CN105396262A - 多角度调节、上下肢协同训练康复机器人 - Google Patents

多角度调节、上下肢协同训练康复机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，二级床体支撑架可以升降，在二级床体支撑架上设有能俯仰调节的活动床，活动床上部设有与其构成移动副的滑动床面，并在活动床的下部中空部分设有能够先移动后转动的腿部支撑床面，腿部支撑床面翻转上来时与活动床床面构成一个整体，翻转下去时可以与活动床形成近乎垂直的两个床面，上下翻转可以训练膝关节；在活动床底端设有脚踏支撑架，脚踏由曲柄、连杆带动做类椭圆轨迹的运动，通过调整脚踏在连杆的安装位置，以及调整脚踏的角度，还可以调整类椭圆的形状，即改变脚踏的运行轨迹，本发明结构简单、方便的步态轨迹可变、体重可调节，适用于不同身高的康复训练人群。

Description

多角度调节、上下肢协同训练康复机器人
技术领域：
本发明涉及一种多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，属于康复医疗器械领域。
背景技术：
康复训练机器人是一种新型的医疗康复训练器，是机器人技术和康复医学结合的产物，帮助肢体有功能性障碍的患者完成肢体主被动协调训练，达到肢体康复的目的。但目前康复机器人主要分为单自由度、外骨骼式、悬吊式和坐卧式等几类，目前这几类存在操作复杂、安全性差、患者在康复训练过程中出现身体不平衡现象或不稳定摆动、患者在康复训练中过于被动，不利于发挥主观能动性，康复训练范围较小、训练轨迹单一等问题。而随着我国老年人口的增长，以及各种因意外伤害导致肢体残疾的患者增多，开发一款适应人群广，能面向家庭，满足患者个性化康复训练需求，是当下康复训练机器人研究的关键。
近些年康复医学理论的飞速发展，各种有关运动训练的康复理论如雨后春笋般出现，在这些理论的带动下。肢体训练机器人渐渐地成为了医学康复研究中一个研究热点，如：
(1)穿戴式康复机器人近些年发展迅速，很多机构和大学对此都进行过深入研究，并且有些已经进入实际的商业运用，然而穿戴式康复机器人操作流程较为复杂。需要专业的人员在旁陪护，并行进行操作指导，耗费了大量的人力。除此之外，穿戴机器人的价格都不菲，需要操作人有较高的专业能力，因此很难进入一般的小型诊所、养老院、家庭。
(2)悬挂式机器人，通过减重装置将人体吊起，减轻患者在训练时腿部承受的载荷，让其进行减重步行训练。但是它有一个致命的缺点就是由于是将人体悬吊在空中，重心过高，患者在意外受到外力的情况或者没有很好的调整自己的姿态，会出现身体的摇摆和旋转，不仅不利于运动康复训练，还可能会触碰到康复机器人的其他部件，甚至带来意想不到的伤害。同时此类康复训练机器人需要专门的人员一直看护和操作，不适合普通家庭和小的养老院使用。
(3)坐卧式康复训练机器人虽然在一定程度上可以减轻重力的影响，但目前大多数坐卧式康复训练器的训练轨迹固定，难以根据不同患者的个体特征设定不同的训练轨迹、幅度。
通过以上对现有的各种康复机分析可知；设计一款好的康复机器人需要具有以下的特点：1、价格适中，适用于小的康复机构和养老院，甚至是个人家庭。2、康复机器人的操作较为简单，无需专业的医疗人员来进行指导陪护。3、适用于不同人群和不同康复期病人的个性化需要，并且要符合人体运动学。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其结构简单、方便的步态轨迹可变、体重可调节，适用于不同身高的康复训练人群。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其包括：
高度能够升降的二级床体支撑架，在其端部铰接有活动床，第一直线致动器、缓冲器的一端铰接在活动床的背面，另一端铰接在所述二级床体支撑架上，所述第一直线致动器调整活动床的俯仰角度；
所述活动床的上部为板状的床面，活动床下部中空即下部为两条平行的杆件，活动床以其两个杆件的底端铰接在二级床体支撑架的端部；在所述床面上层叠设置有滑动床面，所述滑动床面与所述活动床的床面在床体的长度方向上形成移动副；
在活动床下部两根平行的杆件上设有两个滑块，所述两个滑块以所述杆件为滑轨，腿部支撑床面的上端铰接在两个滑块上，并在所述活动床面的底面垂直设置有支撑杆，第二直线致动器的一端铰接在所述支撑杆上，另一端铰接在所述腿部支撑床面的背面；
在所述活动床下部的两根杆件的末端处设置有脚踏支撑架，所述脚踏支撑架长度方向垂直于活动床的长度方向，在所述脚踏支撑架上设有动力装置，动力装置的输出轴与曲柄的一端固联，曲柄的另一端与连杆的首端铰接构成转动副，连杆的末端与脚踏支撑架构成移动副和转动副，脚踏安装在所述连杆上与连杆构成转动副并能锁定。
所述滑动床面与所述活动床的床面在床体的长度方向上形成移动副的结构为：在活动床的床面固定设有传动装置，其输出轴固联有丝杠，所述滑动床面上固定设有与所述丝杠匹配的螺母，传动装置转动时带动丝杠转动，进而带动滑动床面相对于活动床的床面上下移动。
所述脚踏支撑架的两侧部设有导轨，活动床下部的两条平行杆件的末端设有与所述导轨匹配的滑块，脚踏支撑架通过导轨能沿活动床的垂直方向移动并锁止。
所述连杆的末端与脚踏支撑架构成移动副和转动副的结构为：脚踏支撑架的侧部沿长度方向设有导槽，连杆末端设有与导槽匹配的滑块，滑块的外端为圆棒形插入连杆的圆孔中与连杆形成转动副。
所述脚踏安装在所述连杆上与连杆构成转动副的结构为：脚踏与连杆之间设置蜗轮蜗杆副。
上肢训练机构包括：手部固定杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及手部训练杆；
所述手部固定杆固定在所述连杆上，所述第一连杆的一端铰接在手部固定杆上、另一端铰接在第二连杆的首端构成转动副；第二连杆的末端铰接在第三连杆的首端构成转动副，第三连杆的后端铰接在活动床的侧面构成转动副，第四连杆的首端插接在第三连杆的末端内腔中，手部训练杆插接在第四连杆的末端内腔中构成转动副和移动副。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明脚踏运行轨迹为类椭圆轨迹，模拟人体行走时的类步态轨迹，且由于脚踏的转动角度可调、脚踏在连杆的安装位置可调，使得类椭圆的形状也可调；
2、本发明步态训练轨迹可调，适用于不同康复者训练使用；
3、本发明采用上身固定的方式调节体重，有效解决了悬挂式调节体重重心不稳的问题；
4、本发明手部训练时，手部训练的轨迹大小可调，且为适用不同个体，手部训练的长度也调；
5、本发明具有两种训练方式，即步态训练和屈伸腿部训练；
6、本发明结构紧凑、简单。
附图说明：
图1为本发明整体结构的主视图；图2为康复者卧式训练结构示意图；图3为康复者站立式训练结构示意图；图4A为脚踏安装位置结构图、图4B为图4A的A向剖视图；图5为变胞机构示意图。
图中标号：1一级床体支撑架，2万向轮，3第三直线致动器，4转动连接件，5二级床体支撑架，6第一直线致动器，7缓冲器，8腿部支撑床面，9第二直线致动器，10活动床面，11传动装置，12滑动床面，13丝杠，14滑块，15脚踏支撑架，16脚踏，17导轨，18连杆，19曲柄，20动力装置，21蜗杆，22第一连杆，23手部固定杆，24第二连杆，25第三连杆，26第四连杆，27手部训练杆，28支撑杆，29H形支架。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
实施例：参见附图，本实施例的多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其具有：
高度能够升降的二级床体支撑架5，在其端部铰接有活动床10，第一直线致动器6、缓冲器7的一端铰接在活动床10的背面，另一端铰接在二级床体支撑架5上，第一直线致动器6用于调整活动床10的俯仰角度；缓冲器7用于减轻活动床10转动时引起的震动。
具体设置中，活动床10的上部为板状的床面，活动床下部中空即下部为两条平行的杆件，活动床以其两个杆件的底端铰接在二级床体支撑架5的端部；在床面上层叠设置有滑动床面12，该滑动床面12与活动床10的床面在床体的长度方向上形成移动副；具体结构为：在活动床的床面固定设有传动装置11，其输出轴固联有丝杠13，滑动床面12上固定设有与丝杠13匹配的螺母，传动装置11转动时带动丝杠13转动，进而带动滑动床面12相对于活动床的床面上下移动。
在活动床下部两根平行的杆件上设有两个滑块14，该两个滑块14以杆件为滑轨，腿部支撑床面8的上端铰接在两个滑块14上，并在活动床面10的底面垂直设置有支撑杆28，第二直线致动器9的一端铰接在所述支撑杆28上，另一端铰接在腿部支撑床面8的背面；第二直线致动器9的伸缩可以控制腿部支撑床面8先绕滑块14转动，然后滑块14在活动床面上移动，从而带动腿部支撑床面8移动，使腿部支撑床面8相对于活动床面10先转动后移动的变胞机构。在活动床下部的两根杆件的末端处设置有脚踏支撑架15，该脚踏支撑架15长度方向垂直于活动床的长度方向(当然，两者的夹角也可以在80°-120°之间或夹角范围再大点)，在脚踏支撑架15上设有动力装置20，动力装置20的输出轴与曲柄19的一端固联，曲柄的另一端与连杆18的首端铰接构成转动副，连杆18的末端与脚踏支撑架15构成移动副和转动副，脚踏16安装在连杆18上与连杆构成转动副并能锁定。腿部支撑床面的移动和转动可以训练膝关节，加上脚踏的类椭圆轨迹转动可以训练下肢。
具体设置中，脚踏支撑架5可设置呈日字形的结构，两根连杆18的端部沿脚踏支撑架长边的内侧滑动，即，连杆18的末端与脚踏支撑架15构成移动副和转动副的结构为：脚踏支撑架15的侧部沿长度方向设有导槽，连杆18末端设有与导槽匹配的滑块，滑块的外端为圆棒形插入连杆18的圆孔中与连杆形成转动副。脚踏16安装在连杆18上与连杆18构成转动副的结构为：脚踏16与连杆18之间设置蜗轮蜗杆副，例如，在脚踏上固定设置有蜗轮，蜗轮轮轴转动设置在连杆18上，并在连杆上设有与蜗轮配合的蜗杆21即可。
二级床体支撑架5的升降结构为：
在二级床体支撑架5的下方设置一级床体支撑架1、转动连接件4、H形支架29、以及第三直线致动器3，转动连接件4与二级床体支撑架5、一级床体支撑架1以及H形支架三者铰接，第三直线致动器3的两端铰接在H形支架29的横杆和一级床体支撑架1之间，第三直线致动器3伸缩带动二级床体支撑架5升降。具体设置中，而一级床体支撑架1设有向上的支撑柱，二级床体支撑架5设有向下的支撑柱，转动连接件4可以设置为等边三角形的模样，三角形的三条边分别铰接在一级床体支撑架、二级床体支撑架和H形支架上，第三直线致动器3伸缩时，三角形转动，各铰接点也发生转动，从而带动二级床体支撑架5升降。通过在一级床体支撑架1的四条腿下端设置万向轮2，从而易于整体移动康复训练机器人。
为了便于脚踏支撑架15相对于活动床的位置可调，在脚踏支撑架15的两侧部设有导轨17，活动床10下部的两条平行杆件的末端设有与该导轨匹配的滑块，脚踏支撑架通过导轨沿滑块滑动从而能沿活动床的垂直方向移动，并能锁止。
上肢训练机构包括：手部固定杆23、第一连杆22、第二连杆24、第三连杆25、第四连杆26以及手部训练杆27；其中，手部固定杆23固定在连杆18上，第一连杆22的一端铰接在手部固定杆23上、另一端铰接在第二连杆24的首端构成转动副；第二连杆24的末端铰接在第三连杆25的首端构成转动副，第三连杆25的后端铰接在活动床10的侧面构成转动副，第四连杆26的首端插接在第三连杆25的末端内腔中，手部训练杆27插接在第四连杆26的末端内腔中构成转动副和移动副。具体设置中，可将第三连杆25设为中空结构，第四连杆26的首端插入到第三连杆25的末端内腔中，并可通过螺栓径向锁定，手部训练杆27的下端同样插入在第四连杆26的末端内腔中，手部训练杆27能相对于第四连杆26转动构成转动副，形成的转动副可以使康复者自主的选择是否协同进行手部训练；通过调节插入深度即构成移动副，可以控制手部训练杆27的横向伸缩长度，适应不同的人群。

Claims (5)

1.多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其特征在于：
设置高度能够升降的二级床体支撑架(5)，在其端部铰接有活动床(10)，第一直线致动器(6)、缓冲器(7)的一端铰接在活动床(10)的背面，另一端铰接在所述二级床体支撑架(5)上，所述第一直线致动器(6)调整活动床(10)的俯仰角度；
所述活动床(10)的上部为板状的床面，活动床下部中空即下部为两条平行的杆件，活动床以其两个杆件的底端铰接在二级床体支撑架(5)的端部；在所述床面上层叠设置有滑动床面(12)，所述滑动床面(12)与所述活动床的床面在床体的长度方向上形成移动副；
在活动床下部两根平行的杆件上设有两个滑块(14)，所述两个滑块(14)以所述杆件为滑轨，腿部支撑床面(8)的上端铰接在两个滑块(14)上，并在所述活动床面(10)的底面垂直设置有支撑杆(28)，第二直线致动器(9)的一端铰接在所述支撑杆(28)上，另一端铰接在所述腿部支撑床面(8)的背面；
在所述活动床下部的两根杆件的末端处设置有脚踏支撑架(15)，所述脚踏支撑架(15)长度方向垂直于活动床的长度方向，在所述脚踏支撑架(15)上设有动力装置(20)，动力装置(20)的输出轴与曲柄(19)的一端固联，曲柄的另一端与连杆(18)的首端铰接构成转动副，连杆(18)的末端与脚踏支撑架构成移动副和转动副，脚踏(16)安装在所述连杆(18)上与连杆构成转动副并能锁定；
上肢训练机构包括：手部固定杆(23)、第一连杆(22)、第二连杆(24)、第三连杆(25)、第四连杆(26)以及手部训练杆(27)；
所述手部固定杆(23)固定在所述连杆(18)上，所述第一连杆(22)的一端铰接在手部固定杆(23)上、另一端铰接在第二连杆(24)的首端构成转动副；第二连杆(24)的末端铰接在第三连杆(25)的首端构成转动副，第三连杆(25)的后端铰接在活动床(10)的侧面构成转动副，第四连杆(26)的首端插接在第三连杆(25)的末端内腔中，手部训练杆(27)插接在第四连杆(26)的末端内腔中构成转动副和移动副。
2.根据权利要求1所述的多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其特征在于，所述滑动床面(12)与所述活动床的床面在床体的长度方向上形成移动副的结构为：在活动床的床面固定设有传动装置(11)，其输出轴固联有丝杠(13)，所述滑动床面(12)上固定设有与所述丝杠(13)匹配的螺母，传动装置(11)转动时带动丝杠(13)转动，进而带动滑动床面(12)相对于活动床的床面上下移动。
3.根据权利要求1所述的多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其特征在于，所述脚踏支撑架(15)的两侧部设有导轨(17)，活动床下部的两条平行杆件的末端设有与所述导轨匹配的滑块，脚踏支撑架通过导轨能沿活动床的垂直方向移动并锁止。
4.根据权利要求1所述的多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其特征在于，所述连杆(18)的末端与脚踏支撑架(15)构成移动副和转动副的结构为：脚踏支撑架(15)的侧部沿长度方向设有导槽，连杆(18)末端设有与导槽匹配的滑块，滑块的外端为圆棒形插入连杆(18)的圆孔中与连杆形成转动副。
5.根据权利要求1所述的多角度调节、上下肢协同训练康复机器人，其特征在于，所述脚踏(16)安装在所述连杆(18)上与连杆构成转动副的结构为：脚踏(16)与连杆(18)之间设置蜗轮蜗杆副。
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