CN108066106B - 双缸膝关节助行机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双缸膝关节助行机器人，属于康复医疗器械技术领域，包括上壳体、下壳体、液压杆、液压缸、设置液压缸内部的自由活塞以及内弹簧，液压缸的端部设有第二端盖，还包括动力缸，动力缸与下壳体铰接，液压杆位上设有第一挡片，第一挡片与第二端盖之间构成用于容纳液体的第一腔体，第一挡片与自由活塞之间构成用于容纳液体的第二腔体，第一挡片上设有至少一个第一通孔，液压杆上设有流量调节装置。本发明提供的双缸膝关节助行机器人，能够调节行程，方便根据使用者调节弯曲的角度，适应性强，并根据不同的行走状态，控制不同大小的阻尼力，大大缩短了膝关节康复训练的时间，提高了效率，恢复效果更好。

Description

双缸膝关节助行机器人
技术领域
本发明属于康复医疗器械技术领域，更具体地说，是涉及一种双缸膝关节助行机器人。
背景技术
现有的膝关节康复训练器均是简单的通过大腿支架和小腿支架将训练器固定在大腿及小腿上，而且通过在大腿支架与小腿支架之间设置弹簧或液压缸提供一定的阻尼力，但是在使用过程中由于阻尼力无法控制，存在膝关节在康复训练时产生机械损伤的风险，而且由于训练器采无法根据不同的使用者调节弯曲的角度，适应性差，造成康复训练效果差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双缸膝关节助行机器人，旨在解决现有技术中的康复膝关节康复训练器在使用过程中阻尼力无法控制，存在膝关节在康复训练时产生机械损伤的风险，而且由于训练器采无法根据不同的使用者调节弯曲的角度，适应性差，造成康复训练效果差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种双缸膝关节助行机器人，包括用于固定在大腿上的上壳体、与所述上壳体铰接且用于固定在小腿上的下壳体、铰接设置在所述上壳体上的液压杆、滑动套装在所述液压杆的外侧的液压缸、设置所述液压缸内部的自由活塞以及分别与所述自由活塞和所述液压缸的底部抵接的内弹簧，所述液压缸的端部设有与所述液压杆滑动连接的第二端盖，还包括与所述液压缸的底端滑动连接的动力缸，所述动力缸与所述下壳体铰接，所述液压杆位于所述液压缸内的端部固定设有与所述液压缸的内壁滑动配合的第一挡片，所述第一挡片与所述第二端盖之间构成用于容纳液体的第一腔体，所述第一挡片与所述自由活塞之间构成用于容纳液体的第二腔体，所述第一挡片上设有至少一个用于连通所述第一腔体和所述第二腔体的第一通孔，所述液压杆上设有用于控制所述第一通孔是否开闭和流经所述第一通孔液体的流速的流量调节装置。
进一步地，所述动力缸内设有用于与所述动力缸的内壁滑动连接且与所述液压缸的底端固定连接的动力活塞，所述动力活塞与所述动力缸的底面之间构成用于容纳液压油的第四腔体，动力缸上分别设有用于连通所述第四腔体和所述液压泵连的进油孔和出油孔，动力缸的顶端设有与液压缸滑动连接的第三端盖。
进一步地，所述流量调节装置包括与所述第一挡片转动连接第二挡片、设置在所述第二挡片上且用于与所述第一通孔连通的第二通孔以及设置在所述液压杆上的用于驱动所述第二挡片转动并控制所述第一通孔和所述第二通孔是否连通以及控制所述第一通孔和所述第二通孔的重合度的驱动机构。
进一步地，所述驱动机构包括设置在所述液压杆外端部的驱动电机以及用于连接所述驱动电机的电机轴及所述第二挡片的驱动轴，所述第二挡片位于所述第一挡片和所述自由活塞之间。
进一步地，所述液压杆的端部设有用于容纳所述驱动电机的容纳槽，所述驱动电机的端部设有用于封盖所述容纳槽的第一端盖。
进一步地，所述第一端盖的外端与所述上壳体铰接。
进一步地，所述第二挡片与所述液压杆的内壁之间设有滑动轴承。
进一步地，所述液压杆上螺纹连接有调节螺母，所述液压杆的外周套装有外弹簧，所述外弹簧的一端与所述调节螺母抵接，所述外弹簧的另一端与所述第二端盖抵接。
进一步地，还包括固设于所述下壳体上的弹性板以及固设在所述弹性板上的脚掌板。
进一步地，所述弹性板包括与所述下壳体固定连接的第一连接板、与所述第一连接板活动插接的第二连接板以及用于固定所述第一连接板和第二连接板的顶丝。
本发明提供的双缸膝关节助行机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本发明双缸膝关节助行机器人，通过上壳体固定在大腿上，下壳体固定在小腿上，上壳体与下壳体铰接并通过液压杆、液压缸及动力缸连接，液压杆与液压缸及动力缸均在同一轴线上滑动，能够调节行程，方便根据使用者调节弯曲的角度，适应性强，而且能够提供膝关节康复训练用的阻尼力，通过在液压杆上的第一挡片上设置用于连通第一腔体和第二腔体的第一通孔，通过流量调节装置控制第一通孔通过的液体流量达到控制第一腔体和第二腔体的液体转换速度的效果，从而可以控制液压杆与液压缸之间的阻尼力，进而更准确的控制步态的频率，大大缩短了膝关节康复训练的时间，提高了效率，恢复效果更好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的双缸膝关节助行机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例所采用的液压杆、液压缸和动力缸的装配剖视图；
图3为本发明实施例所采用的第二挡片的仰视结构示意图；
图4为本发明实施例所采用的第二挡片的俯视结构示意图；
图5为本发明实施例所采用的第一挡片的俯视结构示意图；
图6为本发明实施例所采用的弹性板的结构示意图。
图中：1、上壳体；11、上加强板；2、下壳体；21、下加强板；3、液压杆； 31、第一挡片；311、第一通孔；32、第二挡片；321、第二通孔；322、驱动轴安装孔；33、驱动电机；34、第一端盖；35、驱动轴；36、调节螺母；37、外弹簧；38、滑动轴承；39、内压缩弹簧；4、液压缸；41、第二端盖；42、自由活塞；43、内弹簧；45、第一腔体；46、第二腔体；47、第三腔体；5、弹性板；51、第一连接板；52、第二连接板；53、顶丝；6、脚掌板；7、安装块；8、控制开关；9、动力缸；91、液压泵；92、动力活塞；93、第四腔体；94、进油孔；95、出油孔；96、铰接部；97、第三端盖。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的双缸膝关节助行机器人进行说明。所述双缸膝关节助行机器人，包括用于固定在大腿上的上壳体1、与上壳体1铰接且用于固定在小腿上的下壳体2、铰接设置在上壳体1上的液压杆3、滑动套装在液压杆3的外侧液压缸4、设置在液压缸4内部的自由活塞42以及用于连接自由活塞42及液压缸4的底板内侧面的内弹簧43，液压缸4的端部设有与液压杆3滑动连接的第二端盖41，还包括与液压缸4的底端滑动连接的动力缸9、动力缸9与下壳体2铰接，液压杆3位于液压缸4内的端部固定设有与液压缸4的内壁滑动配合的第一挡片31，第一挡片31与第二端盖41之间构成用于容纳液体的第一腔体45，第一挡片31与自由活塞42之间构成用于容纳液体的第二腔体46，第一挡片31上设有至少一个用于连通第一腔体45和第二腔体46的第一通孔311，液压杆3上设有用于控制第一通孔311是否开闭和流经第一通孔311液体的流速的流量调节装置。
本发明提供的双缸膝关节助行机器人，与现有技术相比，通过上壳体1固定在大腿上，下壳体2固定在小腿上，上壳体1与下壳体2铰接并通过液压杆 3及液压缸4及动力缸9连接，液压杆3与液压缸4及动力缸9均在同一轴线上滑动，能够调节行程，方便根据使用者调节弯曲的角度，适应性强，而且能够提供膝关节康复训练用的阻尼力，通过在液压杆3上的第一挡片31上设置用于连通第一腔体45和第二腔体46的第一通孔311，通过流量调节装置控制第一通孔311通过的液体流量达到控制第一腔体45和第二腔体46的液体转换速度的效果，从而可以控制液压杆3与液压缸4之间的阻尼力，根据不同的行走状态，控制不同大小的阻尼力，进而更准确的控制步态的频率，大大缩短了膝关节康复训练的时间，提高了效率，恢复效果更好。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，动力缸9内设有用于与动力缸9的内壁滑动连接且与液压缸4 的底端固定连接的动力活塞92，动力活塞92与动力缸9的底面之间构成用于容纳液压油的第四腔体93，动力缸9的底部设有用于连通第四腔体93且与液压泵91连接的进油孔94和出油孔95，动力缸9上分别设有与液压缸4滑动连接的第三端盖97。通过进油孔94和出油孔95控制在第四腔体93内的液压油的流量，从而推动动力活塞92运动，动力活塞92带动液压缸4运动，达到调节行程的效果，从而可以调节双缸膝关节助行机器人的弯曲的角度。
进一步地，请参阅图1至图5，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，液压杆3上套装有内压缩弹簧39，内压缩弹簧39的一端顶靠在第二端盖41上，内压缩弹簧的另一端顶靠在第一挡片31上，通过在液压杆3上套装有内压缩弹簧39，进一步保证了膝关节在在伸直过程中能提供足够的阻力。
进一步地，请参阅图1至图5，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，流量调节装置包括与第一挡片31转动连接的第二挡片 32、设置在第二挡片32上且用于与第一通孔311连通的第二通孔321以及设置在液压杆3上的用于驱动第二挡片32转动并控制第一通孔311和第二通孔321 是否连通以及控制第一通孔311和第二通孔321的重合度的驱动机构。通过在第二挡片32上设置第二通孔321，驱动机构能够调整第一通孔311和第二通孔 321的重合度，改变第二腔体46的液体进入到第一腔体45中的速度，改变阻尼力。
具体地，位于第一腔体45和第二腔体46中的液体也液压油。可选地，第一通孔311的数量为八个，第二通孔321的数量为八个，且分别在第一挡片31 和第二挡片32上均匀布置，并且第一通孔311和第二通孔321直径大小相等。
进一步地，请参阅图1至图4，作为本发明提供的膝关节助行机器人的一种具体实施方式，驱动机构包括设置在液压杆3外端部的驱动电机33以及用于连接驱动电机33的电机轴及第二挡片32的驱动轴35，第二档片32位于第一档片31和自由活塞42之间，驱动轴35贯穿液压杆3，具体地，驱动轴35 与第二挡片32插接固定，第二挡板上设有用于固定驱动轴35的驱动轴安装孔 322，便于安装，方便使用，而且采用驱动电机33驱动，便于实现自动化控制。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，液压杆3的端部设有用于容纳驱动电机33的容纳槽，驱动电机 33的端部设有用于封盖容纳槽的第一端盖34。便于对电机进行安装，而且便于使用第一端盖34对电机进行定位，便于维护以及加工制作。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，第一端盖34的外端与上壳体1铰接。便于安装和拆卸，而且方便分体加工制作。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，上壳体1上固定连接有上加强板11，下壳体2上固定连接有下加强板21，上加强板11与下加强板21铰接，上加强板11与上壳体1通过螺钉固定，下加强板21与下壳体2通过螺钉固定。通过设置上加强板11和下加强板21，利于提高机器人的强度，提高使用寿命。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，第二挡片32与液压杆3的内壁之间设有滑动轴承38。减小了摩擦力，便于调节第二挡片32的位置。
进一步地，请参阅图1及图2，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，液压杆3上螺纹连接有调节螺母36，液压杆3的外周套装有外弹簧37，外弹簧37的一端与调节螺母36抵接，外弹簧37的另一端与第二端盖41抵接。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，动力缸的底端外侧面上设有与下壳体2铰接的铰接部96。
具体地，下壳体2上还设有用于和所述铰接部44铰接的安装块7，所述安装块7上设有与驱动电机33电连接的控制开关8。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，还包括设置在下壳体2上的弹性板5以及固设在弹性板5上的脚掌板6。通过设置弹性板5和脚掌板6，用于放置脚掌，便于对膝关节助行机器人进行穿戴，而且具有支撑效果。
进一步地，请参阅图6，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，弹性板5包括与所述下壳体2固定连接的第一连接板51、与所述第一连接板51活动插接的第二连接板52以及用于固定所述第一连接板51 和第二连接板52的顶丝53，通过第一连接板51和第二连接板52活动插接，便于调节脚掌板6与下壳体2之间的距离，以适应不同的患者的小腿长度，使用方便，保证了双缸膝关节助行机器人能够准确的穿戴定位，利于提高康复效果。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的双缸膝关节助行机器人的一种具体实施方式，第一挡片31与液压杆3一体成型。便于制作，提高了制作效率，保证了连接强度。
自由活塞42与液压缸4的内腔构成用与容纳内弹簧43的第三腔体47，第一腔体45，第二腔体46及第四腔体93中始终充满液体，第三腔体47中充满气体。
当液压泵不工作时，处于无动力状态，此时进油孔94和出油孔95完全闭合，使得液压缸4不会和动力缸9发生相对运动。
无动力状态下：当屈膝时，液压杆3受到压力，使得其向液压缸4内移动，此时，可以通过驱动电机转动第二挡片32，可以调节液压杆上的第一挡片上的第一通孔311和第二通孔321之间的重合度，进而可以调节液体由第二腔体46 进入第一腔体45的速度，起到阻尼作用。同时，由于在液压杆3被压缩进液压缸4时，液压缸4内部体积减小，此时，内弹簧43经自由活塞42受压力而压缩，自由活塞42下移，第三腔体容积发生变化以适应液压杆3进入液压缸4 后的容积変化。伸膝与屈膝作用方向相反，此时液体反向流动，内弹簧43被释放。
当处于支撑期时，此时需要提供较大的支撑力，此时需要调节第一通孔311 和第二通孔321使其不重合，则液体无法流动，由于液体的不可压缩性，可以提供较大的支撑力。
有动力状态下：在上下楼梯时需要外界辅助动力时，液压泵91通过进油孔 94给第四腔体93供油，提供支持动力，此时腔体第一腔体45中液体流向第二腔体46，与无动力时流动方向相似。
根据患者处于的不同康复期可以调整调节螺母36，进而调节初始预紧力，以适应不同个体。
此外，根据患者腿部能弯曲的最大角度情况，可以通过动力缸9中第四腔体93的长短来调整膝关节能弯曲的最大角度，以适应不同患者需求。
进一步地，在上壳体和下壳体的铰接处设置角度传感器，在脚掌板上设置脚底压力传感器，并且角度传感器和压力传感器均通过控制器与驱动电机连接，根据角度传感器和压力传感器反馈的信息控制驱动电机，进而可以智能调节行走过程中的阻尼。
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 (9)

1.双缸膝关节助行机器人，包括用于固定在大腿上的上壳体、与所述上壳体铰接且用于固定在小腿上的下壳体、铰接设置在所述上壳体上的液压杆、滑动套装在所述液压杆的外侧的液压缸、设置在所述液压缸内部的自由活塞以及分别与所述自由活塞和所述液压缸的底部抵接的内弹簧，所述液压缸的端部设有与所述液压杆滑动连接的第二端盖，其特征在于：还包括与所述液压缸的底端滑动连接的动力缸，所述动力缸与所述下壳体铰接，所述液压杆位于所述液压缸内的端部固定设有与所述液压缸的内壁滑动配合的第一挡片，所述第一挡片与所述第二端盖之间构成用于容纳液体的第一腔体，所述第一挡片与所述自由活塞之间构成用于容纳液体的第二腔体，所述第一挡片上设有至少一个用于连通所述第一腔体和所述第二腔体的第一通孔，所述液压杆上设有用于控制所述第一通孔是否开闭和流经所述第一通孔液体的流速的流量调节装置；所述动力缸内设有用于与所述动力缸的内壁滑动连接且与所述液压缸的底端固定连接的动力活塞，所述动力活塞与所述动力缸的底面之间构成用于容纳液压油的第四腔体，所述动力缸上分别设有用于连通所述第四腔体和液压泵连的进油孔和出油孔，所述动力缸的顶端设有与所述液压缸滑动连接的第三端盖，所述进油孔和所述出油孔控制在所述第四腔体内的所述液压油的流量。
2.如权利要求1所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述流量调节装置包括与所述第一挡片转动连接第二挡片、设置在所述第二挡片上且用于与所述第一通孔连通的第二通孔以及设置在所述液压杆上的用于驱动所述第二挡片转动并控制所述第一通孔和所述第二通孔是否连通以及控制所述第一通孔和所述第二通孔的重合度的驱动机构。
3.如权利要求2所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述驱动机构包括设置在所述液压杆外端部的驱动电机以及用于连接所述驱动电机的电机轴及所述第二挡片的驱动轴，所述第二挡片位于所述第一挡片和所述自由活塞之间。
4.如权利要求3所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述液压杆的端部设有用于容纳所述驱动电机的容纳槽，所述驱动电机的端部设有用于封盖所述容纳槽的第一端盖。
5.如权利要求4所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述第一端盖的外端与所述上壳体铰接。
6.如权利要求2所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述第二挡片与所述液压杆的内壁之间设有滑动轴承。
7.如权利要求1所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述液压杆上螺纹连接有调节螺母，所述液压杆的外周套装有外弹簧，所述外弹簧的一端与所述调节螺母抵接，所述外弹簧的另一端与所述第二端盖抵接。
8.如权利要求1所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：还包括固设于所述下壳体上的弹性板以及固设在所述弹性板上的脚掌板。
9.如权利要求8所述的双缸膝关节助行机器人，其特征在于：所述弹性板包括与所述下壳体固定连接的第一连接板、与所述第一连接板活动插接的第二连接板以及用于固定所述第一连接板和第二连接板的顶丝。
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