CN107320283A - 一种柔性末端牵引康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性末端牵引康复机器人，包括安装支架、牵引机构，安装支架底部夹持在病床上，牵引机构包括两个牵引单元，每个牵引单元包括滑块组件、导轨、电动葫芦、脚固定架，导轨安装在框架上，在滑块组件设置在导轨上方且与导轨滑动连接，电动葫芦安装在滑块组件上，电动葫芦的牵引绳末端安装有脚固定架，牵引绳上安装有拉力传感器和角度传感器，通过驱动机构驱动滑块组件沿着对应的导轨前后滑动，从而带动电动葫芦及其上的牵引绳前后移动，脚固定架随着牵引绳在前后方向上运动，同时脚固定架在牵引绳收放的作用下在竖直方向上运动，来模仿病人的脚的行走轨迹。本发明优点：能对病人的脚进行柔性牵引，避免二次伤害。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及的是一种柔性末端牵引康复机器人。
背景技术
康复机器人是工业机器人和医用机器人的结合。20世纪80年代是康复机器人研究的起步阶段,美国、英国和加拿大在康复机器人方面的研究处于世界的领先地位。990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。目前,康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。
现有的康复训练设备有以下几个方面的不足：1)设备笨重，需要专门的康复训练室；2)现有康复设备制造复杂，价格昂贵；3)现有康复设备不能灵活调节以适用不同的患者自身尺寸，不能很好的调整轨迹，已有的部分可调整设计亦调整十分困难，需要调整多个关节长度，调整长度不精确反而会对病人造成伤害；4)现有康复设备不适用于身体能力下降比较厉害的患者，反复搬运患者十分不方便；5)现有康复设备均为刚性结构，强行牵引患者做康复运动，容易造成二次伤害，增加病人的痛苦。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种安装方式灵活，适用范围广泛，操作简便，安全可靠的柔性末端牵引康复机器人。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种柔性末端牵引康复机器人,包括安装支架、以及设置于安装支架上的牵引机构，所述安装支架底部夹持在病床上，所述牵引机构包括框架、以及设置于框架上的两个牵引单元，所述两个牵引单元呈左右排布，
每个所述牵引单元包括滑块组件、导轨、电动葫芦、脚固定架，所述导轨安装在框架上且沿前后方向延伸，在所述滑块组件设置在导轨上方且与导轨滑动连接，所述电动葫芦安装在滑块组件上，所述电动葫芦的牵引绳末端安装有脚固定架，所述脚固定架用于固定病人的脚，所述牵引绳上安装有拉力传感器和角度传感器，通过驱动机构驱动所述滑块组件沿着对应的导轨前后滑动，从而带动电动葫芦及其上的牵引绳前后移动，所述脚固定架随着牵引绳在前后方向上运动，同时所述脚固定架在牵引绳收放的作用下在竖直方向上运动，来模仿病人的脚的行走轨迹。
作为上述技术方案的优选实施方式，所述安装支架底部四个角均设置有夹持部件，所述夹持部件包括上夹板、下夹板、夹紧螺栓，所述上夹板和下夹板呈上下相对设置且留有间隙，所述夹紧螺栓安装在下夹板上且与下夹板螺纹连接，通过旋转夹紧螺栓实现夹紧螺栓上端与上夹板之间的间隙调整，所述病床的床沿夹持在夹紧螺栓与上夹板之间。
作为上述技术方案的优选实施方式，所述安装支架顶端设有上凸块，所述牵引机构的框架底端设有与上凸块相配合的滑槽，所述安装支架顶部一侧还设有顶紧螺栓，所述上凸块与滑槽滑动连接，并通过旋转顶紧螺栓使得顶紧螺栓的顶部顶紧框架底端面，实现牵引机构的框架与安装支架的固定。
作为上述技术方案的优选实施方式，所述驱动机构包括电机、同步带、主动带轮、从动带轮，所述电机安装在框架上，所述电机的输出轴上固定安装有主动带轮，所述主动带轮与从动带轮之间通过同步带传动连接，所述滑块组件固定在同步带上，通过电机带动同步带运动，从而带动滑块组件沿着对应的导轨前后滑动。
作为上述技术方案的优选实施方式，所述安装支架包括左支架、右支架、以及横跨设置在左支架和右支架之间的横梁，所述横梁左右两端分别螺纹连接有调整螺栓，所述左支架和右支架内侧分别设有插槽，两个调整螺栓的头部分别插入对应的插槽内，通过旋转横梁来调整左支架和右支架之间的间距以适应不同宽度的病床。
作为上述技术方案的优选实施方式，所述滑块组件包括左右并排设置的两个直线轴承，相应的，所述导轨包括左右并排的两个导向轴，所述两个直线轴承分别与两个导向轴一一对应的滑动连接。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明提供的柔性末端牵引康复机器人克服了传统的康复设备笨重、不方便安装的特点，提供了一种能够简单便捷的拆解为左支架、右支架、横梁以及牵引机构的康复机器人，拆解后的设备占用空间小，方便储放在病房，又能通过简单的安装即时为病人提供康复训练的解决方案。使用时只需将安装支架通过压板、夹紧螺栓将左支架和右支架固定在病床上，然后将牵引机构滑入安装支架顶部再固定即可完成安装，这种滑入的设计以及横梁上使用的调整设计使得本发明能适应不同宽度的病床，使得本发明的适用性增强。本发明提供的柔性末端牵引康复机器人在使用时不需要移动病人，病人可躺在床上，由复健人员安装好柔性末端牵引康复机器人即可进行康复训练，减小了康复人员的劳动强度，避免了移动病人产生的不便之处。
2、本发明尤其适用于为处于长期昏迷状态的病人提供康复解决方案，这种长期昏迷的病人在意识恢复后会出现身体素质严重下降的问题，因此在病人昏迷期间若能为病人提供对应的康复训练，可以减少病人苏醒后的复健时间，然而移动昏迷的病人是非常困难的，本发明提供的康复机器人通过两侧的安装支架上的上夹板和下夹板以及夹紧螺栓固定在病床上，牵引机构的框架滑入安装支架顶部的上凸块，横梁的长度可以调整，完全适用于不同尺寸的病床，并能牢固可靠的安装在各种病床上，完全可以在不移动病人的情况下提供康复训练，因此对昏迷的病人十分适用。
3、本发明提供的柔性末端牵引康复机器人克服了传统的康复机器人牵引轨迹有限的缺点，通过由滑块组件产生的前后方向的运动和电动葫芦产生的竖直方向上的运动的合运动，能够实现在上述两个运动所在平面内的任意轨迹的合成，能完美的模仿人的行走轨迹，而不是传统的踏板牵引实现的简单圆周运动。通过上述的滑块组件和电动葫芦在前后方向和竖直方向上提供的充分的活动空间，在测量病人的大腿小腿长度后，可以通过控制算法，计算并设置出针对不同腿部长度，不同身体状况的病人对应的运动轨迹，在根据病人反馈简单调整后，即可为病人提供针对性的，定制的康复轨迹，十分人性化，而且针对性强，适用范围广，康复轨迹设置可以十分灵活又非常简单。
4、本发明提供的柔性末端牵引康复机器人克服了传统的各种康复设备刚性牵引，容易对病人产生二次伤害的特点，通过柔性牵引，引导病人脚沿着设定的行走轨迹，做康复运动，传统刚性牵引康复设备在发生紧急情况时，不能进行缓冲，会对病人造成二次伤害；本发明提供的柔性末端牵引康复机器人在紧急情况下，柔性的牵引绳能提供缓冲，不会产生刚性的强制牵引，从而避免对病人造成伤害。
5、本发明提供的柔性末端牵引康复机器人通过牵引绳上的角度传感器和拉力传感器，控制牵引绳的摆角和滑块的位置来确定病人的腿部轨迹，增加了轨迹的精度，摆角的初始位置可以根据实际安装情况可能出现的倾斜自动设置零点，简化了本柔性末端牵引康复机器人所需的设置时间，简化了复健所需的操作，节省了操作设置时间。
6、本发明提供的柔性末端牵引康复机器人相较于传统的悬挂式机器人和外骨骼机器人减小了驱动个数，不用进行复杂的关节设计，不需要使用若干个电机驱动，全部一共只有四个驱动，即两个电机，两个电动葫芦，结构非常简单，节约了成本，减少了安装难度，减小了整个设备的重量。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明夹持在病床上的结构示意图。
图3是本发明的安装支架的左支架的结构示意图。
图4是本发明的横梁结构示意图。
图5是本发明的牵引机构的结构示意图。
图中标号：1、牵引机构，2、安装支架，3、横梁，4、病床，11、电机，12、主动带轮，13、同步带，14、滑块组件，15、从动带轮，16、导向轴，17、电动葫芦，18、直线轴承，19、扶手，110、牵引绳，111、脚固定架，112、牵引单元，113、框架，21、顶紧螺栓，22、上凸块，23、上夹板，24、夹紧螺栓，25、下夹板，31、调整螺栓。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1至图5，本实施例公开了一种柔性末端牵引康复机器人,包括安装支架2、以及设置于安装支架2上的牵引机构1，所述安装支架2底部夹持在病床4上，所述安装支架2底部四个角均设置有夹持部件，所述夹持部件包括上夹板23、下夹板25、夹紧螺栓24，所述上夹板23和下夹板25呈上下相对设置且留有间隙，所述夹紧螺栓24安装在下夹板25上且与下夹板25螺纹连接，通过旋转夹紧螺栓24实现夹紧螺栓24上端与上夹板23之间的间隙调整，所述病床4的床沿夹持在夹紧螺栓24与上夹板23之间。所述安装支架2包括左支架、右支架、以及横跨设置在左支架和右支架之间的横梁3，所述横梁3左右两端分别螺纹连接有调整螺栓31，所述左支架和右支架内侧分别设有插槽，两个调整螺栓31的头部分别插入对应的插槽内，通过旋转横梁3来调整左支架和右支架之间的间距以适应不同宽度的病床4。
所述牵引机构1包括框架113、以及设置于框架113上的两个牵引单元112，所述两个牵引单元112呈左右排布，
每个所述牵引单元112包括滑块组件14、导轨、电动葫芦17、脚固定架111，所述导轨安装在框架113上且沿前后方向延伸，在所述滑块组件14设置在导轨上方且与导轨滑动连接，所述电动葫芦17安装在滑块组件14上，所述电动葫芦17的牵引绳110末端安装有脚固定架111，所述脚固定架111用于固定病人的脚，所述牵引绳110上安装有拉力传感器和角度传感器，通过驱动机构驱动所述滑块组件14沿着对应的导轨前后滑动，所述驱动机构包括电机11、同步带13、主动带轮12、从动带轮15，所述电机11安装在框架113上，所述电机11的输出轴上固定安装有主动带轮12，所述主动带轮12与从动带轮15之间通过同步带13传动连接，所述滑块组件14固定在同步带13上，通过电机11带动同步带13运动，从而带动滑块组件14沿着对应的导轨前后滑动，从而带动电动葫芦17及其上的牵引绳110前后移动，所述脚固定架111随着牵引绳110在前后方向上运动，同时所述脚固定架111在牵引绳110收放的作用下在竖直方向上运动，来模仿病人的脚的行走轨迹。其中，所述滑块组件14包括左右并排设置的两个直线轴承18，相应的，所述导轨包括左右并排的两个导向轴16，所述两个直线轴承18分别与两个导向轴16一一对应的滑动连接。
所述安装支架2顶端设有上凸块22，所述牵引机构1的框架113底端设有与上凸块22相配合的滑槽，所述安装支架2顶部一侧还设有顶紧螺栓21，所述上凸块22与滑槽滑动连接，并通过旋转顶紧螺栓21使得顶紧螺栓21的顶部顶紧框架113底端面，实现牵引机构1的框架113与安装支架2的固定。框架113上还设有扶手19，便于提拉和安装。
本实施例提供的柔性末端牵引康复机器人的工作过程如下：
使用时，复健人员将安装支架2通过上夹板23、夹紧螺栓24和下夹板25将左右支架固定在病床4上，然后将牵引机构1的框架113滑入安装支架2顶部的上凸块22再固定即可完成安装，让病人的腿部自然平放在床上，固定好腰部，调整滑块组件14和收放牵引绳110，使得牵引绳110末端的脚固定架111悬垂在病人脚的正上方，再略微调整将病人的脚固定在脚固定架111上，保证牵引绳110大致铅锤，病人无不适即完成了牵引康人的初始设置。
在测量病人的腿部关节之间长度，即大腿长度和小腿长度之后，输入康复机器人控制端，在被动模式下，通过选择所需要的轨迹，如正常走路轨迹，跑步轨迹，康复设备即可通过牵引单元112带动病人腿部沿该轨迹运动，完成被动式的康复训练。
牵引绳110的控制主要涉及牵引绳110摆角的控制，滑块组件14以及设置在其上的电动葫芦17位置的控制，在运作过程中，需要时刻保证牵引绳110的摆角在一定的幅度内，牵引绳110大致铅锤，保证病人脚部在电动葫芦17的正下方，使得病人腿部能沿着给定轨迹运动。
在被动模式下，不需要给出轨迹，而是通过拉力传感器和角度传感器，得出病人想要的运动方向，进而由滑块组件14和电动葫芦17提供牵引力，帮助病人沿着所想的方向运动，通过辅助运动，促进病人的康复，本发明创新性的提出了一种柔性的牵引装置，避免了由传统外骨骼机器人可能带来的伤害。
在使用完成后，只需拆解上述部件，由于当个部件占用空间十分小，可以存放在病房内，便于病人进行康复训练。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种柔性末端牵引康复机器人,其特征在于:包括安装支架(2)、以及设置于安装支架(2)上的牵引机构(1)，所述安装支架(2)底部夹持在病床(4)上，所述牵引机构(1)包括框架(113)、以及设置于框架(113)上的两个牵引单元(112)，所述两个牵引单元(112)呈左右排布，
每个所述牵引单元(112)包括滑块组件(14)、导轨、电动葫芦(17)、脚固定架(111)，所述导轨安装在框架(113)上且沿前后方向延伸，在所述滑块组件(14)设置在导轨上方且与导轨滑动连接，所述电动葫芦(17)安装在滑块组件(14)上，所述电动葫芦(17)的牵引绳(110)末端安装有脚固定架(111)，所述脚固定架(111)用于固定病人的脚，所述牵引绳(110)上安装有拉力传感器和角度传感器，通过驱动机构驱动所述滑块组件(14)沿着对应的导轨前后滑动，从而带动电动葫芦(17)及其上的牵引绳(110)前后移动，所述脚固定架(111)随着牵引绳(110)在前后方向上运动，同时所述脚固定架(111)在牵引绳(110)收放的作用下在竖直方向上运动，来模仿病人的脚的行走轨迹。
2.如权利要求1所述的一种柔性末端牵引康复机器人,其特征在于:所述安装支架(2)底部四个角均设置有夹持部件，所述夹持部件包括上夹板(23)、下夹板(25)、夹紧螺栓(24)，所述上夹板(23)和下夹板(25)呈上下相对设置且留有间隙，所述夹紧螺栓(24)安装在下夹板(25)上且与下夹板(25)螺纹连接，通过旋转夹紧螺栓(24)实现夹紧螺栓(24)上端与上夹板(23)之间的间隙调整，所述病床(4)的床沿夹持在夹紧螺栓(24)与上夹板(23)之间。
3.如权利要求1所述的一种柔性末端牵引康复机器人,其特征在于:所述安装支架(2)顶端设有上凸块(22)，所述牵引机构(1)的框架(113)底端设有与上凸块(22)相配合的滑槽，所述安装支架(2)顶部一侧还设有顶紧螺栓(21)，所述上凸块(22)与滑槽滑动连接，并通过旋转顶紧螺栓(21)使得顶紧螺栓(21)的顶部顶紧框架(113)底端面，实现牵引机构(1)的框架(113)与安装支架(2)的固定。
4.如权利要求1所述的一种柔性末端牵引康复机器人,其特征在于:所述驱动机构包括电机(11)、同步带(13)、主动带轮(12)、从动带轮(15)，所述电机(11)安装在框架(113)上，所述电机(11)的输出轴上固定安装有主动带轮(12)，所述主动带轮(12)与从动带轮(15)之间通过同步带(13)传动连接，所述滑块组件(14)固定在同步带(13)上，通过电机(11)带动同步带(13)运动，从而带动滑块组件(14)沿着对应的导轨前后滑动。
5.如权利要求1所述的一种柔性末端牵引康复机器人,其特征在于:所述安装支架(2)包括左支架、右支架、以及横跨设置在左支架和右支架之间的横梁(3)，所述横梁(3)左右两端分别螺纹连接有调整螺栓(31)，所述左支架和右支架内侧分别设有插槽，两个调整螺栓(31)的头部分别插入对应的插槽内，通过旋转横梁(3)来调整左支架和右支架之间的间距以适应不同宽度的病床(4)。
6.如权利要求1所述的一种柔性末端牵引康复机器人,其特征在于:所述滑块组件(14)包括左右并排设置的两个直线轴承(18)，相应的，所述导轨包括左右并排的两个导向轴(16)，所述两个直线轴承(18)分别与两个导向轴(16)一一对应的滑动连接。
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