CN105396266B - 四肢联动康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四肢联动康复训练机器人，包括底座、起立床架、床架驱动装置、减重装置以及四肢联动装置，起立床架一端铰接在底座上，另一端通过床架驱动装置与底座连接，四肢联动装置包括上肢运动装置和下肢运动装置，上肢运动装置设置在起立床架上端的两侧，每一上肢运动装置包括上肢支架座和铰接在上肢支架座上的摆臂支架以及驱动摆臂支架摆动的摆臂驱动装置，下肢运动装置设置于起立床架的下端，包括膝关节推拉装置以及足底滑道装置，膝关节推拉装置用以推动膝关节屈伸，足底滑道装置用以引导脚部抬起和放下，减重装置安装于起立床架的中部，用于辅助减轻身体对腿部下压的重量。本发明四肢联动康复训练机器人可实现四肢的同步协同运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种帮助瘫痪患者恢复运动功能的医疗康复设备，尤其涉及一种四肢联动康复训练机器人。
背景技术
中风、脑外伤后偏瘫，脊髓损伤后截瘫、四肢瘫，均因出现运动功能障碍，生活不能自理，严重影响患者的生活质量，也给患者家庭和社会造成沉重的负担。探索改善患者运动功能障碍的康复技术和设备，一直是康复工作者努力研发的方向。
随着科技的进步，智能化技术不断融入到康复设备之中。目前医疗市场上一些康复训练机器人的出现，即是其体现。但是，目前的步行康复训练机器人，仅关注下肢步行训练，没有同时关注瘫痪上肢的协同运动。踏步训练时，上肢不动，躯干僵硬。显然，需要提供一种像正常人一样，踏步时四肢相当自然的联动的康复训练机器人。
发明内容
鉴于以上所述，本发明研发一种踏步训练时上肢能协同联动的四肢联动康复训练机器人。
一种四肢联动康复训练机器人，包括底座、起立床架、床架驱动装置、减重装置以及四肢联动装置，起立床架一端铰接在底座上，另一端通过床架驱动装置与底座连接，四肢联动装置包括上肢运动装置和下肢运动装置，上肢运动装置设置在起立床架上端的两侧，每一上肢运动装置包括上肢支架座和铰接在上肢支架座上的摆臂支架以及驱动摆臂支架摆动的摆臂驱动装置，下肢运动装置设置于起立床架的下端，包括膝关节推拉装置以及足底滑道装置，膝关节推拉装置用以推动膝关节屈伸，足底滑道装置用以引导脚部抬起和放下，减重装置安装于起立床架的中部，用于在起立床架立起后辅助减轻身体对腿部下压的重量。
进一步地，所述底座由底座架及地轮组成，起立床架一端通过关节与底座相连，另一端通过推拉杆与底座相连，通过推拉杆，起立床架可以实现从水平位到直立位的运动。
进一步地，所述减重装置为一减重座垫，其一端通过关节与起立床架连接，通过手摇或推拉杆，可以实现座垫从平卧于起立床架到垂直于起立床架的运动，固定带连接于座垫和起立床架，用于固定在大腿根部和腰部。
进一步地，所述起立床架由床身架和分别连接在床身架顶端的头颈架与连接在床身架底端的足底滑道装置支架组成，床身架与头颈架、足底滑道装置支架可伸缩地连接。
进一步地，所述头颈架通过丝杆与床身架上端连接，并可以通过手柄转动实现上下移动，两上肢运动装置中的上肢支架座，通过丝杆与头颈架连接，并可以通过手柄转动实现两上肢运动装置做相聚和分离移动，上肢支架座上铰接有摆臂支架，通过摆臂驱动装置可以实现摆臂支架的前伸和后展运动。
进一步地，所述四肢联动装置的下肢运动装置，位于起立床架的下部，膝关节推拉装置包括膝关节推拉架与推拉杆，推拉杆一端与膝关节推拉架相连，另一端与床身架相连，可以实现膝关节的屈、伸运动，并带动脚部沿足底滑道上下移动，足底滑道装置支架通过丝杆与床身架的下端连接，并可以通过手柄转动实现上下移动，足底滑道装置安置在足底滑道装置支架上，足底滑道装置包括踏板、踏板底托、足底滑道和弹簧，因弹簧结构，可以实现踏板下压时蓄能和踏板上抬时助力。
进一步地，四肢联动康复训练机器人包括虚拟现实系统，接受来自四肢联动装置等信息，经控制系统处理后在幕上出现虚拟现实场景。
本发明的有益效果，本发明四肢联动康复训练机器人，通过设置四肢联动装置，在瘫痪患者踏步训练时，瘫痪上肢可以协同的运动，不但实现全面康复，而且康复效果更好。
附图说明
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，描述中的附图仅仅是对应于本发明的具体实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，在需要的时候还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明较佳实施例四肢联动康复训练机器人的立体结构示意图；
图2为图1所示的四肢联动康复训练机器人的底座结构示意图；
图3为图1所示的四肢联动康复训练机器人的起立床架的床身架结构示意；
图4为图1所示的四肢联动康复训练机器人的起立床架的头颈架结构示意；
图5为图1所示的四肢联动康复训练机器人的上肢运动装置的上肢支架座和摆臂支架结构示意图；
图6为图1所示的四肢联动康复训练机器人的下肢运动装置的足底滑道装置的分解示意图；
图7为图6所示的足底滑道装置内的弹性结构的结构示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达成预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参阅图1，一种四肢联动康复训练机器人，包括底座1、起立床架2、床架驱动装置3、减重装置4以及四肢联动装置5，起立床架2一端铰接在底座1上，另一端通过床架驱动装置3与底座1连接，通过所述床架驱动装置3驱动，使得起立床架2从底座1上竖起或落平，减重装置4安装于起立床架2的中部，用于在起立床架2立起后辅助减轻身体对腿部下压的重量，四肢联动装置5包括上肢运动装置51和下肢运动装置52，上肢运动装置52设置在起立床架2上端的两侧，每一上肢运动装置51包括上肢支架座511和铰接在上肢支架座511上的摆臂支架512以及驱动摆臂支架512摆动的摆臂驱动装置513，下肢运动装置52设置于起立床架2的下端，包括膝关节推拉装置521以及足底滑道装置522，膝关节推拉装置521用以推动膝关节屈伸，足底滑道装置522用以引导脚部抬起和放下。
请参阅图2，底座1包括底座架11与安装在底座架11底端的地轮12。底座架11包括两条相对设置的架杆111以及连接在两条架杆111之间的横梁112，其中一端的横梁112上设置有铰接杆113，用以铰接(又称关节连接)起立床架2的一端。
请结合参阅图1及图3，起立床架2包括床身架21及分别连接在床身架21顶端的头颈架22与连接在床身架21底端的足底滑道装置支架23。床身架21与头颈架22可伸缩地连接。具体地，可通过设置丝杆连接结构实现头颈架22可相对床身架21远离或贴近，丝杠连接结构包括丝杆211、驱动丝杆旋转的手摇杆或电机(图未示)、以及套设在丝杆上的螺纹套筒(图未示)，螺纹套筒可为两个，分别设置在床身架21与头颈架22内，通过手摇杆或电机驱动丝杆转动，螺纹套筒相对丝杆移动，从而带动头颈架22相对床身架21远离或贴近；可以理解螺纹套筒亦可只采用一个，安装在床身架21或头颈架22内，丝杆的另一端可转动地安装在相对螺纹套筒的一端的头颈架22或床身架21内。同理，床身架21与足底滑道装置支架23可伸缩地连接，亦可采用丝杆连接结构实现足底滑道装置支架23可相对床身架21远离或贴近。进一步地，在床身架21的一侧设置有用于驱动的手摇柄或按钮212。对应头颈架22一端的手摇柄或按钮212启动头颈架22相对床身架21的伸缩，对应足底滑道装置支架23一端的手摇柄或按钮213启动足底滑道装置支架23相对床身架21的伸缩。如此，由于头颈架22与足底滑道装置支架23均可相对床身架21的伸缩，从而可以满足不同高度的人的躺卧。
床身架21用以支撑瘫痪患者的躯干，头颈架22用以支撑瘫痪患者的头颈部，足底滑道装置支架23用于安置足底滑道装置522，足底滑道装置522用于支撑瘫痪患者的足部，床身架21下端的底部与底座1的铰接杆113铰接。
床架驱动装置3安装在底座1上，用以驱动起立床架2从底座1上竖起或落平。床架驱动装置3可选择为电动或手动，电动丝杆的伸出端连接至床身架21的底部，电动丝杆伸出则推起立床架2绕铰接杆113的铰接处转动而相对底座1立起。
减重装置4安装在床身架21上，用于在起立床架2立起后辅助减轻身体对腿部下压的重量。减重装置4包括座垫41、推拉装置(图未示)、以及固定带。坐垫41一端可转动地连接在床身架21上，另一端连接推拉装置，通过推拉装置推拉坐垫41的另一端，从而使得瘫痪患者可通过坐垫41的支撑而减轻对腿部的压力。推拉装置可通过设置在床身架21上的推拉杆结构实现。推拉杆可为电动丝杆或手动摇杆，通过启动设置在床身架21的一侧手摇柄或按钮214，,实现座垫从平卧于起立床架2到垂直于起立床架2的运动，同时起到减轻身体对腿部下压的重量。固定带连接在座垫41两侧和床身架21，用于系在瘫痪患者身躯或大腿根部，加固瘫痪患者在座垫41上的稳定性与安全性。
请参阅图1与图4，上肢运动装置51为两个，相对地设置在起立床架2上端的两侧，两个上肢运动装置51可分别相对头颈架22进行距离调节，即可相对头颈架贴邻或分离。具体地，可通过丝杠连接结构实现。其结构与驱动所述床身架21与头颈架22可伸缩地连接的丝杠连接结构相同，在此不再详述。并且，用于控制丝杆启动的手摇柄或按钮215可设置在头颈架22上，以便于康复治疗师调节操作。
上肢运动装置51包括上肢支架座511、铰接在上肢支架座511上的摆臂支架512，以及驱动摆臂支架512摆动的摆臂驱动装置513。上肢支架座511通过丝杆连接在头颈架22的一侧。请参阅图5，上肢支架座511包括连接本体5111及连接在连接本体5111下侧一端的摆臂连接部5112，连接本体5111与摆臂连接部5112围成肩套空间5113，用于配合瘫痪患者的肩膀。连接本体5111用于配合来至头颈架的丝杆，使得连接本体5111可在丝杆转动时滑动。摆臂连接部5112上开设有铰接槽5114，用以铰接所述摆臂支架512。摆臂支架512包括护臂段5121与托臂段5122，护臂段5121大致呈侧立设置，长度对应手臂的胳膊的一段，护臂段5121一端伸入至铰接槽5114与上肢支架座511的摆臂连接部5112铰接，托臂段5122大致呈水平设置，长度对应手臂的臂部的一段，用于托载支撑臂部，进一步地，托臂段5122的周侧设置有固定带5123，用于将瘫痪患者的臂部系紧定位于摆臂支架512上。可以理解，为了适用于不同的手臂长度，托臂段5122可设置为可滑动连接。摆臂驱动装置513可选择电动推拉杆，推拉杆的主体安装在上肢支架座511上，推拉杆的伸缩端连接摆臂支架512，如此，通过推拉杆驱动，可实现摆臂支架512绕其与上肢支架座511的铰接处摆动，实现摆臂支架512往复摆动。
请参阅图1，下肢运动装置52包括膝关节推拉装置521以及足底滑道装置522。膝关节推拉装置521为两个，相间地设置在床身架21上，用以推抵膝关节。膝关节推拉装置521包括支撑推杆5211及驱动支撑推杆5211往返的膝关节驱动件(图未示)，支撑推杆5211为“V”型，中间部分通过关节连接在床身架21上，支撑推杆5211的一端为夹持端，以夹持膝关节，支撑推杆5211的另一端穿过床身架21连接至膝关节驱动件上，膝关节驱动件可安装在床身架21上，通过膝关节驱动件的作用，可使得支撑推杆5211相对床身架21伸出或贴靠。
请参阅图1及图6，足底滑道装置522为两个，并列地安装在足底滑道装置支架23上，用以引导瘫痪患者的足底抬起和放下，以模仿人体正常踏步时的关节活动状态。足底滑道装置522包括踏板底托5221、铰接在踏板底托5221上的踏板5222、滑道5225、以及弹性结构。踏板底托5221可滑动地安装在足底滑道装置支架23上的两平行的滑道5225内，踏板底托5221一端可滑动地套设在滑道5225内，另一端向上弯曲形成一大致与滑道5225平行的铰接段。踏板5222包括脚尖端以及脚跟端，脚尖端的底部形成有铰接凸起5223以与所述踏板底托5221的铰接段的末端铰接。脚跟部的底端安装有套绳扣5224，以通过连接线绳等限制踏板5222绕铰接端转动的最大摆角，具体地，线绳设定有预设的长度，其一端连接至踏板底托5221上，另一端连接至套绳扣5224。弹性结构安装在在滑道5225内且位于踏板底托5221的下方，用以在踏板底托5221下压时蓄能和踏板底托上抬时助力。弹性结构可为压缩弹簧，可以理解，弹性结构可采用如图7所示结构，通过滑轮组配合拉簧实现对踏板底托5221的弹力，滑绳5227的末端连接至踏板底托5221上，使得滑动底托沿滑道5225下滑时，拉簧5226被拉伸，积蓄弹性势能，在踏板底托5221沿滑道5225上滑时，弹性势能释放，可提供滑动底托上滑的弹力。
采用本发明所述的四肢联动康复训练机器人对瘫痪患者进行康复训练时，通过膝关节推拉装置521的两个支撑推杆5211前后依次推动瘫痪患者的两个膝盖轮动，在一个膝盖弯屈时，对应该膝盖的是带动足底滑道装置522的该侧踏板底托5221沿滑道5225上滑，同时瘫痪患者的脚底相对脚尖提起，对应地，踏板相对其铰接在踏板底托5221一端转动，转动预设角度后，踏板被连接线绳限定转动角度，即限定脚底相对脚尖的抬升高度。然后，该弯屈的膝盖在膝关节推拉装置521的作用下回直，回直时，将踩压踏板，踏板连同踏板底托5221一同沿滑道5225下滑，下滑预设高度后，进一步下滑将对踏板底托5221下方的弹性结构产生形变，弹性结构积蓄弹性势能，以在该膝盖再弯屈时，对踏板底托5221沿滑道5225上滑时提供一段距离的弹力，直至弹性结构恢复到原来的状态。另一膝盖的动作过程与该膝盖的动作过程依次轮流进行，作动原理相同。在对腿部进行训练的同时，通过摆臂驱动装置513驱动手臂进行摆动动作，具体地，可按照正常人的原地踏步的走姿，弯屈右腿，摆出左手，弯屈左腿，摆出右手。如此，实现四肢同步自然运动。
进一步地，四肢联动康复训练机器人可包括虚拟现实系统(图未示)，接受来自四肢联动装置等信息，经控制系统处理后在幕上出现虚拟现实场景。
可以理解，膝关节推拉装置521与上肢运动装置51之间可设置联动控制机构，以通过一动作执行时实现手足同步运动。
综上，本发明四肢联动康复训练机器人，通过设置四肢联动装置，在瘫痪患者踏步训练时，瘫痪上肢可以协同的运动，不但实现全面康复，而且康复效果更好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种四肢联动康复训练机器人，包括底座(1)、起立床架(2)、床架驱动装置(3)、减重装置(4)以及四肢联动装置(5)，起立床架(2)一端铰接在底座(1)上，另一端通过床架驱动装置(3)与底座(1)连接，其特征在于：四肢联动装置(5)包括上肢运动装置(51)和下肢运动装置(52)，上肢运动装置(51)设置在起立床架(2)上端的两侧，每一上肢运动装置(51)包括上肢支架座(511)和铰接在上肢支架座(511)上的摆臂支架(512)以及驱动摆臂支架(512)摆动的摆臂驱动装置(513)；所述起立床架(2)包括床身架(21)及分别可伸缩地连接在床身架(21)顶端的头颈架(22)与连接在床身架(21)底端的足底滑道装置支架(23)，所述上肢运动装置(51)间距可调地相对地设置在头颈架(22)两侧；
所述上肢支架座(511)包括连接本体(5111)及连接在连接本体(5111)上的摆臂连接部(5112)，连接本体(5111)通过丝杆连接至头颈架(22)，所述摆臂支架(512)铰接在所述摆臂连接部(5112)上；
所述连接本体(5111)与所述摆臂连接部(5112)围成肩套空间(5113)，用于配合瘫痪患者的肩膀；所述连接本体(5111)用于配合头颈架(22)的丝杆，使得所述连接本体(5111)可在丝杆转动时滑动；
下肢运动装置(52)设置于起立床架(2)的下端，包括膝关节推拉装置(521)以及足底滑道装置(522)，膝关节推拉装置(521)用以推动膝关节屈伸，足底滑道装置(522)用以引导脚部抬起和放下，减重装置(4)安装于起立床架(2)的中部，用于在起立床架(2)立起后辅助减轻身体对腿部下压的重量。
2.根据权利要求1所述的四肢联动康复训练机器人，其特征在于：所述底座(1)的一端设置有铰接杆(113)，所述床身架(21)的底部与底座(1)的铰接杆(113)铰接，所述床架驱动装置(3)的伸缩端连接至床身架(21)的底部。
3.根据权利要求1所述的四肢联动康复训练机器人，其特征在于：所述摆臂支架(512)包括护臂段(5121)与可滑动地连接在护臂段(5121)上的托臂段(5122)，护臂段(5121)与摆臂连接部(5112)铰接，托臂段(5122)的周侧设置有固定带(5123)。
4.根据权利要求1所述的四肢联动康复训练机器人，其特征在于：所述膝关节推拉装置(521)包括支撑推杆(5211)及驱动支撑推杆(5211)往返的膝关节驱动件，支撑推杆(5211)为“V”型，其中间部分通过关节连接在床身架(21)上，支撑推杆(5211)的一端为夹持端，支撑推杆(5211)的另一端穿过床身架(21)连接至膝关节驱动件。
5.根据权利要求1所述的四肢联动康复训练机器人，其特征在于：所述足底滑道装置(522)包括踏板底托(5221)、铰接在踏板底托(5221)上的踏板(5222)，踏板底托(5221)可滑动地安装在足底滑道装置支架(23)上的两平行的滑道(5225)内，踏板底托(5221)一端可滑动地套设在滑道(5225)内，另一端形成一铰接段铰接所述踏板(5222)。
6.根据权利要求5所述的四肢联动康复训练机器人，其特征在于：所述踏板(5222)包括脚尖端以及脚跟端，脚尖端的底部形成有铰接凸起(5223)与所述踏板底托(5221)的铰接段铰接，所述脚跟部的底端安装有套绳扣(5224)并且套绳扣(5224)连接线绳的一端，线绳另一端连接至踏板底托(5221)。
7.根据权利要求6所述的四肢联动康复训练机器人，其特征在于：所述足底滑道装置(522)包括弹性结构，弹性结构安装在在滑道(5225)内且位于踏板底托(5221)的下方，用以在踏板底托(5221)下压时蓄能并提供踏板底托(5221)上抬时助力。
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