CN105726264B - 一种康健训练机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种康健训练机器人，其包括：依次串联的大腿运动机构、小腿运动机构以及脚部运动机构，所述大腿运动机构、脚部运动机构为三自由度并联机构；在所述大腿运动机构与小腿运动机构之间连接有大腿支撑与固定部件在所述小腿运动机构与脚部运动机构之间连接有小腿支撑与固定部件，所述脚部运动机构前端连接有脚踏与固定部件。本发明结构简单紧凑、应用范围广泛、可嫁接到其他康健和健身器械上、能应用于下肢的康健和健身训练、可实现三维空间运动的康健训练。

Description

一种康健训练机器人
技术领域：
本发明涉及一种康健训练机器人，属于康健医疗和运动健身器械领域。
背景技术：
社会老龄化程度日益加深、脑卒中、脊髓损伤等原因导致肢体运动功能降低，甚至全部丧失，严重影响了生活质量。康健治疗是恢复运动功能的有效途径，传统物理治疗师与病人一对一的康健治疗方式存在劳动强度大、治疗费用高等不足，因此，康健训练设备成为解决这一矛盾的有效途径。自上世纪中叶以来，科研人员在康健训练设备上取得了诸多成果，如单自由度式、外骨骼、悬吊式等康健训练设备的成功研制与商业化。但它们存在一些不足：操作复杂、运动形式单一、难以模拟人体三维运动等，研制一款能够实现人体上肢三维运动康健训练装置具有一定现实意义。
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结构简单紧凑、应用范围广泛、可嫁接到其他康健和健身器械上、能应用于下肢的康健和健身训练、可实现三维空间运动的康健训练机器人。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种康健训练机器人，其包括：
依次串联的大腿运动机构、小腿运动机构以及脚部运动机构，所述大腿运动机构、脚部运动机构为三自由度并联机构；
在所述大腿运动机构与小腿运动机构之间连接有大腿支撑与固定部件在所述小腿运动机构与脚部运动机构之间连接有小腿支撑与固定部件，所述脚部运动机构前端连接有脚踏与固定部件。
所述三自由度并联机构包括前端板、后端板以及连接在前端板与后端板之间的三根直线推杆，各直线推杆的一端通过球铰链与后端板铰接，另一端通过平铰链与前端板板面上的凸台铰接；
三根直线推杆在圆周方向上呈1200间隔分布。
所述大腿支撑与固定部件包括：与大腿运动机构的前端板固联的第一支撑杆、与第一支撑杆固联的大腿托盘、设于所述大腿托盘上的大腿绑带；
所述大腿托盘的底面通过连接件与小腿运动机构连接。
所述小腿运动机构包括：连接杆以及伸缩杆，所述连接杆的上端与连接件铰接，连接杆的下端和小腿支撑与固定部件固定连接；所述伸缩杆的上端与所述连接件铰接，伸缩杆的下端和小腿支撑与固定部件铰接。
所述小腿支撑与固定部件包括：与所述连接杆固定连接的小腿托盘、设于所述小腿托盘上的小腿绑带；
所述脚踏与固定部件包括：与脚部运动机构的前端板固联的脚踏、以及设于脚踏上的脚部绑带。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明结构简单、便于嫁接到其它康健和健身训练器械、座椅、按摩椅和轮椅上。
本发明应用范围广，可用于下肢在三维空间实现康健训练和锻炼。
本发明康健训练模式多样，使用过程中把两对装置对称布置于左/右手和左/右腿旁，可以实现同步/异步训练。
本发明结构紧凑灵活，可以自由收放，不使用时可以折叠，占用空间小。
本发明具有可拆卸性，大腿、小腿和脚部三部分可实现串联组合也可以拆开进行分别对骻、膝、踝关节的康健训练。
本发明可使下肢在三维空间中实现不同轨迹、不同幅度的运动训练，使其既能适应同一位训练者在不同的康健期和训练状态的锻炼的情况，又能满足不同身高的训练者进行康健和健身锻炼的需求。
主动训练时，通过调节电机自身的控制电流可阻力环节，能够实现主动训练，不仅可以作为康健锻炼器使用来康健肢体，而且能够作为健身器械使用来增强体质。
附图说明：
图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发装置嫁接在训练椅上的示意图；图2A、2B、2C为图2的三视图；。
图中标号：1靠背，2扶手，3机架，4海绵垫，5直线推杆，10大腿运动机构，20小腿运动机构，30脚部运动机构，40大腿支撑与固定部件，50小腿支撑与固定部件，60脚踏与固定部件，101前端板101，后端板102，201连接杆，202伸缩杆，401第一支撑杆，402大腿托盘，403大腿绑带，501小腿托盘，502小腿绑带，601脚踏，602脚部绑带。
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：参照附图，本发明装置的结构特征详述如下：
图1所示，本发明的康健训练机器人，其包括：
依次串联的大腿运动机构10、小腿运动机构20以及脚部运动机构30，其中，大腿运动机构10、小腿运动机构20均为三自由度并联机构；
在大腿运动机构10与小腿运动机构20之间连接有大腿支撑与固定部件40，在小腿运动机构20与脚部运动机构30之间连接有小腿支撑与固定部件50，脚部运动机构30前端连接有脚踏与固定部件60。
上述结构中，三自由度并联机构包括前端板101、后端板102以及连接在前端板与后端板之间的三根直线推杆5，各直线推杆的一端通过球铰链与后端板102铰接，另一端通过平铰链与前端板板面上的凸台铰接；并且，三根直线推杆在圆周方向上呈120°间隔分布。大腿运动机构10、小腿运动机构20均为三自由度并联机构，也即是说，各运动机构均具有前端板、后端板。
大腿支撑与固定部件40包括：与大腿运动机构10的前端板固联的第一支撑杆401、与第一支撑杆固联的大腿托盘402、设于大腿托盘402上的大腿绑带403；大腿托盘402的底面通过连接件与小腿运动机构20连接。
每根直线推杆由其自身的电机驱动，可以调节直线推杆的长度，三个直线电机同时伸长或缩短就可以实现大腿运动机构10的前端板的平移，其中两根直线推杆同时伸长或缩短就可以实现大腿运动机构10前端板绕着第三根直线推杆顶端转动。同理，任两根直线推杆的伸缩，都可以实现大腿运动机构10的前端板绕第三根直线推杆顶端转动，实现全方位的锻炼。
脚部运动机构30的动作原理相同，分别实现小腿及脚部的不同运动轨迹的训练。并且，上级机构的动作会带动下级机构的动作，比如，大腿运动机构的动作，会带动小腿运动机构、脚部运动机构的动作，以此类推。
具体结构设置中，上述小腿运动机构不是三自由度并联机构，其包括：连接杆201以及伸缩杆202，连接杆201的上端与连接件铰接，连接杆201的下端和小腿支撑与固定部件50固定连接；伸缩杆202的上端与连接件铰接，伸缩杆202的下端和小腿支撑与固定部件50铰接。
上述小腿支撑与固定部件50包括：与连接杆201固定连接的小腿托盘501、设于小腿托盘上的小腿绑带502；其中，小腿托盘501的底面通过连杆与脚部运动机构的后端板固定连接。脚踏与固定部件60包括：与脚部运动机构的前端板固联的脚踏601、以及设于脚踏601上的脚部绑带602。
运动中，其中，第一支撑杆401把大腿运动机构10的前端板的运动传递到大腿部分，来带动大腿运动，训练腿部肌肉和胯关节，大腿托盘402与大腿绑带403把大腿固定，随着大腿托盘402动作。
连接杆201、伸缩杆202把伸缩运动传递到小腿部分，来带动小腿运动，锻炼小腿抬起和落下，训练小腿肌肉和膝关节，小腿托盘502与小腿绑带503把小腿固定，随着小腿托盘502动作。具体设置中，伸缩杆可以是电动推杆、液压推杆甚至是涡轮蜗杆副等，只要能伸缩即可。
脚部绑带602将人体脚部固定在脚踏601上，由脚部运动机构带动运动，实现脚掌的左右翻转、上抬下落等动作，训练脚部肌肉和踝关节。
参见图2，其中一种嫁接方式见图2，训练椅具有靠背1、扶手2、机架3，扶手2在机架3上可升降，适应不同升高的训练者，座椅上设有海绵垫4，提高舒适性。嫁接时，大腿训练机构10的后端板固定在机架上即可。本发明康健训练机器人可应用于下肢运动功能下降或丧失人群的康健训练，帮助患者实现三维空间下运动轨迹的康健训练。对于下肢体功能健全的普通人群来说，也可以进行健康训练，帮助其增强身体运动能力，本发明康健训练机器人能够使患者下肢完成更加复杂的空间运动，应用范围广，具有非常大的产业化应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种康健训练机器人，其特征在于所述康健训练机器人包括：
依次串联的大腿运动机构(10)、小腿运动机构(20)以及脚部运动机构(30)，所述大腿运动机构(10)、脚部运动机构(30)为三自由度并联机构；
在所述大腿运动机构与小腿运动机构之间连接有大腿支撑与固定部件(40)，在所述小腿运动机构与脚部运动机构之间连接有小腿支撑与固定部件(50)，所述脚部运动机构前端连接有脚踏与固定部件(60)；
所述大腿支撑与固定部件(40)包括：与大腿运动机构(10)的前端板固联的第一支撑杆(401)、与第一支撑杆固联的大腿托盘(402)、设于所述大腿托盘(402)上的大腿绑带(403)；
所述大腿托盘(402)的底面通过连接件与小腿运动机构(20)连接。
2.根据权利要求1所述的一种康健训练机器人，其特征在于，所述三自由度并联机构包括前端板(101)、后端板(102)以及连接在前端板与后端板之间的三根直线推杆，各直线推杆的一端通过球铰链与后端板(102)铰接，另一端通过平铰链与前端板板面上的凸台铰接；
三根直线推杆在圆周方向上呈120°间隔分布。
3.根据权利要求1所述的一种康健训练机器人，其特征在于，所述小腿运动机构(20)包括：连接杆(201)以及伸缩杆(202)，所述连接杆(201)的上端与连接件铰接，连接杆(201)的下端和小腿支撑与固定部件(50)固定连接；所述伸缩杆(202)的上端与所述连接件铰接，伸缩杆(202)的下端和小腿支撑与固定部件(50)铰接。
4.根据权利要求3所述的一种康健训练机器人，其特征在于，所述小腿支撑与固定部件(50)包括：与所述连接杆(201)固定连接的小腿托盘(501)、设于所述小腿托盘上的小腿绑带(502)。
5.根据权利要求1所述的一种康健训练机器人，其特征在于，所述脚踏与固定部件(60)包括：与脚部运动机构的前端板固联的脚踏(601)、以及设于脚踏(601)上的脚部绑带(602)。
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