CN106176127A - 用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人及其操作方法 - Google Patents

用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于康复训练的多自由度扶持机器人，该装置包括底座、履带式步行机、配重机构和运动部分；运动部分包括上下运动平台、左右运动平台、后移运动平台、提胯运动平台和平行四杆式运动平台。各运动平台均由电机、平台固定板、齿轮组和输出端构成。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、两个回转自由度和肩部两个直线自由度和一个回转自由度的康复训练；可高度模拟髋部和肩部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。

Description

用于康复训练的全身协调多功能扶持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，具体涉及一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人及其操作方法。
背景技术
我国老龄化问题日益严重，而中风偏瘫又是老年人中的高发病，因此针对老年人偏瘫后的康复治疗显得尤为重要。偏瘫患者步态正常是康复的标志，因此步态训练在康复训练中的地位尤为显著。
对于偏瘫患者的传统康复手段需理疗师手扶患者髋部进行步态训练，消耗了大量的时间与体力，并且无法保证充足的训练时间和足够的训练强度。现有的步态训练康复设备所能训练的自由度少，不能对患者在行走过程中的步态进行很好的协调训练，只注重局部的康复训练导致了患者恢复不全面等问题，所以，本发明对患者全身进行了生理分析，结合患者运动步态进行设备的设计，从而达到康复训练的最佳效果。
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和肩部生理结构，提供一种用于康复训练的全身协调多功能扶持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：
一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，包括支撑机构、训练机构、配重部分和步行机构。训练装置包括肩运动部分25和髋运动部分37。肩运动部分25包括肩上下运动部分、肩左右运动平台、肩平行四杆式运动平台。髋运动部分37包括髋上下运动平台、髋左右运动平台、髋后移运动平台、髋提胯运动平台、髋平行四杆式运动。支撑机构有支撑杆38；配重部分包括配重块39和钢丝绳23；肩上下运动平台包括第六电机12、第六齿轮组13、第六电机固定块14；肩左右运动平台包括第七齿轮组15、第七电机固定块16、第七丝杠滑块结构17、第七电机18；肩平行四杆式运动平台包括第八电机19、第八电机固定块20、第八齿轮组21、第八丝杠滑块结构22、肩第一输出杆24、肩第二输出杆26。髋上下运动平台包括第一电机1、第一电机固定块2、第一齿轮组3；髋左右运动平台包括第二电机4第二丝杠组5第二齿轮组6第二电机固定块7；髋后移运动平台包括第三电机8、第三丝杠滑块结构9、第三齿轮组10、第三电机固定块11；髋提胯运动平台包括第四输出杆27、第四齿轮组28、第四电机29、第四电机固定块30；髋平行四杆式运动平台包括第五齿轮组31、第五电机固定块32、第五电机33、髋第一输出杆34、第五丝杠滑块结构35、髋第二输出杆36。
进一步，履带式步行机41固定在底座40上；运动部分通过支撑杆38与底座40相连；配重机构通过配重块39与底座40相连，通过钢丝绳23与运动平台相连。
进一步，第六电机12固定在第六电机固定块14上，通过第第六齿轮组13带动肩运动部分25上下运动。
第七电机18固定在第七电机固定块16上，通过第七齿轮组15带动第七丝杠滑块结构17左右运动，第七丝杠滑块结构17固定在第六电机固定块14，从而使得左右运动平台左右运动。
第八电机19固定在第八电机固定块20上，通过第八齿轮组21带动第八丝杠滑块结构22和肩第一输出杆24、肩第二输出杆26运动，形成平行四杆机构。
髋运动部分的第一电机1固定在第一电机固定块2上，通过第一齿轮组3带动髋运动部分37上下运动。
第四电机29固定在第四电机固定块30上，通过第四齿轮组28带动第四输出杆27提胯运动，第四输出杆27与髋第一输出杆34和髋第二输出杆36相连，从而使得髋第一输出杆34和髋第二输出杆36做提胯运动。
第三电机8固定在第三电机固定块11上，通过第三齿轮组10带动第三丝杠滑块结构9前后运动，第三丝杠滑块结构9固定在髋运动部分37上，从而使得前后运动平台前后运动。
第二电机4固定在第二电机固定块7上，通过第二齿轮组6直接带动第二丝杠组5移动，第二丝杠组5固定在髋运动部分37上，从而使髋左右运动平台左右运动。
第五电机33固定在第五电机固定块32上，通过第五齿轮组31带动第五丝杠滑块结构35运动，带动第五丝杠滑块结构35带动髋第一输出杆34前后和髋第二输出杆36运动，从而形成平行四杆机构。
进一步，配重机构通过钢丝绳23与运动平台相连，并通过配重块39提供拉力，作用于整个运动平台，有效的达到了免重的效果。
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、两个回转自由度和肩部两个直线度、一个回转度的的康复训练，高度模拟髋部和肩部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人的操作方法，包括以下步骤：
配合履带式步行机41，电机工作在力矩模式下：第六电机12固定在第六电机固定块14上，通过第第六齿轮组13带动肩运动部分25上下运动。第七电机18固定在第七电机固定块16上，通过第七齿轮组15带动第七丝杠滑块结构17左右运动。第八电机19固定在第八电机固定块20上，通过第八齿轮组21带动第八丝杠滑块结构22和肩第一输出杆24、肩第二输出杆26运动，形成平行四杆机构。第一电机1固定在第一电机固定块2上，通过第一齿轮组3带动髋运动部分37上下运动。第四电机29固定在第四电机固定块30上，通过第四齿轮组28带动第四输出杆27提胯运动，第四输出杆27与髋第一输出杆34和髋第二输出杆36相连，从而使得髋第一输出杆34和髋第二输出杆36做提胯运动。第三电机8固定在第三电机固定块11上，通过第三齿轮组10带动第三丝杠滑块结构9前后运动，第三丝杠滑块结构9固定在髋运动部分37上，从而使得前后运动平台前后运动。第二电机4固定在第二电机固定块7上，通过第二齿轮组6直接带动第二丝杠组5移动，第二丝杠组5固定在髋运动部分37上，从而使髋左右运动平台左右运动。第五电机33固定在第五电机固定块32上，通过第五齿轮组31带动第五丝杠滑块结构35运动，带动第五丝杠滑块结构35带动髋第一输出杆34前后和髋第二输出杆36运动，从而形成平行四杆机构。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
其一，拥有五个直线自由度和三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；其二，对称式免重机构，以减轻患者步态训练时的负担；其三，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为本发明一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人的结构示意图；其中，1、第一电机；2、第一电机固定块；3、第一齿轮组；4、第二电机；5、第二丝杠组；6、第二齿轮组；7、第二电机固定块；8、第三电机；9、第三丝杠滑块结构；10、第三齿轮组；11、第三电机固定块；12、第六电机；13、第六齿轮组；14、第六电机固定块；15、第七齿轮组；16、第七电机固定块；17、第七丝杠滑块结构；18、第七电机；19、第八电机；20、第八电机固定块；21、第八齿轮组；22、第八丝杠滑块结构；23、钢丝绳；24、肩第一输出杆；25、肩运动部分；26、肩第二输出杆；27、第四输出杆；28、第四齿轮组；29、第四电机；30、第四电机固定块；31、第五齿轮组；32、第五电机固定块；33、第五电机；34、髋第一输出杆；35、第五丝杠滑块结构；36、髋第二输出杆；37、髋运动部分；38、支撑杆；39、配重块；40、底座；41、履带式步行机。
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1，一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，包括底座40、履带式步行机41、配重机构、支撑部分38、肩运动部分25、髋运动部分37。
肩运动部分包括第六电机12、第六齿轮组13、第六电机固定块14；肩左右运动平台包括第七齿轮组15、第七电机固定块16、第七丝杠滑块结构17、第七电机18；肩平行四杆式运动平台包括第八电机19、第八电机固定块20、第八齿轮组21、第八丝杠滑块结构22、肩第一输出杆24、肩第二输出杆26。
髋运动部分包括第一电机1、第一电机固定块2、第一齿轮组3；髋左右运动平台包括第二电机4第二丝杠组5第二齿轮组6第二电机固定块7；髋后移运动平台包括第三电机8、第三丝杠滑块结构9、第三齿轮组10、第三电机固定块11；髋提胯运动平台包括第四输出杆27、第四齿轮组28、第四电机29、第四电机固定块30；髋平行四杆式运动平台包括第五齿轮组31、第五电机固定块32、第五电机33、髋第一输出杆34、第五丝杠滑块结构35、髋第二输出杆36。
作为进一步改进，履带式步行机41固定在底座40上；运动部分通过支撑杆38与底座40相连；配重机构通过配重块39与底座40相连，通过钢丝绳23与运动平台相连。
作为进一步改进，第六电机12固定在第六电机固定块14上，通过第第六齿轮组13带动肩运动部分25上下运动。
作为进一步改进，第七电机18固定在第七电机固定块16上，通过第七齿轮组15带动第七丝杠滑块结构17左右运动，第七丝杠滑块结构17固定在第六电机固定块14，从而使得左右运动平台左右运动。
作为进一步改进，第八电机19固定在第八电机固定块20上，通过第八齿轮组21带动第八丝杠滑块结构22和肩第一输出杆24、肩第二输出杆26运动，形成平行四杆机构。
作为进一步改进，髋运动部分的第一电机1固定在第一电机固定块2上，通过第一齿轮组3带动髋运动部分37上下运动。
作为进一步改进，第四电机29固定在第四电机固定块30上，通过第四齿轮组28带动第四输出杆27提胯运动，第四输出杆27与髋第一输出杆34和髋第二输出杆36相连，从而使得髋第一输出杆34和髋第二输出杆36做提胯运动。
作为进一步改进，第三电机8固定在第三电机固定块11上，通过第三齿轮组10带动第三丝杠滑块结构9前后运动，第三丝杠滑块结构9固定在髋运动部分37上，从而使得前后运动平台前后运动。
作为进一步改进，第二电机4固定在第二电机固定块7上，通过第二齿轮组6直接带动第二丝杠组5移动，第二丝杠组5固定在髋运动部分37上，从而使髋左右运动平台左右运动。
作为进一步改进，第五电机33固定在第五电机固定块32上，通过第五齿轮组31带动第五丝杠滑块结构35运动，带动第五丝杠滑块结构35带动髋第一输出杆34前后和髋第二输出杆36运动，从而形成平行四杆机构。
作为进一步改进，配重机构通过钢丝绳23与运动平台相连，并通过配重块39提供拉力，作用于整个运动平台，有效的达到了免重的效果。
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、两个回转自由度和肩部两个直线自由度、一个回转自由度的康复训练，高度模拟髋部和肩部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
使用本发明时，被训者首先用绑带固定髋部，连接到肩第一输出杆24、肩第二输出杆26上和髋第一输出杆34、髋第二输出杆36。
实施被训者步态训练时，配合履带式步行机41，电机工作在力矩模式下：第六电机12固定在第六电机固定块14上，通过第第六齿轮组13带动肩运动部分25上下运动。第七电机18固定在第七电机固定块16上，通过第七齿轮组15带动第七丝杠滑块结构17左右运动。第八电机19固定在第八电机固定块20上，通过第八齿轮组21带动第八丝杠滑块结构22和肩第一输出杆24、肩第二输出杆26运动，形成平行四杆机构。第一电机1固定在第一电机固定块2上，通过第一齿轮组3带动髋运动部分37上下运动。第四电机29固定在第四电机固定块30上，通过第四齿轮组28带动第四输出杆27提胯运动，第四输出杆27与髋第一输出杆34和髋第二输出杆36相连，从而使得髋第一输出杆34和髋第二输出杆36做提胯运动。第三电机8固定在第三电机固定块11上，通过第三齿轮组10带动第三丝杠滑块结构9前后运动，第三丝杠滑块结构9固定在髋运动部分37上，从而使得前后运动平台前后运动。第二电机4固定在第二电机固定块7上，通过第二齿轮组6直接带动第二丝杠组5移动，第二丝杠组5固定在髋运动部分37上，从而使髋左右运动平台左右运动。第五电机33固定在第五电机固定块32上，通过第五齿轮组31带动第五丝杠滑块结构35运动，带动第五丝杠滑块结构35带动髋第一输出杆34前后和髋第二输出杆36运动，从而形成平行四杆机构。
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 (6)

1.一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，其特征在于：包括底座(40)、履带式步行机(41)、配重机构(39)、支撑部分(38)、肩运动部分(25)、髋运动部分(37)；
所述配重机构包括配重块(39)和钢丝绳(23)；
所述肩运动部分包括肩上下运动平台、肩左右运动平台、和肩平行四杆式运动平台；
所述髋运动部分包括髋上下运动平台、髋左右运动平台、髋后移运动平台、髋提胯运动平台和髋平行四杆式运动平台；
所述肩上下运动平台包括第六电机(12)；第六齿轮组(13)；第六电机固定块(14)；所述肩左右运动平台包括第七齿轮组(15)；第七电机固定块(16)；第七丝杠滑块结构(17)；第七电机(18)；所述肩平行四杆式运动平台包括第八电机(19)；第八电机固定块(20)；第八齿轮组(21)；第八丝杠滑块结构(22)；肩第一输出杆(24)；肩第二输出杆(26)；
所述髋上下运动平台包括第一电机(1)；第一电机固定块(2)；第一齿轮组(3)；所述髋左右运动平台包括第二电机(4)；第二丝杠组(5)；第二齿轮组(6)；第二电机固定块(7)；所述髋后移运动平台包括第三电机(8)；第三丝杠滑块结构(9)；第三齿轮组(10)；第三电机固定块(11)；所述髋提胯运动平台包括第四输出杆(27)；第四齿轮组(28)；第四电机(29)；第四电机固定块(30)；所述髋平行四杆式运动平台包括第五齿轮组(31)；第五电机固定块(32)；第五电机(33)；髋第一输出杆(34)；第五丝杠滑块结构(35)；髋第二输出杆(36)。
2.根据权利要求1所述的用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，其特征在于：所述履带式步行机(41)固定在底座(40)上；运动部分通过支撑杆(38)与底座(40)相连；配重机构通过配重块(39)与底座相连，通过钢丝绳(23)与运动平台相连。
3.根据权利要求1所述的用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，其特征在于：所述肩运动部分的第六电机(12)固定在第六电机固定块(14)上，通过第第六齿轮组(13)带动肩运动部分(25)上下运动；
所述第七电机(18)固定在第七电机固定块(16)上，通过第七齿轮组(15)带动第七丝杠滑块结构(17)左右运动，第七丝杠滑块结构(17)固定在第六电机固定块(14)，从而使得左右运动平台左右运动；
所述第八电机(19)固定在第八电机固定块(20)上，通过第八齿轮组(21)带动第八丝杠滑块结构(22)和肩第一输出杆(24)、肩第二输出杆(26)运动，形成平行四杆机构。
4.根据权利要求1所述的用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，其特征在于：所述髋运动部分的第一电机(1)固定在第一电机固定块(2)上，通过第一齿轮组(3)带动髋运动部分(37)上下运动；
所述第四电机(29)固定在第四电机固定块(30)上，通过第四齿轮组(28)带动第四输出杆(27)提胯运动，第四输出杆(27)与髋第一输出杆(34)和髋第二输出杆(36)相连，从而使得髋第一输出杆(34)和髋第二输出杆(36)做提胯运动；
所述第三电机(8)固定在第三电机固定块(11)上，通过第三齿轮组(10)带动第三丝杠滑块结构(9)前后运动，第三丝杠滑块结构(9)固定在髋运动部分(37)上，从而使得前后运动平台前后运动；
所述第二电机(4)固定在第二电机固定块(7)上，通过第二齿轮组(6)直接带动第二丝杠组(5)移动，第二丝杠组(5)固定在髋运动部分(37)上，从而使髋左右运动平台左右运动；
所述第五电机(33)固定在第五电机固定块(32)上，通过第五齿轮组(31)带动第五丝杠滑块结构(35)运动，带动第五丝杠滑块结构(35)带动髋第一输出杆(34)前后和髋第二输出杆(36)运动，从而形成平行四杆机构。
5.根据权利要求1所述的用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人，其特征在于：所述配重机构通过钢丝绳(23)与运动平台相连，并通过配重块(39)提供拉力。
6.一种用于康复训练的全身协调多功能扶持机器人的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
被训者首先用绑带固定髋部和肩部，髋部连接到第一运动输出杆(34)和第二运动输出杆(36)上；肩部连接到肩第一输出杆(24)和肩第二输出杆(26)上；实施被训者步态训练时，配合履带式步行机(41)，第六电机(12)固定在第六电机固定块(14)上，通过第第六齿轮组(13)带动肩运动部分(25)上下运动；第七电机(18)固定在第七电机固定块(16)上，通过第七齿轮组(15)带动第七丝杠滑块结构(17)左右运动；第八电机(19)固定在第八电机固定块(20)上，通过第八齿轮组(21)带动第八丝杠滑块结构(22)和肩第一输出杆(24)、肩第二输出杆(26)运动，形成平行四杆机构；第一电机(1)固定在第一电机固定块(2)上，通过第一齿轮组(3)带动髋运动部分(37)上下运动；第四电机(29)固定在第四电机固定块(30)上，通过第四齿轮组(28)带动第四输出杆(27)提胯运动，第四输出杆(27)与髋第一输出杆(34)和髋第二输出杆(36)相连，从而使得髋第一输出杆(34)和髋第二输出杆(36)做提胯运动；第三电机(8)固定在第三电机固定块(11)上，通过第三齿轮组(10)带动第三丝杠滑块结构(9)前后运动，第三丝杠滑块结构(9)固定在髋运动部分(37)上，从而使得前后运动平台前后运动；第二电机(4)固定在第二电机固定块(7)上，通过第二齿轮组(6)直接带动第二丝杠组(5)移动，第二丝杠组(5)固定在髋运动部分(37)上，从而使髋左右运动平台左右运动；第五电机(33)固定在第五电机固定块(32)上，通过第五齿轮组(31)带动第五丝杠滑块结构(35)运动，带动第五丝杠滑块结构(35)带动髋第一输出杆(34)前后和髋第二输出杆(36)运动，从而形成平行四杆机构。
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