CN108210245A - 一种下肢训练康复机器人 - Google Patents

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王红
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    • A61H2205/10Leg

Abstract

本发明涉及医疗康复器材领域,具体的说是一种下肢训练康复机器人。包括机架以及设置在机架内的减重机构、下肢仿生机构以及运动平板机构;下肢仿生机构包括圆弧形的刚性腰部围带,刚性腰部围带的中部与立柱通过减震机构连接,刚性腰部围带的两端分别与两根大腿杆的一端铰接连接,大腿杆的另一端与小腿杆的一端铰接连接,小腿杆的另一端与踏板铰接连接,在刚性腰部围带与大腿杆之间设有第一直线气缸,在大腿杆和小腿杆之间设有第二直线气缸,在小腿杆和踏板之间设有第三直线气缸。本发明用于帮助脑损伤、中风等病人更好地进行康复训练,减轻他人的帮助,挺高恢复效果。

Description

一种下肢训练康复机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及医疗康复器材领域,具体的说是一种下肢训练康复机器人。
背景技术
[0002] 据报道,我国60岁以上的老年人已有1.43亿,占全国人口的11%,到2050年将达到 4.37亿。在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者,这类患者多数伴有偏 瘫症状。近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多,而且在年龄上 呈现年轻化趋势。同时,由于交通运输工具的迅速增长,因交通事故而造成神经心痛损伤或 者肢体损伤的人数也越来越多。在美国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害 的患者需要进行康复治疗,仅以中风为例,其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障 碍。随着国民经济的发展,这个特殊群体已得到了更多人的关注,为了提高他们的生活质 量,治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。随着机器人技术和康复 医学的发展,在欧洲、美国和日本等国家,医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋 势,仅预测日本未来机器人市场,2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250,000美 元,而到2010年将上升到1,050,000美元,其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。 因此,服务于四肢的康复设备的研宄和应用有着广阔的发展前景。
[0003]康复机器人是康复设备的一种类型。康复机器人技术早已广受世界各国科研工作 者和医疗机构的普遍重视,其中以欧美和日本的成果最为显著。在我国康复医学工程虽然 得到了普遍的重视,而康复机器人研究仍处于起步阶段,一些简单康复器械远远不能满足 市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求,有待进一步的研究和发展。
发明内容
[0004]本发明旨在提供一种用于帮助脑损伤、中风等病人更好地进行康复训练,减轻他 人的帮助,挺高恢复效果的下肢训练康复机器人。
[0005]为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案为:一种下肢训练康复机器人,包 括机架以及设置在机架内的减重机构、下肢仿生机构以及运动平板机构;所述机架包括底 座、顶梁以及连接在底座和顶梁之间的多根立柱;所述运动平板机构固定设置在底座上;所 述减重机构包括固定设置在顶梁上的第四直线气缸以及转动设置在顶梁上的第一滑轮,在 第四直线气缸的伸缩端上设有第二滑轮,在第一滑轮和第二滑轮之间绕设有提拉绳,提拉 绳的一端与顶梁固定连接,另一端通过拉力传感器连接有柔性胸部围带;所述下肢仿生机 构包括圆弧形的刚性腰部围带,刚性腰部围带的中部与立柱通过减震机构连接,刚性腰部 围带的两端分别与两根大腿杆的一端较接连接,大腿杆的另一端与小腿杆的一端较接连 接,小腿杆的另一端与踏板铰接连接,在刚性腰部围带与大腿杆之间设有用于驱动大腿杆 相对于刚性腰部围带沿竖直方向转动的第一直线气缸,在大腿杆和小腿杆之间设有用于驱 动小腿杆相对于大腿杆沿竖直方向转动的第二直线气缸,在小腿杆和踏板之间设有用于驱 动踏板相对于小腿杆沿竖直方向转动的第三直线气缸。
[0006] 优选的,所述大腿杆和小腿杆均为伸缩杆,大腿杆包括空心的大腿外杆以及套装 在大腿外杆内的大腿内杆,小腿杆包括空心的小腿外杆以及套装在小腿外杆内的小腿内 杆;大腿外杆和大腿内杆之间通过第一销轴连接,小腿外杆和小腿内杆之间通过第二销轴 连接。
[0007] 优选的,所述减震机构包括沿竖直方向间隔铰接连接在刚性腰部围带上的两根连 接杆,两根连接杆的另一端分别铰接连接在立柱上,在位于上方的一根连接杆和立柱之间 设有空气弹簧,空气弹簧的两端分别与位于上方的一根连接杆和立柱铰接连接。
[0008] 优选的,所述运动平板机构包括转动设置在底座上的主动辊和从动辊,在主动辊 和从动辊之间设有传动带。
[0009]优选的,在所述底座上位于运动平板机构的两侧分别通过伸缩杆连接有扶手杆。 [0010]优选的,在所述刚性腰部围带的两端之间设有柔性腰部围带。
[0011]有益效果 本发明具有六个自由度(下肢每一条腿有3个自由度),将刚性腰部围带通过柔性腰部 围带绑在病人腰部,将大腿杆、小腿杆和踏板分别绑在病人下肢和脚上,通过第一直线气 缸、第二直线气缸和第三直线气缸分别带动髋关节、膝关节和踝关节的运动,从而训练相应 部位的肌肉,帮助使用者恢复下肢的运动功能,帮助患者进行运动机能恢复性训练,且整个 康复要要安全、柔顺。
[0012]下肢残疾病人的下肢力量往往不能给正常步行提供足够的力,故本发明包括一个 减重机构,在康复训练时减轻身体重力作用在腿上的力,使作用在腿上的力为身体重力大 小的一部分。考虑到各个病人腿部力量的不同,减重比例要可以调节,要从0〜100%。
[0013]本发明可进行以下两种康复训练,适用于不同身体状况的人群。
[0014] (1)主动方式 患者主动运动,下肢仿生机构供一定的阻力,即下肢仿生机构中第一直线气缸、第二 直线气缸和第三直线气缸推动大腿杆、小腿杆以及踏板的速度与患者的运动速度之间是恒 定的比例关系,通过调节比例关系可以调整训练强度,下肢仿生机构的运动滞后于患者的 运动。这种运动方式主要是用于巩固阶段的患者,或健身人员。
[0015] (2)被动方式 下肢仿生机构带动患肢以设定的运动方式运动,不考虑患肢的阻力,通过重复训练达 到恢复和保持肢体运动功能的目的。这种运动方式用于康复阶段的患者,运动速度较低。
[0016] 本发明的主要使用者是下肢有运动功能障碍的病人和老人,采用被动方式来恢复 或保持P们下肢的运动功能,也可以采用主动方式来巩固和加强他们下肢的运动功能。本 机器人米用不同的控制方法可以实现主动或被动方式,康复训练时选择其中一种即可,具 有较宽的适用范围。 '
附图说明
[0017]图1为本发明的结构示意图; 图2为图1的A-A相视图; 图中标记:1、顶梁,2、扶手杆,3、柔性腰部围带,4、第四直线气缸,5、第二滑轮,6、提拉 绳,7、第一滑轮,8、拉力传感器,9、柔性胸部围带,10、刚性腰部围带,n、连接杆,12、空气弹 簧,13、大腿杆,14、第一直线气缸,15、第二直线气缸,16、伸缩杆,17、小腿杆,18、第三直线 气缸,19、立柱,20、主动辊,21、底座,22、踏板,23、传动带,24、从动辊。
具体实施方式
[0018]如图1及图2所示,本发明的一种下肢训练康复机器人,包括机架以及设置在机架 内的减重机构、下肢仿生机构以及运动平板机构。
[0019]机架包括底座21、顶梁1以及连接在底座21和顶梁1之间的多根立柱19。下肢仿生 机构包括圆弧形的刚性腰部围带10,刚性腰部围带10为下肢仿生机构和机架之间的连接 件,通过与立柱19配合对下肢仿生机构起到支撑和减震功能。
[0020] 刚性腰部围带10水平设置,其中部与立柱19通过减震机构连接。减震机构包括沿 竖直方向间隔铰接连接在刚性腰部围带10上的两根连接杆11,两根连接杆11的另一端分别 铰接连接在立柱19上,在位于上方的一根连接杆11和立柱19之间设有空气弹簧12,空气弹 簧12的两端分别与位于上方的一根连接杆11和立柱19铰接连接,,通过空气弹簧12来缓解 下肢仿生机构运动过程中的振动。
[0021] 刚性腰部围带10的两端分别与两根大腿杆13的一端铰接连接,大腿杆13的另一端 与小腿杆17的一端铰接连接,小腿杆17的另一端与踏板22铰接连接,在刚性腰部围带10与 大腿杆13之间设有用于驱动大腿杆13相对于刚性腰部围带10沿竖直方向转动的第一直线 气缸14,在大腿杆13和小腿杆17之间设有用于驱动小腿杆17相对于大腿杆13沿竖直方向转 动的第二直线气缸15,在小腿杆17和踏板22之间设有用于驱动踏板22相对于小腿杆17沿竖 直方向转动的第三直线气缸18。本实施例中,在刚性腰部围带10的两端之间设有柔性腰部 围带3,用于与刚性腰部围带10配合将患者的腰部固定。相应的,在大腿杆13、小腿杆17以及 踏板22上分别设有大腿围带、小腿围带以及脚围带,用于将病人的下肢与下肢仿生机构固 定。
[0022] 为了使本发明可适用于不同身高体长的患者康复使用,本发明的大腿杆13和小腿 杆17均为伸缩杆16。大腿杆13包括空心的大腿外杆以及套装在大腿外杆内的大腿内杆,小 腿杆17包括空心的小腿外杆以及套装在小腿外杆内的小腿内杆;大腿外杆和大腿内杆之间 通过第一销轴连接,小腿外杆和小腿内杆之间通过第二销轴连接。具体的,第一直线气缸14 的缸体端与大腿内铰接连接,第一直线气缸14的伸缩端与刚性腰部围带10铰接连接;第二 直线气缸15的缸体端与大腿外杆铰接连接,第二直线气缸15的伸缩端与小腿内杆铰接连 接;第三直线气缸18的缸体端与小腿外杆铰接连接,第三直线气缸18的伸缩端与踏板22铰 接连接,即可通过第一直线气缸14、第二直线气缸15和第三直线气缸18的伸缩来带动绑设 在下肢仿生机构上的病人下肢进行大腿、小腿以及脚部的前后摆动,进而达到恢复和保持 肢体运动功能的目的。
[0023] 运动平板机构固定设置在底座21上,包括转动设置在底座21上的主动辊20和从动 辊24,在主动辊20和从动辊24之间设有传动带23,与现有技术中的机械式跑步机类似。在康 复运动过程中,下肢仿生机构中的踏板22可沿传动带23模拟正常行走或跑步。在底座21上 位于运动平板机构的两侧分别通过伸缩杆16连接有扶手杆2,便于患者掌握平衡。
[0024]下肢残疾病人的下肢力量往往不能给正常步行提供足够的力,在康复训练时减轻 身体重力作用在腿上的力,使作用在腿上的力为身体重力大小的一部分。考虑到各个病人 腿部力量的不同,减重比例要可以调节,要从〇〜100%,从而在康复训练过程中使减重机构 可以承担患者的一部分体重,减轻病腿的负荷,还可以调节人体的重心上下浮动。减重机构 包括固定设置在顶梁1上的第四直线气缸4以及转动设置在顶梁1上的第一滑轮7,在第四直 线气缸4的伸缩端上设有第二滑轮5,在第一滑轮7和第二滑轮5之间绕设有提拉绳6,提拉绳 6的一端与顶梁1固定连接,另一端通过拉力传感器8连接有柔性胸部围带9,柔性胸部围带9 可卡设在患者胸部并腋下位置,并通过第四直线气缸4向病人施加一个竖直向上的作用力。 [0025]设人体重量为m,第四直线气缸4提供的拉力为F0,R为作用在人体的剩余重力,R= mg-F0;设S为减重比例,则R=mg (1-S)。人体行走时重心在竖直平面内上下移动,人体在竖直 平面内存在加速度。若F0不为恒力,则人体肌肉提供重心加速度的功不是最小。所以要使减 重气缸提供的力F0为恒力。
[0026]本发明通过拉力传感器8检测提拉绳6上力的变化,并根据力的变化调整第四直线 气缸4的供气压力,使得气缸提供恒定拉力,进而使得减重机构起到恒力减重作用。

Claims (6)

  1. 、1•一种下肢i川练康复机器人,其特征在于:包括机架以及设置在机架内的减重机构、下 肢仿生机构以及运动平板机构;所述机架包括底座(21)、顶梁(1)以及连接在底座(21)和顶 梁(1)之间的多根立柱(I9);所述运动平板机构固定设置在底座(21)上;所述减重机构包括 固定设置在顶梁(1)上的第四直线气缸(4)以及转动设置在顶梁(1)上的第一滑轮(7),在第 四直线气缸(4)的伸缩端上设有第二滑轮(5),在第一滑轮(7)和第二滑轮(5)之间绕设有提 ,绳(6),提拉绳(6)的一端与顶梁(1)固定连接,另一端通过拉力传感器(8)连接有柔性胸 部围带(9);所述下肢仿生机构包括圆弧形的刚性腰部围带(i〇),刚性腰部围带(i①的中部 与立柱(19)通过减震机构连接,刚性腰部围带(10)的两端分别与两根大腿杆(13)的一端铰 接连接,大腿杆(13)的另一端与小腿杆(17)的一端铰接连接,小腿杆(17)的另一端与踏板 (22)铰接连接,在刚性腰部围带(1〇)与大腿杆(13)之间设有用于驱动大腿杆(13)相对于刚 性腰部围带(10)沿竖直方向转动的第一直线气缸(14),在大腿杆(13)和小腿杆(17)之间设 有用于驱动小腿杆(17)相对于大腿杆(13)沿竖直方向转动的第二直线气缸(15),在小腿杆 (17)和踏板(2¾之间设有用于驱动踏板(22)相对于小腿杆(17)沿竖直方向转动的第三直 线气缸(18)。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种下肢训练康复机器人,其特征在于:所述大腿杆(丨3)和小 腿杆(I7)均为伸缩杆(I6),大腿杆(1¾包括空心的大腿外杆以及套装在大腿外杆内的大腿 内杆,小腿杆(m包括空心的小腿外杆以及套装在小腿外杆内的小腿内杆;大腿外杆和大 腿内杆之间通过第一销轴连接,小腿外杆和小腿内杆之间通过第二销轴连接。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种下肢训练康复机器人,其特征在于:所述减震机构包括沿 竖直方向间隔铰接连接在刚性腰部围带(10)上的两根连接杆(11),两根连接杆(11)的另一 端分别铰接连接在立柱(19)上,在位于上方的一根连接杆(丨丨)和立柱(19)之间设有空气弹 簧(I2),空气弹簧(12)的两端分别与位于上方的一根连接杆(1丨)和立柱(19)铰接连接。
  4. 4.根据权利要求1所述的一种下肢训练康复机器人,其特征在于:所述运动平板机构包 括转动设置在底座(2丨)上的主动辊(20)和从动辊(24),在主动辊(20)和从动辊(24)之间设 有传动带(23)。
  5. 5. 根据权利要求1所述的一种下肢训练康复机器人,其特征在于:在所述底座(21)上位 于运动平板机构的两侧分别通过伸缩杆(16)连接有扶手杆(2)。
  6. 6. 根据权利要求1所述的一种下肢训练康复机器人,其特征在于:在所述刚性腰部围带 (10)的两端之间设有柔性腰部围带(3)。
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