CN107997928B - 一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，包括：中央模块、左模块、座椅模块和右模块；其中，所述左模块和所述右模块分别固定于所述中央模块的左右两侧，所述座椅模块锁紧固定于所述中央模块上。本发明能够实现多模块快速拼装与分离，方便设备的快速转运与多地点康复训练，能够将病床和康复设备之间建立有效连接，方便患者上下康复设备，左右腿模块可实现单独康复训练。

Description

一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人
技术领域
本发明属于下肢康复装置领域，尤其涉及一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人。
背景技术
我国共有中风、偏瘫患者上千万人，每年新发病中风患者都超过200万人，还有逐年递增趋势，每12秒就有一人中风，每21秒就有一人死于中风；随着中国人口的老龄化的加剧，2020年以后，我国老年人口将达到3亿；以及肢体残疾人员、骨骼肌肉损伤及少肌症的患者、关节受损运动员等，医疗康复及助残领域的目标群体十分巨大。康复外骨骼机器人的研制发展将会给各种肢体障碍患者带来福音。
目前康复外骨骼机器人研究尚处于起步阶段，尤其是坐卧式下肢康复外骨骼还存在很多缺陷，例如功能模块化差，难以实现外骨骼快速拼装及转运，患者上下康复设备困难，没有实现病床与康复设备的有效连接手段，左右腿模块不能实现独立康复训练。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，能够实现多模块快速拼装与分离，方便设备的快速转运与多地点康复训练，能够将病床和康复设备之间建立有效连接，方便患者上下康复设备，左右腿模块可实现单独康复训练。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，包括：中央模块、左模块、座椅模块和右模块；其中，所述左模块和所述右模块分别固定于所述中央模块的左右两侧，所述座椅模块锁紧固定于所述中央模块上。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述座椅模块包括第一万向轮式支撑、座椅模块楔形结构、后背可调节座椅、座椅平台、座椅可伸缩踏板、导轨和锁紧横梁；其中，所述座椅模块楔形结构集成于座椅平台，锁紧横梁固定于座椅平台，五个第一万向轮式支撑固定于座椅平台底部，两个第一万向轮式支撑固定于座椅可伸缩踏板上，导轨固定于座椅平台的内侧，座椅可伸缩踏板安装于导轨上，能够跟随导轨前后移动，后背可调节座椅固定于座椅平台上部。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述中央模块包括后定位板、中央模块楔形结构、右定位轮、中央模块主体结构、前定位板、左定位轮、锁紧直线位移传感器、锁紧电推杆、锁紧装置支撑板、锁紧支架、锁紧限位、控制箱、合页、控制系统覆盖板、第一快速锁紧装置和第二快速锁紧装置；其中，所述前定位板和后定位板分别固定于中央模块主体结构前部和后部，中央模块楔形结构集成于中央模块主体结构上，七个左定位轮和七个右定位轮分别固定于中央模块主体结构的底部内侧，控制箱固定于中央模块主体结构的内部，锁紧装置支撑板固定于中央模块主体结构顶部，锁紧支架铰接于锁紧装置支撑板，锁紧限位安装于锁紧装置支撑板上，对锁紧支架起限位保护作用，锁紧直线位移传感器两端分别铰接于锁紧支架和中央模块主体结构上，对锁紧支架的摆动角度进行测量；锁紧电推杆驱动锁紧支架摆动，实施锁紧与解锁动作，控制系统覆盖板通过合页铰接于中央模块主体结构上；第一快速锁紧装置的一端安装于中央模块主体结构上，第一快速锁紧装置的另一端安装于左模块2上；第二快速锁紧装置的一端安装于中央模块主体结构上，第二快速锁紧装置的另一端安装于右模块上。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述中央模块还包括两个第一快速电气插拔接口；其中，两个第一快速电气插拔接口分别安装于中央模块主体结构上的左右两端，起快速连接左模块、中央模块和右模块电气系统的作用。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述左模块包括滑台、前部支撑架、左腿、髋部传动、第二快速电气插拔接口、第一锁紧装置和左模块主体结构；其中，所述左腿铰接于髋部传动上，髋部传动安装于滑台上，滑台安装于左模块主体结构上，前部支撑架安装于左模块主体结构上，第二快速电气插拔接口安装于左模块主体结构上，起快速连接左模块和中央模块电气系统的作用；第一锁紧装置一端安装于左模块上，另外一端与第一快速锁紧装置相连接，起快速连接左模块和中央模块的作用。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述右模块包括滑台、前部支撑架、右腿、髋部传动、第二锁紧装置、第四万向轮式支撑和右模块主体结构；其中，所述右腿铰接于髋部传动上，髋部传动安装于滑台上，滑台安装于右模块主体结构上，前部支撑架安装于右模块主体结构上；第二锁紧装置一端安装于右模块上，另外一端与与第二快速锁紧装置相连接；四个第四万向轮式支撑分别安装于右模块主体结构的底部。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述右模块还包括第三快速电气插拔接口；其中，第三快速电气插拔接口安装于右模块主体结构上，起快速连接右模块和中央模块电气系统的作用。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述座椅模块还包括三个把手；其中，三个把手分别设置于座椅平台的前部、左部和右部。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述中央模块还包括第二万向轮式支撑；其中，三个万向轮式支撑分别固定于中央模块主体结构底部。
上述模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人中，所述左模块还包括第三万向轮式支撑；其中，四个第三万向轮式支撑分别安装于左模块主体结构的底部。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用了中央模块、左模块、右模块和座椅模块四个模块快速定位与锁紧的设计，实现了各功能模块快速定位与锁紧，缩短了康复设备拼装与拆卸时间，提高了设备安装、拆卸及转运的效率。
(2)本发明采用了模块化座椅模块，座椅模块与中央模块能够快速锁紧与分离，实现了病床与康复设备之间的有效连接，降低了患者上下康复设备及病床的难度，提高了患者康复效率，减轻了医护人员的负担。
(3)本发明采用了独立的左模块和右模块，实现了左模块单独康复，右模块单独康复以及整机康复等多种模式康复，左模块和右模块的快速锁紧装置保证了其与中央模块的快速分离，与此同时，快插电气接头在保证左模块和右模块与中央模块快速结合与分离的同时，也为快速外接控制单元，实现左模块和右模块单独康复训练提供了可能，因此左模块和右模块可单独放在病床边，对病情较重患者或转运困难的患者开展床边康复，提高了康复设备的适用范围及灵活性，减轻了患者转运及上下康复设备的痛苦，减轻了医护人员的负担，提高了康复效率。
(4)本发明采用了中央模块、左模块、右模块和座椅模块四个模块独立的轮系系统与支撑系统，实现了整机的快速转运与支撑，各功能模块独立转运与支撑，提高了整机及各模块的转运效率，方便康复设备快速移动转场，实现多场所快速、高效康复训练。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人的分解的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的座椅模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的中央模块的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的中央模块的另一结构示意图；
图6是本发明实施例提供的左模块的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的右模块的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人的分解的另一结构示意图；。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施方式涉及一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，如图1、图2、图8和图9所示，一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，包括中央模块1、左模块2、座椅模块3和右模块4四部分。所述左模块2和右模块4通过快锁锁紧装置、前定位板17和后定位板13分别固定于中央模块1的左右两侧，座椅模块3通过座椅模块楔形结构51和中央模块楔形结构50相互接触，并通过座椅锁紧装置52锁紧固定于中央模块1上。
如图3所示，座椅模块3包括第一万向轮式支撑5、座椅模块楔形结构6、后背可调节座椅7、把手8、座椅平台9、座椅可伸缩踏板10、导轨11和锁紧横梁12。所述座椅模块楔形结构6集成于座椅平台9上，锁紧横梁12固定于座椅平台9上，五个第一万向轮式支撑5固定于座椅平台9底部，两个第一万向轮式支撑5固定于座椅可伸缩踏板10上，导轨11固定于座椅平台9的内侧，座椅可伸缩踏板10安装于导轨11上，可跟随导轨11前后移动，后背可调节座椅7固定于座椅平台9上部，三个把手分别固定于座椅平台9的前部、左部和右部。
如图4和图5所示，中央模块1包括后定位板13、中央模块楔形结构14、右定位轮15、中央模块主体结构16、前定位板17、万向轮式支撑18、左定位轮19、锁紧直线位移传感器20、锁紧电推杆21、锁紧装置支撑板22、锁紧支架23、锁紧限位24、控制箱25、合页26、控制系统覆盖板27、第一快速锁紧装置281、第二快速锁紧装置282和第一快速电气插拔接口29。所述前定位板17和后定位板13分别固定于中央模块主体结构16前部和后部、中央模块楔形结构14集成于中央模块主体结构16上，七个左定位轮19和七个右定位轮15分别固定于中央模块主体结构16的底部内侧，三个万向轮式支撑18分别固定于中央模块主体结构16底部，控制箱25固定于中央模块主体结构16的内部，锁紧装置支撑板22固定于中央模块主体结构16顶部，锁紧支架23铰接于锁紧装置支撑板22，锁紧限位24安装于锁紧装置支撑板22上，对锁紧支架23起限位保护作用，锁紧直线位移传感器20两端分别铰接于锁紧支架23和中央模块主体结构16上，对锁紧支架23的摆动角度进行测量，锁紧电推杆21驱动锁紧支架23摆动，实施锁紧与解锁动作，控制系统覆盖板27通过合页26铰接于中央模块主体结构16上，第一快速锁紧装置281的一端安装于中央模块主体结构16上，第一快速锁紧装置281的另一端安装于左模块2上；第二快速锁紧装置282的一端安装于中央模块主体结构16上，第二快速锁紧装置282的另一端安装于右模块4上，起快速连接左模块2、中央模块1和右模块4的作用，两个第一快速电气插拔接口29安装于中央模块主体结构16上的左右两端，起快速连接左模块2、中央模块1和右模块4电气系统的作用。
如图6所示，左模块2包括滑台30、前部支撑架31、左腿32、髋部传动33、第二快速电气插拔接口34、第一锁紧装置35、万向轮式支撑36和左模块主体结构37。所述左腿32铰接于髋部传动33上，髋部传动33安装于滑台30上，滑台30安装于左模块主体结构37上，前部支撑架31安装于左模块主体结构37上，第二快速电气插拔接口34安装于左模块主体结构37上，起快速连接左模块2和中央模块1电气系统的作用，第一锁紧装置35一端安装于左模块2上，另外一端中央模块主体结构16上，起快速连接左模块2和中央模块1的作用，四个万向轮式支撑36分别安装于左模块主体结构37的底部。
如图7所示，所述右模块4，包括滑台38、前部支撑架40、右腿39、髋部传动41、第三快速电气插拔接口45、第二锁紧装置44、第四万向轮式支撑43和右模块主体结构42。右腿39铰接于髋部传动41上，髋部传动41安装于滑台38上，滑台38安装于右模块主体结构42上，前部支撑架40安装于右模块主体结构42上，第三快速电气插拔接口45安装于右模块主体结构42上，起快速连接右模块4和中央模块1电气系统的作用，第二锁紧装置44一端安装于右模块4上，另外一端中央模块主体结构16上，起快速连接右模块4和中央模块1的作用，四个第四万向轮式支撑43分别安装于右模块主体结构42的底部。
如图8和图9所示，所述左模块2与中央模块1快速连接时，只需将左模块直线结构48与中央模块直线结构47相接触，并将左模块楔形结构49与中央模块楔形结构50相接触，左模块2前后平面分别与前定位板17和后定位板13相接触定位，此外中央模块1与左模块2都有自己独立轮系，这样仅有一个方向未被定位，再通过六个快速锁紧装置35将左模块2和中央模块1锁紧，并将左模块2上的快速电气插拔接口34和中央模块1上的快速电气插拔接口29相连接，即完成了左模块2与中央模块1快速定位锁紧。
如图8和图9所示，所述右模块4与中央模块1快速连接时，只需将右模块直线结构53与中央模块直线结构47相接触，并将右模块楔形结构与中央模块楔形结构50相接触，右模块4前后平面分别与前定位板17和后定位板13相接触定位，此外中央模块1与右模块4都有自己独立轮系，这样仅有一个方向未被定位，再通过六个快速锁紧装置44将右模块4和中央模块1锁紧，并将右模块4上的快速电气插拔接口45和中央模块1上的快速电气插拔接口29相连接，即完成了右模块4与中央模块1快速定位锁紧。
如图8和图9所示，座椅模块3在进入中央模块1的过程中，由于采用了座椅模块楔形结构51和中央模块定位导向轮结构54，能够保证座椅模块3始终与中央模块1对中，当座椅模块楔形结构51与中央模块楔形结构50相接触时，由于座椅模块3和中央模块1均采用独立轮系支撑系统，所以仅有座椅模块3相对中央模块1向前运动未被定为，因此座椅锁紧装置52的锁紧与解锁就能保证座椅模块完全定位与向前移动，此外座椅锁紧装置52的锁紧支架23为半圆弧式结构，座椅模块3上的锁紧横梁12为圆柱状，所以二者相互锁紧接触，也能保证前后、上下四个方向的约束。
本实施例采用了中央模块、左模块、右模块和座椅模块四个模块快速定位与锁紧的设计，实现了各功能模块快速定位与锁紧，缩短了康复设备拼装与拆卸时间，提高了设备安装、拆卸及转运的效率；并且本实施例采用了模块化座椅模块，座椅模块与中央模块能够快速锁紧与分离，实现了病床与康复设备之间的有效连接，降低了患者上下康复设备及病床的难度，提高了患者康复效率，减轻了医护人员的负担；并且本实施例采用了独立的左模块和右模块，实现了左模块单独康复，右模块单独康复以及整机康复等多种模式康复，左模块和右模块的快速锁紧装置保证了其与中央模块的快速分离，与此同时，快插电气接头在保证左模块和右模块与中央模块快速结合与分离的同时，也为快速外接控制单元，实现左模块和右模块单独康复训练提供了可能，因此左模块和右模块可单独放在病床边，对病情较重患者或转运困难的患者开展床边康复，提高了康复设备的适用范围及灵活性，减轻了患者转运及上下康复设备的痛苦，减轻了医护人员的负担，提高了康复效率；并且本实施例采用了中央模块、左模块、右模块和座椅模块四个模块独立的轮系系统与支撑系统，实现了整机的快速转运与支撑，各功能模块独立转运与支撑，提高了整机及各模块的转运效率，方便康复设备快速移动转场，实现多场所快速、高效康复训练。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于包括：中央模块(1)、左模块(2)、座椅模块(3)和右模块(4)；其中，
所述左模块(2)和所述右模块(4)分别固定于所述中央模块(1)的左右两侧，所述座椅模块(3)锁紧固定于所述中央模块(1)；其中，
所述中央模块(1)包括后定位板(13)、中央模块楔形结构(14)、右定位轮(15)、中央模块主体结构(16)、前定位板(17)、左定位轮(19)、锁紧直线位移传感器(20)、锁紧电推杆(21)、锁紧装置支撑板(22)、锁紧支架(23)、锁紧限位(24)、控制箱(25)、合页(26)、控制系统覆盖板(27)、第一快速锁紧装置(281)和第二快速锁紧装置(282)；其中，
所述前定位板(17)和后定位板(13)分别固定于中央模块主体结构(16)前部和后部，中央模块楔形结构(14)集成于中央模块主体结构(16)，七个左定位轮(19)和七个右定位轮(15)分别固定于中央模块主体结构(16)的底部内侧，控制箱(25)固定于中央模块主体结构(16)的内部，锁紧装置支撑板(22)固定于中央模块主体结构(16)顶部，锁紧支架(23)铰接于锁紧装置支撑板(22)，锁紧限位(24)安装于锁紧装置支撑板(22)，对锁紧支架(23)起限位保护作用，锁紧直线位移传感器(20)两端分别铰接于锁紧支架(23)和中央模块主体结构(16)上，对锁紧支架(23)的摆动角度进行测量；锁紧电推杆(21)驱动锁紧支架(23)摆动，实施锁紧与解锁动作，控制系统覆盖板(27)通过合页(26)铰接于中央模块主体结构(16)；第一快速锁紧装置(281)的一端安装于中央模块主体结构(16)，第一快速锁紧装置(281)的另一端安装于左模块( 2) ；第二快速锁紧装置(282)的一端安装于中央模块主体结构(16)，第二快速锁紧装置(282)的另一端安装于右模块(4)。
2.根据权利要求1所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述座椅模块(3)包括第一万向轮式支撑(5)、座椅模块楔形结构(6)、后背可调节座椅(7)、座椅平台(9)、座椅可伸缩踏板(10)、导轨(11)和锁紧横梁(12)；其中，
所述座椅模块楔形结构(6)集成于座椅平台(9)，锁紧横梁(12)固定于座椅平台(9)，五个第一万向轮式支撑(5)固定于座椅平台(9)底部，两个第一万向轮式支撑(5)固定于座椅可伸缩踏板(10)，导轨(11)固定于座椅平台(9)的内侧，座椅可伸缩踏板(10)安装于导轨(11)，能够跟随导轨(11)前后移动，后背可调节座椅(7)固定于座椅平台(9)上部。
3.根据权利要求1所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述中央模块(1)还包括两个第一快速电气插拔接口(29)；其中，两个第一快速电气插拔接口(29)分别安装于中央模块主体结构(16)上的左右两端，起快速连接左模块(2)、中央模块(1)和右模块(4)电气系统的作用。
4.根据权利要求1所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述左模块(2)包括左滑台(30)、左前部支撑架(31)、左腿(32)、左髋部传动(33)、第二快速电气插拔接口(34)、第一锁紧装置(35)和左模块主体结构(37)；其中，
所述左腿(32)铰接于左髋部传动(33)，左髋部传动(33)安装于左滑台(30)，左滑台(30)安装于左模块主体结构(37)，左前部支撑架(31)安装于左模块主体结构(37)，第二快速电气插拔接口(34)安装于左模块主体结构(37)，起快速连接左模块(2)和中央模块(1)电气系统的作用；第一锁紧装置(35)一端安装于左模块(2)，另外一端与第一快速锁紧装置(281)相连接，起快速连接左模块(2)和中央模块(1)的作用。
5.根据权利要求1所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述右模块(4)包括右滑台(38)、右前部支撑架(40)、右腿(39)、右髋部传动(41)、第二锁紧装置(44)、第四万向轮式支撑(43)和右模块主体结构(42)；其中，
所述右腿(39)铰接于右髋部传动(41)，右髋部传动(41)安装于右滑台(38)，右滑台(38)安装于右模块主体结构(42)，右前部支撑架(40)安装于右模块主体结构(42)上；第二锁紧装置(44)的一端安装于右模块(4)，第二锁紧装置(44)的另一端与第二快速锁紧装置(282)相连接；四个第四万向轮式支撑(43)分别安装于右模块主体结构(42)的底部。
6.根据权利要求5所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述右模块(4)还包括第三快速电气插拔接口(45)；其中，第三快速电气插拔接口(45)安装于右模块主体结构(42)，起快速连接右模块(4)和中央模块(1)电气系统的作用。
7.根据权利要求2所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述座椅模块(3)还包括三个把手(8)；其中，三个把手(8)分别设置于座椅平台(9)的前部、左部和右部。
8.根据权利要求1所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述中央模块(1)还包括第二万向轮式支撑(18)；其中，三个万向轮式支撑(18)分别固定于中央模块主体结构(16)底部。
9.根据权利要求1所述的模块化坐卧式下肢康复外骨骼机器人，其特征在于：所述左模块(2)还包括第三万向轮式支撑(36)；其中，四个第三万向轮式支撑(36)分别安装于左模块主体结构(37)的底部。
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