围侧板和后板构成的框架，固定于框架上的大腿支座，与大腿支座铰接的大腿板，与大腿板铰接的小腿板，与小腿板铰接的脚板；还包括安装于框架中的电机，由电机驱动、提供模拟髋关节运动所需凸轮曲线的凸轮机构，控制大腿与小腿运动轨迹的连杆机构，控制小腿与脚踝运动的连杆—齿轮机构。本发明由于有凸轮机构提供模拟下肢运动步态所需凸轮曲线，连杆机构实现大腿与小腿能够相对运动，齿轮-连杆机构实现小腿与脚板能够相对运动，符合人体下肢运动特性。

Description

机械式下肢康复机器人助行装置

技术领域

本发明涉及的是一种康复助行机器人，具体地说是一种以电动方式驱动的下肢康复助行走机器人。

背景技术

康复机器人是近年出现的一种新型机器人，它属于医疗机器人范畴。主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，如行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练、颈部运动训练等。

传统的康复程序依赖于治疗师的经验与徒手操作技术。随着病人数目迅速增大，为了提高康复效果、降低治疗师的劳动强度、使一般护理者能够帮助病人康复锻炼，依靠器械达到康复、治疗目的问题越来越受到人们关注。康复机器人能通过机器带动肢体做成千上万的重复性的运动,对控制肢体运动的神经系统刺激并重建,从而恢复肢体功能运动的一种新的临床干预手段。近年来，已经有很多研究涉及机器人在协助残疾者康复训练的作用，但大多停留在原地状态下的康复功能，没有助行功能。有研究表明，在机器人辅助下，患者行走中骨盆和下肢的活动自由度受到制，这使得肌肉的运动发动模式与正常人不一样。

专利申请号为201110292009.0，名称为“外骨骼可穿戴下肢康复机器人”的专利文件中公开的技术方案，使用谐波减速器传动及盘式电机，实现0回转误差以及驱动与患者关节的良好贴合，通过固定于患者背后的电池驱动，解决了传统康复装置活动范围受限的问题，但是由于踝关节、膝关节、髋关节均有电机，使得整体机构重量偏大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运动平稳，并且符合人体下肢的运动特点，结构相对简单的机械式下肢康复机器人助行装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括由两块连接板、连接于两块连接板之间的腰围侧板和后板构成的框架，固定于框架上的大腿支座，与大腿支座铰接的大腿板，与大腿板铰接的小腿板，与小腿板铰接的脚板；还包括安装于框架中的电机，由电机驱动、提供模拟髋关节运动所需凸轮曲线的凸轮机构，控制大腿与小腿运动轨迹的连杆机构，控制小腿与脚踝运动的连杆齿轮机构。

本发明还可以包括：

1、所述凸轮机构包括轮盘、摇杆、转动轴，轮盘上开有凸轮形凹槽，轮盘套装在电机轴上并与框架固连，摇杆的一端与电机轴固连、另一端与转动轴滑动连接，转动轴的一端伸入到凸轮形凹槽中，转动轴的另一端与连杆机构的推拉杆的上端铰链连接。

2、所述连杆机构包括推拉杆、推拉连杆、旋转角杆、立杆和横杆，推拉杆的中部与推拉连杆的一端铰接，推拉杆的下端与大腿板铰接，推拉连杆的另一端与旋转角杆的一端铰接，旋转角杆的中部转角处与大腿板铰接，旋转角杆的另一端与立杆的一端铰接，立杆的另一端与横杆的一端铰接，横杆的中部与大腿板铰接，横杆的另一端与连杆—齿轮机构中的齿轮连杆的上端铰接。

3、所述连杆—齿轮机构包括齿轮连杆、连杆大齿轮、脚踝立杆，齿轮连杆的下端固定有齿轮，所述齿轮与小腿板铰接，连杆大齿轮由大齿轮端和连杆端构成，所述齿轮与连杆大齿轮的大齿轮端啮合，连杆大齿轮的大齿轮端与小腿板铰接，连杆大齿轮的连杆端与脚踝立杆上端固定连接，脚踝立杆下端与脚板铰接。

在同一框架上设置两套本发明的助行装置即可构成机械式下肢康复机器人。

由本发明构成的机械式下肢康复机器人，每侧下肢依靠单一电机控制，通过对人体行走步态中各个关节的位置采样分析，构造出模拟人体步态的行走轨迹，通过机构的传动模拟各个关节运动位置关系，带动下肢平稳运动。通过腰部安全带、大腿绑带、脚部绑带连接，而完成带动人体下肢运动助行康复的任务。

本发明由于有凸轮机构提供模拟下肢运动步态所需凸轮曲线，连杆机构实现大腿与小腿能够相对运动，齿轮-连杆机构实现小腿与脚板能够相对运动，符合人体下肢运动特性。

附图说明

图1是驱动机构的结构示意图。

图2是凸轮机构的结构示意图。

图3是连杆机构的结构示意图。

图4是连杆-齿轮机构的结构示意图。

图5是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图1，驱动机构是由电机1、后板2、连接板3、腰围侧板4、垫块5、限位块6、限位槽板7构成。是连接凸轮机构、连杆机构的基体。

结合图2，凸轮机构是由电机轴8、轴套9、凸轮套10、凸轮11、摇杆12、定位盖13、传动轴14组成，电机轴带动摇杆转动，摇杆通过转动轴14带动推拉杆20沿凸轮11转动，达到模拟人髋关节运动轨迹的目的。电机转动将动力传递给摇杆12，带动下肢机构运动。

结合图3，连杆机构是由大腿支座15、大腿板16、旋转角杆17、立杆18、横杆19、推拉杆20、小腿上支座21、推拉连杆22构成，推拉杆带动大腿板转动，并通过连杆机构带动齿轮连杆23使大腿板与小腿板产生相对运动，达到模拟大、小腿运动轨迹的目的。

结合图4，连杆-齿轮机构是由小腿板24、小腿下支座25、小连接垫块26、脚板27、齿轮28、连杆大齿轮29、脚踝拉杆30、大连接垫块31构成。齿轮连杆23转动带动齿轮与连杆大齿轮啮合使脚踝立杆运动，使紧固于大连接垫块的脚板通过紧固于大连接垫块的小连接垫块与小腿下支座相对运动，达到模拟脚踝运动的目的。

做成本发明结构的机械式下肢康复助行机器人，使得下肢的运动平稳，并且符合人体下肢的运动特点，达到了康复助行的目的。

结合图5，本发明的机械式下肢康复助行机器人由通过电力的驱动机构、提供模拟髋关节运动所需凸轮曲线的凸轮机构、控制大腿与小腿运动轨迹的连杆机构、控制小腿与脚踝运动的齿轮—连杆机构组成。电力驱动机构、凸轮机构、连杆机构、齿轮-连杆机构连动。将康复者置于机械式下肢康复助行机器人中，通过腰部安全带、大腿绑带、脚部绑带连接，而完成带动人体下肢运动助行康复的任务。

驱动机构由电机紧固连接于腰围侧板与后板、连接板、垫块紧固连接，凸轮与垫块紧固连接，垫块与限位块、限位槽板紧固连接的结构，电机轴置于凸轮机构中；凸轮机构由摇杆与定位盖固定连接，定位盖与轴套固定连接，转动轴滑动连接于摇杆，转动轴与推拉杆铰链连接，将动力传递给推拉杆，使连杆机构可模拟人体大腿摆动的机构，凸轮中嵌入凸轮套并与与电机轴键连接的轴套配合的结构；连杆机构由推拉杆与推拉连杆铰接，推拉杆与大腿板铰接，推拉连杆与旋转角杆铰接，旋转角杆与大腿板铰接，旋转角杆与立杆铰接，立杆与横杆铰接，横杆与大腿板铰接，齿轮连杆与横杆铰接，大腿板与固定连接于腰围侧板的大腿支座、小腿上支座铰链连接的结构；连杆-齿轮机构由与齿轮连杆固定连接并与小腿板铰接的齿轮，齿轮与连杆大齿轮啮合，连杆大齿轮与脚踝立杆固定连接，并与小腿板铰接，大连接垫块与脚踝立杆铰链连接的结构，小腿板与小腿上支座、小腿下支座紧固连接，脚板、大连接垫块紧固连接与小腿下支座固定连接，小连接垫块与小腿下支座铰链连接的结构。

Claims (1)

1.一种机械式下肢康复机器人助行装置，包括由两块连接板、连接于两块连接板之间的腰围侧板和后板构成的框架，固定于框架上的大腿支座，与大腿支座铰接的大腿板，与大腿板铰接的小腿板，与小腿板铰接的脚板；其特征是：还包括安装于框架中的电机，由电机驱动的、提供模拟髋关节运动所需凸轮曲线的凸轮机构，控制大腿与小腿运动轨迹的连杆机构，控制小腿与脚踝运动的连杆—齿轮机构；

所述凸轮机构包括轮盘、摇杆、转动轴，轮盘上开有凸轮形凹槽，轮盘套装在电机轴上并与框架固连，摇杆的一端与电机轴固连、另一端与转动轴滑动连接，转动轴的一端伸入到凸轮形凹槽中，转动轴的另一端与连杆机构的推拉杆的上端铰链连接；

所述连杆机构包括推拉杆、推拉连杆、旋转角杆、立杆和横杆，推拉杆的中部与推拉连杆的一端铰接，推拉杆的下端与大腿板铰接，推拉连杆的另一端与旋转角杆的一端铰接，旋转角杆的中部转角处与大腿板铰接，旋转角杆的另一端与立杆的一端铰接，立杆的另一端与横杆的一端铰接，横杆的中部与大腿板铰接，横杆的另一端与连杆—齿轮机构中的齿轮连杆的上端铰接；

所述连杆—齿轮机构包括齿轮连杆、连杆大齿轮、脚踝立杆，齿轮连杆的下端固定有齿轮，所述齿轮与小腿板铰接，连杆大齿轮由大齿轮端和连杆端构成，所述齿轮与连杆大齿轮的大齿轮端啮合，连杆大齿轮的大齿轮端与小腿板铰接，连杆大齿轮的连杆端与脚踝立杆上端固定连接，脚踝立杆下端与脚板铰接。