CN104434472B - 一种外骨骼辅助训练机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种外骨骼辅助训练机器人，包括踝关节运动模块、膝关节运动模块、髋关节运动模块，髋关节的驱动电机和编码器位于后备箱中，膝关节驱动电机和编码器位于大腿和小腿连接处，踝关节运动模块位于最下方与小腿相连，支撑架位于后备箱下方并与之连接在一起；驱动控制模组设置两个伺服电机和两个编码器。关节运动模组设置竖直旋转机构，竖直旋转机构与驱动控制模组相连。本发明通过控制大腿和小腿的运动轨迹，可以实现腿部的康复运动训练。在进行康复训练的时候，患者通过把持后备箱左右两边扶手，穿戴上外骨骼康复机器人，设置相关康复模式，在后面两个万向轮的支持下进行康复训练。

Description

一种外骨骼辅助训练机器人

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是康复训练机器人。

背景技术

脊髓损伤所导致的截瘫是一种严重的残疾，严重影响患者生活自理能力和参与社会活动的能力。医学理论和临床医学实践证明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外。一种有效的康复手段，也能使患者能够在一定程度上恢复失去的功能，帮助患者借助康复设备站立并且行走。这不仅有利于提高患者本身的生活质量，也可以减轻家庭和社会的负担。因此，为截瘫患者设计一款帮助其站立及行走的康复设备是迫切而且有必要的。

此外骨骼机器人属于穿戴式的机器人，训练方便，可以进行人体步态仿真训练，并且在不借助轮椅等其它载体下，可以帮助患者进行辅助行走。同时还可以帮助人们进行负重，减轻人类的体力活动压力。

发明内容

本发明的目的在于提供可以实现腿部关节康复的一种外骨骼辅助训练机器人。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种外骨骼辅助训练机器人，其特征是：包括支撑架、踝关节运动模块、膝关节运动模块、髋关节运动模块，支撑架上部设置弯折处，弯折处安装后备箱，弯折处上方分别设置左扶手和右扶手，支撑架下方分别安装左万向轮和右万向轮；髋关节运动模块包括第一髋关节驱动控制电机、第二髋关节驱动控制电机、第一髋关节行星减速器、第二髋关节行星减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、第三同步带轮、第四同步带轮、第一大腿、第二大腿、第一腰部连接板、第二腰部连接板，第一髋关节驱动控制电机和第二髋关节驱动控制电机位于后备箱里，第一同步带轮和第三同步带轮分别位于后备箱外的两侧，第一髋关节驱动控制电机通过第一髋关节行星减速器连接第一同步带轮，第二同步带轮与第一大腿以及第一腰部连接板通过第一髋关节销轴相连，第二同步带轮与第一髋关节销轴通过涨紧套无键连接，第一大腿和第一髋关节销轴通过螺钉连接，第一同步带轮和第二同步带轮上缠绕第一同步带，第一髋关节销轴通过轴承由第一腰部连接板的第一端支撑，第一腰部连接板的第二端固定在后备箱上，第二髋关节驱动控制电机通过第二髋关节行星减速器连接第三同步带轮，第四同步带轮与第二大腿以及第二腰部连接板通过第二髋关节销轴相连，第四同步带轮与第二髋关节销轴通过涨紧套无键连接，第二大腿和第二髋关节销轴通过螺钉连接，第三同步带轮和第四同步带轮上缠绕第二同步带，第二髋关节销轴通过轴承由第二腰部连接板的第一端支撑，第二腰部连接板的第二端固定在后备箱上；膝关节运动模块包括第一膝关节驱动控制电机、第二膝关节驱动控制电机、第一小腿、第二小腿，第一小腿与第一膝关节销轴固定，第一大腿通过轴承由第一膝关节销轴支撑，第一膝关节驱动控制电机通过膝关节联轴器连接第一膝关节销轴，第二小腿与第二膝关节销轴固定，第二大腿通过轴承由第二膝关节销轴支撑，第二膝关节驱动控制电机通过膝关节联轴器连接第二膝关节销轴；踝关节运动模块包括第一踝关节脚步支架、第二踝关节脚步支架、第一踏板、第二踏板，第一踝关节脚步支架连接第一踝关节销轴，第一小腿通过轴承由第一踝关节销轴支撑，第一踏板安装在第一踝关节脚步支架上，第二踝关节脚步支架连接第二踝关节销轴，第二小腿通过轴承由第二踝关节销轴支撑，第二踏板安装在第二踝关节脚步支架上。

本发明的优势在于：本发明通过控制大腿和小腿的运动轨迹，可以实现腿部的康复运动训练。在进行康复训练的时候，患者通过把持后备箱左右两边扶手，穿戴上外骨骼康复机器人，设置相关康复模式，在后面两个万向轮的支持下进行康复训练。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明髋关节内部示意图a；

图6为本发明髋关节内部示意图b；

图7为本发明膝关节内部结构示意图；

图8为本发明踝关节内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～8，本发明包括支撑架和位于支撑架上的后备箱1、大腿康复训练装置及其驱动控制装置、小腿康复训练装置及其驱动控制装置，大腿控制装置位于后备箱1中，小腿控制装置固连在大腿9上。踝关节、膝关节、髋关节通过销轴相连接。

该康复训练装置腰部及支撑架模块包括后备箱1和支撑架，支撑架两底端分别与万向轮41相连，可以实现任意方向的运动，支撑架上端是左右扶手，为患者提供支持力。支撑架中部弯折处固定着后备箱，患者可以背靠后备箱，患者可以借助左右扶手轻松的进入训练模式。

参照图2、图4、图5和图6，大腿髋关节驱动控制电机37和编码器36位于后备箱中，编码器36控制电机37的转速，通过髋关节行星减速器38后输出到同步带轮25，带轮25轴向固定用螺钉20，之后通过同步带39带动髋关节销轴17旋转，同步带轮25与髋关节销轴17通过涨紧套19无键连接，然后带动大腿9的运动，大腿9与髋关节销轴17由螺钉18连接。销轴17一端通过轴承22、髋关节轴承垫圈23由腰部连接板21一端支撑，轴向用螺母24和弹性挡圈27固定，腰部连接板21另一端固定在后备箱1左右两侧。

参照图2、图4和图7，膝关节驱动控制电机14和膝关节编码器16通过螺钉26固定在膝关节固定板15一侧，膝关节固定板15用螺钉8与大腿下端固定在一起，膝关节销轴7通过轴承10、弹性挡圈11和螺母12由大腿9膝关节一端支撑，膝关节驱动控制电机14输出轴通过膝关节联轴器13与膝关节销轴7相连，带动销轴7转动，膝关节销轴7与小腿2通过螺钉固定一起，从而销轴7带动小腿2前后摆动。

参照图1、图2、图4和图8，小腿2上端通过螺钉与膝关节销轴7固定一起，踝关节销轴4通过轴承5由小腿2支撑，用弹性挡圈6和销28作轴向固定，踝关节销轴4另一端与踝关节脚部支架3相连，脚部可以绕着踝关节销轴4转动，鞋40与踝关节脚部支架3下部固连一起。

下肢外骨骼机器人髋关节的驱动电机和编码器位于后备箱中，膝关节驱动电机和编码器位于大腿和小腿连接处，其固定在大腿上，踝关节运动模块位于最下方与小腿相连，支撑架位于后备箱下方并与之连接在一起；所述的下肢康复装置包括驱动控制模组和关节运动模组，驱动控制模组设置两个伺服电机和两个编码器。关节运动模组设置竖直旋转机构，竖直旋转机构与驱动控制模组相连。

后备箱位于支撑架上固定，支撑架上部连接扶手，下部连接万向轮，可以实现任意方向转动。

髋关节的驱动电机于后背箱连在一起，髋关节驱动直流电机通过减速器与同步带轮连接，带轮通过腰部连接板固定在后备箱上，带轮与大腿相连带动大腿摆动。

减速器为行星轮减速器。

同步带轮为同步齿轮带。

膝关节驱动电机通过连接板固定在大腿上，通过联轴器带动小腿前后摆动。

踝关节脚部支架通过销轴与小腿相连，脚部可以绕之转动。

Claims (1)

1.一种外骨骼辅助训练机器人，其特征是：包括支撑架、踝关节运动模块、膝关节运动模块、髋关节运动模块，支撑架上部设置弯折处，弯折处安装后备箱，弯折处上方分别设置左扶手和右扶手，支撑架下方分别安装左万向轮和右万向轮；髋关节运动模块包括第一髋关节驱动控制电机、第二髋关节驱动控制电机、第一髋关节行星减速器、第二髋关节行星减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、第三同步带轮、第四同步带轮、第一大腿、第二大腿、第一腰部连接板、第二腰部连接板，第一髋关节驱动控制电机和第二髋关节驱动控制电机位于后备箱里，第一同步带轮和第三同步带轮分别位于后备箱外的两侧，第一髋关节驱动控制电机通过第一髋关节行星减速器连接第一同步带轮，第二同步带轮与第一大腿以及第一腰部连接板通过第一髋关节销轴相连，第二同步带轮与第一髋关节销轴通过涨紧套无键连接，第一大腿和第一髋关节销轴通过螺钉连接，第一同步带轮和第二同步带轮上缠绕第一同步带，第一髋关节销轴通过轴承由第一腰部连接板的第一端支撑，第一腰部连接板的第二端固定在后备箱上，第二髋关节驱动控制电机通过第二髋关节行星减速器连接第三同步带轮，第四同步带轮与第二大腿以及第二腰部连接板通过第二髋关节销轴相连，第四同步带轮与第二髋关节销轴通过涨紧套无键连接，第二大腿和第二髋关节销轴通过螺钉连接，第三同步带轮和第四同步带轮上缠绕第二同步带，第二髋关节销轴通过轴承由第二腰部连接板的第一端支撑，第二腰部连接板的第二端固定在后备箱上；膝关节运动模块包括第一膝关节驱动控制电机、第二膝关节驱动控制电机、第一小腿、第二小腿，第一小腿与第一膝关节销轴固定，第一大腿通过轴承由第一膝关节销轴支撑，第一膝关节驱动控制电机通过膝关节联轴器连接第一膝关节销轴，第二小腿与第二膝关节销轴固定，第二大腿通过轴承由第二膝关节销轴支撑，第二膝关节驱动控制电机通过膝关节联轴器连接第二膝关节销轴；踝关节运动模块包括第一踝关节脚步支架、第二踝关节脚步支架、第一踏板、第二踏板，第一踝关节脚步支架连接第一踝关节销轴，第一小腿通过轴承由第一踝关节销轴支撑，第一踏板安装在第一踝关节脚步支架上，第二踝关节脚步支架连接第二踝关节销轴，第二小腿通过轴承由第二踝关节销轴支撑，第二踏板安装在第二踝关节脚步支架上。