CN106109183B - 双臂扶持康复训练机器人及其操作方法 - Google Patents

双臂扶持康复训练机器人及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双臂扶持康复训练机器人及其操作方法，包括履带式步行机、底座、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构。机械手部分包括肩关节、回转关节、肘关节和腕关节，每个关节都包含电机、谐波减速器、输出端。本发明可实现在步态训练过程中对人体髋部三个直线自由度和两个回转自由度的康复训练；可高度模拟髋部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。

Description

双臂扶持康复训练机器人及其操作方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种双臂扶持康复训练机器人及其操作方法。
背景技术
随着我国正逐步步入老龄化社会，老年人的健康越来越引起人们的重视，而对老年人健康造成重大威胁的病症中脑卒中占据了很大比率，因此针对脑卒中偏瘫后遗症的康复治疗尤为关键。而以偏瘫康复后期患者而言，平衡障碍和偏瘫步态是最大的困扰，因此对于步态的训练以及矫正须加以重视。
对于传统的步态康复训练，都是以治疗师为主导，手扶患者肩部或者髋部进行，在无法进行定量性的时间与强度的训练条件下，康复程度也因治疗师的个人经验与患者个人因素而异，不仅是对患者身心的考验，也是对治疗师身心的考验。现有的步态训练康复设备过于注重步行训练，而忽略了髋部的生理结构，不能综合的针对髋部的运动学分析设计，从而限制了步态训练的效果。
发明内容
为了解决现有技术存在的传统步态康复训练工作量大、效率低下和普通康复设备训练不全面、训练模式单一等问题，本发明通过分析髋部生理结构，提供一种双臂扶持康复训练机器人及其操作方法，为患者训练提供一个高效的训练平台。
其技术方案为：
一种双臂扶持康复训练机器人，包括履带式步行机、底座、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构。
升降丝杠机构包括导杆、丝杠、手臂升降平台和升降电机；机械手部分包括手臂连接管、肩关节电机、内齿轮组、肩关节谐波减速器、回转关节电机、大臂支撑板、回转关节谐波减速器、肘关节电机、肘关节支撑板、锥齿轮组、腕部万向节、前臂支撑板、肘关节谐波减速器、肩弹簧安装块、肘弹簧安装块和肘关节同步带；配重机构包括配重底板、配重块和导向杆和钢丝绳。
进一步，履带式步行机固定在底座上；升降机构也固定在底座上；机械手通过手臂连接管与手臂升降平台固定，通过升降电机驱动丝杠的旋转，带动手臂升降平台，沿着导杆上下运动实现机械手扶持患者蹲起康复训练；配重机构通过钢丝绳、滑轮组与手臂升降平台相连。
进一步，机械手固定在手臂连接管上，肩关节电机位于手臂连接管内，内齿轮组、肩关节谐波减速器和大臂支撑板相连，肩弹簧安装块作为辅助支撑与大臂支撑板固定，肩部弹簧连接着肩弹簧安装块和肩部支撑板，由肩关节电机带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；
回转关节电机固定在大臂支撑板上，通过回转关节谐波减速器带动肘关节支撑板，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动；
肘关节电机固定肘关节支撑板上，通过锥齿轮组与肘关节同步带带动大带轮轴，肘关节谐波减速器固定在大带轮轴上且与肘弹簧安装块、前臂支撑板相连，肘部弹簧连接着肘弹簧安装块与肘关节支撑板，实现前臂支撑板绕肘关节的伸展屈曲运动。
进一步，配重机构通过钢丝绳和滑轮组与手臂升降平台相连，并通过配重块提供拉力，作用于整个平台，有效的达到了减重的效果。
进一步，该装置可实现在步态训练过程中对人体髋部三个直线自由度和两个回转自由度的康复训练，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
一种双臂扶持康复训练机器人的操作方法，包括以下步骤：
使用本发明时，首先用绑带将被训者髋部固定于前臂腕部万向节上；
实施被训者步态训练时，配合履带式步行机，电机工作在力矩模式下：肩关节电机通过内齿轮组和肩关节谐波减速器带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；回转关节电机通过回转关节谐波减速器带动肘关节支撑板，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动；肘关节电机通过锥齿轮组与肘关节同步带带动前臂支撑板，实现前臂绕肘关节的伸展屈曲运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
其一，直线自由度与回转自由度组合运动，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动；其二，装置的旋转中心和人体髋关节的旋转中心重合，可以高度模拟人体步态训练的康复训练过程。
附图说明
图1为本发明一种双臂扶持康复训练机器人的结构示意图；其中，1、履带式步行机；2、底座；3、导杆；4、丝杠；5、配重底板；6、配重块；7、导向杆；8、手臂升降平台；9、钢丝绳；10、滑轮组；11、手臂连接管；12、肩关节电机；13、内齿轮组；14、肩关节谐波减速器；15、回转关节电机；16、大臂支撑板；17、回转关节谐波减速器；18、肘关节电机；19、肘关节支撑板；20、锥齿轮组；21、腕部万向节；22、前臂支撑板；23、肘关节谐波减速器；24、升降电机；25、肩弹簧安装块；26、肘弹簧安装块；27、肘关节同步带。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
参照图1，本发明实施例的一种双臂扶持康复训练机器人，包括履带式步行机1、底座2、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构。
升降丝杠机构包括导杆3、丝杠4、手臂升降平台8和升降电机24；机械手部分包括手臂连接管11、肩关节电机12、内齿轮组13、肩关节谐波减速器14、回转关节电机15、大臂支撑板16、回转关节谐波减速器17、肘关节电机18、肘关节支撑板19、锥齿轮组20、腕部万向节21、前臂支撑板22、肘关节谐波减速器23、肩弹簧安装块25、肘弹簧安装块26和肘关节同步带27；配重机构包括配重底板5、配重块6和导向杆7和钢丝绳9。
作为进一步改进，履带式步行机1固定在底座2上；升降机构也固定在底座2上；机械手通过手臂连接管11与手臂升降平台8固定，通过升降电机24驱动丝杠4的旋转，带动手臂升降平台8，沿着导杆3上下运动实现机械手扶持患者蹲起康复训练；配重机构通过钢丝绳9、滑轮组10与手臂升降平台8相连。
作为进一步改进，机械手固定在手臂连接管11上，肩关节电机12位于手臂连接管11内，内齿轮组13、肩关节谐波减速器14和大臂支撑板16相连，肩弹簧安装块25作为辅助支撑与大臂支撑板16固定，肩部弹簧连接着肩弹簧安装块25和肩部支撑板，由肩关节电机12带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；
回转关节电机15固定在大臂支撑板16上，通过回转关节谐波减速器17带动肘关节支撑板19，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动；
肘关节电机18固定肘关节支撑板19上，通过锥齿轮组20与肘关节同步带27带动大带轮轴，肘关节谐波减速器23固定在大带轮轴上且与肘弹簧安装块26、前臂支撑板22相连，肘部弹簧连接着肘弹簧安装块26与肘关节支撑板19，实现前臂支撑板22绕肘关节的伸展屈曲运动。
作为进一步改进，配重机构通过钢丝绳9和滑轮组10与手臂升降平台8相连，并通过配重块6提供拉力，作用于整个平台，有效的达到了减重的效果。
作为进一步改进，该装置可实现在步态训练过程中对人体髋部三个直线自由度和两个回转自由度的康复训练，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
其一，直线自由度与回转自由度组合运动，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动；其二，装置自由度灵活，可以高度模拟治疗师在步态训练过程中的操作；其三，在肩关节与肘关节处都分别设计有弹簧安装块，利用拉伸弹簧的拉力抵消掉部分结构自身重量，设计安全性高；其四，整体式减重装置，降低患者与电机的负载。
使用本发明时，首先用绑带将被训者髋部固定于前臂腕部万向节21上；
实施被训者步态训练时，配合履带式步行机1，电机工作在力矩模式下：肩关节电机12通过内齿轮组13和肩关节谐波减速器14带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；回转关节电机15通过回转关节谐波减速器17带动肘关节支撑板19，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动；肘关节电机18通过锥齿轮组20与肘关节同步带27带动前臂支撑板22，实现前臂绕肘关节的伸展屈曲运动。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种双臂扶持康复训练机器人，包括履带式步行机（1）、底座（2）、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构；
升降丝杠机构包括导杆(3)、丝杠(4)、手臂升降平台(8)和升降电机(24)；机械手部分包括手臂连接管(11)、肩关节电机(12)、内齿轮组(13)、肩关节谐波减速器(14)、回转关节电机(15)、大臂支撑板(16)、回转关节谐波减速器(17)、肘关节电机(18)、肘关节支撑板(19)、锥齿轮组(20)、腕部万向节(21)、前臂支撑板(22)、肘关节谐波减速器(23)、肩弹簧安装块(25)、肘弹簧安装块(26)和肘关节同步带(27)；配重机构包括配重底板(5)、配重块(6)、导向杆(7)和钢丝绳(9)；
其中，履带式步行机(1)固定在底座(2)上；升降丝杠机构也固定在底座(2)上；机械手部分通过手臂连接管(11)与手臂升降平台(8)固定，通过升降电机(24)驱动丝杠(4)的旋转，带动手臂升降平台(8)，沿着导杆(3)上下运动实现机械手部分扶持患者蹲起康复训练；配重机构通过钢丝绳(9)、滑轮组(10)与手臂升降平台(8)相连；
其中，所述机械手部分固定在手臂连接管(11)上，肩关节电机(12)位于手臂连接管(11)内，内齿轮组(13)、肩关节谐波减速器(14)和大臂支撑板(16)相连，肩弹簧安装块(25)作为辅助支撑与大臂支撑板(16)固定，肩部弹簧连接着肩弹簧安装块(25)和肩部支撑板，由肩关节电机(12)带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；
回转关节电机(15)固定在大臂支撑板(16)上，通过回转关节谐波减速器(17)带动肘关节支撑板(19)，实现肘关节的内旋外旋运动；
肘关节电机(18)固定在肘关节支撑板(19)上，通过锥齿轮组(20)与肘关节同步带(27)带动大带轮轴，肘关节谐波减速器(23)固定在大带轮轴上且与肘弹簧安装块(26)、前臂支撑板(22)相连，肘部弹簧连接着肘弹簧安装块(26)与肘关节支撑板(19)，实现前臂支撑板(22)绕肘关节的伸展屈曲运动；
其中，所述配重机构通过钢丝绳(9)和滑轮组(10)与手臂升降平台(8)相连，并通过配重块(6)提供拉力。
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