CN105167965B - 一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，包括有立向设置的支承座，支承座前侧座面上固定有腰部调整机构，腰部调整机构上连接有左、右侧上肢外骨骼摆动机构、以及左、右侧下肢外骨骼行走机构，同侧上肢外骨骼摆动机构与下肢外骨骼行走机构之间通过联动关节连接。本发明针对现有技术的不足，提供了一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其结构简单紧凑，通过使用膝关节转动机构，避免了传统下肢康复机器人膝关节转动中心与人体膝关节转动中心不重合的问题。

Description

一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人

技术领域

本发明涉及康复机器人领域，具体是一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人。

背景技术

心脑血管疾病及在交通事故、自然灾害中的各种意外伤害严重地威胁着人类的生命健康，使患者行走功能产生障碍，从而使患者生活品质降低，并给其亲属以及社会带来很大的压力。临床康复医学理论指出，除了通过手术与药物治疗之外，运用科学的物理治疗来进行辅助，可以使肢体的行走功能恢复更加迅速，同时也能减少因手术与药物治疗带来的一些负面影响。传统的治疗康复手段一般为治疗师徒手对患者进行一对一的康复训练，该方式训练效率较低、成本较高，且不能有效模拟并协助人体行走运动，因此，对助行康复机器人的需求显得尤为迫切。

中国专利号CN104490568A及CN103054692B分别涉及了一种人体下肢外骨骼助行康复机器人和一种穿戴式下肢外骨骼助行机器人，该二者未考虑到人体行走过程中上肢与下肢的协调性，且将人体绑缚在康复机器人的侧面上，康复机器人运动过程中会因为重心改变造成人体关节旋转中心变化导致人体不适，导致康复训练质量不高。中国专利号CN104000706A涉及了一种多体位上下肢联动康复机器人，其通过在控制方法上实现上下肢协调功能，结构复杂，造价较高，适应性较为有限。

发明内容 本发明的目的是提供一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，以解决现有技术下肢康复机器人膝关节转动中心与人体膝关节转动中心不重合的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，包括有立向设置的支承座，其特征在于：支承座前侧座面上固定有腰部调整机构，腰部调整机构上连接有左、右侧上肢外骨骼摆动机构、以及左、右侧下肢外骨骼行走机构，同侧上肢外骨骼摆动机构与下肢外骨骼行走机构之间通过联动关节连接，其中：

所述腰部调整机构包括固定在支承座前侧座面上的支承座连接板，支承座连接板上固定有沿左右水平方向设置的宽度调整横梁，宽度调整横梁上左、右侧分别沿左右水平方向滑动安装有竖向设置的立柱支架，每侧立柱支架上、下端之间分别连接有竖向的高度调整立柱，每侧高度调整立柱上部分别沿竖向滑动安装有肩部高度调整滑块，且左、右侧肩部高度调整滑块位置相互对称，每侧高度调整立柱下部分别沿竖向滑动安装有腰部高度调整滑块，且左、右侧腰部高度调整滑块位置相互对称；

所述上肢外骨骼摆动机构包括沿前后水平方向设置的上肢外骨骼支座，每侧上肢外骨骼摆动机构中上肢外骨骼支座后端固定在腰部调整机构中对应侧的肩部高度调整滑块上，每侧上肢外骨骼支座前端底部分别连接有可套在人体肩部上的肩部调节支架，每侧肩部调节支架架边底部分别竖向连接有大臂支架，每侧大臂支架下端分别通过转轴转动连接有小臂支架，每侧小臂支架下端分别连接有水平设置的套环形的腕部调节支架；

所述下肢外骨骼行走机构包括沿前后水平方向设置的下肢支承架，每侧下肢外骨骼行走机构中下肢支承架后端固定在腰部调整机构中对应侧的腰部高度调整滑块上，每侧下肢支承架前端分别转动连接有沿竖向设置的下肢连接架，下肢连接架下端分别连接有大腿支架，大腿支架后侧连接有可套在人体大腿上的卡套，每侧下肢支承架底部还分别安装有大腿驱动单元，所述大腿驱动单元由减速器、丝杠螺母机构、电机构成，减速器固定在下肢支承架底部，丝杠螺母机构沿前后水平方向与减速器连接，且丝杠螺母机构中螺母传动安装在减速器内与减速器输出轴连接，丝杠螺母机构中丝杠前端向前穿出减速器并铰接在下肢连接架上端后侧，电机安装在减速器上且电机输出轴与减速器输入轴连接；每侧大腿支架下方设置有护腿板形的小腿支架，大腿支架前侧安装有与大腿驱动单元结构相同的小腿驱动单元，小腿驱动单元中减速器固定在大腿支架前侧，小腿驱动单元中丝杠螺母机构螺母传动沿竖向设置在小腿驱动单元的减速器内，小腿驱动单元中丝杠下端向下穿出减速器，且小腿驱动单元中丝杠下端与小腿支架上端之间铰接的铰接二连杆一端连接，且大腿支架下端与小腿支架上端之间亦铰接有铰接二连杆，由多组铰接二连杆构成连接大腿支架和小腿支架的膝关节同心转动装置，每侧小腿支架下端分别转动连接有鞋形的踝关节支架；

所述联动关节包括有上肢外联动杆、下肢外联动杆和铰接在上、下肢外联动杆后端之间的内联动杆，由上、下肢外联动杆和内联动杆构成铰接三连杆，每侧上肢外联动杆前端内侧面分别垂直连接有球头连接杆，球头连接杆杆端连接有球头，每侧上肢外骨骼摆动机构中腕部调节支架外侧面分别固定有球头支架，每侧联动关节中球头连接杆连接的球头转动安装在对应侧上肢外骨骼摆动机构中球头支架内；每侧下肢外骨骼行走机构中大腿支架外侧分别垂直连接有连杆，每侧联动关节中下肢外联动杆前端分别转动连接在对应侧的下肢外骨骼行走机构中大腿支架外侧连杆杆端上。

所述的一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其特征在于：所述宽度调整横梁中设置有具有双螺母的滚珠丝杠螺母机构，滚珠丝杠螺母机构中滚珠丝杠沿左右水平方向设置，且滚珠丝杠转动安装在宽度调整横梁左、右端之间，滚珠丝杠一端从宽度调整横梁对应端穿出，且滚珠丝杠伸出端上安装有宽度调整手轮，两立柱支架分别与滚珠丝杠螺母机构中螺母固定连接。

所述的一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其特征在于：所述立柱支架上、下端之间还设置有具有双螺母的滚珠丝杠螺母机构，滚珠丝杠螺母机构中滚珠丝杠转动安装在立柱支架上、下端之间，肩部高度调整滑块、腰部高度调整滑块分别与滚珠丝杠螺母机构中螺母固定连接。

所述的一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其特征在于：每侧高度调整立柱柱端与立柱支架对应端之间分别连接有减震阻尼。

本发明针对现有技术的不足，提供了一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其结构简单紧凑，可与其他康复器械和健身器械结合使用，能够让患者进行上下肢协调的行走训练，促进患者上下肢行走功能的康复。本发明通过使用膝关节转动机构，避免了传统下肢康复机器人膝关节转动中心与人体膝关节转动中心不重合的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过连杆连接，结构简单紧凑，易实现，可实现上下肢协调的行走训练，提高了训练效率，促进患者上下肢行走功能的康复效果；

2.本发明考虑关节旋转中心，在下肢外骨骼行走机构中使用了膝关节转动机构，并将下肢外骨骼放置于下肢前侧，避免了传统下肢康复机器人膝关节转动中心与人体膝关节转动中心不重合的问题；

3.本发明结构具有可调节性，可实现上下肢长度以及肩部和腰部宽度、高度位置的组合式调节，使其能够适应不同患者进行康复训练的需求；

4.本发明可通过调节腰部及肩部宽度，便于患者进入正确康复位置。

附图说明

图1为考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人的整体结构示意图。

图2为腰部调整机构示意图。

图3为上肢外骨骼摆动机构示意图。

图4为下肢外骨骼行走机构示意图。

图5为联动关节示意图。

具体实施方式

如图1-图5所示，一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，包括有立向设置的支承座5，支承座5前侧座面上固定有腰部调整机构2，腰部调整机构2上连接有左、右侧上肢外骨骼摆动机构1、以及左、右侧下肢外骨骼行走机构4，同侧上肢外骨骼摆动机构1与下肢外骨骼行走机构4之间通过联动关节3连接，其中：

腰部调整机构2包括固定在支承座5前侧座面上的支承座连接板205，支承座连接板205上固定有沿左右水平方向设置的宽度调整横梁207，宽度调整横梁207上左、右侧分别沿左右水平方向滑动安装有竖向设置的立柱支架，每侧立柱支架上、下端之间分别连接有竖向的高度调整立柱203，每侧高度调整立柱203上部分别沿竖向滑动安装有肩部高度调整滑块202，且左、右侧肩部高度调整滑块202位置相互对称，每侧高度调整立柱203下部分别沿竖向滑动安装有腰部高度调整滑块206，且左、右侧腰部高度调整滑块206位置相互对称；

上肢外骨骼摆动机构1包括沿前后水平方向设置的上肢外骨骼支座101，每侧上肢外骨骼摆动机构1中上肢外骨骼支座101后端固定在腰部调整机构2中对应侧的肩部高度调整滑块202上，每侧上肢外骨骼支座101前端底部分别连接有可套在人体肩部上的肩部调节支架102，每侧肩部调节支架102架边底部分别竖向连接有大臂支架103，每侧大臂支架103下端分别通过转轴104转动连接有小臂支架105，每侧小臂支架105下端分别连接有水平设置的套环形的腕部调节支架106；

下肢外骨骼行走机构4包括沿前后水平方向设置的下肢支承架401，每侧下肢外骨骼行走机构4中下肢支承架401后端固定在腰部调整机构2中对应侧的腰部高度调整滑块206上，每侧下肢支承架401前端分别转动连接有沿竖向设置的下肢连接架403，下肢连接架403下端分别连接有大腿支架404，大腿支架404后侧连接有可套在人体大腿上的卡套，每侧下肢支承架401底部还分别安装有大腿驱动单元402，大腿驱动单元402由减速器、丝杠螺母机构、电机构成，减速器固定在下肢支承架401底部，丝杠螺母机构沿前后水平方向与减速器连接，且丝杠螺母机构中螺母传动安装在减速器内与减速器输出轴连接，丝杠螺母机构中丝杠前端向前穿出减速器并铰接在下肢连接架403上端后侧，电机安装在减速器上且电机输出轴与减速器输入轴连接；每侧大腿支架404下方设置有护腿板形的小腿支架407，大腿支架404前侧安装有与大腿驱动单元402结构相同的小腿驱动单元405，小腿驱动单元405中减速器固定在大腿支架404前侧，小腿驱动单元405中丝杠螺母机构螺母传动沿竖向设置在小腿驱动单元的减速器内，小腿驱动单元中丝杠下端向下穿出减速器，且小腿驱动单元405中丝杠下端与小腿支架407上端之间铰接的铰接二连杆一端连接，且大腿支架404下端与小腿支架407上端之间亦铰接有铰接二连杆，由多组铰接二连杆构成连接大腿支架404和小腿支架407的膝关节同心转动装置406，每侧小腿支架407下端分别转动连接有鞋形的踝关节支架408；

联动关节3包括有上肢外联动杆303、下肢外联动杆305和铰接在上、下肢外联动杆303、305后端之间的内联动杆304，由上、下肢外联动杆303、305和内联动杆304构成铰接三连杆，每侧上肢外联动杆303前端内侧面分别垂直连接有球头连接杆302，球头连接杆302杆端连接有球头，每侧上肢外骨骼摆动机构1中腕部调节支架106外侧面分别固定有球头支架301，每侧联动关节3中球头连接杆302连接的球头转动安装在对应侧上肢外骨骼摆动机构1中球头支架301内；每侧下肢外骨骼行走机构4中大腿支架404外侧分别垂直连接有连杆，每侧联动关节3中下肢外联动杆305前端分别转动连接在对应侧的下肢外骨骼行走机构4中大腿支架404外侧连杆杆端上。

宽度调整横梁207中设置有具有双螺母的滚珠丝杠螺母机构，滚珠丝杠螺母机构中滚珠丝杠沿左右水平方向设置，且滚珠丝杠转动安装在宽度调整横梁207左、右端之间，滚珠丝杠一端从宽度调整横梁207对应端穿出，且滚珠丝杠伸出端上安装有宽度调整手轮204，两立柱支架分别与滚珠丝杠螺母机构中螺母固定连接。

立柱支架上、下端之间还设置有具有双螺母的滚珠丝杠螺母机构，滚珠丝杠螺母机构中滚珠丝杠转动安装在立柱支架上、下端之间，肩部高度调整滑块202、腰部高度调整滑块206分别与滚珠丝杠螺母机构中螺母固定连接。

每侧高度调整立柱203柱端与立柱支架对应端之间分别连接有减震阻尼201。

本发明包括上肢外骨骼摆动机构1、腰部调整机构2、联动关节3、下肢外骨骼行走机构4和支承座5组成，所述的腰部调整机构2安装在支承座5上，可调整上肢外骨骼摆动机构1和下肢外骨骼行走机构4的宽度及高度；所述的上肢外骨骼摆动机构1与腰部调整机构2连接，引导患者上肢进行摆动；所述的下肢外骨骼行走机构4引导患者下肢进行行走运动，并通过所述的联动关节3与上肢外骨骼摆动机构1相连，以带动上肢外骨骼摆动机构1运动，进行上下肢协调的行走训练。

如图2所示，所述的腰部调整机构2包括减震阻尼201、肩部高度调整滑块202、高度调整立柱203、宽度调整手轮204、支承座连接板205、腰部高度调整滑块206和宽度调整横梁207，所述的支承座连接板205与所述的支承座5连接，固定所述的腰部调整机构2，所述的高度调整立柱203及宽度调整横梁207带有滚珠丝杠轴，所述的肩部高度调整滑块202和腰部高度调整滑块206分别在所述的高度调整立柱203的滚珠丝杠轴上运动，实现腰部及肩部高度的调节，所述的高度调整立柱203通过所述的宽度调整手轮204调整位置，在所述的宽度调整横梁207的滚珠丝杠轴上运动，实现腰部及肩部宽度的调节，所述的减震阻尼201位于所述的高度调整立柱203和宽度调整横梁207丝杠轴的两端，防止所述的肩部高度调整滑块202、腰部高度调整滑块206和高度调整立柱203运动到极限位置时与所述的高度调整立柱203和宽度调整横梁207碰撞，造成损伤。

如图3所示，以左侧上肢为例，所述的上肢外骨骼摆动机构1包括上肢外骨骼支座101、肩部调节支架102、大臂支架103、转轴104、小臂支架105和腕部调节支架106，所述的上肢外骨骼支座101与所述的肩部高度调整滑块202通过螺栓连接，所述的肩部调节支架102固定患者肩部，所述的大臂支架103通过所述的转轴104与所述的小臂支架105连接，所述的转轴104和肩部调节支架102可用来调整患者上肢运动的角度，所述的腕部调节支架106为手握式，通过螺栓与所述的小臂支架105连接，通过不同的螺栓孔连接，可实现小臂长度的调整。

如图4所示，以左侧下肢为例，所述的下肢外骨骼行走机构4包括下肢支承架401、大腿驱动单元402、下肢连接架403、大腿支架404、小腿驱动单元405、膝关节同心转动装置406、小腿支架407和踝关节支架408，所述的下肢支承架401与所述的腰部高度调整滑块206通过螺栓连接，所述的大腿驱动单元402采用丝杠螺母机构，使用杠杆原理将螺母的直线位移转换为关节的转动，驱动大腿运动，所述的下肢连接架403与所述的大腿支架404为套杆式结构，可根据患者身体情况调整大腿部分的长度，所述的小腿驱动单元405与所述的大腿驱动单元402结构相似，通过所述的膝关节同心转动装置406带动所述的小腿支架407运动，所述的膝关节同心转动装置406转动过程中，其转动中心固定，解决了传统下肢康复机器人膝关节转动过程中，与患者膝关节转动中心不一致的问题，所述的踝关节支架408与所述的小腿支架407连接，通过二者的相对位置可调整小腿部分的长度，所述的踝关节支架408脚踝部分为转动副。

如图5所示，所述的联动关节3包括球头支架301、球头连接杆302、上肢外联动杆303、内联动杆304和下肢外联动杆305，所述的球头支架301与所述的腕部调节支架106通过螺栓连接，所述的下肢外联动杆305与所述的大腿支架404铰接，所述的腕部调节支架106在所述的联动关节3的带动下，随所述的大腿支架404进行反向运动，即所述的上肢外骨骼摆动机构1随所述的下肢外骨骼行走机构4完成上下肢协调的行走训练。

Claims (4)

1.一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，包括有立向设置的支承座，其特征在于：支承座前侧座面上固定有腰部调整机构，腰部调整机构上连接有左、右侧上肢外骨骼摆动机构、以及左、右侧下肢外骨骼行走机构，同侧上肢外骨骼摆动机构与下肢外骨骼行走机构之间通过联动关节连接，其中：

所述腰部调整机构包括固定在支承座前侧座面上的支承座连接板，支承座连接板上固定有沿左右水平方向设置的宽度调整横梁，宽度调整横梁上左、右侧分别沿左右水平方向滑动安装有竖向设置的立柱支架，每侧立柱支架上、下端之间分别连接有竖向的高度调整立柱，每侧高度调整立柱上部分别沿竖向滑动安装有肩部高度调整滑块，且左、右侧肩部高度调整滑块位置相互对称，每侧高度调整立柱下部分别沿竖向滑动安装有腰部高度调整滑块，且左、右侧腰部高度调整滑块位置相互对称；

所述上肢外骨骼摆动机构包括沿前后水平方向设置的上肢外骨骼支座，每侧上肢外骨骼摆动机构中上肢外骨骼支座后端固定在腰部调整机构中对应侧的肩部高度调整滑块上，每侧上肢外骨骼支座前端底部分别连接有可套在人体肩部上的肩部调节支架，每侧肩部调节支架架边底部分别竖向连接有大臂支架，每侧大臂支架下端分别通过转轴转动连接有小臂支架，每侧小臂支架下端分别连接有水平设置的套环形的腕部调节支架；

所述下肢外骨骼行走机构包括沿前后水平方向设置的下肢支承架，每侧下肢外骨骼行走机构中下肢支承架后端固定在腰部调整机构中对应侧的腰部高度调整滑块上，每侧下肢支承架前端分别转动连接有沿竖向设置的下肢连接架，下肢连接架下端分别连接有大腿支架，大腿支架后侧连接有可套在人体大腿上的卡套，每侧下肢支承架底部还分别安装有大腿驱动单元，所述大腿驱动单元由减速器、丝杠螺母机构、电机构成，减速器固定在下肢支承架底部，丝杠螺母机构沿前后水平方向与减速器连接，且丝杠螺母机构中螺母传动安装在减速器内与减速器输出轴连接，丝杠螺母机构中丝杠前端向前穿出减速器并铰接在下肢连接架上端后侧，电机安装在减速器上且电机输出轴与减速器输入轴连接；每侧大腿支架下方设置有护腿板形的小腿支架，大腿支架前侧安装有与大腿驱动单元结构相同的小腿驱动单元，小腿驱动单元中减速器固定在大腿支架前侧，小腿驱动单元中丝杠螺母机构螺母传动沿竖向设置在小腿驱动单元的减速器内，小腿驱动单元中丝杠下端向下穿出减速器，且小腿驱动单元中丝杠下端与小腿支架上端之间铰接的铰接二连杆一端连接，且大腿支架下端与小腿支架上端之间亦铰接有铰接二连杆，由多组铰接二连杆构成连接大腿支架和小腿支架的膝关节同心转动装置，每侧小腿支架下端分别转动连接有鞋形的踝关节支架；

所述联动关节包括有上肢外联动杆、下肢外联动杆和铰接在上、下肢外联动杆后端之间的内联动杆，由上、下肢外联动杆和内联动杆构成铰接三连杆，每侧上肢外联动杆前端内侧面分别垂直连接有球头连接杆，球头连接杆杆端连接有球头，每侧上肢外骨骼摆动机构中腕部调节支架外侧面分别固定有球头支架，每侧联动关节中球头连接杆连接的球头转动安装在对应侧上肢外骨骼摆动机构中球头支架内；每侧下肢外骨骼行走机构中大腿支架外侧分别垂直连接有连杆，每侧联动关节中下肢外联动杆前端分别转动连接在对应侧的下肢外骨骼行走机构中大腿支架外侧连杆杆端上。

2.根据权利要求1所述的一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其特征在于：所述宽度调整横梁中设置有具有双螺母的滚珠丝杠螺母机构，滚珠丝杠螺母机构中滚珠丝杠沿左右水平方向设置，且滚珠丝杠转动安装在宽度调整横梁左、右端之间，滚珠丝杠一端从宽度调整横梁对应端穿出，且滚珠丝杠伸出端上安装有宽度调整手轮，两立柱支架分别与滚珠丝杠螺母机构中螺母固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其特征在于：所述立柱支架上、下端之间还设置有具有双螺母的滚珠丝杠螺母机构，滚珠丝杠螺母机构中滚珠丝杠转动安装在立柱支架上、下端之间，肩部高度调整滑块、腰部高度调整滑块分别与滚珠丝杠螺母机构中螺母固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种考虑关节旋转中心联动式助行康复机器人，其特征在于：每侧高度调整立柱柱端与立柱支架对应端之间分别连接有减震阻尼。