CN106333830A - 一种下肢康复机器人助行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下肢康复机器人助行机构，包括结构相同的左、右侧腿部助行机构，以及连接在左、右侧腿部助行机构上端之间的机架，每侧腿部助行机构分别由髋关节机构、膝关节机构、坐垫机构构成，髋关节机构为一个曲柄摇杆机构，可实现大腿杆的运动，以及膝关节机构为一个五杆组合机构和一个五杆机构的复合式机构，可实现小腿杆的运动。通过曲柄摇杆机构和五杆组合机构共有的髋曲柄、髋部杆，实现大腿部和小腿部的协调运作，模拟人步行时步态，带动人体下肢运动，帮助其恢复健康。

Description

一种下肢康复机器人助行机构

技术领域

本发明涉及肢体助力机构领域，具体是一种下肢康复机器人助行机构。

背景技术

下肢康复机器人是通过抬升机构将轮椅车身和助行机构相结合，在轮椅为残障人士提供代步工具的同时，通过助行机构进行下肢锻炼早日康复。目前市场上的轮椅和下肢康复装置大都是独立存在，且很多下肢康复装置价格昂贵，远远超出了普通人的经济承受范围，而且价格稍低的康复装置的助行机构大多采用的是曲柄摇杆机构，如图1，髋曲柄a带动髋曲柄b，从而带动大腿连杆c，大腿连杆c同时带动小腿连杆d以及大腿杆e，实现助行机构的运动。但这种结构无法实现高精度的仿生运动轨迹，舒适度较低。因此，设计一种经济实用、舒适度高的下肢康复机器人变得尤为重要，其助行机构的设计则成为关键。

发明内容 本发明的目的是提供一种下肢康复机器人助行机构，以解决现有技术上下肢康复装置功能单一、舒适度低的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：包括结构相同的左、右侧腿部助行机构，以及连接在左、右侧腿部助行机构上端之间的机架，每侧腿部助行机构分别由髋关节机构、膝关节机构、坐垫机构构成，其中：

每侧腿部助行机构中 髋关节机构分别包括大腿杆、大腿连杆、髋曲柄、髋部杆，所述大腿杆竖向设置，大腿杆上端与机架对应侧之间转动连接，大腿杆后侧上部向后固定成型有短连杆一，短连杆一后端与大腿连杆一端转动连接，大腿连杆另一端向后上方倾斜伸展，所述髋曲柄为两柄杆通过各自一端转动连接构成的倒V形结构，大腿连杆另一端与髋曲柄的V形一端即前端转动连接，所述髋部杆沿前后方向水平设置，髋部杆前端与大腿杆上端、机架对应侧同轴转动连接，髋部杆后端与髋曲柄的V形拐点即上端同轴转动连接，髋部杆后端与髋曲柄上端连接的转轴上还安装有齿轮一，由大腿杆、大腿连杆、髋曲柄、髋部杆构成曲柄摇杆机构；

每侧腿部助行机构中，膝关节机构包括小腿杆、小腿连杆、连杆一、连杆二、连杆三，所述小腿杆竖向设置，小腿杆上端与大腿杆下端之间转动连接，小腿杆后侧上部向后固定成型有短连杆二，短连杆二后端与小腿连杆一端转动连接，小腿连杆另一端向上伸展，且小腿连杆平行于大腿杆，所述连杆一的一端与大腿杆上端、机架对应侧、髋部杆前端同轴转动连接，所述小腿连杆另一端转动连接在连杆一的中部，由大腿杆、小腿杆、小腿连杆、连杆一、机架构成五杆机构，连杆一的另一端向后下方伸展，且连杆一的另一端与连杆二的一端转动连接，连杆二的另一端向后下方伸展，且连杆二的另一端与连杆三的一端转动连接，连杆三的另一端向后上方伸展，且连杆三的另一端与髋曲柄的V形另一端即后端通过转轴转动连接，连杆三另一端与髋曲柄后端连接的转轴上还安装有齿轮二，所述齿轮二与齿轮一传动啮合，由连杆一、连杆二、连杆三、髋曲柄、髋部杆及齿轮一、齿轮二构成五杆组合机构；

每侧腿部助行机构中，坐垫机构包括坐垫、腿垫，其中坐垫连接在大腿杆、小腿连杆之间内侧，腿垫连接在小腿杆内侧。

所述的一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：所述五杆组合机构由步进电机通过齿轮一、齿轮二、倒V形的髋曲柄驱动。

所述的一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：所述坐垫厚度小于大腿杆、小腿杆之间转动连接处在坐垫厚度方向上的高度，且当腿部助行机构为完全站立状态时，腿垫和坐垫处于同一平面。

所述的一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：所述的坐垫和腿垫上均装有环扣状的护腿带。

本发明一方面通过膝关节机构的五杆组合机构带动连杆一，继而带动膝关节机构的五杆机构，通过五杆机构带动小腿杆，另一方面通过髋关节机构的曲柄摇杆机构带动大腿杆，髋关节机构的曲柄摇杆机构通过髋曲柄、髋部杆与膝关节机构的五杆组合机构连接，大腿部和小腿部同步运作。

与现有康复装置的助行结构相比，本发明既具有结构简单，价格实惠的特点，又可以高精度模拟人体步态，提高人的舒适程度，带动人体下肢得到锻炼。

附图说明

图1是现有技术助行机构的曲柄摇杆机构结构简图。

图2是本发明一种下肢康复机器人的左腿助行机构示意图。

图3是本发明一种下肢康复机器人的左腿助行机构结构简图。

图4是本发明一种下肢康复机器人的左腿助行机构的髋关节机构示意图。

图5是本发明一种下肢康复机器人的左腿助行机构的膝关节机构示意图。

图6是本发明一种下肢康复机器人的助行机构步行状态示意图。

具体实施方式

如图2、图3、图6所示，一种下肢康复机器人助行机构，包括结构相同的左、右侧腿部助行机构，以及连接在左、右侧腿部助行机构上端之间的机架A24，每侧腿部助行机构分别由髋关节机构A1、膝关节机构A2、坐垫机构B构成，其中：

如图3、图4所示，每侧腿部助行机构中 髋关节机构A1分别包括大腿杆A11、大腿连杆A12、髋曲柄A13、髋部杆A14，大腿杆A11竖向设置，大腿杆A11上端与机架A24对应侧之间转动连接，大腿杆A11后侧上部向后固定成型有短连杆一，短连杆一后端与大腿连杆一端A12转动连接，大腿连杆A12另一端向后上方倾斜伸展，髋曲柄A13为两柄杆通过各自一端转动连接构成的倒V形结构，大腿连杆A12另一端与髋曲柄A13的V形一端即前端转动连接，髋部杆A14沿前后方向水平设置，髋部杆A14前端与大腿杆A11上端、机架A24对应侧同轴转动连接，髋部杆A14后端与髋曲柄A13的V形拐点即上端同轴转动连接，髋部杆A14后端与髋曲柄A13上端连接的转轴上还安装有齿轮一I，由大腿杆A11、大腿连杆A12、髋曲柄A13、髋部杆A14构成曲柄摇杆机构；

本发明中，髋关节机构A1包括大腿杆A11、大腿连杆A12、髋曲柄A13、髋部杆A14，髋部杆A14前端与大腿杆A11上端转动连接，髋部杆A14后端与髋曲柄A13的上端转动连接，髋曲柄A13的前端与大腿连杆A12后端转动连接，通过大腿连杆A12连接于大腿杆A11上部，由此大腿杆A11、大腿连杆A12、髋曲柄A13、髋部杆A14构成一个曲柄摇杆机构。

如图3、图5所示，每侧腿部助行机构中，膝关节机构A2包括小腿杆A21、小腿连杆A22、连杆一A23、连杆二A25、连杆三A26，小腿杆A21竖向设置，小腿杆A21上端与大腿杆A11下端之间转动连接，小腿杆A21后侧上部向后固定成型有短连杆二，短连杆二后端与小腿连杆A22一端转动连接，小腿连杆A22另一端向上伸展，且小腿连杆A22平行于大腿杆A11，连杆一A23的一端与大腿杆A11上端、机架A24对应侧、髋部杆A14前端同轴转动连接，小腿连杆A22另一端转动连接在连杆一A23的中部，由大腿杆A11、小腿杆A21、小腿连杆A22、连杆一A23、机架A24构成五杆机构，连杆一A23的另一端向后下方伸展，且连杆一A23的另一端与连杆二A25的一端转动连接，连杆二A25的另一端向后下方伸展，且连杆二A25的另一端与连杆三A26的一端转动连接，连杆三A26的另一端向后上方伸展，且连杆三A26的另一端与髋曲柄A13的V形另一端即后端通过转轴转动连接，连杆三A26另一端与髋曲柄A13后端连接的转轴上还安装有齿轮二II，齿轮二II与齿轮一I传动啮合，由连杆一A23、连杆二A25、连杆三A26、髋曲柄A13、髋部杆A14及齿轮一I、齿轮二II构成五杆组合机构。

本发明中，膝关节机构A2包括小腿杆A21、小腿连杆A22、连杆一A23、机架A24、连杆二A25、连杆三A26。大腿杆A11上端与机架A24转动连接，大腿杆A11下端与小腿杆A21上端转动连接，小腿杆A21后侧短连杆二与小腿连杆A22下端转动连接，通过小腿连杆A22转动连接于连杆一A23的中部，连杆一A23的上端转动连接于机架A24，构成一个五杆机构；大腿杆A11下端与小腿杆A21上端转动连接，小腿杆A21后侧短连杆二与小腿连杆A22转动连接，小腿连杆A22转动连接于连杆一A23的中部，连杆一A23的上端转动连接于髋部杆A14的前端，下端转动连接于连杆二A25的一端，连杆二A25的另一端与连杆三A26一端转动连接，髋曲柄A13的上端、后端分别与髋部杆A14的后端、连杆三A26的另一端转动连接，齿轮一Ⅰ固定于髋部杆后端、髋曲柄上端之间转轴上，齿轮二Ⅱ固定于连杆三另一端、髋曲柄后端之间转轴上，同时，齿轮一Ⅰ、二Ⅱ啮合，实现髋部杆A14、连杆三A26的运动传递，由此连杆一A23、连杆二A25、连杆三A26、髋曲柄A13及髋部杆A14以及齿轮一Ⅰ、二Ⅱ，构成了一个五杆组合机构。

髋曲柄A13呈倒“V”型状，由步进电机带动绕其上端点转动，髋曲柄A13一方面通过大腿连杆A12带动大腿杆A11的转动，实现髋关节机构的驱动，另一方面通过连杆三A26带动连杆二A25转动，继而带动连杆一A23转动，实现膝关节机构中的五杆组合机构的驱动，同时小腿连杆A22转动连接于连杆一A23的中部，从而带动小腿杆A21的转动，实现单腿的运动。并且，左、右助行机构中的髋曲柄转速相同，但是转角交错设置，模拟人步行时步态，带动人体下肢运动，帮助使用者恢复健康。

如图2所示，每侧腿部助行机构中，坐垫机构B包括坐垫B1、腿垫B2，其中坐垫B1连接在大腿杆A11、小腿连杆A22之间内侧，腿垫B2连接在小腿杆A21内侧。

本发明中，大腿杆A11和小腿连杆A22之间内侧装有坐垫B1，坐垫B1的厚度低于大腿杆A11、小腿杆A21转动连接处在坐垫厚度方向上的高度，从而连接大腿杆A11与小腿杆A21的铰链更接近于使用者的膝关节的位置，使得助行结构实现更加精确的人体腿部运动轨迹。小腿杆A21内侧装有腿垫B2，当助行结构为完全站立状态时，腿垫B2和坐垫B1处于同一平面，提高了腿部舒适度。坐垫B1和腿垫B2均装有环扣状的护腿带B3，使得使用者的腿部与助行机构紧密贴合，从而保证使用者腿部与助行机构的同步运动。

Claims (4)

1.一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：包括结构相同的左、右侧腿部助行机构，以及连接在左、右侧腿部助行机构上端之间的机架，每侧腿部助行机构分别由髋关节机构、膝关节机构、坐垫机构构成，其中：

每侧腿部助行机构中 髋关节机构分别包括大腿杆、大腿连杆、髋曲柄、髋部杆，所述大腿杆竖向设置，大腿杆上端与机架对应侧之间转动连接，大腿杆后侧上部向后固定成型有短连杆一，短连杆一后端与大腿连杆一端转动连接，大腿连杆另一端向后上方倾斜伸展，所述髋曲柄为两柄杆通过各自一端转动连接构成的倒V形结构，大腿连杆另一端与髋曲柄的V形一端即前端转动连接，所述髋部杆沿前后方向水平设置，髋部杆前端与大腿杆上端、机架对应侧同轴转动连接，髋部杆后端与髋曲柄的V形拐点即上端同轴转动连接，髋部杆后端与髋曲柄上端连接的转轴上还安装有齿轮一，由大腿杆、大腿连杆、髋曲柄、髋部杆构成曲柄摇杆机构；

每侧腿部助行机构中，膝关节机构包括小腿杆、小腿连杆、连杆一、连杆二、连杆三，所述小腿杆竖向设置，小腿杆上端与大腿杆下端之间转动连接，小腿杆后侧上部向后固定成型有短连杆二，短连杆二后端与小腿连杆一端转动连接，小腿连杆另一端向上伸展，且小腿连杆平行于大腿杆，所述连杆一的一端与大腿杆上端、机架对应侧、髋部杆前端同轴转动连接，所述小腿连杆另一端转动连接在连杆一的中部，由大腿杆、小腿杆、小腿连杆、连杆一、机架构成五杆机构，连杆一的另一端向后下方伸展，且连杆一的另一端与连杆二的一端转动连接，连杆二的另一端向后下方伸展，且连杆二的另一端与连杆三的一端转动连接，连杆三的另一端向后上方伸展，且连杆三的另一端与髋曲柄的V形另一端即后端通过转轴转动连接，连杆三另一端与髋曲柄后端连接的转轴上还安装有齿轮二，所述齿轮二与齿轮一传动啮合，由连杆一、连杆二、连杆三、髋曲柄、髋部杆及齿轮一、齿轮二构成五杆组合机构；

每侧腿部助行机构中，坐垫机构包括坐垫、腿垫，其中坐垫连接在大腿杆、小腿连杆之间内侧，腿垫连接在小腿杆内侧。

2.根据权利要求1所述的一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：所述五杆组合机构由步进电机通过齿轮一、齿轮二、倒V形的髋曲柄驱动。

3.根据权利要求1所述的一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：所述坐垫厚度小于大腿杆、小腿杆之间转动连接处在坐垫厚度方向上的高度，且当腿部助行机构为完全站立状态时，腿垫和坐垫处于同一平面。

4.根据权利要求1所述的一种下肢康复机器人助行机构，其特征在于：所述的坐垫和腿垫上均装有环扣状的护腿带。