CN108245842B - 骨盆运动控制平衡训练机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种骨盆运动控制平衡训练机器人，包括底盘机构、支撑杆机构和牵引手臂机构，底盘机构与支撑杆机构的下部连接，支撑杆机构的上端与牵引手臂机构连接；牵引手臂机构包括顶板、横摆轴、横轴和两个牵引手臂，两个牵引手臂的前端共同连接顶板，顶板中部固定连有旋转底座，横摆轴和横轴均水平设置，横摆轴沿轴向的后端和前端分别与旋转底座和弧形轨底座形成绕竖向轴的转动连接，弧形轨底座固定连接有弧形轨安装座，弧形轨安装座与横轴沿轴向的后端形成绕横轴轴向的转动连接，横轴沿轴向的前端连接于支撑杆机构上。该骨盆运动控制平衡训练机器人，通过对骨盆各个方向的运动训练，增强患者的平衡能力和运动能力，改善患者生活自理能力。

Description

骨盆运动控制平衡训练机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种骨盆运动控制平衡训练机器人。

背景技术

骨盆由髂骨、尾骨、坐骨结节和双髋骨构成，和骨盆控制相关联的肌肉基本涵盖了人体最大的肌肉群，骨盆既是躯干的支撑基础，又是下肢的驱动结构，起到了承上启下的重要作用。从人体移动、转向的生物学、人体结构学角度看，骨盆是连接躯干、下肢的枢纽、对保持人体正常姿态完成下肢运动发挥着重要作用。在正常步行中躯干的旋转因上肢的摆动而加大，躯干与骨盆相反方向旋转，骨盆运动有，并且沿着重心上下、左右移动。大多数的运动障碍和异常运动模式，都可以在骨盆控制的能力缺失上找到答案。

骨盆运动涉及多个关节，人体通过骨盆相应的运动形式调节重力平衡、维持身体稳定，常规的康复训练只注重肌力的训练和恢复，很少顾及到平衡的训练。通过对骨盆各个方向的运动训练，可以帮助患者找到重心和恢复平衡能力，从而增强患者的平衡能力和运动能力，改善患者生活自理能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种骨盆运动控制平衡训练机器人，以解决上述现有技术存在的问题，通过对骨盆各个方向的运动训练，帮助患者找到重心和恢复平衡能力，从而增强患者的平衡能力和运动能力，改善患者生活自理能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种骨盆运动控制平衡训练机器人，包括底盘机构、支撑杆机构和牵引手臂机构，所述底盘机构与所述支撑杆机构的下部连接并用于支撑所述支撑杆机构，所述支撑杆机构的上端与所述牵引手臂机构连接并用于支撑所述牵引手臂机构；所述牵引手臂机构包括顶板、横摆轴、横轴和两个牵引手臂，两个所述牵引手臂的前端共同连接于所述顶板上，所述顶板中部固定连接有一旋转底座，所述横摆轴和所述横轴均水平设置，所述横摆轴沿轴向的后端与所述旋转底座形成绕竖向轴的转动连接，所述横摆轴沿轴向的前端与一弧形轨底座形成绕竖向轴的转动连接，所述弧形轨底座固定连接有一弧形轨安装座，所述弧形轨安装座与所述横轴沿轴向的后端形成绕所述横轴轴向的转动连接，所述横轴沿轴向的前端连接于所述支撑杆机构上。

优选的，所述旋转底座、所述弧形轨底座和所述弧形轨安装座上分别安装有第一定位件、第二定位件和第三定位件，所述横摆轴沿轴向的后端开设有能够使所述第一定位件的下端进入或退出以锁定或释放所述第一定位件的第一定位槽，所述横摆轴沿轴向的前端开设有能够使所述第二定位件的下端进入或退出以锁定或释放所述第二定位件的第二定位槽，所述横轴上开设有能够使所述第三定位件的下端进入或退出以锁定或释放所述第三定位件的第三定位槽。

优选的，还包括分别设置于所述横摆轴轴向两侧的两组拉伸阻尼件，各组所述拉伸阻尼件沿其能够发生弹性变形方向的两端分别连接于所述旋转底座和所述弧形轨底座上；还包括分别设置于所述横轴轴向两侧的两组横向旋转阻尼件，所述横轴前端内部固定穿设有一水平设置的平衡板，且所述平衡板的两端伸出所述横轴，所述弧形轨安装座的前端连接有一横轴遮挡板，且所述横轴前端穿过所述横轴遮挡板，各所述横向旋转阻尼件沿其能够发生弹性变形方向的两端分别连接于所述平衡板伸出所述横轴的一端和所述横轴遮挡板的上端。

优选的，所述支撑杆机构包括气缸、支撑柱、直线移动副和气缸罩壳，所述直线移动副包括固定部和移动部，所述移动部能够相对于所述固定部做上下直线往复运动，所述气缸的活塞杆与所述支撑柱的下端连接，所述支撑柱的上端与所述固定部的下端固定连接，所述移动部外固定连接有横轴安装座，所述横轴安装座通过一称重传感器与所述横轴连接，所述直线移动副外在所述横轴安装座的下方套设有初始状态为压缩状态的第一弹性支撑元件，所述直线移动副外在所述横轴安装座的上方套设有初始状态为自由状态的第二弹性支撑元件；所述气缸罩壳的下端固定连接于所述气缸的缸体上，所述气缸罩壳罩于所述气缸的活塞杆外，且所述支撑柱穿过所述气缸罩壳的上端；

还包括一控制器，所述控制器分别与所述称重传感器和所述气缸通信连接。

优选的，所述底盘机构包括第一侧底板和第二侧底板，所述第一侧底板和所述第二侧底板的前端通过连接横板连接，所述气缸的缸体固定连接于所述连接横板上，所述第一侧底板与所述连接横板的连接位置处以及所述第二侧底板与所述连接横板的连接位置处均设置有加强筋，所述连接横板上安装有两个驱动轮，各所述驱动轮均由一个行走驱动装置驱动，所述第一侧底板和所述第二侧底板的后端分别连接有第一延伸板和第二延伸板，所述第一延伸板和所述第二延伸板上分别设置有一个万向轮；所述第一侧底板和所述第二侧底板的前后两端均分别安装有红外线测距仪，各所述红外线测距仪和各所述行走驱动装置均与所述控制器通信连接。

优选的，各所述牵引手臂的后端均设有铰接杆、力传感器、金属插口和封隔块，所述铰接杆、所述力传感器和所述金属插口均位于所述牵引手臂的内侧，所述封隔块固定连接于所述牵引手臂的外侧，所述力传感器能够发生弹性变形的一端与所述牵引手臂固定连接，另一端与所述铰接杆固定连接，所述铰接杆的内端伸入至所述封隔块内并能够在所述封隔块内移动从而使所述力传感器发生弹性变形，所述铰接杆的外端用于连接测力安全带，所述金属插口位于所述力传感器的前方，且所述金属插口用于连接防护安全带，所述力传感器与所述控制器通信连接。

优选的，所述横摆轴轴向的前后两端分别固定连接有竖直设置的前竖短轴和后竖短轴，所述前竖短轴的上下两端均通过轴承与所述弧形轨底座形成绕竖向轴的转动连接，所述后竖短轴的上下两端均通过轴承与所述旋转底座形成绕竖向轴的转动连接，所述弧形轨安装座通过轴承与所述横轴形成绕所述横轴轴向的转动连接，所述旋转底座和所述弧形轨底座的上下两端均设置有端盖用于保护所述旋转底座和所述弧形轨底座内的轴承；所述前竖短轴和所述后竖短轴的下端分别连接有一个编码器，所述编码器与所述控制器通信连接。

优选的，还包括坐站训练机构，所述坐站训练机构包括座椅和两个座椅支撑件，所述第一侧底板和所述第二侧底板上分别连接有一个所述座椅支撑件，各所述座椅支撑件的上端与所述座椅连接并用于支撑和固定所述座椅。

优选的，还包括上框架机构，所述上框架机构包括支撑管、连接板和第一旋钮，所述支撑管为U型管，所述支撑管的横臂通过连接板与所述直线移动副的固定部固定连接，各所述座椅支撑件上端连接有一连接管，所述支撑管的两纵臂分别固定连接有一个插接管，所述插接管插入至相对应的所述连接管内，并通过所述第一旋钮锁紧固定所述插接管与所述连接管的相对位置。

优选的，还包括两个遮挡绷带，各所述遮挡绷带的前端连接于所述弧形轨底座上，各所述遮挡绷带的后端连接于所述旋转底座上，且各所述遮挡绷带分别位于所述拉伸阻尼件和所述横向旋转阻尼件的外侧以保护所述拉伸阻尼件和所述横向旋转阻尼件；各所述牵引手臂的前端滑动连接于所述顶板上并通过第二旋钮锁紧固定所述牵引手臂与所述顶板的相对位置，所述顶板下端的两侧还固定连接有一转动扶手。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，使用时使人体处于两个牵引手臂内，人体的骨盆位置与牵引手臂机构的高度一致，能够实现牵引手臂绕横轴的转动，并在旋转底座和弧形轨底座处形成两处绕竖向轴的转动，从而实现牵引患者骨盆绕水平轴转动、和分别绕两个不同的竖直轴的转动，即能够使得患者的骨盆实现侧方旋转、水平旋转和水平摆动的运动方式，通过对骨盆各个方向的运动训练，患者需要找到重心并恢复平衡，可以提高患者对骨盆的控制能力，从而增强患者的平衡能力和运动能力，改善患者生活自理能力。

本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，可用于脊髓损伤、脑卒中、颅脑外伤、意外事故以及先天腿部残疾等引起的下肢运动功能障碍的康复训练，通过患者主动或被动的调节，实现不同程度的训练难度和针对不同康复阶段的训练模式，满足不同程度下肢功能障碍患者的训练需求。

本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，通过第一定位件、第二定位件和第三定位件能够使牵引手臂机构具有不同的运动自由度，能够改变患者寻找平衡点的难易程度，达到更好的训练效果。

本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，通过底盘机构上的步进电机27、减速机26结合力传感器，可以实现助行下肢骨盆运动控制平衡训练机器人的差速运动，以控制其行走方向，帮助中风后遗症患者在主动或被动状态下独自进行下肢康复训练，实现不同类型的康复训练模式。

本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，通过调节支撑杆机构可以调节调节牵引手臂的高度，一方面使机器人的高度适应患者高度；另一方面，由于患者施力于牵引手臂上，通过调节牵引手臂的高度，同时能够改变患者施加于牵引手臂的作用力，使第一弹性支撑元件受患者作用力程度不同而具有不同的被压缩量，从而提供给患者不同大小的辅助支撑力，进行不同程度的康复训练；可以根据患者自身康复情况调节牵引手臂的高度，控制机器人提供给患者的辅助支撑力大小，而机器人提供给患者的具体辅助支撑力的大小等于患者施加给机器人向下的作用力的大小，称重传感器能够测量患者施加给机器人向下的作用力的大小，从而通过称重传感器获得辅助支撑力的大小，判断该程度的辅助支撑力是否适宜，并可进一步通过调节牵引手臂机构的高度调节牵引手臂机构施加给患者的辅助支撑力的大小至适宜程度。

本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，通过拉伸阻尼件和横向旋转阻尼件，能够反馈给患者在使用时施力的大小和方向，用于帮助患者寻找平衡位置。可通过力传感器实时收集患者控制牵引手臂机构的运动方向信息，进而反馈给控制器，使得患者可以通过力传感器控制机器人运行方向；编码器可用于实时收集患者控制牵引手臂机构的运动方向信息，进而反馈给控制器并通过控制器控制两驱动轮的运转速度，从而实现自动控制、调整机器人的运行方向。力传感器、编码器以及拉伸阻尼件和横向旋转阻尼件配合，能够使得患者在控制机器人运行方向的同时有效帮助患者寻找平衡位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的立体图；

图2为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的主视图；

图3为图1中的骨盆运动控制平衡训练机器人的右视图；

图4为图1中的骨盆运动控制平衡训练机器人的俯视图；

图5为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的牵引手臂机构的结构图；

图6为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的牵引手臂机构的主视剖视图；

图7为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的牵引手臂机构的俯视剖视图；

图8为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的支撑杆机构的剖视图；

图9为本发明提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的底盘机构立体图；

图中：1-T型插接管；2-第一旋钮；3-支撑管；4-连接板；5-波纹罩；6-滚珠花键；7-支撑柱；8-气缸罩壳；9-卡座；10-GB10-85螺栓；11-座椅；12-座椅支撑件；13-开关按钮；14-气缸罩壳；15-六角头螺栓；161-第一延伸板；162-第二延伸板；17-万向轮；18-第一侧底板；19-内六角螺栓；20-圆柱销；21-第二侧底板；22-加强筋；23-连接横板；24-驱动轮；25-轴承座；26-减速机；27-步进电机；28-气缸；29-内六角螺栓；30-活塞；31-第一弹性支撑元件；32-第二弹性支撑元件；33-铰接杆；34-力传感器；35-金属插口；36-牵引手臂；37-顶板；38-第二旋钮；39-端盖；40-拉伸弹簧；41-弧形轨底座；42-旋钮柱塞；43-横轴安装座；44-封隔块；45-转动扶手；46-遮挡绷带；47-旋转底座；48-横轴遮挡板；49-M8内六角螺栓；50-称重传感器；51-横轴；52-横轴端盖；53-横摆轴；54-编码器；55-横轴弹簧；56-平衡板；57-弧形轨安装座。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种骨盆运动控制平衡训练机器人，以解决上述现有技术存在的问题，通过对骨盆各个方向的运动训练，可以帮助患者找到重心和恢复平衡能力，从而增强患者的平衡能力和运动能力，改善患者生活自理能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

本实施例提供一种骨盆运动控制平衡训练机器人，如图1~9所示，包括底盘机构、支撑杆机构和牵引手臂机构，底盘机构与支撑杆机构的下部连接并用于支撑支撑杆机构，支撑杆机构的上端与牵引手臂机构连接并用于支撑牵引手臂机构；牵引手臂机构包括顶板37、横摆轴53、横轴51和两个牵引手臂36，两个牵引手臂36的前端共同连接于顶板37上，顶板37中部固定连接有旋转底座47，横摆轴53和横轴51均水平设置，横摆轴53沿轴向的后端与旋转底座47形成绕竖向轴的转动连接，横摆轴53沿轴向的前端与一弧形轨底座41形成绕竖向轴的转动连接，弧形轨底座41固定连接有一弧形轨安装座57，弧形轨安装座57与横轴51沿轴向的后端形成绕横轴51轴向的转动连接，横轴51沿轴向的前端连接于支撑杆机构上。

本实施例提供一种骨盆运动控制平衡训练机器人，使用时使人体处于两个牵引手臂36内，人体的骨盆位置与牵引手臂机构的高度一致，能够实现牵引手臂36绕横轴51的转动，并在旋转底座47和弧形轨底座41处形成两处绕竖向轴的转动，从而实现牵引患者骨盆绕水平轴转动、和分别绕两个不同的竖直轴的转动，即能够使得患者的骨盆实现侧方旋转、水平旋转和水平摆动的运动方式，通过对骨盆各个方向的运动训练，患者需要找到重心并恢复平衡，可以提高患者对骨盆的控制能力，从而增强患者的平衡能力和运动能力，改善患者生活自理能力。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，如图5~7所示，旋转底座47、弧形轨底座41和弧形轨安装座57上分别安装有第一定位件、第二定位件和第三定位件，横摆轴53沿轴向的后端开设有能够使第一定位件的下端进入或退出以锁定或释放第一定位件的第一定位槽，横摆轴53沿轴向的前端开设有能够使第二定位件的下端进入或退出以锁定或释放第二定位件的第二定位槽，横轴51上开设有能够使第三定位件的下端进入或退出以锁定或释放第三定位件的第三定位槽。

横摆轴53轴向的前后两端分别固定连接有竖直设置的前竖转轴和后竖转轴，前竖转轴的上下两端均通过滚动轴承与弧形轨底座41形成绕竖向轴的转动连接，后竖转轴的上下两端均通过轴承与旋转底座47形成绕竖向轴的转动连接，弧形轨安装座57通过轴承与横轴51形成绕横轴51轴向的转动连接，旋转底座47和弧形轨底座41的上下两端均设置有端盖用于保护旋转底座47和弧形轨底座41内的轴承。

前竖转轴和后竖转轴的下端分别连接有一个编码器54，编码器54与控制器通信连接，编码器54为ABZ相编码器。旋转底座47和弧形轨底座41下方均装有编码器54，当横摆轴53旋转时，前竖转轴或后竖转轴转动，带动编码器54进行编码，编码器54内预先设置有正方向，当前竖转轴或后竖转轴转动正向转时编码器54数值为正，相反方向转时为负。在中间时就是零位。编码器54可用于实时收集患者控制牵引手臂机构的运动方向信息，进而反馈给控制器以根据当前牵引手臂机构的运动方向信息实时控制机器人运行方向。

本实施例中的第一定位件、第二定位件和第三定位件均为旋钮柱塞42，通过调节旋钮柱塞42，能够实现调整骨盆运动控制平衡训练机器人运动的自由度，改变患者寻找平衡点的难易程度，根据患者的不同训练阶段或不同的患者，进行不同程度的平衡能力和运动能力的训练。横轴51后端通过滚动轴承与弧形轨安装座57形成转动连接，使得弧形轨安装座57绕横轴51转动，实现牵引手臂机构绕Y轴方向（即机器人运动方向）上的旋转，实现人体骨盆的侧方旋转运动，横轴端盖52固定连接于弧形轨安装座57的后端，且横轴端盖52通过螺栓固定在弧形轨底座41上，且弧形轨底座41上下均安装有滚动轴承，横轴端盖52固定和支撑横轴51，旋转底座47上下也均安装有滚动轴承，弧形轨底座41通过横摆轴53连接旋转底座47，前竖短轴连接弧形轨底座41内的上下两滚动轴承，后竖短轴连接旋转底座47内的上下两滚动轴承，横摆轴53在旋转底座47和弧形轨底座41之间水平摆动，实现人体骨盆的水平摆动运动；也能够实现牵引手臂机构绕Z轴方向（即垂直地面向上）的旋转，实现人体骨盆的水平旋转运动，在旋转底座47与弧形轨底座41座上下两端均安装有端盖39，用于固定和保护内部滚动轴承；旋转底座47、弧形轨底座41和弧形轨安装座57上均安装旋钮柱塞42，在横轴51和横摆轴53上的相应位置均凿有与各旋钮柱塞42相应凹槽，当需限制牵引手臂机构绕水平转轴（Y轴方向）旋转时，旋转横轴51上的旋钮柱塞42，旋钮柱塞42底部通过弧形轨安装座57顶入横轴51的凹槽中，由于横轴51是固定的，而牵引手臂机构绕Y轴方向的旋转时，弧形轨安装座57做相应旋转运动，旋钮柱塞42顶入横轴51凹槽后，即将活动的弧形轨安装座57与固定部件横轴51固定，即限制了牵引手臂机构绕Y轴方向上的旋转运动。弧形轨底座41、旋转底座47上的两旋钮柱塞42分别限制两处内部滚动轴承相对于横摆轴53绕Z轴的旋转运动：滚动轴承相对于横摆轴53的绕Z轴的旋转运动时，带动弧形轨底座41做相应旋转运动，当旋钮柱塞42底部通过弧形轨底座41顶入横摆轴53上凹槽时，即将弧形轨底座41与横摆轴53固定，限制此处的旋转运动，旋转底座47上旋钮柱塞42限制旋转自由度的原理与上述弧形轨底座41原理相同。当旋转底座47与弧形轨底座41两处只有一处旋转运动被限制时，牵引手臂机构在水平方向上的摆动运动被限制，牵引手臂机构只能够绕竖直轴（Z轴）转动；当旋转底座47与弧形轨底座41两处旋转运动均被限制时，牵引手臂机构在水平方向上的摆动、牵引手臂机构绕Z轴方向上的旋转均被限制；当旋转底座47与弧形轨底座41两处旋转运动均不被限制时，牵引手臂机构绕Z轴方向上的旋转和在水平方向上的摆动运动均可实现。通过限制牵引手臂不同的运动自由度，能够改变患者寻找平衡点的难易程度，达到更好的训练效果。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，还包括分别设置于横摆轴53轴向两侧的两组拉伸阻尼件，各组拉伸阻尼件沿其能够发生弹性变形方向的两端分别连接于旋转底座47和弧形轨底座41上；还包括分别设置于横轴51轴向两侧的两组横向旋转阻尼件，横轴51前端内部固定穿设有一水平设置的平衡板56，且平衡板56的两端伸出横轴51，弧形轨安装座57的前端连接有一横轴遮挡板48，且横轴51前端穿过横轴遮挡板48，各横向旋转阻尼件沿其能够发生弹性变形方向的两端分别连接于平衡板56伸出横轴51的一端和横轴遮挡板48的上端。

还设置有两个遮挡绷带46，各遮挡绷带46的前端连接于弧形轨底座41上，各遮挡绷带46的后端连接于旋转底座47上，且各遮挡绷带46分别位于拉伸阻尼件和横向旋转阻尼件的外侧以保护拉伸阻尼件和横向旋转阻尼件。

本实施例中的拉伸阻尼件为水平设置的拉伸弹簧40，横向旋转阻尼件为横轴弹簧55，拉伸弹簧40和横轴弹簧55的初始状态均为自由状态；横轴弹簧55竖直安装于横轴遮挡板48的两侧，横轴弹簧55的上端通过螺钉连接到横轴遮挡板48上，横轴弹簧55的下端通过弹簧支柱固定连接到平衡板56上，由于平衡板56插入横轴51中，处于固定不动状态，故横轴弹簧55下端是固定的，当牵引手臂36绕（水平转轴）Y轴旋转时，本实施例中绕横轴51旋转，横轴遮挡板48做相应的旋转运动使两侧横轴弹簧55分别为压缩与拉伸状态，产生的阻尼随着旋转角度的增大而增大；拉伸弹簧40和横轴弹簧55产生的两组阻力尼反馈给患者，患者根据阻尼力的大小能够判断平衡位置，从而能够帮助患者寻找平衡位置。通过拉伸阻尼件和横向旋转阻尼件，结合编码器54，反馈患者在使用时施力的大小和方向，用于帮助患者寻找平衡位置。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，如图8所示，支撑杆机构包括气缸28、支撑柱7、直线移动副和气缸罩壳14，直线移动副包括固定部和移动部，移动部能够相对于固定部做上下直线往复运动，气缸28的活塞杆与支撑柱7的下端连接，支撑柱7的上端与固定部的下端固定连接，移动部外固定连接横轴安装座43，横轴安装座43通过一称重传感器50与横轴51连接，直线移动副外在横轴安装座43的下方套设有初始状态为压缩状态的第一弹性支撑元件31，直线移动副外在横轴安装座43的上方套设有初始状态为自由状态的第二弹性支撑元件32；气缸罩壳14的下端固定连接于气缸28的缸体上，气缸罩壳14罩于气缸28的活塞杆外，且支撑柱7穿过气缸罩壳14的上端

本实施例中，直线移动副为滚珠花键6，支撑柱7为铝管支撑柱，气缸28通过外部充气装置经单向阀充气，推动气缸28内活塞30升降实现机器人高度的变化，使机器人适应患者高度，第一弹性支撑元件31和第二弹性支撑元件32均为弹簧；滚珠花键6能够承受较高的轴向载荷，滚珠花键6的花键轴的上端与连接板4相连，实现支撑杆机构与上框架机构的固定连接，滚珠花键6的花键轴的下端连接支撑柱7，滚珠花键6上下两端套有波纹罩5，波纹罩5沿轴向能够发生弹性变形，两端波纹罩5内部安装第一弹性支撑元件31和第二弹性支撑元件32，第一弹性支撑元件31位于横轴安装座43与支撑柱7之间，初始状态下患者重力通过牵引手臂机构经横轴安装座43传递给第一弹性支撑元件31，第一弹性支撑元件31的初始状态处于压缩状态，所以能够为患者提供向上的支撑力，第二弹性支撑元件32位于横轴安装座43与连接板4之间，初始时处于自由状态，患者进行康复训练时，其偏瘫步态上升阶段施加给牵引手臂的提升力经横轴安装座43传递给第二弹性支撑元件32，此时第二弹性支撑元件32处于压缩状态，提供向下的阻抗力，减小患者偏瘫步态上升阶段的高度，进而调节患者行走时下肢伸直时高度，逐步改善患者的偏瘫步态。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，可用于脊髓损伤、脑卒中、颅脑外伤、意外事故以及先天腿部残疾等引起的下肢运动功能障碍的康复训练，通过患者主动或被动的调节，实现不同程度的训练难度和针对不同康复阶段的训练模式，满足不同程度下肢功能障碍患者的训练需求。

牵引手臂机构通过横轴安装座43与滚珠花键6相连，称重传感器50一端嵌入横轴安装座43，另一端嵌入横轴51前端，并通过M8内六角螺栓固定，横轴遮挡板48自由套设于横轴51上，用于隔离牵引手臂机构。通过调整牵引手臂机构的高度，能够改变第一弹性支撑元件31的被压缩程度，从而调节机器人提供给患者的辅助支撑力的大小，具体辅助力大小的判断可通过称重传感器50获得，称重传感器50能够测量患者施加给机器人向下的作用力的大小，从而能够实现根据患者自身康复情况控制、调整机器人提供给患者的辅助支撑力的大小。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人的控制器分别与称重传感器50和气缸28通信连接。

如图9所示，底盘机构包括第一侧底板18和第二侧底板21，第一侧底板18和第二侧底板21的前端通过连接横板23连接，气缸28的缸体固定连接于连接横板23上，第一侧底板18与连接横板23的连接位置处以及第二侧底板21与连接横板23的连接位置处均设置有加强筋22，连接横板23上安装有两个驱动轮24，驱动轮24为橡胶驱动轮，各橡胶驱动轮均由一个行走驱动装置驱动，第一侧底板18和第二侧底板21的后端分别连接有第一延伸板161和第二延伸板162，第一延伸板161和第二延伸板162上分别设置有一个万向轮17；第一侧底板18和第二侧底板21的前后两端均分别安装有红外线测距仪，各红外线测距仪和各行走驱动装置均与控制器通信连接。

本实施例中，第一侧底板18和第二侧底板21均为矩形钢底板，连接横板23与第一侧底板18和第二侧底板21的链接位置分别固定有加强筋22，防止机构长时间运用出现的松弛问题。

连接横板23下端，两橡胶驱动轮通过安装座固定在连接横板23上，行走驱动装置包括相连的步进电机27和减速机26，并通过轴承座25与驱动轮24连接，用于实现两驱动轮24的速度控制，控制器分别与各步进电机27通信连接控制其转速。第一延伸板161和第二延伸板162均为矩形钢延伸板，第一延伸板161和第二延伸板162的前端分别通过圆柱销20和内六角螺栓19与第一侧底板18和第二侧底板21相连，第一延伸板161和第二延伸板162的另一端连接有万向轮17，两万向轮17起到锁紧、辅助运动和支撑第一侧底板18和第二侧底板21的作用，第一侧底板18和第二侧底板22前后两端均安装有红外线测距仪，红外线测距仪将距离信息传输给控制器，当机器人工作时与障碍物距离过近时，控制器控制步进电机27断电，使行走驱动装置停止工作，以保证用户安全。通过底盘机构上的步进电机27、减速机26结合力传感器34，可以实现助行下肢骨盆运动控制平衡训练机器人的差速运动，以控制其行走方向，帮助中风后遗症患者在主动或被动状态下独自进行下肢康复训练，实现不同类型的康复训练模式。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，还包括坐站训练机构，坐站训练机构包括座椅11和两个座椅支撑件12，第一侧底板18和第二侧底板21上分别连接有一个座椅支撑件12，各座椅支撑件12的上端与座椅11连接并用于支撑和固定座椅11。

采用上述结构设置，患者在调节好机器人高度后进行坐站训练，锻炼患者下肢控制能力。本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，除针对中风后遗症患者进行站立和行走的平衡训练、针对恢复下肢关节和肌肉功能不同模式的助行训练外，还具有一般轮椅功能，实现对患者的坐-站训练，满足患者在日常生活中的需求。

本实施例提供的骨盆运动控制平衡训练机器人，还包括上框架机构，上框架机构包括支撑管3、连接板4和第一旋钮2，支撑管3为U型管，支撑管3的横臂通过连接板4与直线移动副的固定部固定连接，各座椅支撑件12上端连接有一竖直设置的连接管121，支撑钢管3的两纵臂分别固定套设有一个T型插接管1，T型插接管1的竖管插入至相对应的连接管121内，通过调节T型插接管1插入至连接管121内的长度能够调节支撑管3所在位置的高度，以适应不同患者需求，支撑管3调整至合适的高度后，连接管121上设有锁紧孔，第一旋钮2伸入至锁紧孔内并能够与T型插接管1接触，通过旋转第一旋钮2能够使第一旋钮2抵压在T型插接管1的竖直管壁上以锁紧固定T型插接管1与座椅支撑件12的相对位置。

各牵引手臂36的后端均设有铰接杆33、力传感器34、金属插口35和封隔块44，铰接杆33、力传感器34和金属插口35均位于牵引手臂36的内侧，封隔块44固定连接于牵引手臂36的外侧，力传感器34能够发生弹性变形的一端与牵引手臂36固定连接，另一端与铰接杆33固定连接，封隔块44与牵引手臂接触的端面上开设有能够使铰接杆33伸入并发生转动的凹槽，铰接杆33的内端伸入至封隔块44的该凹槽内，并能够在封隔块44的该凹槽内移动从而使力传感器34发生弹性变形，铰接杆33的外端用于连接测力安全带，金属插口35位于力传感器34的前方，且金属插口35用于连接防护安全带，力传感器34与控制器通信连接。

铰接杆33的外端用于连接测力安全带，患者施加的作用力依次通过测力安全带、铰接杆33传递至力传感器34，力传感器34选用S型力传感器，封隔块44用于固定和保护力传感器34，金属插口35用于连接防护安全带，防护安全带用于防止患者向后倾倒，两侧力传感器34用于感知患者对牵引手臂机构施加的力，两侧施加力的方向代表着患者的行动意图，当两侧施加力同向且相等时，意味着患者想要前进或后退，当两侧施加力方向相反或两侧施加力同向且大小不等时，意味着患者想要转弯，两侧施加的力信号转换为电信号后用于控制器对骨盆运动控制平衡训练机器人进行两驱动轮24速度的控制，通过控制两驱动轮24的差速运动，改变骨盆运动控制平衡训练机器人运动的方向，实现患者的行动意图。

各牵引手臂36的前端有一横臂，牵引手臂36的该横臂滑动连接于顶板37上并通过第二旋钮38锁紧固定牵引手臂36与顶板37的相对位置，顶板37下端的两侧还固定连接有一转动扶手45，牵引手臂36的该横臂上开设有可以使第二旋钮38进入的锁紧孔，旋松第二旋钮38，可使牵引手臂36相对于顶板37处于活动状态，顶板37上设有滑动轨道，移动两侧牵引手臂36在滑动轨道上外扩或内收，可调节两侧牵引手臂36在水平方向上的距离，适应不同患者的体型，旋紧第二旋钮38，第二旋钮38的一端即可抵压至顶板37的表面上，即可使牵引手臂36与顶板37固定锁紧。

本实施例提供的针对骨盆运动控制平衡训练机器人，由牵引手臂机构、上框架机构、坐站训练机构、底盘机构和控制器组成，用于患者的平衡能力训练和行走能力训练。针对患者不同康复阶段，能够提供坐站训练、主动训练，跟随训练、阻抗训练等康复训练模式，患者可以主动或被动的进行步态康复训练。通过针对骨盆运动控制平衡训练机器人的支撑杆机构气缸28的充放气，结合称重传感器50、第一弹性支撑元件31和第二弹性支撑元件32调节机器人提供给患者站立及行走时的辅助力；通过调节针对骨盆运动控制平衡训练机器人的牵引手臂36，改变使用者重心位置，训练患者对骨盆的控制以实现对重心的控制，并通过力传感器34反馈力信号判断平衡位置；此外，在底盘机构四侧安装四个红外线测距仪，当机器人工作时与障碍物距离过近时，机器将停止以保证用户安全。

本实施例提供的针对骨盆运动控制平衡训练机器人具有多种训练模式：坐-站训练、主动训练、跟随训练、阻抗训练，能够满足不同康复阶段的训练要求，逐步提升患者的平衡控制能力和自由行走能力。

坐-站训练模式即患者使用座椅进行座与站的循环训练，可以设定时间或设定次数进行坐站训练，锻炼患者下肢力量。

主动训练模式是患者自己推动机器人，通过牵引手臂机构上的S型力传感器感知患者对牵引手臂36的施加力，识别患者行动意图，施加的力信号转换为电信号后用于控制器对骨盆运动控制平衡训练机器人进行两橡胶驱动轮速度的控制，通过控制两橡胶驱动轮的差速运动，改变骨盆运动控制平衡训练机器人运动的方向，实现患者的行动意图。患者使用时，可预先设定好机器人轨迹（8字型），患者通过自身行走控制机器人方向以达到在预设轨迹上行走的目的，根据患者行走时骨盆中心与预设轨迹偏离程度打分，也可以设定倒计时训练，根据当倒计时结束后相关步态参数进行评分，或设定一百米进行训练，当距离达到100米后结束训练，依据步态参数进行评分。

跟随训练模式是医护人员或患者家属控制机器人的行驶方向，使病人跟随骨盆运动控制平衡训练机器人运动进行训练。有两种不同的训练方式。患者使用时，可预先设定好机器人轨迹（8字型），患者通过自身行走控制机器人方向以达到骨盆在预设轨迹上运动的目的，根据患者骨盆运动实际轨迹与预设轨迹偏离程度打分，也可以设定倒计时训练和设定一百米训练，依据结束时步态参数进行评分。

在阻抗模式下，控制器可以控制两橡胶驱动轮转慢给患者提供阻力，提高行走能力，根据患者康复阶段结合力传感器34提供不同程度的阻力。在阻抗训练模式下，患者自己推动机器人，通过连接在牵引手臂36上的S型力传感器感知患者对牵引手臂36施加力的大小，力信号转换为电信号后用于控制器对康复训练机器人进行两橡胶驱动轮速度的控制。患者使用时，预先设定好机器人轨迹（8字型），患者通过自身行走控制机器人方向以达到在预设轨迹上行走的目的，根据患者行走实际轨迹与预设轨迹偏离程度打分，也可以设定倒计时训练和一百米训练，依据结束时步态参数评分。

通过牵引手臂机构上的气缸、支撑柱能够对骨盆运动控制平衡训练机器人的高度调节，满足不同身高体型患者的需求；并结合第一弹性支撑元件31、第二弹性支撑元件32、称重传感器50和力传感器34，能够控制机器人提供给患者的辅助力大小，调节患者站立时下肢关节所受力，适应患者下肢康复的不同阶段。

通过骨盆训练机构上的牵引手臂机构，实现牵引患者骨盆水平旋转、侧方旋转和水平摆动的运动方式；并能够通过旋钮柱塞42调节牵引手臂36在三个自由度上的改变程度，改变患者寻找平衡点的难易程度；通过牵引手臂36的阻尼系统即拉伸阻尼件和横向旋转阻尼件，结合编码器54，反馈患者在使用时施力的大小和方向，用于帮助患者寻找平衡位置。

通过底盘机上的行走驱动装置结合力传感器34，可以实现助行下肢骨盆运动控制平衡训练机器人的差速运动，以控制其行走方向，帮助中风后遗症患者在主动或被动状态下独自进行下肢康复训练，实现不同类型的康复训练模式。

除针对中风后遗症患者进行站立和行走的平衡训练、针对恢复下肢关节和肌肉功能不同模式的助行训练外，还具有一般轮椅功能，实现对患者的坐-站训练，满足患者在日常生活中的需求。

本发明提供的新型下肢康复训练机器人，可用于脊髓损伤、脑卒中、颅脑外伤、意外事故以及先天腿部残疾等引起的下肢运动功能障碍的康复训练，通过患者主动或被动的调节，实现不同程度的训练难度和针对不同康复阶段的训练模式，满足不同程度下肢功能障碍患者的训练需求。

患者进行下肢康复训练时，若有一定的下肢支撑能力控制平衡能力，可在相关人员的看护下，独自操作进行下肢康复训练，针对骨盆运动控制的平衡训练机器人提供多种训练模式，包括坐站训练、主动训练，跟随训练、阻抗训练，患者可以进行坐站平衡训练、站立平衡、行走静态平衡、行走动态平衡训练等，针对患者不同康复阶段，进行适应程度的下肢康复训练，用户可以对机器人进行相应的控制设置，控制机器人相应的训练模式对患者进行康复训练。

当患者进行站立平衡训练时，机器人相对于地面静止，牵引手臂机构处于工作状态。患者将安全带系在腰部，另一端通过金属插口35与机器人的牵引手臂36连接，患者首先要通过气缸28的冲放气推动活塞30上下移动，配合支撑杆机构调节骨盆运动控制平衡训练机器人高度，一方面使机器人适应患者高度，另一方面可以根据患者自身康复情况控制机器人提供给患者的辅助力，具体辅助力可通过称重传感器50获得；针对人体骨盆水平旋转、侧方旋转和水平摆动几种运动方式，通过调节骨盆运动控制平衡训练机器人牵引手臂机构在三个自由度上一定程度的变化，改变患者站立时重心位置，训练患者对骨盆的控制以实现对重心的控制，通过拉伸弹簧40和横轴弹簧55产生阻尼的大小，反馈患者施力量，通过编码器54反馈方向信号，结合控制器控制其寻找平衡点的难易程度，进行不同程度的康复训练。

当患者进行行走静态平衡训练时，牵引手臂机构在三个自由度上的运动被固定，牵引手臂机构处于平衡状态，行走驱动装置处于工作状态，两驱动轮24可实现差速运动，带动两万向轮17转动。通过牵引手臂机构上两侧的S型拉力传感器34和编码器54，感知患者对所述牵引手臂机构施加的力，识别患者行动意图，两侧施加的力信号转换为电信号后用于控制器对训练机器人进行两轮速度的控制，通过控制两橡胶驱动轮的差速运动，改变机器人运动的方向，实现患者行动意图，此外，医护人员或患者家属也可控制机器人的运动，实现患者的被动训练。

当患者进行行走动态训练时，牵引手臂机构在三个自由度方向上处于一定范围的自由运动，随着外力的变化产生相应的运动，行走驱动装置处于工作状态，驱动轮24的差速运动带动骨盆运动控制平衡训练机器人实现变向运动，患者在进行训练时，一方面，力传感器34将患者施加的力信号转换为电信号后用于控制器对康复训练机器人进行两轮速度的控制，训练患者的行走能力，同时，由于牵引手臂机构在三个自由度方向上的运动，患者需要在行走的同时控制骨盆水平旋转、侧方旋转和水平摆动几种运动方式运动以控制自身的平衡，而牵引手臂机构在三个自由度上变化的程度将决定患者寻找平衡点的难易程度，以此进行的行走动态平衡训练，将有助于同时锻炼患者平衡控制能力和行走能力。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：包括底盘机构、支撑杆机构和牵引手臂机构，所述底盘机构与所述支撑杆机构的下部连接并用于支撑所述支撑杆机构，所述支撑杆机构的上端与所述牵引手臂机构连接并用于支撑所述牵引手臂机构；所述牵引手臂机构包括顶板、横摆轴、横轴和两个牵引手臂，两个所述牵引手臂的前端共同连接于所述顶板上，所述顶板中部固定连接有一旋转底座，所述横摆轴和所述横轴均水平设置，所述横摆轴沿轴向的后端与所述旋转底座形成绕竖向轴的转动连接，所述横摆轴沿轴向的前端与一弧形轨底座形成绕竖向轴的转动连接，所述弧形轨底座固定连接有一弧形轨安装座，所述弧形轨安装座与所述横轴沿轴向的后端形成绕所述横轴轴向的转动连接，所述横轴沿轴向的前端连接于所述支撑杆机构上，还包括分别设置于所述横摆轴轴向两侧的两组拉伸阻尼件，各组所述拉伸阻尼件沿其能够发生弹性变形方向的两端分别连接于所述旋转底座和所述弧形轨底座上；还包括分别设置于所述横轴轴向两侧的两组横向旋转阻尼件，所述横轴前端内部固定穿设有一水平设置的平衡板，且所述平衡板的两端伸出所述横轴，所述弧形轨安装座的前端连接有一横轴遮挡板，且所述横轴前端穿过所述横轴遮挡板，各所述横向旋转阻尼件沿其能够发生弹性变形方向的两端分别连接于所述平衡板伸出所述横轴的一端和所述横轴遮挡板的上端，所述支撑杆机构包括气缸、支撑柱、直线移动副和气缸罩壳，所述直线移动副包括固定部和移动部，所述移动部能够相对于所述固定部做上下直线往复运动，所述气缸的活塞杆与所述支撑柱的下端连接，所述支撑柱的上端与所述固定部的下端固定连接，所述移动部外固定连接有横轴安装座，所述横轴安装座通过一称重传感器与所述横轴连接，所述直线移动副外在所述横轴安装座的下方套设有初始状态为压缩状态的第一弹性支撑元件，所述直线移动副外在所述横轴安装座的上方套设有初始状态为自由状态的第二弹性支撑元件；所述气缸罩壳的下端固定连接于所述气缸的缸体上，所述气缸罩壳罩于所述气缸的活塞杆外，且所述支撑柱穿过所述气缸罩壳的上端；

还包括一控制器，所述控制器分别与所述称重传感器和所述气缸通信连接；还包括坐站训练机构，还包括两个遮挡绷带。

2.根据权利要求1所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：所述旋转底座、所述弧形轨底座和所述弧形轨安装座上分别安装有第一定位件、第二定位件和第三定位件，所述横摆轴沿轴向的后端开设有能够使所述第一定位件的下端进入或退出以锁定或释放所述第一定位件的第一定位槽，所述横摆轴沿轴向的前端开设有能够使所述第二定位件的下端进入或退出以锁定或释放所述第二定位件的第二定位槽，所述横轴上开设有能够使所述第三定位件的下端进入或退出以锁定或释放所述第三定位件的第三定位槽。

3.根据权利要求2所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：所述底盘机构包括第一侧底板和第二侧底板，所述第一侧底板和所述第二侧底板的前端通过连接横板连接，所述气缸的缸体固定连接于所述连接横板上，所述第一侧底板与所述连接横板的连接位置处以及所述第二侧底板与所述连接横板的连接位置处均设置有加强筋，所述连接横板上安装有两个驱动轮，各所述驱动轮均由一个行走驱动装置驱动，所述第一侧底板和所述第二侧底板的后端分别连接有第一延伸板和第二延伸板，所述第一延伸板和所述第二延伸板上分别设置有一个万向轮；所述第一侧底板和所述第二侧底板的前后两端均分别安装有红外线测距仪，各所述红外线测距仪和各所述行走驱动装置均与所述控制器通信连接。

4.根据权利要求3所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：各所述牵引手臂的后端均设有铰接杆、力传感器、金属插口和封隔块，所述铰接杆、所述力传感器和所述金属插口均位于所述牵引手臂的内侧，所述封隔块固定连接于所述牵引手臂的外侧，所述力传感器能够发生弹性变形的一端与所述牵引手臂固定连接，另一端与所述铰接杆固定连接，所述铰接杆的内端伸入至所述封隔块内并能够在所述封隔块内移动从而使所述力传感器发生弹性变形，所述铰接杆的外端用于连接测力安全带，所述金属插口位于所述力传感器的前方，且所述金属插口用于连接防护安全带，所述力传感器与所述控制器通信连接。

5.根据权利要求4所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：所述横摆轴轴向的前后两端分别固定连接有竖直设置的前竖转轴和后竖转轴，所述前竖转轴的上下两端均通过轴承与所述弧形轨底座形成绕竖向轴的转动连接，所述后竖转轴的上下两端均通过轴承与所述旋转底座形成绕竖向轴的转动连接，所述弧形轨安装座通过轴承与所述横轴形成绕所述横轴轴向的转动连接，所述旋转底座和所述弧形轨底座的上下两端均设置有端盖用于保护所述旋转底座和所述弧形轨底座内的轴承；所述前竖转轴和所述后竖转轴的下端分别连接有一个编码器，所述编码器与所述控制器通信连接。

6.根据权利要求3所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：所述坐站训练机构包括座椅和两个座椅支撑件，所述第一侧底板和所述第二侧底板上分别连接有一个所述座椅支撑件，各所述座椅支撑件的上端与所述座椅连接并用于支撑和固定所述座椅。

7.根据权利要求6所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：还包括上框架机构，所述上框架机构包括支撑管、连接板和第一旋钮，所述支撑管为U型管，所述支撑管的横臂通过连接板与所述直线移动副的固定部固定连接，各所述座椅支撑件上端连接有一连接管，所述支撑管的两纵臂分别固定连接有一个插接管，所述插接管插入至相对应的所述连接管内，并通过所述第一旋钮锁紧固定所述插接管与所述连接管的相对位置。

8.根据权利要求1所述的骨盆运动控制平衡训练机器人，其特征在于：各所述遮挡绷带的前端连接于所述弧形轨底座上，各所述遮挡绷带的后端连接于所述旋转底座上，且各所述遮挡绷带分别位于所述拉伸阻尼件和所述横向旋转阻尼件的外侧以保护所述拉伸阻尼件和所述横向旋转阻尼件；各所述牵引手臂的前端滑动连接于所述顶板上并通过第二旋钮锁紧固定所述牵引手臂与所述顶板的相对位置，所述顶板下端的两侧还固定连接有一转动扶手。

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