CN107930029A - 多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人 - Google Patents

多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，属于机械领域。包括顶吊装置、支撑斜梁、支架内管、主控传动箱、扶手横梁、扶手支架、底座主梁、移动支撑杆等，通过固定于腿部的下肢矫助外骨骼结构和顶端哑铃形螺旋绕线轮组两部分传动装置，在中控电机的带动下实现减重式辅助坐站保护及康复运动训练。根据临床大数据统计下人体站起过程的下肢关节及肩点、身体质心的运动学分析，在符合人体工学的基础上，使存在下肢运动功能障碍的使用者不仅可获得坐站运动辅助，而且可以使下肢肌群完全按照对标健康人体站起时肌肉正确施力规划进行康复训练，避免产生因站起姿势扭曲导致的肌肉畸态施力，从而获得安全健康的运动康复训练效果。

Description

多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人
技术领域
本发明涉及下肢功能障碍患者日常运动辅助和康复运动训练技术领域，特别涉及一种多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人。
背景技术
随着我国社会老龄化问题的加剧，老年人及存在下肢运动功能障碍的老龄患者正在逐年增多。由于该类患者下肢肌肉无法提供运动所需的足够动力，往往会因站起困难或站起失败而加大受伤风险。要满足该类人群日益增长的美好生活需要，对其进行健康、安全的坐、站、行过程中的运动辅助与康复运动训练则显得尤为重要，这就要求在站起和行走过程中对患者提供灵活方便的减重支持，确保安全有效的训练下肢肌肉肌群，以达到康复的最终目的。
目前，用于康复训练的坐站辅助机器人或仅可提供局部肢段辅助力，或仅可提供一个方向的减重提拉力，限制了使用者全身运动康复中各肢段的动作协调效果和本体感觉；此外，无动力源的下肢康复器械，大多功能单一且不能提供有效的摔倒保护，而有动力源的站起辅助装置往往机构过于复杂且重量和体积较大，价格昂贵，不适合面向普通家庭应用做产品化推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，解决现有康复训练机器人或功能单一且不能提供有效的摔倒防护，或机构复杂、体积大、造价高、使用不够简便的问题，填补对标健康人体站起运动学规律进行站起运动康复训练机器人的产品空白。提出并设计一种减重式康复训练机械机构，在其上配装主控传动箱、穿戴式下肢矫助外骨骼及移动支撑杆和哑铃形螺旋绕线轮组。该设备中关键零部件之一的哑铃型螺旋槽绕线轴的外形与绕线螺旋槽尺寸根据临床大数据统计下健康人体站起过程中肩点的运动规律拟合设计，使哑铃形螺旋绕线轮组通过齿轮与齿轮轨道的啮合，实现在水平方向和自轴转动方向的平动与转动配合，控制拉绳收放，拉动人体肩点按照对标健康人体站起动作姿态实现沿空间曲线轨迹站起(坐下过程反之)，避免产生因单向畸形站起(坐下)姿态导致肌肉施力的畸态康复，从而获得符合临床运动康复疗法的健康训练效果。本发明由单个伺服电机提供动力源，驱动主控传动箱内多个齿轮组，依据所需训练功能，通过拨动挂档手柄，调节主控传动箱内对应档位，选择不同齿轮轮组啮合方式，经由传动装置提供相应驱动力，并且设计安装了大弹性系数弹簧同时参与运动储能与助力释放，协助参与驱动，控制腿部的下肢矫助装置或(和)顶端哑铃形螺旋绕线轮组运动，实现切换上肢位、躯干位或全身位坐站运动辅助与康复训练功能。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，包括顶吊装置1、支撑斜梁2、支撑细杆3、支架内管4、主控传动箱5、支架外管6、扶手横梁7、定位滑块8、扶手支架9、底座主梁10、移动支撑杆11、可刹车万向轮12、底座横梁13、下肢矫助外骨骼14、梯形轨架结构15、第一横梁16、一号皮带17、三通件18、第二横梁19，所述顶吊装置1与支撑斜梁2固定，支撑斜梁2、支架内管4、第二横梁19通过三通件18套接，两根支撑细杆3两端分别紧固于顶吊装置1的下方和第二横梁19上；所述支架内管4套于支架外管6内，主控传动箱5、第一横梁16与支架外管6固定连接；两套梯形轨架结构15上端套于第一横梁16上，下端套在两根底座横梁13上，两根底座横梁13与底座主梁10上的孔过盈配合；扶手横梁7和扶手支架9均与支架外管6铰接，定位滑块8置于扶手横梁7内部滑槽中，并与扶手支架9另一端铰接，所述支架外管6与底座主梁10固定连接；移动支撑杆11一端与直线轴承1505铰接，另一端托举下肢矫助外骨骼14的大腿外套管1401，可刹车万向轮12与底座主梁10固定连接。
所述的顶吊装置1包括从动皮带轮轴101前后两组、一号定滑轮102前后两个、二号皮带103左右两条、第一钢丝绳104、拉绳换向轮组105、哑铃形螺旋绕线轮组106、齿轮轨道107左右两条、齿轮轨道支架108前后两个、顶吊主框槽轨109，所述齿轮轨道支架108与顶吊主框槽轨109焊接固定，齿轮轨道107与齿轮轨道支架108焊接固定；所述哑铃形螺旋绕线轮组106包括齿轮1061、二号拉绳环1062、哑铃型螺旋槽绕线轴1063、阶梯轴1064、销键1065，两个齿轮1061和哑铃型螺旋槽绕线轴1063通过四个销键1065固定在阶梯轴1064的四个键槽位置，实现一体共轴转动，左右两个二号拉绳环1062与阶梯轴1064之间为间隙配合，在两个齿轮1061内侧转动，所述阶梯轴1064长度与左右两条齿轮轨道107的间距相等，两个齿轮1061啮合于左右两条齿轮轨道107之上；所述拉绳换向轮组105包括轴承1051、一号拉绳环1052、二号定滑轮1053、短轴1054，所述轴承1051与短轴1054过盈配合，一号拉绳环1052和三号定滑轮1053均与短轴1054间隙配合，拉绳换向轮组105安装在顶吊主框槽轨109的轨道槽内可前后自由滚动，对第一钢丝绳104实现牵拉和换向的作用。
所述的第一钢丝绳104的起始端与拉绳换向轮组105的一号拉绳环1052结节固定，然后向后方走线绕过固定于后方齿轮轨道支架108上的一号定滑轮102实现180度转向，之后水平向前到达哑铃形螺旋绕线轮组106，按照螺旋槽加工走向满载缠绕于哑铃型螺旋槽绕线轴1063的螺旋槽内，第一钢丝绳104输出端水平向前到达第二个齿轮轨道支架108上的第二个一号定滑轮102，再次实现180度转向，水平向后到达并绕过拉绳换向轮组105内部的二号定滑轮1053，实现第三次转向后竖直向下到达使用者的肩点位置并固定，实现对使用者向上提拉与向下释放的效果。
所述的两组从动皮带轮轴101被水平共线地安装在顶吊装置1的前后位置，主动皮带轮505置于后方的从动皮带轮轴101的中间位置并且共轴销固，同时与来自下方的一号皮带17套接；二号皮带103套过前后从动皮带轮轴101后，端点汇合于哑铃形螺旋绕线轮组106内部的二号拉绳环1062上，并结节紧固。
所述的主控传动箱5包括箱体501、拨叉轴支架502、第一从动轴503，一号从动齿轮504、主动皮带轮505、档位槽506、挂档手柄507、卡锁支架508、主动轴509、轴承支座510、第二从动轴511、二号从动齿轮512、主动轮513、拨叉514、直流伺服电机515、第二钢丝绳516、绕线槽517、拨叉轴518，所述卡锁支架508包括卡销弹簧5081、支架腔体5082、卡销5083、螺钉5084，所述卡销5083和卡销弹簧5081置于支架腔体5082内，通过螺钉5084固定于箱体501内侧，并与固定于箱体501内侧的拨叉轴支架502共线安装以承架拨叉轴518，通过间隙配合实现拨叉轴518在轴向上的左右滑动；所述挂档手柄507与拨叉轴518过盈配合，拨叉轴518在两个阶梯槽处分别与两个拨叉514上端半圆内径间隙配合，两个一号从动齿轮504和主动皮带轮505的内径均与第一从动轴503紧固，并由两个轴承支座510共线承架固定于箱体501内侧；两个二号从动齿轮512和两个绕线槽517的内径均与第二从动轴511紧固，并通过三个轴承支座510共线承架固定在箱体501内；所述拨叉514下端内径在主动轮513的阶梯槽处间隙卡接配合，两个主动轮513内径与主动轴509梅花卡接，主动轴509与直流伺服电机515连接。
所述的梯形轨架结构15包括套管1501、三号定滑轮1502、L形双孔支架1503、内轨道支架1504、直线轴承1505、储能弹簧1506，所述套管1501、L形双孔支架1503与内轨道支架1504固定连接，主控传动箱5的第二钢丝绳516起始端固定在同侧的绕线槽517上，之后向下经由内轨道支架1504顶端开孔进入L形双孔支架1503内，经过两个三号定滑轮1502转向后，在内轨道支架1504中向下到达直线轴承1505顶端并固连；储能弹簧1506置于内轨道支架1504中的直线轴承1505下方。
所述的下肢矫助外骨骼14包括大腿外套管1401、支撑坐垫1402、大腿内套管1403、小腿外套管1404、大腿绑腿1405、小腿绑腿1406、小腿内套管1407、球套关节1408、鞋套1409，所述大腿内套管1403向上套接于大腿外套管1401内，向下与小腿外套管1404铰接，小腿外套管1404下端套于小腿内套管1407上，小腿内套管1407通过球套关节1408与鞋套1409相连，下肢矫助外骨骼14通过大腿绑腿1405和小腿绑腿1406紧固在使用者下肢，配合梯形轨架结构15和移动支撑杆11使用。
本发明的有益效果在于：实现在家庭空间环境进行减重式下肢康复运动训练使用，拉动人体肩点按照对标健康人体站起动作姿态实现沿空间曲线轨迹站起(坐下过程反之)，避免产生因单向畸形站起(坐下)姿态导致肌肉施力的畸态康复，从而获得符合临床运动康复疗法的健康训练效果。提出并设计由单个伺服电机提供动力源，驱动主控传动箱内多个齿轮组，依据所需训练功能，通过拨动挂档手柄，调节主控传动箱内对应档位，选择不同齿轮轮组啮合方式，经由传动装置提供相应驱动力，并且设计安装了大弹性系数弹簧同时参与运动储能与助力释放，协助参与驱动，控制腿部的下肢矫助装置或(和)顶端哑铃形螺旋绕线轮组运动，实现切换上肢位、躯干位或全身位坐站运动辅助与康复训练功能。机械结构简单，方便加工安装和操作使用。相较于其他康复运动机器人系统，只用一个电机实现多种功能，造价低，重量轻，填补对标健康人体站起运动学规律进行站起运动康复训练机器人的产品空白，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的等轴视图；
图2为本发明的吊顶装置带有局部剖开的等轴视图；
图3为本发明的哑铃形螺旋绕线轮组剖视图；
图4为本发明的拉绳换向轮组的剖视图；
图5为本发明的有局部剖开的主控传动箱的等轴视图；
图6为本发明的拨叉轴的剖视图；
图7为本发明的卡锁支架的全剖视图；
图8为本发明的梯形轨架结构带有局部剖开的等轴视图；
图9为本发明的下肢矫助外骨骼的等轴视图。
图1中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
1 顶吊装置 8 定位滑块 15 梯形轨架结构
2 支撑斜梁 9 扶手支架 16 第一横梁
3 支撑细杆 10 底座主梁 17 一号皮带
4 支架内管 11 移动支撑杆 18 三通件
5 主控传动箱 12 可刹车万向轮 19 第二横梁
6 支撑外杆 13 底座横梁 20 紧固螺钉
7 扶手横梁 14 下肢矫助外骨骼
图2中各零部件明细表
图3中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
1061 齿轮 1063 哑铃型螺旋槽绕线轴 1065 销键
1062 二号拉绳环 1064 阶梯轴
图4中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
1051 轴承 1053 二号定滑轮 1054 短轴
1052 一号拉绳环
图5中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
501 箱体 507 挂档手柄 513 主动轮
502 拨叉轴支架 508 卡锁支架 514 拨叉
503 第一从动轴 509 主动轴 515 直流伺服电机
504 一号从动齿轮 510 轴承支座 516 第二钢丝绳
505 主动皮带轮 511 第二从动轴 517 绕线槽
506 档位槽 512 二号从动齿轮 518 拨叉轴
图7中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
5081 卡销弹簧 5083 卡销 5084 螺钉
5082 支架腔体
图8中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
1501 套管 1503 L形双孔支架 1505 直线轴承
1502 三号定滑轮 1504 内轨道支架 1506 储能弹簧
图9中各零部件明细表
序号 部件名称 序号 部件名称 序号 部件名称
1401 大腿外套管 1404 小腿外套管 1407 小腿内套管
1402 支撑坐垫 1405 大腿绑腿 1408 球套关节
1403 大腿内套管 1406 小腿绑腿 1409 鞋套
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图9所示，本发明的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，包括顶吊装置1、支撑斜梁2、支撑细杆3、支架内管4、主控传动箱5、支架外管6、扶手横梁7、定位滑块8、扶手支架9、底座主梁10、移动支撑杆11、可刹车万向轮12、底座横梁13、下肢矫助外骨骼14、梯形轨架结构15、第一横梁16、一号皮带17、三通件18、第二横梁19、紧固螺钉20，所述顶吊装置1通过紧固螺钉20与支撑斜梁2固定，支撑斜梁2、支架内管4、第二横梁19通过三通件18套接并通过紧固螺钉20固定；两根支撑细杆3两端分别紧固于顶吊装置1的下方和第二横梁19上，用于保证顶吊装置1的稳定性；所述支架内管4套于支架外管6内，可上下调节长度并通过紧固螺钉20固定；主控传动箱5、第一横梁16与支架外管6通过紧固螺钉20固定连接；两套梯形轨架结构15上端套于第一横梁16上，下端套在两根底座横梁13上，两套梯形轨架结构15可根据使用者要求调整相对位置与距离，之后通过紧固螺钉20固定；两根底座横梁13与底座主梁10上的孔为过盈配合并通过紧固螺钉20固定；扶手横梁7和扶手支架9均与支架外管6铰接，定位滑块8置于扶手横梁7内部滑槽中，并与扶手支架9另一端铰接，为使用者在站起过程中提供手握支撑，使用时可将扶手横梁7提起至水平，期间定位滑块8在滑槽内向后滑至锁死位，并带动所铰接的扶手支架9移动到支撑姿态，对扶手横梁7起到稳定的支撑作用；不使用时可向下折叠收起扶手横梁7。所述支架外管6与底座主梁10通过紧固螺钉20固定连接；移动支撑杆11一端与直线轴承1505铰接，另一端托举下肢矫助外骨骼14的大腿外套管1401，当大腿达到直立状态时，大腿支杆外套管1401不再对移动支撑杆11产生压力，移动支撑杆11在重力作用下，以另一端的铰接点为转轴自由摆落，结束对下肢矫助外骨骼14的托举支撑作用；可刹车万向轮12与底座主梁10通过紧固螺钉20固定连接。
参见图2至图4所示，本发明所述的顶吊装置1包括从动皮带轮轴101前后两组、一号定滑轮102前后两个、二号皮带103左右两条、第一钢丝绳104、拉绳换向轮组105、哑铃形螺旋绕线轮组106、齿轮轨道107左右两条、齿轮轨道支架108前后两个、顶吊主框槽轨109，所述齿轮轨道支架108与顶吊主框槽轨109焊接固定，齿轮轨道107与齿轮轨道支架108焊接固定；
所述哑铃形螺旋绕线轮组106包括齿轮1061左右两个、二号拉绳环1062左右两个、哑铃型螺旋槽绕线轴1063、阶梯轴1064、销键1065四个。其中两个齿轮1061和哑铃型螺旋槽绕线轴1063通过四个销键1065固定在阶梯轴1064的四个键槽位置，实现一体共轴转动，左右两个二号拉绳环1062与阶梯轴1064之间为间隙配合，在阶梯轴1064轴向上的两个齿轮1061内侧实现光滑转动，所述阶梯轴1064长度与左右两条齿轮轨道107的间距相等，两个齿轮1061啮合于左右两条齿轮轨道107之上；哑铃型螺旋槽绕线轴1063的绕线圈数与每圈的绕线长度根据人体正常站起时的质心运动轨迹数据设计，保证使用者能按照对标健康人体站起运动规律进行向上站起或向下坐回的运动训练。
所述拉绳换向轮组105包括轴承1051、一号拉绳环1052、二号定滑轮1053、短轴1054，所述轴承1051与短轴1054过盈配合，一号拉绳环1052和三号定滑轮1053均与短轴1054间隙配合，可实现光滑转动，拉绳换向轮组105安装在顶吊主框槽轨109的轨道槽内可前后自由滚动，对第一钢丝绳104实现牵拉和换向的作用。
所述第一钢丝绳104的起始端与拉绳换向轮组105的一号拉绳环1052结节固定，然后向后方走线绕过固定于后方齿轮轨道支架108上的一号定滑轮102实现180度转向，之后水平向前到达哑铃形螺旋绕线轮组106，按照螺旋槽加工走向满载缠绕于哑铃型螺旋槽绕线轴1063的螺旋槽内，第一钢丝绳104输出端水平向前到达第二个齿轮轨道支架108上的第二个一号定滑轮102，再次实现180度转向，水平向后到达并绕过拉绳换向轮组105内部的二号定滑轮1053，实现第三次转向后竖直向下到达使用者的肩点位置并固定，整体机构开机运转后，实现对使用者向上提拉与向下释放的效果。
所述的两组从动皮带轮轴101被水平共线地安装在顶吊装置1的前后位置，主动皮带轮505置于后方的从动皮带轮轴101的中间位置并且共轴销固，同时与来自下方的一号皮带17套接；二号皮带103(左右两条)套过前后从动皮带轮轴101(左右两个)后，端点汇合于哑铃形螺旋绕线轮组106内部的二号拉绳环1062(左右两个)上，并结节紧固。设备调档启动后，一号皮带17开始通过主动皮带轮505带动共轴的从动皮带轮轴101开始顺时针(逆时针)运转，进而带动两条二号皮带103开始同步顺时针(逆时针)运转，接着两个二号拉绳环1062开始被同步向前(向后)拉动，从而带动光滑间隙配合的阶梯轴1064水平向前(向后)平动，由于与阶梯轴1064销接共轴的两个齿轮1061啮合于左右两条固定的齿轮轨道107上，啮合关系使得阶梯轴1064跟随拉绳环1062向前(向后)平动的同时发生转动，进而带动销接共轴的哑铃型螺旋槽绕线轴1063发生同步转动，使螺旋缠绕于其上槽内的第一钢丝绳104发生不等长的旋入与旋出量差，使得拉绳换向轮组105即改变了水平方向的滚动位置，又收放了绕过三号定滑轮1053上转向的第一钢丝绳104的长度，最终实现对被提拉的使用者在水平和竖直方向上同时获得符合二次函数关系的曲线轨迹提拉效果。
参见图5至图7所示，本发明所述主控传动箱5包括箱体501、拨叉轴支架502、第一从动轴503，一号从动齿轮504两个、主动皮带轮505、档位槽506、挂档手柄507、卡锁支架508、主动轴509、轴承支座510六个、第二从动轴511、二号从动齿轮512、主动轮513、拨叉514、直流伺服电机515、第二钢丝绳516两条、绕线槽517两个、拨叉轴518，所述卡锁支架508包括卡销弹簧5081、支架腔体5082、卡销5083、螺钉5084，所述卡销5083和卡销弹簧5081置于支架腔体5082内，通过螺钉5084固定于箱体501内侧，并与固定于箱体501内侧的拨叉轴支架502共线安装以承架拨叉轴518，通过间隙配合实现拨叉轴518在轴向上的左右滑动；所述挂档手柄507与拨叉轴518过盈配合，拨叉轴518在两个阶梯槽处分别与两个拨叉514上端半圆内径间隙配合，使拨叉轴518可带动拨叉514在轴向上左右平动换挡而不影响拨叉轴518的拨档转动，图6给出了拨叉轴518轴向的纵切剖视图。两个一号从动齿轮504和主动皮带轮505的内径均与第一从动轴503紧固，并由两个轴承支座510共线承架固定于箱体501内侧；两个二号从动齿轮512和两个绕线槽517的内径均与第二从动轴511紧固，并通过三个轴承支座510共线承架固定在箱体501内；所述拨叉514下端内径在主动轮513的阶梯槽处间隙卡接配合，两个主动轮513内径与主动轴509梅花卡接，主动轴509与直流伺服电机515连接。图5中B处给出了主动轴509的局部横切剖视图，在拨叉514拨动下可实现在主动轴509的轴向上自由滑动，到达不同的从动齿轮位置实现啮合，获得换挡功能。当使用者手动操作挂档手柄507从档位槽506最右端的空档位向外旋出，向左推动到第一档位处再向内旋进的过程中：挂档手柄507带动固连的拨叉轴518同步向外旋出一定角度，相应卡槽位(图5中A处给出了拨叉轴518上卡槽位的局部横切剖视图)脱离卡锁支架508内卡销5083的卡锁作用，之后带动两个拨叉514沿轴向向左推动两个主动齿轮513沿主动轴509向左与第一个一号从动齿轮504和第一个二号从动齿轮512同时啮合，实现同时驱动第一从动轴503和第二从动轴511，然后操作挂档手柄507带动固连的拨叉轴518同步向内旋进第一档位，卡销5083在卡销弹簧5081的弹力力作用下嵌入拨叉轴518对应档位的定位槽中起到锁死拨叉轴518左右移动的作用，防止设备运转时齿轮间脱离啮合，保证稳定运转。同理，在操作挂档手柄507到第二档位时，右侧主动齿轮513被同组的拨叉514推到与第二个一号从动齿轮504啮合，左侧主动齿轮513被同组的拨叉514向左推动，脱离与第一个二号从动齿轮512而空载，即此时只有第一从动轴503被驱动。同理，再次操作挂档手柄507向左到第三档位时，右侧主动齿轮513被同组的拨叉514再次向左推动，脱离与第二个一号从动齿轮504的啮合而空载，但左侧主动齿轮513被同组的拨叉514向左再次推动后，刚好与第二个二号从动齿轮512啮合，即此时只有第二从动轴511被驱动。
参见图8所示，本发明所述梯形轨架结构15包括套管1501、三号定滑轮1502两个、L形双孔支架1503、内轨道支架1504、直线轴承1505、储能弹簧1506，所述套管1501、L形双孔支架1503与内轨道支架1504固定连接，主控传动箱5的第二钢丝绳516起始端固定在同侧的绕线槽517上，之后向下经由内轨道支架1504顶端开孔进入L形双孔支架1503内，经过B处第一个三号定滑轮1502和A处第二个三号定滑轮1502转向后，在内轨道支架1504中向下到达直线轴承1505顶端并固连；储能弹簧1506置于内轨道支架1504中的直线轴承1505下方。当移动支撑杆11向下压迫直线轴承1505沿内轨道支架1504内部轨槽向下运动到最低点时，储能弹簧1506处于最大压缩状态储能，反之，当直线轴承1505被第二钢丝绳516沿内轨道支架1504内部轨槽向上拉起，储能弹簧1506开始释放弹性势能为直线轴承1505提供先上的支持力，同时移动支撑杆11被直线轴承1505向上顶起，为人体站起提供腿部向上的支持助力。所述直线轴承1505外径等分排布五列钢珠，嵌入安装在内轨道支架1504内径五等分开槽轨道内，既约束了直线轴承1505在内轨道支架1504内部径向的转动自由度，又保证了轴向上下滑动的灵活性，实现平稳的上下滑动。
参见图9所示，本发明下肢矫助外骨骼14包括大腿外套管1401、支撑坐垫1402、大腿内套管1403、小腿外套管1404、大腿绑腿1405、小腿绑腿1406、小腿内套管1407、球套关节1408、鞋套1409，所述大腿内套管1403向上套接于大腿外套管1401内，向下与小腿外套管1404铰接，小腿外套管1404下端套于小腿内套管1407上，配合使用者大腿和小腿长度调节两组套管长度并用紧固螺钉20紧固，小腿内套管1407通过球套关节1408与鞋套1409相连，下肢矫助外骨骼14根据使用者身高调整好尺寸后通过大腿绑腿1405和小腿绑腿1406紧固在使用者下肢，配合梯形轨架结构15和移动支撑杆11使用。支撑坐垫1402两端固定在大腿外套管1401上。当所述机器人开机运转后，挂档手柄507拨到第三档位，主动齿轮513仅与二号从动齿轮512啮合，从而带动第二从动轴511转动，进而带动同轴的绕线槽517转动，向上卷升第二钢丝绳516，然后拉动直线轴承1505在内轨道支架1504内向上平动，同时向上提拉移动支撑杆11的铰接端，把支持力传递到移动支撑杆11所托举的大腿外套管1401，进而下肢矫助外骨骼14带动使用者，向上站起。挂档手柄507拨到第二档位置时，主动轮513与一号从动齿轮504啮合，只通过传动的顶吊装置1中的第一钢丝绳104向上提拉人体的功能；主控传动箱处于第一档位置时，主动轮513与一号从动齿轮504和二号从动齿轮512同时啮合，同时实现移动支撑杆11向上支撑人体站起和第一钢丝绳104向上提拉的人体站起功能。
本发明在训练过程中可以通过使用者自己控制换挡手柄改变主控传动箱内的档位，实现切换上肢位、躯干位或全身位站起运动辅助功能和训练功能。本发明可通过固定于腿部的下肢矫助外骨骼结构和顶端哑铃形螺旋绕线轮组两部分传动装置，在中控电机的带动下实现减重式辅助坐站保护及康复运动训练。根据临床大数据统计下人体站起过程的下肢关节及肩点、身体质心的运动学分析，在符合人体工学的基础上，使存在下肢运动功能障碍的使用者不仅可获得坐站运动辅助，而且可以使下肢肌群完全按照对标健康人体站起时肌肉正确施力规划进行康复训练，避免产生因站起姿势扭曲导致的肌肉畸态施力，从而获得安全健康的运动康复训练效果。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：包括顶吊装置（1）、支撑斜梁（2）、支撑细杆（3）、支架内管（4）、主控传动箱（5）、支架外管（6）、扶手横梁（7）、定位滑块（8）、扶手支架（9）、底座主梁（10）、移动支撑杆（11）、可刹车万向轮（12）、底座横梁（13）、下肢矫助外骨骼（14）、梯形轨架结构（15）、第一横梁（16）、一号皮带（17）、三通件（18）、第二横梁（19），所述顶吊装置（1）与支撑斜梁（2）固定，支撑斜梁（2）、支架内管（4）、第二横梁（19）通过三通件（18）套接，两根支撑细杆（3）两端分别紧固于顶吊装置（1）的下方和第二横梁（19）上；所述支架内管（4）套于支架外管（6）内，主控传动箱（5）、第一横梁（16）与支架外管（6）固定连接；两套梯形轨架结构（15）上端套于第一横梁（16）上，下端套在两根底座横梁（13）上，两根底座横梁（13）与底座主梁（10）上的孔过盈配合；扶手横梁（7）和扶手支架（9）均与支架外管（6）铰接，定位滑块（8）置于扶手横梁（7）内部滑槽中，并与扶手支架（9）另一端铰接，所述支架外管（6）与底座主梁（10）固定连接；移动支撑杆（11）一端与直线轴承（1505）铰接，另一端托举下肢矫助外骨骼（14）的大腿外套管（1401），可刹车万向轮（12）与底座主梁（10）固定连接。
2.根据权利要求1所述的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：所述的顶吊装置（1）包括从动皮带轮轴（101）前后两组、一号定滑轮（102）前后两个、二号皮带（103）左右两条、第一钢丝绳（104）、拉绳换向轮组（105）、哑铃形螺旋绕线轮组（106）、齿轮轨道（107）左右两条、齿轮轨道支架（108）前后两个、顶吊主框槽轨（109），所述齿轮轨道支架（108）与顶吊主框槽轨（109）焊接固定，齿轮轨道（107）与齿轮轨道支架（108）焊接固定；所述哑铃形螺旋绕线轮组（106）包括齿轮（1061）、二号拉绳环（1062）、哑铃型螺旋槽绕线轴（1063）、阶梯轴（1064）、销键（1065），两个齿轮（1061）和哑铃型螺旋槽绕线轴（1063）通过四个销键（1065）固定在阶梯轴（1064）的四个键槽位置，实现一体共轴转动，左右两个二号拉绳环（1062）与阶梯轴（1064）之间为间隙配合，在两个齿轮（1061）内侧转动，所述阶梯轴（1064）长度与左右两条齿轮轨道（107）的间距相等，两个齿轮（1061）啮合于左右两条齿轮轨道（107）之上；所述拉绳换向轮组（105）包括轴承（1051）、一号拉绳环（1052）、二号定滑轮（1053）、短轴（1054），所述轴承（1051）与短轴（1054）过盈配合，一号拉绳环（1052）和三号定滑轮（1053）均与短轴（1054）间隙配合，拉绳换向轮组（105）安装在顶吊主框槽轨（109）的轨道槽内可前后自由滚动，对第一钢丝绳（104）实现牵拉和换向的作用。
3.根据权利要求2所述的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：所述的第一钢丝绳（104）的起始端与拉绳换向轮组（105）的一号拉绳环（1052）结节固定，然后向后方走线绕过固定于后方齿轮轨道支架（108）上的一号定滑轮（102）实现180度转向，之后水平向前到达哑铃形螺旋绕线轮组（106），按照螺旋槽加工走向满载缠绕于哑铃型螺旋槽绕线轴（1063）的螺旋槽内，第一钢丝绳（104）输出端水平向前到达第二个齿轮轨道支架（108）上的第二个一号定滑轮（102），再次实现180度转向，水平向后到达并绕过拉绳换向轮组（105）内部的二号定滑轮（1053），实现第三次转向后竖直向下到达使用者的肩点位置并固定，实现对使用者向上提拉与向下释放的效果。
4.根据权利要求2所述的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：所述的两组从动皮带轮轴（101）被水平共线地安装在顶吊装置（1）的前后位置，主动皮带轮（505）置于后方的从动皮带轮轴（101）的中间位置并且共轴销固，同时与来自下方的一号皮带（17）套接；二号皮带（103）套过前后从动皮带轮轴（101）后，端点汇合于哑铃形螺旋绕线轮组（106）内部的二号拉绳环（1062）上，并结节紧固。
5.根据权利要求1所述的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：所述的主控传动箱（5）包括箱体（501）、拨叉轴支架（502）、第一从动轴（503），一号从动齿轮（504）、主动皮带轮（505）、档位槽（506）、挂档手柄（507）、卡锁支架（508）、主动轴（509）、轴承支座（510）、第二从动轴（511）、二号从动齿轮（512）、主动轮（513）、拨叉（514）、直流伺服电机（515）、第二钢丝绳（516）、绕线槽（517）、拨叉轴（518），所述卡锁支架（508）包括卡销弹簧（5081）、支架腔体（5082）、卡销（5083）、螺钉（5084），所述卡销（5083）和卡销弹簧（5081）置于支架腔体（5082）内，通过螺钉（5084）固定于箱体（501）内侧，并与固定于箱体（501）内侧的拨叉轴支架（502）共线安装以承架拨叉轴（518），通过间隙配合实现拨叉轴（518）在轴向上的左右滑动；所述挂档手柄（507）与拨叉轴（518）过盈配合，拨叉轴（518）在两个阶梯槽处分别与两个拨叉（514）上端半圆内径间隙配合，两个一号从动齿轮（504）和主动皮带轮（505）的内径均与第一从动轴（503）紧固，并由两个轴承支座（510）共线承架固定于箱体（501）内侧；两个二号从动齿轮（512）和两个绕线槽（517）的内径均与第二从动轴（511）紧固，并通过三个轴承支座（510）共线承架固定在箱体（501）内；所述拨叉（514）下端内径在主动轮（513）的阶梯槽处间隙卡接配合，两个主动轮（513）内径与主动轴（509）梅花卡接，主动轴（509）与直流伺服电机（515）连接。
6.根据权利要求1所述的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：所述的梯形轨架结构（15）包括套管（1501）、三号定滑轮（1502）、L形双孔支架（1503）、内轨道支架（1504）、直线轴承（1505）、储能弹簧（1506），所述套管（1501）、L形双孔支架（1503）与内轨道支架（1504）固定连接，主控传动箱（5）的第二钢丝绳（516）起始端固定在同侧的绕线槽（517）上，之后向下经由内轨道支架（1504）顶端开孔进入L形双孔支架（1503）内，经过两个三号定滑轮（1502）转向后，在内轨道支架（1504）中向下到达直线轴承（1505）顶端并固连；储能弹簧（1506）置于内轨道支架（1504）中的直线轴承（1505）下方。
7.根据权利要求1所述的多功能坐站运动辅助与康复运动训练机器人，其特征在于：所述的下肢矫助外骨骼（14）包括大腿外套管（1401）、支撑坐垫（1402）、大腿内套管（1403）、小腿外套管（1404）、大腿绑腿（1405）、小腿绑腿（1406）、小腿内套管（1407）、球套关节（1408）、鞋套（1409），所述大腿内套管（1403）向上套接于大腿外套管（1401）内，向下与小腿外套管（1404）铰接，小腿外套管（1404）下端套于小腿内套管（1407）上，小腿内套管（1407）通过球套关节（1408）与鞋套（1409）相连，下肢矫助外骨骼（14）通过大腿绑腿（1405）和小腿绑腿（1406）紧固在使用者下肢，配合梯形轨架结构（15）和移动支撑杆（11）使用。
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