CN104287939A - 一种坐卧式下肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种坐卧式下肢康复机器人，其包括机械腿、机架、座椅及控制系统，机械腿包括结构对称的左机械腿、右机械腿，机架包括结构对称的左机架、右机架，其中，左机架包括左动架和左静架，右机架包括右动架和右静架，左、右静架与中间联接托架固连，左、右动架之间的宽度可以通过电动推杆的伸缩来调节，左、右机械腿通过摆动架安装在左、右机架上，摆动架分别安装在左、右机架的动架上，每个机械腿含有髋关节、膝关节和踝关节三个自由度，机械腿设有髋关节机械限位，座椅可通过医用万向脚轮移入或移出机器人，便于患者入座或转移，座椅设有座椅仰角调节，髋关节机械限位与座椅仰角调节联动的设计可安全实现从坐姿到躺姿任意姿态下的康复训练。

Description

一种坐卧式下肢康复机器人

技术领域

本发明涉及一种坐卧式下肢康复机器人，属于医疗设备领域。

背景技术

伴随着人口的老龄化，各种疾病引起肢体运动性障碍的病人和意外事故导致的脊髓损伤患者越来越多。对这些病人除进行必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起着非常重要的作用。康复治疗能通过促进人体神经系统重建，到达肢体运动功能恢复的目的。而传统上依靠治疗师的经验与徒手操作，存在诸多不足。目前通过人工或者简单的康复器械进行康复训练，已经远不能满足患者康复需求，一部分人甚至失去康复治疗的机会，严重影响了患者的生存质量，增加了社会的负担，因此目前我国乃至全世界对高技术含量的康复设备有着很大的需求。基于上述需求，同时随着科学技术的不断进步，康复机器人得到迅速发展。

公布号为CN 102697622 A的中国发明专利申请公开了一种“坐卧式下肢康复机器人”，该下肢康复机器人能使患者坐在椅子上训练，但却存在患者康复训练时入座难的问题，另外，该下肢康复机器人也不能保证患者大腿随着坐卧姿态不同始终在一个安全范围内训练。

发明内容

针对上述存在问题，本发明旨在通过采用机械腿自平衡的轻量化设计，用内部装有限位开关的电动推杆实现左、右机械腿之间宽度调节的简单化设计，髋关节机械限位与座椅仰角联动的创新性设计、可搬移患者移动式座椅的人性化设计，从而设计出一种具有主动训练、辅助训练和被动训练的智能化多关节下肢康复训练设备。

本发明通过下述技术方案来实现：一种坐卧式下肢康复机器人，包括机械腿、机架、座椅及控制系统，所述机械腿包括结构对称的左机械腿、右机械腿，所述机架包括结构对称的左机架、右机架，左机架包括左静架和左动架，右机架包括右静架和右动架，所述左、右机械腿通过摆动架分别安装在左、右机架上，摆动架分别安装在左机架的左动架和右机架的右动架上，每个机械腿含有髋关节、膝关节和踝关节，机械腿设有髋关节机械限位；所述左、右机架的左、右静架通过中间联接托架连接在一起，其中，左静架通过前直线轴、后直线轴和前尾滑套、后尾滑套与左动架连接为一体，前直线轴和后直线轴固联到静架框架上，前尾滑套和后尾滑套与动架框架固联，右静架的安装与左静架对称，静架框架上设有五个地脚支撑在地面上，动架框架上设有固定脚轮，用于移动机器人，左机架中设有电动推杆Ⅰ，用于左动架、右动架之间宽度的调节，从而实现左机械腿、右机械腿之间宽度的调节以适应不同体形的患者；所述座椅为移动式座椅，其可通过医用万向脚轮移入或移出机器人，座椅设有座椅仰角调节，上述机械腿髋关节机械限位与该座椅仰角调节联动，可保证患者大腿随着坐卧姿态不同始终能在一个安全范围内训练。

所述电动推杆Ⅰ一端靠横移推杆后座和螺栓与动架框架相连，另一端靠横移推杆前座和螺栓与静架框架相连，电动推杆伸缩，动架相对于静架移动，电动推杆内部装有限位开关，当电动推杆伸长到最大或缩短到最小位置时自动停止。

所述座椅包括椅座部件、椅架支撑部件和椅架底盘，椅座部件包括椅垫框架、靠背框架和座椅外包垫，所述椅垫框架通过靠背铰链轴、开口销与靠背框架固联在一起，椅垫框架固定不动，靠背框架可以绕靠背铰链轴转动，所述椅架底盘前后各安装2个设有刹车板的医用万向脚轮，用于座椅的移动和固定，椅架底盘两侧各安装3个固定脚轮，用于座椅移入和移出时的导向；当座椅移入机器人时，通过座椅前后的四个医用万向脚轮来调节方向，当座椅后面的两个医用万向脚轮进入到中间联接托架，椅架底盘两侧的固定脚轮沿着中间联接托架的左纵臂、右纵臂移动，对座椅的移动起到导向作用，当座椅移入后，踩下座椅前面两个医用万向脚轮的刹车板，可以锁住医用万向脚轮，使座椅固定到地面上，不能移动；当座椅移出机器人时，松开座椅前面两个医用万向脚轮的刹车板，便可将座椅和患者一起移出。

所述机械腿髋关节机械限位与座椅仰角调节联动，其中，机械腿髋关节机械限位通过随动限位挡板和电动推杆Ⅱ来实现，所述随动限位挡板设在左动架中，随动限位挡板通过轴和该轴两端的左定位轴套、右定位轴套安装在螺杆座和调整轴座上，螺杆座和调整轴座与左动架固连，所述电动推杆Ⅱ推杆端通过推杆轴安装在随动限位挡板的推杆座上，靠开口销来固定推杆轴，推杆座焊接在随动限位挡板上，另一端通过推杆轴安装在左动架上的推杆座上；座椅仰角调节靠电动推杆Ⅲ的伸缩来实现，电动推杆Ⅲ伸长到最长时，靠背框架绕靠背铰链轴逆时针转动的角度最大，即座椅仰角最小，电动推杆Ⅲ缩短到最短时，靠背框架绕靠背铰链轴顺时针转动的角度最大，即座椅俯仰角最大，电动推杆Ⅲ一端与靠背框架相连接，另一端与椅垫框架相连接；通过调节座椅的仰角，病人可以在不同姿态下进行康复训练，然而人体上半身姿态随座椅仰角变化时，大腿摆动极限位置也要跟着变化，为了保证患者大腿随着坐卧姿态不同始终能在一个安全范围内训练，左动架中的随动限位挡板要随着座椅的仰角进行调节，座椅在坐姿时，电动推杆Ⅱ缩短到最短，随动限位挡板绕轴逆时针转动到最大位置，机械腿髋关节顺时针摆动的角度最小，座椅在躺姿时，电动推杆Ⅱ伸长到最大，随动限位挡板绕轴顺时针转动到最大位置，这时机械腿髋关节顺时针摆动的角度最大，在任意卧姿时，电动推杆Ⅱ的伸缩长度根据座椅仰角确定；随动限位挡板处装有行程开关，用于机械限位发生前的电气限位，电动推杆Ⅱ内部装有位置传感器和限位开关，位置传感器用来记录其伸缩长度，限位开关用于其伸长缩短极限位置时的限位。

本发明解决了现有技术中存在的患者康复训练时入座难的问题，同时也能够保证患者大腿随着坐卧姿态不同始终在一个安全范围内进行训练。

本发明的有益效果在于提供了一种具有主动训练、辅助训练和被动训练的智能化多关节下肢康复训练设备，采用了机械腿自平衡的轻量化设计、用内部装有限位开关的电动推杆实现左、右机械腿之间宽度调节的简单化设计、髋关节机械限位与座椅仰角调节联动的创新性设计、可搬移患者移动式座椅的人性化设计，达到了结构模块化、轻量化和人性化的目的。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图。

图2a是本发明的机架与中间联接托架示意图。

图2b是图2a中M部放大图(给出随动限位挡板安装示意图)。

图3是本发明的左机架安装示意图。

图4是本发明的左静架和左动架安装示意图。

图5a是本发明的左动架示意图。

图5b是图5a中N部放大图。

图5c是图5a中P部放大图。

图5d是图5a中Q部放大图。

图6是本发明的左静架示意图。

图7a是本发明的座椅示意图。

图7b是本发明的椅架底盘示意图。

图8是本发明的椅座部件示意图(去除座椅外包垫)。

图9是本发明的机械腿髋关节机械限位原理图。

图中：1a-左机械腿，1b-右机械腿，2a-左机架，2b-右机架，3-座椅，4-中间联接托架，5-内六角螺钉，6a-左静架，6b-右静架，7a-左动架，7b-右动架，8-静架框架，9-动架框架，10-摆动架，11-左端轴承座，12-右端轴承座，13-螺栓，14-螺栓，15-髋关节，16-膝关节，17-踝关节，18-前直线轴，19-前尾滑套，20-横移推杆后座，21-螺栓，22-电动推杆Ⅰ，23-横移推杆前座，24-螺栓，25-后直线轴，26-后尾滑套，27-内六角头螺钉，28-内六角锥端紧定螺钉，29-固定脚轮，30-内六角圆柱螺钉，31-地脚，32-随动限位挡板，33-轴，34-螺杆座，35-左定位轴套，36-右定位轴套，37-调整轴座，38-内六角螺钉，39-推杆轴，40-推杆座，41-电动推杆Ⅱ，42-推杆座，43-开口销，44-推杆轴，45-行程开关，46-椅座部件，47-椅架支撑部件，48-椅架底盘，49-医用万向脚轮，50-侧板，51-固定脚轮，52-内六角螺栓，53-螺母，54-刹车板，55-左纵臂，56-右纵臂，57-螺杆，58-靠背框架，59-椅垫框架，60-靠背铰链轴，61-开口销，62-深沟球轴承，63-推杆定端轴，64-电动推杆Ⅲ，65-深沟球轴承，66-推杆动端轴，67-大腿，68-小腿，69-脚板。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施例。

一种坐卧式下肢康复机器人，包括机械腿、机架、座椅及控制系统，所述机械腿包括结构对称的左机械腿1a、右机械腿1b，所述机架包括结构对称的左机架2a、右机架2b(见图1)。因结构对称，下述只对左部分机械结构进行介绍。左机架2a包括左静架6a和左动架7a，左静架6a、右静架6b通过内六角螺钉5与中间联接托架4固连(见图2a)；所述左机械腿1a通过摆动架10安装在左机架2a上，摆动架10通过其左端轴承座11和右端轴承座12分别靠螺栓13、14安装在左机架2a的左动架7a上(见图3)，座椅3可以和机器人分离，单独拉出，用于方便患者入座和转移。

左机械腿1a、右机械腿1b对称，每个机械腿有髋关节15、膝关节16和踝关节17三个自由度(见图3)，机械腿的髋关节15、膝关节16和踝关节17对应于人体矢平面的髋、膝、踝关节，患者可用该设备进行单关节主被动康复训练及多关节主被动康复训练。

左静架6a通过前直线轴18、后直线轴25和前尾滑套19、后尾滑套26与左动架7a联接为一体，前直线轴18和后直线轴25靠内六角锥端紧定螺钉28固联到静架框架8上，构成左静架6a整体，前尾滑套19和后尾滑套26靠内六角头螺钉27与动架框架9固联，构成左动架7a整体(见图5a)，左机架2a中的电动推杆Ⅰ22一端靠横移推杆后座20和螺栓21与动架框架9相连，另一端靠横移推杆前座23和螺栓24与静架框架8相连(见图4)，电动推杆Ⅰ22伸缩，左动架7a相对于左静架6a移动，实现左动架7a、右动架7b之间宽度的调节，即实现了左机械腿1a、右机械腿1b宽度的调节以适应不同体形的患者，电动推杆Ⅰ22内部装有限位开关，当伸长到最大或缩短到最小位置时自动停止，两个固定脚轮29靠内六角圆柱螺钉30安装在动架框架9上(见图5a、图5d，其中：图5d给出后尾滑套安装放大示意图)，五个地脚31旋入静架框架8上，机器人靠五个地脚31支撑在地面上(见图6)，当需要搬移机器人时，只需抬起机器人的前端，靠后端的两个固定脚轮29来移动(见图5a、图5d)，非常方便。

参见图7a、图7b和图8，座椅3包括椅座部件46、椅架支撑部件47和椅架底盘48，椅架底盘48的前后各安装有2个医用万向脚轮49，且带有刹车功能，它们是通过医用万向脚轮49上的螺杆57旋入椅架底盘48上的，用于座椅3的移动和固定，两侧各安装3个固定脚轮51，他们通过内六角螺栓52和螺母53固联到椅架底盘48的侧板50上，用于座椅3移入和移出时的导向；座椅3可以和机器人分离，单独移入和移出，用于方便患者入座和转移，使用时，可以将患者直接从床上转移至移动式座椅3，不需要其他辅助转移设备，非常方便，解决了患者康复训练时入座难的问题；当座椅3移入机器人时，通过座椅3前后的四个医用万向脚轮49来调节方向，当座椅3后面的两个医用万向脚轮49进入到中间联接托架4，此时椅架底盘48两侧的固定脚轮51沿着中间联接托架4的左纵臂55、右纵臂56移动(见图2a)，对座椅3的移动起到导向作用，从而可以轻松的把座椅3移入机器人中，当座椅3移进去后，踩下座椅3前面两个医用万向脚轮49的刹车板54，可以锁住医用万向脚轮49，使座椅3固定到地面上，不能移动；当座椅3移出机器人时，松开座椅3前面两个医用万向脚轮49的刹车板54，便可将座椅3和患者一起移出，并移动到其他任意地方；座椅3中的椅座部件46主要包括椅垫框架59、靠背框架58和座椅外包垫，其中椅垫框架59通过靠背铰链轴60、开口销61与靠背框架58固联在一起，靠背框架58可以绕靠背铰链轴60转动，座椅仰角的调节是靠电动推杆Ⅲ64的伸缩来实现的，电动推杆Ⅲ64伸长到最长时，靠背框架58绕靠背铰链轴60逆时针转动的角度最大，即座椅3仰角最小，电动推杆Ⅲ64缩短到最短时，靠背框架58绕靠背铰链轴60顺时针转动的角度最大，即座椅3俯仰角最大，电动推杆Ⅲ64一端通过推杆定端轴63、深沟球轴承62与靠背框架58相连接，另一端通过推杆动端轴66、深沟球轴承65与椅垫框架59相连接。

左动架7a中设有随动限位挡板32，随动限位挡板32通过轴33和轴33两端的左定位轴套35、右定位轴套36安装在螺杆座34和调整轴座37上(见图2b)，螺杆座34和调整轴座37与左动架7a固连，电动推杆Ⅱ41推杆端通过推杆轴44安装在随动限位挡板32的推杆座42上，靠开口销43来固定推杆轴44，推杆座42焊接在随动限位挡板32上，另一端通过推杆轴39安装在左动架7a上的推杆座40上，此推杆座40靠内六角螺钉38安装在左动架7a上(见图5a、图5b、图5c，其中：图5b给出电动推杆固定端安装放大示意图；图5c给出电动推杆移动端安装放大示意图)，电动推杆Ⅱ41伸缩长度变化，拉动随动限位挡板32绕轴33转动，随动限位挡板32的作用是实现对机械腿髋关节15摆动的机械限位，座椅3在坐姿时，电动推杆Ⅱ41缩短到最短，随动限位挡板32绕轴33逆时针转动到最大位置，这时机械腿髋关节15顺时针摆动的角度最小，座椅3在躺姿时，电动推杆Ⅱ41伸长到最大，随动限位挡板32绕轴33顺时针转动到最大位置，这时机械腿髋关节15顺时针摆动的角度最大(见图9)，在任意卧姿时，电动推杆Ⅱ41的伸缩长度根据座椅3仰角确定，从而实现了机械腿髋关节15的机械限位与座椅3仰角联动调节的目的，随动限位挡板32处装有行程开关45(见图5a、图5c)，用于机械限位发生前的电气限位，电动推杆Ⅱ41内部装有位置传感器和限位开关，位置传感器可用来记录其伸缩长度，限位开关用于其伸长缩短极限位置时的限位。

Claims (5)

1.一种坐卧式下肢康复机器人，包括机械腿、机架、座椅及控制系统，其特征在于，所述机械腿包括结构对称的左机械腿(1a)、右机械腿(1b)，所述机架包括结构对称的左机架(2a)、右机架(2b)，左机架(2a)包括左静架(6a)和左动架(7a)，右机架(2b)包括右静架(6b)和右动架(7b)，所述左、右机械腿(1a、1b)通过摆动架(10)分别安装在左、右机架(2a、2b)上，摆动架(10)分别安装在左机架(2a)的左动架(7a)和右机架(2b)的右动架(7b)上，每个机械腿含有髋关节(15)、膝关节(16)和踝关节(17)，机械腿设有髋关节机械限位；所述左、右机架(2a、2b)的左、右静架(6a、6b)通过中间联接托架(4)连接在一起，其中，左静架(6a)通过前直线轴(18)、后直线轴(25)和前尾滑套(19)、后尾滑套(26)与左动架(7a)连接为一体，前直线轴(18)和后直线轴(25)固联到静架框架(8)上，前尾滑套(19)和后尾滑套(26)与动架框架(9)固联，右静架的安装与左静架对称，静架框架(8)上设有五个地脚(31)支撑在地面上，动架框架(9)上设有固定脚轮(29)，用于移动机器人，左机架(2a)中设有电动推杆Ⅰ(22)，用于左动架(7a)、右动架(7b)之间宽度的调节，从而实现左机械腿(1a)、右机械腿(1b)之间宽度的调节以适应不同体形的患者；所述座椅为移动式座椅(3)，其可通过医用万向脚轮(49)移入或移出机器人，座椅(3)设有座椅仰角调节，上述机械腿髋关节机械限位与该座椅仰角调节联动，可保证患者大腿随着坐卧姿态不同始终能在一个安全范围内训练。

2.根据权利要求1所述的坐卧式下肢康复机器人，其特征在于，所述电动推杆Ⅰ(22)一端靠横移推杆后座(20)和螺栓(21)与动架框架(9)相连，另一端靠横移推杆前座(23)和螺栓(24)与静架框架(8)相连，电动推杆Ⅰ(22)伸缩，左动架(7a)相对于左静架(6a)移动，电动推杆Ⅰ(22)内部装有限位开关，当电动推杆Ⅰ(22)伸长到最大或缩短到最小位置时自动停止。

3.根据权利要求1所述的坐卧式下肢康复机器人，其特征在于，所述座椅(3)包括椅座部件(46)、椅架支撑部件(47)和椅架底盘(48)，所述椅座部件(46)包括椅垫框架(59)、靠背框架(58)和座椅外包垫，所述椅垫框架(59)通过靠背铰链轴(60)、开口销(61)与靠背框架(58)固联在一起，椅垫框架(59)固定不动，靠背框架(58)可以绕靠背铰链轴(60)转动，所述椅架底盘(48)前后各安装2个设有刹车板(54)的医用万向脚轮(49)，用于座椅(3)的移动和固定，椅架底盘(48)两侧各安装3个固定脚轮(51)，用于座椅(3)移入和移出时的导向；当座椅(3)移入机器人时，通过座椅(3)前后的四个医用万向脚轮(49)来调节方向，当座椅(3)后面的两个医用万向脚轮(49)进入到中间联接托架(4)，椅架底盘(48)两侧的固定脚轮(51)沿着中间联接托架(4)的左纵臂(55)、右纵臂(56)移动，对座椅(3)的移动起到导向作用，当座椅(3)移入后，踩下座椅(3)前面两个医用万向脚轮(49)的刹车板(54)，可以锁住医用万向脚轮(49)，使座椅(3)固定到地面上，不能移动；当座椅(3)移出机器人时，松开座椅(3)前面两个医用万向脚轮(49)的刹车板(54)，便可将座椅(3)和患者一起移出。

4.根据权利要求1所述的坐卧式下肢康复机器人，其特征在于，所述机械腿髋关节机械限位与座椅仰角调节联动，其中，机械腿髋关节机械限位通过随动限位挡板(32)和电动推杆Ⅱ(41)来实现，所述随动限位挡板(32)设在左动架(7a)中，随动限位挡板(32)通过轴(33)和轴(33)两端的左定位轴套(35)、右定位轴套(36)安装在螺杆座(34)和调整轴座(37)上，螺杆座(34)和调整轴座(37)与左动架(7a)固连，所述电动推杆Ⅱ(41)推杆端通过推杆轴(44)安装在随动限位挡板(32)的推杆座(42)上，靠开口销(43)来固定推杆轴(44)，推杆座(42)焊接在随动限位挡板(32)上，另一端通过推杆轴(39)安装在左动架(7a)上的推杆座(40)上；座椅仰角调节靠电动推杆Ⅲ(64)的伸缩来实现，电动推杆Ⅲ(64)伸长到最长时，靠背框架(58)绕靠背铰链轴(60)逆时针转动的角度最大，即座椅(3)仰角最小，电动推杆Ⅲ(64)缩短到最短时，靠背框架(58)绕靠背铰链轴(60)顺时针转动的角度最大，即座椅(3)俯仰角最大，电动推杆Ⅲ(64)一端与靠背框架(58)相连接，另一端与椅垫框架(59)相连接；座椅(3)在坐姿时，电动推杆Ⅱ(41)缩短到最短，随动限位挡板(32)绕轴(33)逆时针转动到最大位置，机械腿髋关节(15)顺时针摆动的角度最小，座椅(3)在躺姿时，电动推杆Ⅱ(41)伸长到最大，随动限位挡板(32)绕轴(33)顺时针转动到最大位置，这时机械腿髋关节(15)顺时针摆动的角度最大，在任意卧姿时，电动推杆Ⅱ(41)的伸缩长度根据座椅(3)仰角确定；随动限位挡板(32)处装有行程开关(45)，用于机械限位发生前的电气限位，电动推杆Ⅱ(41)内部装有位置传感器和限位开关，位置传感器用来记录其伸缩长度，限位开关用于其伸长缩短极限位置时的限位。

5.根据权利要求4所述的坐卧式下肢康复机器人，其特征在于，所述电动推杆Ⅲ(64)一端通过推杆定端轴(63)和深沟球轴承(62)与靠背框架(58)相连接，另一端通过推杆动端轴(66)和深沟球轴承(65)与椅垫框架(59)相连接。