CN105616108B - 上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人，其包括机架、上肢训练机构以及下肢训练机构；上肢训练机构包括：第二连杆的上端与支撑杆构成转动副，下端与第三连杆的首端构成转动副，顶端设有把手的第一连杆插入第二连杆内构成移动副和转动副，下肢训练机构包括：脚踏安装于脚踏板上，脚踏板的前端与曲柄的前端连接构成转动副，曲柄的后端与动力机构的输出轴垂直固联，脚踏板的中部与第三连杆的末端连接构成转动副，后端与脚踏板支撑架连接构成移动副和转动副；脚踏板支撑架的首端与直线致动器的上端连接构成转动副，末端连接在机架上构成转动副，直线致动器的下端铰接在机架上。本发明可以上下肢协同训练，训练时的轨迹可调节。

Description

上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人
技术领域：
本发明涉及一种上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人，属于康复医疗器械领域。
背景技术：
《2010年度中国老龄事业发展统计公报》指出，全国60岁及以上老年人口己达1.7765亿，占总人口的比重达13.26％，与2000年第五次全国人口普查相比，上升了2.93个百分点，可见我国老龄化程度正在继续加深；随着社会的发展，交通事故、地震等受伤的人员被救活的成功率大大增加，但这部分幸存的人中大部分伴随着肢体瘫痪；由于人们生活水平的增高，人们饮食条件得到了很大的改善，也因为营养过剩引起了一系列疾病如高血压、脑血栓等，这类疾病一般都会伴随着肢体疾病。老年病的预防和康复、残疾人的训练和康复、各类疾病引发的肢体症状的训练和康复是当今社会面临的严重问题。近年来康复器械的研究也有了诸多成功，特别是减重式康复机器人是当今康复器械研究的重点，也是被人们普遍认可的一种训练方式，但是这类机器人存在着以下不足：训练器械结构复杂、只可训练下肢、运动形式及轨迹单一、价格昂贵，所以不具有普遍适用性，难以满足不同人群、不同个体的康复训练要求。
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上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人，康复者可以上下肢协同训练，训练时的轨迹可调节，可以适用于不同的个体，具有普遍适用性。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人，其包括机架、上肢训练机构以及下肢训练机构；
所述上肢训练机构包括：支撑杆、第一连杆、第二连杆及第三连杆；所述支撑杆自所述机架的侧部横向延伸出来，所述第二连杆的上端与所述支撑杆的自由端构成转动副，第二连杆的下端与所述第三连杆的首端构成转动副，所述第一连杆插入第二连杆内构成移动副和转动副，并在第一连杆的顶端设有把手；
所述下肢训练机构包括：
脚踏、脚踏板、脚踏板支撑架、直线致动器、曲柄以及动力机构，所述脚踏安装于所述脚踏板上，脚踏板的前端与所述曲柄的前端连接构成转动副，曲柄的后端与动力机构的输出轴垂直固联，脚踏板的中部与所述第三连杆的末端连接构成转动副，脚踏板的后端与所述脚踏板支撑架连接构成移动副和转动副；脚踏板支撑架的首端与所述直线致动器的上端连接构成转动副，脚踏板支撑架的末端连接在机架上构成转动副，直线致动器的下端铰接在机架上。
所述机架由底座以及与底座为一体结构的支撑柱构成，并在所述支撑柱的顶端及背面设有定滑轮，绳索的一端固定于训练者上身，绳索的另一端绕过所述定滑轮并栓有配重。
所述第二连杆的上端为管状结构，所述第一连杆的下端插入在第二连杆内，并在第二连杆的侧部设有径向锁紧螺栓锁紧第一连杆。
所述脚踏在脚踏板的安装位置可调，以改变脚踏的类步态运动轨迹。
所述曲柄与脚踏板的连接位置可调，以改变脚踏板上脚踏的类步态运动轨迹。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明的康复机器人，脚踏安装在脚踏板上，脚踏板与脚踏板支撑架连接构成移动副和转动副，脚踏板支撑架由线性制动器驱动摆动；脚踏板同时又与曲柄连接构成转动副，曲柄由动力机构驱动做圆周运动，这样可使脚踏板上的脚踏形成类椭圆的运动轨迹，康复者的脚部可固定在脚踏上，随着脚踏做类步态运动进行康复训练。
上肢训练机构的第三连杆与下肢训练机构的脚踏板构成转动副，促使康复者在进行下肢类步态训练的同时，协同上肢进行训练，模拟类步态行走及摆臂动作协同进行。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；图2为图1的A向截面示意图；图3为脚部训练机构的传动结构示意图；图4为图1的B向截面示意图(脚部训练机构—包含第三连杆、第二连杆的立体图)。
图中标号：1支撑杆，2机架，3把手，4第一连杆，5第二连杆，6第三连杆，7曲柄，8动力机构，9脚踏板，10脚踏，11脚踏板支撑架，12直线致动器。
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，本实施例的上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人，其包括机架2、上肢训练机构以及下肢训练机构；
其中，上肢训练机构包括：支撑杆1、第一连杆4、第二连杆5及第三连杆6；支撑杆1自机架2的侧部横向延伸出来，第二连杆5的上端与支撑杆1的自由端构成转动副，第二连杆5的下端与第三连杆6的首端构成转动副，第一连杆4插入第二连杆5内构成移动副和转动副，并在第一连杆4的顶端设有把手3；具体结构为：第二连杆5的上端为管状结构，第一连杆4的下端插入在第二连杆5内，并在第二连杆5的侧部设有径向锁紧螺栓用于锁紧第一连杆4。
下肢训练机构包括：
脚踏10、脚踏板9、脚踏板支撑架11、直线致动器12、曲柄7以及动力机构8，脚踏10安装于脚踏板9上，脚踏板9的前端与曲柄7的前端连接构成转动副，曲柄7的后端与动力机构8的输出轴垂直固联，由动力机构8的输出轴带动曲柄7做整周运动，脚踏板9的中部与第三连杆6的末端连接构成转动副，脚踏板9的后端与脚踏板支撑架11连接构成移动副和转动副；脚踏板支撑架11的首端与直线致动器12的上端连接构成转动副，脚踏板支撑架11的末端连接在机架2上构成转动副，直线致动器12的下端铰接在机架2上。具体设置中，脚踏10在脚踏板9上的安装位置随调，以改变脚踏的类步态运行轨迹，脚踏板9的前端与曲柄7的前端侧面之间可通过类似销轴的部件相互连接构成转动副，脚踏板9中部与第三连杆6的末端侧面之间可通过类似销轴的部件相互连接构成转动副，脚踏板9的后端与脚踏板支撑架11之间的连接方式为：在脚踏板支撑架11的侧面设置沿长度方向设置导槽，并设置与所述导槽匹配的滑块，滑块上垂直固联有圆形杆件(类似于销轴)，该圆形杆件插入在脚踏板后端侧面的圆孔中(间隙配合)。此时脚踏板9的后端与脚踏板支撑架11即构成移动副和转动副。上述曲柄7与脚踏板9的连接位置可调，以改变脚踏板上脚踏10的类步态运动轨迹。
具体设置中，机架2可由底座以及与底座为一体结构的支撑柱构成，直线致动器12的下端、脚踏板支撑架11的一端可以铰接在底座上，动力机构8安装在底座上，支撑杆1设置在支撑柱上。上肢训练机构、下肢训练机构在支撑柱的两侧对称设置。在支撑柱的顶部及背面设有定滑轮，绳索的一端固定在康复者上身，另一端绕过两个定滑轮拴着配重，可以减轻康复者的自重。
康复训练时，康复者站在脚踏10，可调整脚踏10在脚踏板9上的位置，以便康复者得到舒适的训练姿势，康复者手部握紧把手3，同样，可调整第一连杆4插入第二连杆5内的深度，以适应不同身高的训练者，再转动第一连杆4，以使把手3转到合适的角度，然后再锁紧第一连杆4。曲柄7在动力机构8的驱动下做圆周运动，带动脚踏板9，从而带动脚踏10做类椭圆运动，即带动康复者腿部做类步态训练；而把手3的运动轨迹和脚踏10的运动轨迹异步进行，符合正常人行走的习惯。
而直线致动器12的驱动下脚踏板支撑架11相对于机架2转动，从而调节脚踏板9的运动轨迹，即改变康复者训练时的步态轨迹。
动力机构8上装有阻力装置，如磁控阻力、摩擦阻力等，可以控制阻力矩的大小，为主动训练提供阻力，实现在规定轨迹的主动运动中进行力量训练的目的；结合被动训练，从而可以满足主被动训练的需要。
使用中，根据康复者的身体参数和训练要求，直线致动器12驱动脚踏板支撑架11到合适的位置，并自锁，进行平地步态训练或者上下楼梯训练；
根据康复者的身体参数和训练要求，脚踏板9安装在曲柄7的不同位置处，调整康复者训练的强度，脚踏10安装在脚踏板9的不同位置适应于不同训练者的不同步态要求。
根据康复者的身体参数和训练要求，控制动力机构8，选择主动训练或者被动训练。
根据康复者的身体参数和训练要求，在辅助传动装置的作用下，通过减重系统调节康复者下肢承受的体重，使康复者在最好的状态下进行训练。

Claims (1)

1.上下肢协同训练、可变轨迹减重康复机器人，其特征在于包括机架(2)、上肢训练机构以及下肢训练机构；
所述上肢训练机构包括：支撑杆(1)、第一连杆(4)、第二连杆(5)及第三连杆(6)；所述支撑杆自所述机架(2)的侧部横向延伸出来，所述第二连杆(5)的上端与所述支撑杆的自由端构成转动副，第二连杆(5)的下端与所述第三连杆(6)的首端构成转动副，所述第一连杆(4)插入第二连杆(5)内构成移动副和转动副，并在第一连杆(4)的顶端设有把手(3)；
所述下肢训练机构包括：
脚踏(10)、脚踏板(9)、脚踏板支撑架(11)、直线致动器(12)、曲柄(7)以及动力机构，所述脚踏(10)安装于所述脚踏板(9)上，脚踏板(9)的前端与所述曲柄(7)的前端连接构成转动副，曲柄(7)的后端与动力机构的输出轴垂直固联，脚踏板的中部与所述第三连杆(6)的末端连接构成转动副，脚踏板的后端与所述脚踏板支撑架(11)连接构成移动副和转动副；脚踏板支撑架(11)的首端与所述直线致动器(12)的上端连接构成转动副，脚踏板支撑架(11)的末端连接在机架(2)上构成转动副，直线致动器(12)的下端铰接在机架(2)上；
所述机架(2)由底座以及与底座为一体结构的支撑柱构成，并在所述支撑柱的顶端及背面设有定滑轮，绳索的一端固定于训练者上身，绳索的另一端绕过所述定滑轮并栓有配重；
所述第二连杆(5)的上端为管状结构，所述第一连杆(4)的下端插入在第二连杆内，并在第二连杆的侧部设有径向锁紧螺栓锁紧第一连杆(4)；
所述脚踏(10)在脚踏板的安装位置可调，以改变脚踏(10)的类步态运动轨迹；
所述曲柄(7)与脚踏板(9)的连接位置可调，以改变脚踏板上脚踏(10)的类步态运动轨迹。
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