CN107157709A - 家庭型下肢外骨骼康复训练机器人 - Google Patents

家庭型下肢外骨骼康复训练机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，主要包括固定在机架上的高度可调距离可调的两套结构相同且左右对称布置的外骨骼训练器，外骨骼训练器包括髋部固定杆、髋关节部分、大腿部分、膝关节部分和小腿部分，其中大腿和小腿的长度均可调，髋关节和膝关节在相互独立的驱动装置带动下，使得两套外骨骼训练器互不影响，它们之间既可以进行协调动作，也可以对单侧肢体进行单独的康复训练，增加了本发明的适应性和实用性。本发明机器人结构简单，成本较低，使用方便，体积小，适合使用者在家进行康复训练；且可以根据使用者的身体尺寸参数调节机构尺寸和相对位置，满足使用者个性化康复训练需求，康复效果良好。

Description

家庭型下肢外骨骼康复训练机器人
技术领域
本发明涉及一种康复医疗器械领域的机器人，具体涉及一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人。
背景技术
每年都有相当数量的人由于疾病和交通事故等原因造成下肢功能障碍，而且人数呈现不断增长的态势。由于大部分患者的起居生活都需要专人照料，给家庭和社会带来了沉重的负担。因此，设法改善并恢复患者的独立行走能力是康复治疗努力的首要目标。
临床医学证明，科学合理的康复训练能够维持和改善关节活动度，预防废用性肌萎缩和关节僵硬，并且能够有效地刺激本体感受器，对患侧肢体进行促通。传统的康复治疗大多采用治疗师与患者多对一的训练方式，不仅效率低成本高，而且在医疗资源严重紧缺的情况下，这种治疗方式很难满足所有患者的康复需求。因此，下肢康复机器人的出现，为下肢功能障碍的患者提供了一种全新的治疗手段。为此，欧美、日本等发达国家的科研工作者和医疗机构率先展开了对下肢康复机器人技术的研究，目前研究较为成熟的有Lokomat，Haptic Walker，LOPES以及ALEX等。
现有的下肢外骨骼康复训练机器人虽然有很多的优势，但也存在着缺陷和不足。下肢康复机器人的系统庞大，结构复杂，穿戴过程繁琐，价格昂贵，一般只适用于大型医院和康复中心，难以应用于一般家庭当中，故而无法保证患者的康复训练时间。另外康复机器人有些尺寸的不可调或调节范围有限，极易造成患者肢体的不适，影响康复训练效果。
发明内容
本发明旨在针对当前下肢外骨骼康复训练机器人存在的问题，设计一款结构简单，成本较低，使用方便，体积适中，适合家庭使用的，可以根据使用者的身体尺寸参数调节机构尺寸和相对位置，满足使用者个性化需求的下肢外骨骼康复训练机器人。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，包括机架、支撑背板和连接板，所述支撑背板设置在机架上部的一侧，所述支撑背板上设有两条竖直的滑槽，所述连接板上设有两条与滑槽配合的导轨，两条导轨上均设有高度一致的螺杆，所述支撑背板上沿两条导轨的走向设有两排通孔，两排通孔的高度一一对应；两个螺杆穿过两个同一高度的通孔后分别用紧固手轮固定；所述连接板的前面设有水平滑槽，所述水平滑槽的两个侧壁上均设有位置一一对应的螺栓孔；所述水平滑槽内通过螺栓固定有两套外骨骼训练器，两套外骨骼训练器的结构相同且左右对称布置；所述外骨骼训练器包括直角形的髋部固定杆、髋关节固定板、大腿支架第一大腿杆、第二大腿杆、第一小腿杆和第二小腿杆；所述髋部固定杆的一个直杆嵌装在所述水平滑槽内，所述髋关节固定板固定在所述髋部固定杆的另一个直杆的端部；所述大腿支架的一端与所述髋关节固定板铰接，所述大腿支架的另一端顺次地与所述第一大腿杆、第二大腿杆、所述第一小腿杆和第二小腿杆首尾端相连，其中，所述第二大腿杆与所述第一小腿杆之间为铰接；所述第一小腿杆上设有小腿支架；所述髋部固定杆和所述第一大腿杆上均固定有一个驱动器支架，所述大腿支架与固定在所述髋部固定杆上的驱动器支架之间、所述小腿支架与固定在所述第一大腿杆上的驱动器支架之间均连接有一个驱动装置；所述驱动装置包括电机，所述电机上设有固定板，所述电机的输出轴上设有主动带轮，所述固定板上固定有一个轴套，所述轴套内通过滚针轴承支承一螺母，所述螺母的外形为阶梯轴，所述阶梯轴的大直径轴段与所述滚针轴承配合，所述阶梯轴的小直径轴段上固定有被动带轮，所述被动带轮通过同步带与所述主动带轮同步转动；所述螺母内装配有滚珠丝杠；设置在所述大腿支架与髋部固定杆上的驱动器支架之间的驱动装置中的所述轴套固定该驱动器支架上，所述滚珠丝杠的一端为自由端，所述滚珠丝杠的另一端通过丝杠螺母与所述大腿支架铰接；设置在所述小腿支架与第一大腿杆上的驱动器支架之间的驱动装置中的所述轴套固定该驱动器支架上，所述滚珠丝杠的一端为自由端，所述滚珠丝杠的另一端通过丝杠螺母与所述小腿支架铰接。
本发明中，所述第一大腿杆与所述第二大腿杆之间、所述第一小腿杆与第二小腿杆之间的连接均采用套杆式插接。
本发明中所述支撑背板上的滑槽为燕尾槽结构。
本发明中配备有多条绑带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明解决了当前下肢外骨骼康复机器人存在的问题，针对使用者需求，设计了一款家庭型下肢外骨骼康复训练机器人。该机器人结构简单，成本较低，使用方便，体积小，适合使用者在家进行康复训练；且可以根据使用者的身体尺寸参数调节机构尺寸和相对位置，满足使用者个性化康复训练需求，康复效果良好。
附图说明
图1是本发明家庭型下肢外骨骼康复训练机器人的立体示意图；
图2是图1所示康复训练机器人的背面图；
图3是本发明中外骨骼训练器的结构示意图；
图4是图3中所示所述第一大腿杆与所述第二大腿杆之间套杆式插接示意图；
图5是本发明中驱动装置结构示意图。
图中：
1-机架 2-螺栓 3-外骨骼训练器 4-连接板
5-紧固手轮 6-支撑背板 30-髋部固定杆 31-髋关节固定板、
32-髋关节连接件 33-大腿支架 34-轴套 35-电机
36-同步带 37-主动带轮 38-从动同步带轮 39-滚珠丝杠
310-连接螺栓 311-小腿支架 312-第一小腿杆 313-驱动器支架
314-转动轴套 315-轴套螺母 316-从动带轮 317-电机
318-同步带 319-主动带轮 320-滚珠丝杠 321-丝杠螺母
322-第一大腿杆 323-连接螺栓 324-驱动器支架 325-第二大腿杆
326-连接螺栓 327-膝关节连接件 328-第二小腿杆 329-连接螺栓
330-端盖 331-滚针轴承 332-螺母 333-固定板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明提出的一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，如图1、2所示，包括机架1、支撑背板6和连接板4，所述支撑背板6设置在机架1上部的一侧，所述支撑背板6上设有两条竖直的滑槽，所述连接板4上设有两条与滑槽配合的导轨，两条导轨上均设有高度一致的螺杆，如图2所示，所述支撑背板6上沿两条导轨的走向设有两排通孔7，两排通孔7的高度一一对应；两个螺杆穿过两个同一高度的通孔7后分别用紧固手轮5固定。根据不同使用者的身高，可以将两个螺杆插在不同高度的通孔7中，从而将所述外骨骼训练器3的高度布置在一个合适的高度。
所述连接板4的前面设有水平滑槽，所述水平滑槽的两个侧壁上均设有位置一一对应的螺栓孔；所述水平滑槽内通过螺栓固定有两套外骨骼训练器，两套外骨骼训练器的结构相同且左右对称布置。
本发明中，如图3所示，所述外骨骼训练器包括直角形的髋部固定杆30、髋关节固定板31、大腿支架33第一大腿杆322、第二大腿杆325、第一小腿杆312和第二小腿杆328。
所述髋部固定杆30的一个直杆嵌装在所述水平滑槽内，所述髋关节固定板31通过铰轴(髋关节连接件32)固定在所述髋部固定杆30的另一个直杆的端部；所述大腿支架33的一端与所述髋关节固定板31铰接，所述大腿支架33的另一端顺次地与所述第一大腿杆322、所述第二大腿杆325、所述第一小腿杆312和所述第二小腿杆328首尾端相连，其中，所述第二大腿杆325与所述第一小腿杆312之间为铰接，如图3所示采用铰轴(膝关节连接件327)铰接，所述第一大腿杆322与所述第二大腿杆325之间的连接采用套杆式插接，如图4所示，所述第一大腿杆322可在所述第二大腿杆325中移动，然后选择合适的孔眼用连接螺栓326锁定，同理，所述第一小腿杆312与所述第二小腿杆328之间的连接和长度的调节也是如此，如图3所示，所述第一小腿杆312与所述第二小腿杆328之间选择合适的孔眼后用连接螺栓329固定即可。
所述第一小腿杆312上设有小腿支架311。
所述髋部固定杆30和所述第一大腿杆322上均固定有一个驱动器支架，所述大腿支架33与固定在所述髋部固定杆30上的驱动器支架313之间、所述小腿支架311与固定在所述第一大腿杆322上的驱动器支架324之间均连接有一个驱动装置。
如图5所示，所述驱动装置包括电机317，所述电机317上设有固定板333，所述电机317的输出轴上设有主动带轮319，所述固定板333上固定有一个轴套314，所述轴套314内通过滚针轴承331支承一螺母332，所述轴套314设有端盖330，所述螺母332的外形为阶梯轴，所述阶梯轴的大直径轴段与所述滚针轴承311配合，所述阶梯轴的小直径轴段上固定有被动带轮316，所述被动带轮316通过同步带318与所述主动带轮319同步转动；所述螺母332内装配有滚珠丝杠320；设置在所述大腿支架33与髋部固定杆30上的驱动器支架313之间的驱动装置中的所述轴套314固定该驱动器支架313上，所述滚珠丝杠320的一端穿过螺母332后为自由端，所述滚珠丝杠320的另一端通过丝杠螺母321与所述大腿支架33铰接。所述主动带轮319与所述电机317连接，所述从动带轮316通过连接轴与丝杠螺纹副的螺母332连接，所述电机31通过带动所述螺母332的转动来带动所述滚珠丝杠320的伸缩，进而带动髋部固定杆30与第一大腿杆322之间的髋关节转动。
如图3所示，设置在所述小腿支架311与第一大腿杆322上的驱动器支架324之间的驱动装置中的所述轴套34固定该驱动器支架324上，所述滚珠丝杠39的一端为自由端，所述滚珠丝杠39的另一端通过丝杠螺母310与所述小腿支架311铰接，其驱动原理与前述的髋关节转动的驱动原理相同，从而带动第二大腿杆325与第一小腿杆312之间的膝关节转动。
本发明中，可以调节所述外骨骼训练器3的高度，并且通过调节螺栓2与连接板3上水平滑槽侧面螺栓孔位置的不同可以将两套外骨骼训练器3之间的距离调整锁定在一个合适的距离上，从而实现了高度和宽度的调节。并且，由于本发明中第一大腿杆与第二大腿杆之间及第一小腿杆与第二小腿杆之间采用插接后连接并固定，通过选择固定点的不同可以实现大腿部分和小腿部分长度的可调。综上，本发明可以适应不同体型使用者的个性化康复训练需求。
另外，本发明中，所述支撑背板6上的滑槽为燕尾槽结构，连接板4还可以通过榫卯结构与支撑背板6连接，便于拆装，且可使连接板4均匀受力。
本发明中，实现髋关节活动的驱动装置及实现膝关节活动的驱动装置具有独立调节的功能，因此使得本发明具有模块化程度高、结构可调等特点。而且，两套外骨骼训练器互不影响，它们之间既可以进行协调动作，也可以对单侧肢体进行单独的康复训练，增加了本发明的适应性和实用性。
本发明中配备有多条绑带，用于将使用者与康复训练机器人的位置固定。
在使用过程中，首先根据使用者的身体尺寸，调节两套骨骼训练器的安装高度及左右两侧外骨骼训练器之间的宽度距离，然后根据使用者的下肢大小腿肢段的长度，调节大腿部分和小腿部分的长度，以便使机器人关节旋转轴线与特定的使用者关节旋转轴线一致，避免了外骨骼系统因与人体身体尺寸不匹配而造成的附加压力，从而达到更好的康复训练效果。
另外，使用者在使用时，可以通过控制电机的旋转运动，方便地实现步态规律在步幅、步频上的调整。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，包括机架(1)、支撑背板(6)和连接板(4)，其特征在于，所述支撑背板(6)设置在机架(1)上部的一侧，所述支撑背板(6)上设有两条竖直的滑槽，所述连接板(4)上设有两条与滑槽配合的导轨，两条导轨上均设有高度一致的螺杆，所述支撑背板(6)上沿两条导轨的走向设有两排通孔(7)，两排通孔(7)的高度一一对应；两个螺杆穿过两个同一高度的通孔(7)后分别用紧固手轮(5)固定；所述连接板(4)的前面设有水平滑槽，所述水平滑槽的两个侧壁上均设有位置一一对应的螺栓孔；所述水平滑槽内通过螺栓固定有两套外骨骼训练器，两套外骨骼训练器的结构相同且左右对称布置；
所述外骨骼训练器包括直角形的髋部固定杆(30)、髋关节固定板(31)、大腿支架(33)第一大腿杆(322)、第二大腿杆(325)、第一小腿杆(312)和第二小腿杆(328)；
所述髋部固定杆(30)的一个直杆嵌装在所述水平滑槽内，所述髋关节固定板(31)固定在所述髋部固定杆(30)的另一个直杆的端部；所述大腿支架(33)的一端与所述髋关节固定板(31)铰接，所述大腿支架(33)的另一端顺次地与所述第一大腿杆(322)、所述第二大腿杆(325)、所述第一小腿杆(312)和所述第二小腿杆(328)首尾端相连，其中，所述第二大腿杆(325)与所述第一小腿杆(312)之间为铰接；
所述第一小腿杆(312)上设有小腿支架(311)；
所述髋部固定杆(30)和所述第一大腿杆(322)上均固定有一个驱动器支架，所述大腿支架(33)与固定在所述髋部固定杆(30)上的驱动器支架(313)之间、所述小腿支架(311)与固定在所述第一大腿杆(322)上的驱动器支架(324)之间均连接有一个驱动装置；
所述驱动装置包括电机(317)，所述电机(317)上设有固定板(333)，所述电机(317)的输出轴上设有主动带轮(319)，所述固定板(333)上固定有一个轴套(314)，所述轴套(314)内通过滚针轴承(331)支承一螺母(332)，所述螺母(332)的外形为阶梯轴，所述阶梯轴的大直径轴段与所述滚针轴承(311)配合，所述阶梯轴的小直径轴段上固定有被动带轮(316)，所述被动带轮(316)通过同步带(318)与所述主动带轮(319)同步转动；所述螺母(332)内装配有滚珠丝杠(320)；
设置在所述大腿支架(33)与髋部固定杆(30)上的驱动器支架(313)之间的驱动装置中的所述轴套(314)固定该驱动器支架(313)上，所述滚珠丝杠(320)的一端为自由端，所述滚珠丝杠(320)的另一端通过丝杠螺母(321)与所述大腿支架(33)铰接；
设置在所述小腿支架(311)与第一大腿杆(322)上的驱动器支架(324)之间的驱动装置中的所述轴套(34)固定该驱动器支架(324)上，所述滚珠丝杠(39)的一端为自由端，所述滚珠丝杠(39)的另一端通过丝杠螺母(310)与所述小腿支架(311)铰接。
2.根据权利要求1所述一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，其特征在于，所述第一大腿杆(322)与所述第二大腿杆(325)之间、所述第一小腿杆(312)与第二小腿杆(328)之间的连接均采用套杆式插接。
3.根据权利要求1所述一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，其特征在于，所述支撑背板(6)上的滑槽为燕尾槽结构。
4.根据权利要求1所述一种家庭型下肢外骨骼康复训练机器人，其特征在于，配备有多条绑带。
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