CN105769506A

CN105769506A - 下肢康复机器人

Info

Publication number: CN105769506A
Application number: CN201610115660.3A
Authority: CN
Inventors: 韦建军; 熊涛; 张瑞兴; 刘作凯; 郭华
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: CN105769506B

Abstract

本发明涉及一种下肢康复机器人，包括底座、支撑柱、躺板、支撑杆和下肢外骨骼，所述的底座前部设有支撑柱，后部设有电机I和滑轨；所述的支撑杆的下端安装于滑轨内，所述的电机I与支撑杆的下端连动，驱动支撑杆的下端沿着滑轨做进给运动；所述的支撑柱的上端设有转轴I；所述的躺板的下端安装于转轴I上，躺板的中部或者后部设有转轴II，所述的支撑杆的上端安装于转轴II上；所述的下肢外骨骼安装于躺板的下端上。本发明可根据患者的身高进行大腿连杆长度、小腿连杆长度、躺板长度及倾角的自动化调节。

Description

下肢康复机器人

技术领域

本发明公开了一种下肢康复机器人，属于医疗康复设备自动化领域。

背景技术

随着科技进步和生活水平的提高，人们平均寿命普遍延长，带来各种慢性病发病率的进一步升高。常见慢病脑中风已成为患者永久性肢体功能障碍的首要原因，脑卒中后遗留的肢体瘫痪严重影响患者的日常生活，甚至最基本的行走和进食功能都会受到严重影响。另一方面，随着交通业的迅速发展，因交通事故造成肢体瘫痪的人数也在不断增加。上述患者除了特定的药物治疗和早期必要的手术等治疗措施外，早期正确、科学的康复训练对于病人肢体运动功能的恢复有重要意义。

目前，传统康复训练一般为劳动密集型模式，特别是步态康复，需要至少3名以上治疗师人工协助患者完成腿部及躯干的练习。医护人员不仅劳动强度大，而且很难保证稳定持续性运动训练。康复机器人是一个新兴的领域，是自动化训练的一种有效解决方案，可以解决康复训练劳动强度大、康复技术人员少、费用负担重等问题。下肢康复练机器人主要针对下肢有运动功能障碍的患者，主要作用是帮助有下肢运动功能障碍的患者完成各种运动功能康复训练过程。目前下肢康复机器人已有产品进入临床投入使用。但目前的康复器械远远不能满足患者康复所需的智能化、人机工程化的要求。

发明内容

为了提高和改善患者下肢各关节康复训练的效果，提高患者康复训练的积极性，本发明提供一种下肢康复机器人，可在一定空间范围内，使患者完成两条腿的协调步态运动，同时还可以满足不同身高、不同体态的患者。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的下肢康复机器人，包括底座、支撑柱、躺板、支撑杆和下肢外骨骼，

所述的底座前部设有支撑柱，后部设有电机I和滑轨；所述的支撑杆的下端安装于滑轨内，所述的电机I与支撑杆的下端连动，驱动支撑杆的下端沿着滑轨做进给运动；所述的支撑柱的上端设有转轴I；所述的躺板的下端安装于转轴I上，躺板的中部或者后部设有转轴II，所述的支撑杆的上端安装于转轴II上；所述的下肢外骨骼安装于躺板的下端上。

优选地，所述的底座开设有U型槽，位于U型槽的两侧内壁分别设置有滑轨；所述的支撑杆为平行的两根，两根支撑杆的下端通过连杆连接，所述的连杆的两端分别安装于滑轨上，所述的电机I通过推杆与连杆连接，驱动连杆沿着滑轨做进给运动。

优选地，所述的躺板包括下躺板、上躺板、轨道I、电机II、丝杆螺母副I；所述的下躺板的上端设有轨道I，所述的上躺板安装于轨道I上；所述的下躺板底面设有电机II，所述的电机II通过丝杆螺母副I与上躺板连接，驱动上躺板沿轨道I做进给运动。

优选地，所述的下躺板的中部设有扶手，扶手的下方设有腰部固定绑带。

优选地，所述的下肢外骨骼包括髋关节座和腿部杆件，所述的髋关节座包括横板和竖板，所述的横板平行于下躺板横向方向；所述的横板的两端分别垂直安装竖板，所述的竖板的末端上设有转动副I，所述的腿部杆件的上端安装于转动副I上；所述的横板中部设有伸缩装置，能够控制横板伸缩。

优选地，所述的腿部杆件包括大腿连杆、小腿连杆和脚掌支撑座；所述大腿连杆的上端通过转动副I与竖板相连接，大腿连杆的下端通过转动副II与小腿连杆的上端连接，所述的小腿连杆的下端通过转动副III与脚掌支撑座连接。

优选地，所述的大腿连杆包括大腿连杆上部、大腿连杆下部、轨道II、电机III、丝杆螺母副II；所述的大腿连杆上部上端通过转动副I与竖板相连接，下端设有轨道II；所述的大腿连杆下部安装于轨道II上；所述的电机III安装于大腿连杆上部上，通过丝杆螺母副II连接至大腿连杆下部，能够驱动大腿连杆下部沿轨道II做进给运动。

优选地，所述的小腿连杆包括小腿连杆上部、小腿连杆下部、轨道III、电机Ⅳ、丝杆螺母副III；所述的小腿连杆上部上端通过转动副II与大腿连杆下部相连接，下端设有轨道III；所述的小腿连杆下部安装于轨道III上；所述的电机Ⅳ安装于小腿连杆上部上，通过丝杆螺母副III连接至小腿连杆下部，能够驱动小腿连杆下部沿轨道III做进给运动。

优选地，所述的大腿连杆、小腿连杆和脚掌支撑座上分别设置有大腿固定带、小腿固定带和脚掌固定带。

优选地，所述的下肢外骨骼设置有髋关节电机驱动转动副I，膝关节电机驱动转动副II，踝关节电机驱动转动副III；所述的髋关节电机、膝关节电机和踝关节电机上分别设置有力矩传感器。

本发明的工作过程为：电机I通过推杆，驱动连杆沿着滑轨做进给运动，使得与连杆连接的支撑杆带动躺板以转轴II为轴心上下转动；电机II通过丝杆螺母副I，驱动上躺板沿轨道I做进给运动，以改变躺板的长度；通过伸缩装置调节横板的宽度；电机III驱动丝杆螺母副II，调节大腿连杆的长度；电机Ⅳ驱动丝杆螺母副III；调节小腿连杆的长度；患者躺在平躺板上，用腰部固定绑带固定上身，大腿固定带、小腿固定带和脚掌固定带分别固定大腿、小腿和脚掌；髋关节电机驱动转动副I，带动大腿连杆转动；膝关节电机驱动转动副II，带动小腿连杆转动；踝关节电机驱动转动副III，带动脚掌支承座动；并通过力矩传感器测量各关节电机的输出力矩。

本发明的有益效果为：

1、本发明底座设置电机驱动推杆，在躺板倾角调节自动化的同时达到了减重目的；

2、本发明躺板利用电机驱动丝杆螺母副调节长度，满足不同身高患者需要的同时，实现了调节的自动化；

3、本发明髋关节座的宽度通过横板中间的伸缩装置来调节，可以满足不同体型的患者；

4、本发明大腿连杆和小腿连杆均利用电机驱动丝杆螺母副来调节长度，在满足不同身高患者需要的同时，实现了调节的自动化；

5、本发明利用髋关节电机、膝关节电机和踝关节电机，分别带动大腿连杆、小腿连杆和脚掌支撑座转动，可以带动患者进行正常步态运动训练，或者是肌肉力量、关节活动度和协调性等方面的康复训练。

附图说明

图1为本发明所述的下肢康复机器人的整体结构图

图2为本发明所述的躺板背面结构图

图3为本发明所述的下肢外骨骼结构图

图中：1-底座；2-支撑柱；3-躺板；4-支撑杆；5-下肢外骨骼；6-电机I；7-滑轨；8-转轴I；9-转轴II；10-U型槽；11-连杆；12-推杆；13-下躺板；14-上躺板；15-轨道I；16-电机II；17-丝杆螺母副I；18-扶手；19-腰部固定绑带；20-髋关节座；21-腿部杆件；22-横板；23-竖板；24-转动副I；25-大腿连杆；26-小腿连杆；27-脚掌支撑座；28-转动副II；29-转动副III；30-大腿连杆上部；31-大腿连杆下部；32-轨道II；33-电机III；34-丝杆螺母副II；35-小腿连杆上部；36-小腿连杆下部；37-轨道III；38-电机Ⅳ；39-丝杆螺母副III；40-大腿固定带；41-小腿固定带；42-脚掌固定带；43-髋关节电机；44-膝关节电机；45-踝关节电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照

附图，对本发明进一步详细说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的下肢康复机器人，包括底座1、支撑柱2、躺板3、支撑杆4和下肢外骨骼5，

所述的底座1前部设有支撑柱2，后部设有电机I6和滑轨7；所述的支撑杆4的下端安装于滑轨7内，所述的电机I6与支撑杆4的下端连动，驱动支撑杆4的下端沿着滑轨7做进给运动；所述的支撑柱2的上端设有转轴I8；所述的躺板3的下端安装于转轴I8上，躺板3的中部或者后部设有转轴II9，所述的支撑杆4的上端安装于转轴II9上；所述的下肢外骨骼5安装于躺板3的下端上。

所述的底座1开设有U型槽10，位于U型槽10的两侧内壁分别设置有滑轨7；所述的支撑杆4为平行的两根，两根支撑杆4的下端通过连杆11连接，所述的连杆11的两端分别安装于滑轨7上，所述的电机I6通过推杆12与连杆11连接，驱动连杆11沿着滑轨7做进给运动。

所述的躺板3包括下躺板13、上躺板14、轨道I15、电机II16、丝杆螺母副I17；所述的下躺板13的上端设有轨道I15，所述的上躺板14安装于轨道I15上；所述的下躺板13底面设有电机II16，所述的电机II16通过丝杆螺母副I17与上躺板14连接，驱动上躺板14沿轨道I15做进给运动。

所述的下躺板13的中部设有扶手18，扶手18的下方设有腰部固定绑带19。

所述的下肢外骨骼5包括髋关节座20和腿部杆件21，所述的髋关节座20包括横板22和竖板23，所述的横板22平行于下躺板13横向方向；所述的横板22的两端分别垂直安装竖板23，所述的竖板23的末端上设有转动副I24，所述的腿部杆件21的上端安装于转动副I24上；所述的横板22中部设有伸缩装置，能够控制横板22伸缩。

所述的腿部杆件21包括大腿连杆25、小腿连杆26和脚掌支撑座27；所述大腿连杆25的上端通过转动副I24与竖板23相连接，大腿连杆25的下端通过转动副II28与小腿连杆26的上端连接，所述的小腿连杆26的下端通过转动副III29与脚掌支撑座27连接。

所述的大腿连杆25包括大腿连杆上部30、大腿连杆下部31、轨道II32、电机III33、丝杆螺母副II34；所述的大腿连杆上部30上端通过转动副I24与竖板23相连接，下端设有轨道II32；所述的大腿连杆下部31安装于轨道II32上；所述的电机III33安装于大腿连杆上部30上，通过丝杆螺母副II34连接至大腿连杆下部31，能够驱动大腿连杆下部31沿轨道II32做进给运动。

所述的小腿连杆26包括小腿连杆上部35、小腿连杆下部36、轨道III37、电机Ⅳ38、丝杆螺母副III39；所述的小腿连杆上部36上端通过转动副II28与大腿连杆下部31相连接，下端设有轨道III37；所述的小腿连杆下部36安装于轨道III37上；所述的电机Ⅳ38安装于小腿连杆上部35上，通过丝杆螺母副III39连接至小腿连杆下部36，能够驱动小腿连杆下部36沿轨道III37做进给运动。

所述的大腿连杆25、小腿连杆26和脚掌支撑座27上分别设置有大腿固定带40、小腿固定带41和脚掌固定带42。

所述的下肢外骨骼5设置有髋关节电机43驱动转动副I24，膝关节电机44驱动转动副II28，踝关节电机45驱动转动副III29；所述的髋关节电机43、膝关节电机44和踝关节电机45上分别设置有力矩传感器。

本发明的工作过程为：电机I6通过推杆12，驱动连杆11沿着滑轨7做进给运动，使得与连杆11连接的支撑杆4带动躺板3以转轴II9为轴心上下转动；电机II16通过丝杆螺母副I17，驱动上躺板13沿轨道I15做进给运动，以改变躺板3的长度；通过伸缩装置调节横板22的宽度；电机III33驱动丝杆螺母副II34，调节大腿连杆25的长度；电机Ⅳ38驱动丝杆螺母副III39；调节小腿连杆26的长度；患者躺在躺板3上，用腰部固定绑带19固定上身，大腿固定带40、小腿固定带41和脚掌固定带42分别固定大腿、小腿和脚掌；髋关节电机43驱动转动副I24，带动大腿连杆25转动；膝关节电机44驱动转动副II28，带动小腿连杆26转动；踝关节电机45驱动转动副III29，带动脚掌支承座27动；并通过力矩传感器测量各关节电机的输出力矩。

Claims

1.一种下肢康复机器人，包括底座（1）、支撑柱（2）、躺板（3）、支撑杆（4）和下肢外骨骼（5），其特征在于：

所述的底座（1）前部设有支撑柱（2），后部设有电机I（6）和滑轨（7）；所述的支撑杆（4）的下端安装于滑轨（7）内，所述的电机I（6）与支撑杆（4）的下端连动，驱动支撑杆（4）的下端沿着滑轨（7）做进给运动；所述的支撑柱（2）的上端设有转轴I（8）；所述的躺板（3）的下端安装于转轴I（8）上，躺板（3）的中部或者后部设有转轴II（9），所述的支撑杆（4）的上端安装于转轴II（9）上；所述的下肢外骨骼（5）安装于躺板（3）的下端上。

2.根据权利要求1所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的底座（1）开设有U型槽（10），位于U型槽（10）的两侧内壁分别设置有滑轨（7）；所述的支撑杆（4）为平行的两根，两根支撑杆（4）的下端通过连杆（11）连接，所述的连杆（11）的两端分别安装于滑轨（7）上，所述的电机I（6）通过推杆（12）与连杆（11）连接，驱动连杆（11）沿着滑轨（7）做进给运动。

3.根据权利要求1所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的躺板（3）包括下躺板（13）、上躺板（14）、轨道I（15）、电机II（16）、丝杆螺母副I（17）；所述的下躺板（13）的上端设有轨道I（15），所述的上躺板（14）安装于轨道I（15）上；所述的下躺板（13）底面设有电机II（16），所述的电机II（16）通过丝杆螺母副I（17）与上躺板（14）连接，驱动上躺板（14）沿轨道I（15）做进给运动。

4.根据权利要求3所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的下躺板（13）的中部设有扶手（18），扶手（18）的下方设有腰部固定绑带（19）。

5.根据权利要求1所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的下肢外骨骼（5）包括髋关节座（20）和腿部杆件（21），所述的髋关节座（20）包括横板（22）和竖板（23），所述的横板（22）平行于下躺板（13）横向方向；所述的横板（22）的两端分别垂直安装竖板（23），所述的竖板（23）的末端上设有转动副I（24），所述的腿部杆件（21）的上端安装于转动副I（24）上；所述的横板（22）中部设有伸缩装置，能够控制横板（22）伸缩。

6.根据根据权利要求5所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的腿部杆件（21）包括大腿连杆（25）、小腿连杆（26）和脚掌支撑座（27）；所述大腿连杆（25）的上端通过转动副I（24）与竖板（23）相连接，大腿连杆（25）的下端通过转动副II（28）与小腿连杆（26）的上端连接，所述的小腿连杆（26）的下端通过转动副III（29）与脚掌支撑座（27）连接。

7.根据根据权利要求6所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的大腿连杆（25）包括大腿连杆上部（30）、大腿连杆下部（31）、轨道II（32）、电机III（33）、丝杆螺母副II（34）；所述的大腿连杆上部（30）上端通过转动副I（24）与竖板（23）相连接，下端设有轨道II（32）；所述的大腿连杆下部（31）安装于轨道II（32）上；所述的电机III（33）安装于大腿连杆上部（30）上，通过丝杆螺母副II（34）连接至大腿连杆下部（31），能够驱动大腿连杆下部（31）沿轨道II（32）做进给运动。

8.根据根据权利要求6所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的小腿连杆（26）包括小腿连杆上部（35）、小腿连杆下部（36）、轨道III（37）、电机Ⅳ（38）、丝杆螺母副III（39）；所述的小腿连杆上部（36）上端通过转动副II（28）与大腿连杆下部（31）相连接，下端设有轨道III（37）；所述的小腿连杆下部（36）安装于轨道III（37）上；所述的电机Ⅳ（38）安装于小腿连杆上部（35）上，通过丝杆螺母副III（39）连接至小腿连杆下部（36），能够驱动小腿连杆下部（36）沿轨道III（37）做进给运动。

9.根据权利要求6所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的大腿连杆（25）、小腿连杆（26）和脚掌支撑座（27）上分别设置有大腿固定带（40）、小腿固定带（41）和脚掌固定带（42）。

10.根据权利要求6所述的下肢康复机器人，其特征在于：所述的下肢外骨骼（5）设置有髋关节电机（43）驱动转动副I（24），膝关节电机（44）驱动转动副II（28），踝关节电机（45）驱动转动副III（29）；所述的髋关节电机（43）、膝关节电机（44）和踝关节电机（45）上分别设置有力矩传感器。