CN108392777A - 一种新型步态康复机器人 - Google Patents

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周克敏
马磊
孙永奎
马云
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Abstract

本发明涉及一种新型步态康复机器人，属于医疗康复器械技术领域。它包括助跑系统(1)、配重系统(2)、人体外骨骼系统(3)和控制系统(4)，其中助跑系统(1)设于地面上，所述配重系统(2)可拆卸地设于助跑系统(1)的上方，人体外骨骼系统(3)设于助跑系统(1)与配重系统(2)之间，配重系统(2)的侧面还设有控制系统(4)，助跑系统(1)、配重系统(2)和人体外骨骼系统(3)均信号连接于控制系统(4)。本发明可以帮助患者完成各种康复训练，重新建立步行姿势，还可维持患者双侧下肢各关节的协调运动，还能够对病人进行健康评估，更加省时省力。

Description

一种新型步态康复机器人
技术领域
本发明涉及一种新型步态康复机器人，属于医疗康复器械技术领域。
背景技术
随着我国老龄化加剧和各种意外事故的发生，双侧肢体出现运动障碍的患者越来越多。此类运动障碍的患者需要进行必要的肢体康复运动训练，以便恢复肌肉功能。运动障碍患者不能独立地进行下肢康复运动训练，需要在多名康复治疗师的帮助下进行康复训练。该种康复训练方式效率低、治疗师工作量大。因此急需设计一种设备，缓解上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型步态康复机器人，可以帮助患者完成各种康复训练，重新建立步行姿势，还可维持患者双侧下肢各关节的协调运动，还能够对病人进行健康评估，更加省时省力。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种新型步态康复机器人包括助跑系统、配重系统、人体外骨骼系统和控制系统，其中助跑系统设于地面上，其中所述助跑系统可以为跑步机，设有速度可调的传送带。所述配重系统可拆卸地设于助跑系统的上方，所述配重系统用来固定患者的上半身，康复过程中稳定性更高，治疗效果更好；若是将配重系统远离助跑系统，该助跑系统还便于普通人锻炼使用，实现功能多样化，性价比更高。所述人体外骨骼系统设于助跑系统与配重系统之间，所述人体外骨骼系统是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，更接近健全人实际步态参数。所述配重系统的侧面还设有控制系统，所述助跑系统、配重系统和人体外骨骼系统均信号连接于控制系统，其中控制系统能够根据不同患者的情况自动计算出一个最佳行走步态，发送信号给助跑系统、配重系统和人体外骨骼系统，使其能够按照设定的参数，适应患者的步行能力，使患者实现正确的交替步态运动。
前述的新型步态康复机器人，所述人体外骨骼系统包括从上往下顺次连接的第一电机、大腿提升杆、大腿部松紧支撑杆、第二电机、膝盖处松紧支撑杆、小腿提升杆、第三电机、脚踝处旋转连接杆、脚踝旋转轴和小腿松紧带固定杆，所述第一电机、第二电机和第三电机均信号连接于控制系统；其中所述大腿部松紧支撑杆上还安装有大腿处松紧带，膝盖处松紧支撑杆上还安装有膝盖处松紧带，小腿松紧带固定杆上还安装有小腿处松紧带。其中膝盖处松紧带和小腿处松紧带等的设置，使得患者康复过程中穿戴更为方便。
前述的新型步态康复机器人，所述人体外骨骼系统还包括从上往下顺次连接的竖直连接杆、螺帽、脚固定带安装架、螺帽旋转轴和轴承，所述竖直连接杆远离螺帽的端部与膝盖处松紧支撑杆连接，所述轴承远离螺帽旋转轴的端部与脚踝处旋转连接杆连接，所述脚固定带安装架上还安装有脚部松紧带。其中脚部松紧带也使得穿戴更方便。
前述的新型步态康复机器人，所述大腿处松紧带、膝盖处松紧带、小腿处松紧带和脚部松紧带上均安装有肌肉测量仪，所述肌肉测量仪信号连接于控制系统。其中肌肉测量仪实时测量患者各部位的肌肉参数，并将信息实时传送给控制系统分析处理。
前述的新型步态康复机器人，所述配重系统包括机架、横向支架、钢丝和滑杆，其中机架设于助跑系统的两侧，所述横向支架设于机架的顶部，所述滑杆经钢丝滑动设于横向支架底面上，所述滑杆的端部还均设有一个固定座。其中固定座通过吊带等连接患者，将患者的上半身固定，使其康复过程中稳定性更高，治疗效果更好。
前述的新型步态康复机器人，所述人体外骨骼系统还包括背部支撑板、背部支撑杆、背部支撑升降杆和旋转手柄，其中背部支撑升降杆固定于机架上，所述背部支撑升降杆中部垂直设有背部支撑杆，所述背部支撑杆远离背部支撑升降杆的一端垂直设有背部支撑板，所述背部支撑升降杆的底部设有旋转手柄。背部支撑板可以使患者的背部贴靠在上面，提高了康复过程中的稳定性和舒适性。
前述的新型步态康复机器人，所述人体外骨骼系统还包括若干个传感器，所述传感器阵列铺设于背部支撑板的表面，所述传感器信号连接于控制系统。其中传感器的种类比较多，有的测量患者的血压、有的测量患者的心跳等参数，并将其实时传送给控制系统分析处理、存储。
前述的新型步态康复机器人，所述控制系统包括显示器和鼠标键盘组件。康复治疗师或者医生根据不同患者的情况设定不同的运动参数，将参数通过鼠标键盘组件输入显示器并传递给控制系统，所述控制系统通过内置软件对参数进行处理并向助跑系统、配重系统、人体外骨骼系统发送控制信号，所述助跑系统、配重系统、人体外骨骼系统根据控制信号运转并实时向控制系统反馈信息，控制系统接收信息进行分析并实时调整控制信号，实现人体外骨骼系统与患者之间的步态配合，保证步调的协调。。
前述的新型步态康复机器人还包括斜坡，所述斜坡设于助跑系统的一侧。所述斜坡的设置便于康复治疗师或者医生等将患者更好地推上助跑系统进行康复训练，一人便可完成患者的康复工作，更加省时省力。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明作为一种医疗机器人，可以帮助患者完成各种康复训练，重新建立步行姿势，还可维持患者双侧下肢各关节的协调运动；
2、通过血压、心跳等传感器的设置、以及肌肉测量仪等的布置，能够对患者进行健康评估，形成一整套的评估系统，更助于患者的康复；
3、本发明中的人体外骨骼系统是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，通过驱动髋关节、膝关节和踝关节来实现步行的模拟，即模拟人体下肢在正常行走过程中各个关节的运动轨迹，使得肢体康复运动训练与人体下肢的行走姿态轨迹一致，提高科学的训练效果；
4、本发明结构简单、患者穿戴方便，后期维护也更为简便，能够很好地起到康复效果，更接近健全人实际步态参数；
5、本发明在不用于治疗患者时，还可以单独作为跑步机使用，适用性更广泛。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的连接关系示意图；
图3是图1的俯视图
图4是图1的侧视图；
图5是本发明中人体外骨骼系统的结构示意图；
图6也是本发明中人体外骨骼系统的结构示意图；
图7也是本发明的连接关系示意图；
图8是本发明在实际使用过程中显示器的参数示意图；
图9是本发明在实际使用过程中不同患者信息展示示意图。
附图标记的含义：1-助跑系统，2-配重系统，3-人体外骨骼系统，4-控制系统，5-机架，6-横向支架，7-钢丝，8-滑杆，9-固定座，10-背部支撑板，11-传感器，12-背部支撑杆，13-背部支撑升降杆，14-旋转手柄，15-第一电机，16-大腿提升杆，17-大腿部松紧支撑杆，18-第二电机，19-膝盖处松紧支撑杆，20-小腿提升杆，21-第三电机，22-脚踝处旋转连接杆，23-螺帽，24-脚固定带安装架，25-螺帽旋转轴，26-轴承，27-脚踝旋转轴，28-小腿松紧带固定杆，29-显示器，30-鼠标键盘组件，31-斜坡，32-肌肉测量仪，33-竖直连接杆，34-大腿处松紧带，35-膝盖处松紧带，36-小腿处松紧带，37-脚部松紧带。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：如图1-图9所示，一种新型步态康复机器人包括助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3和控制系统4，其中助跑系统1设于地面上，其中所述助跑系统1可以为跑步机，设有速度可调的传送带。所述配重系统2可拆卸地设于助跑系统1的上方，所述配重系统2用来固定患者的上半身，康复过程中稳定性更高，治疗效果更好；若是将配重系统2远离助跑系统1，该助跑系统1还便于普通人锻炼使用，实现功能多样化，性价比更高。所述人体外骨骼系统3设于助跑系统1与配重系统2之间，所述人体外骨骼系统3是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，更接近健全人实际步态参数。所述配重系统2的侧面还设有控制系统4，所述助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3均信号连接于控制系统4，其中控制系统4能够根据不同患者的情况自动计算出一个最佳行走步态，发送信号给助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3，使其能够按照设定的参数，适应患者的步行能力，使患者实现正确的交替步态运动。
所述人体外骨骼系统3包括从上往下顺次连接的第一电机15、大腿提升杆16、大腿部松紧支撑杆17、第二电机18、膝盖处松紧支撑杆19、小腿提升杆20、第三电机21、脚踝处旋转连接杆22、脚踝旋转轴27和小腿松紧带固定杆28，所述第一电机15、第二电机18和第三电机21均信号连接于控制系统4；其中所述大腿部松紧支撑杆17上还安装有大腿处松紧带34，膝盖处松紧支撑杆19上还安装有膝盖处松紧带35，小腿松紧带固定杆28上还安装有小腿处松紧带36。其中膝盖处松紧带35和小腿处松紧带36等的设置，使得患者康复过程中穿戴更为方便。所述人体外骨骼系统3还包括从上往下顺次连接的竖直连接杆33、螺帽23、脚固定带安装架24、螺帽旋转轴25和轴承26，所述竖直连接杆33远离螺帽23的端部与膝盖处松紧支撑杆19连接，所述轴承26远离螺帽旋转轴25的端部与脚踝处旋转连接杆22连接，所述脚固定带安装架24上还安装有脚部松紧带37。其中脚部松紧带37也使得穿戴更方便。所述大腿处松紧带34、膝盖处松紧带35、小腿处松紧带36和脚部松紧带37上均安装有肌肉测量仪32，所述肌肉测量仪32信号连接于控制系统4。其中肌肉测量仪32实时测量患者各部位的肌肉参数，并将信息实时传送给控制系统4分析处理。
实施例2：如图1-图9所示，一种新型步态康复机器人包括助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3和控制系统4，其中助跑系统1设于地面上，其中所述助跑系统1可以为跑步机，设有速度可调的传送带。所述配重系统2可拆卸地设于助跑系统1的上方，所述配重系统2用来固定患者的上半身，康复过程中稳定性更高，治疗效果更好；若是将配重系统2远离助跑系统1，该助跑系统1还便于普通人锻炼使用，实现功能多样化，性价比更高。所述人体外骨骼系统3设于助跑系统1与配重系统2之间，所述人体外骨骼系统3是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，更接近健全人实际步态参数。所述配重系统2的侧面还设有控制系统4，所述助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3均信号连接于控制系统4，其中控制系统4能够根据不同患者的情况自动计算出一个最佳行走步态，发送信号给助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3，使其能够按照设定的参数，适应患者的步行能力，使患者实现正确的交替步态运动。所述配重系统2包括机架5、横向支架6、钢丝7和滑杆8，其中机架5设于助跑系统1的两侧，所述横向支架6设于机架5的顶部，所述滑杆8经钢丝7滑动设于横向支架6底面上，所述滑杆8的端部还均设有一个固定座9。其中固定座9通过吊带等连接患者，将患者的上半身固定，使其康复过程中稳定性更高，治疗效果更好。
所述人体外骨骼系统3还包括背部支撑板10、背部支撑杆12、背部支撑升降杆13和旋转手柄14，其中背部支撑升降杆13固定于机架5上，所述背部支撑升降杆13中部垂直设有背部支撑杆12，所述背部支撑杆12远离背部支撑升降杆13的一端垂直设有背部支撑板10，所述背部支撑升降杆13的底部设有旋转手柄14。背部支撑板10可以使患者的背部贴靠在上面，提高了康复过程中的稳定性和舒适性。所述人体外骨骼系统3还包括若干个传感器11，所述传感器11阵列铺设于背部支撑板10的表面，所述传感器11信号连接于控制系统4。其中传感器11的种类比较多，有的测量患者的血压、有的测量患者的心跳等参数，并将其实时传送给控制系统4分析处理、存储。
实施例3：如图1-图9所示，一种新型步态康复机器人包括助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3和控制系统4，其中助跑系统1设于地面上，其中所述助跑系统1可以为跑步机，设有速度可调的传送带。所述配重系统2可拆卸地设于助跑系统1的上方，所述配重系统2用来固定患者的上半身，康复过程中稳定性更高，治疗效果更好；若是将配重系统2远离助跑系统1，该助跑系统1还便于普通人锻炼使用，实现功能多样化，性价比更高。所述人体外骨骼系统3设于助跑系统1与配重系统2之间，所述人体外骨骼系统3是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，更接近健全人实际步态参数。所述配重系统2的侧面还设有控制系统4，所述助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3均信号连接于控制系统4，其中控制系统4能够根据不同患者的情况自动计算出一个最佳行走步态，发送信号给助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3，使其能够按照设定的参数，适应患者的步行能力，使患者实现正确的交替步态运动。所述人体外骨骼系统3包括从上往下顺次连接的第一电机15、大腿提升杆16、大腿部松紧支撑杆17、第二电机18、膝盖处松紧支撑杆19、小腿提升杆20、第三电机21、脚踝处旋转连接杆22、脚踝旋转轴27和小腿松紧带固定杆28，所述第一电机15、第二电机18和第三电机21均信号连接于控制系统4；其中所述大腿部松紧支撑杆17上还安装有大腿处松紧带34，膝盖处松紧支撑杆19上还安装有膝盖处松紧带35，小腿松紧带固定杆28上还安装有小腿处松紧带36。其中膝盖处松紧带35和小腿处松紧带36等的设置，使得患者康复过程中穿戴更为方便。
所述配重系统2包括机架5、横向支架6、钢丝7和滑杆8，其中机架5设于助跑系统1的两侧，所述横向支架6设于机架5的顶部，所述滑杆8经钢丝7滑动设于横向支架6底面上，所述滑杆8的端部还均设有一个固定座9。其中固定座9通过吊带等连接患者，将患者的上半身固定，使其康复过程中稳定性更高，治疗效果更好。所述人体外骨骼系统3还包括背部支撑板10、背部支撑杆12、背部支撑升降杆13和旋转手柄14，其中背部支撑升降杆13固定于机架5上，所述背部支撑升降杆13中部垂直设有背部支撑杆12，所述背部支撑杆12远离背部支撑升降杆13的一端垂直设有背部支撑板10，所述背部支撑升降杆13的底部设有旋转手柄14。背部支撑板10可以使患者的背部贴靠在上面，提高了康复过程中的稳定性和舒适性。所述人体外骨骼系统3还包括若干个传感器11，所述传感器11阵列铺设于背部支撑板10的表面，所述传感器11信号连接于控制系统4。其中传感器11的种类比较多，有的测量患者的血压、有的测量患者的心跳等参数，并将其实时传送给控制系统4分析处理、存储。
实施例4：如图1-图9所示，一种新型步态康复机器人包括助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3和控制系统4，其中助跑系统1设于地面上，其中所述助跑系统1可以为跑步机，设有速度可调的传送带。所述配重系统2可拆卸地设于助跑系统1的上方，所述配重系统2用来固定患者的上半身，康复过程中稳定性更高，治疗效果更好；若是将配重系统2远离助跑系统1，该助跑系统1还便于普通人锻炼使用，实现功能多样化，性价比更高。所述人体外骨骼系统3设于助跑系统1与配重系统2之间，所述人体外骨骼系统3是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，更接近健全人实际步态参数。所述配重系统2的侧面还设有控制系统4，所述助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3均信号连接于控制系统4，其中控制系统4能够根据不同患者的情况自动计算出一个最佳行走步态，发送信号给助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3，使其能够按照设定的参数，适应患者的步行能力，使患者实现正确的交替步态运动。所述控制系统4包括显示器29和鼠标键盘组件30。康复治疗师或者医生根据不同患者的情况设定不同的运动参数，将参数通过鼠标键盘组件30输入显示器29并传递给控制系统4，所述控制系统4通过内置软件对参数进行处理并向助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3发送控制信号，所述助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3根据控制信号运转并实时向控制系统4反馈信息，控制系统4接收信息进行分析并实时调整控制信号，实现人体外骨骼系统3与患者之间的步态配合，保证步调的协调。。
实施例5：如图1-图9所示，一种新型步态康复机器人包括助跑系统1、配重系统2、人体外骨骼系统3和控制系统4，其中助跑系统1设于地面上，其中所述助跑系统1可以为跑步机，设有速度可调的传送带。所述配重系统2可拆卸地设于助跑系统1的上方，所述配重系统2用来固定患者的上半身，康复过程中稳定性更高，治疗效果更好；若是将配重系统2远离助跑系统1，该助跑系统1还便于普通人锻炼使用，实现功能多样化，性价比更高。所述人体外骨骼系统3设于助跑系统1与配重系统2之间，所述人体外骨骼系统3是依据健全人实际步态运行参数设计的，对人体的大腿、膝盖、小腿、踝关节等均能起到康复效果，更接近健全人实际步态参数。所述配重系统2的侧面还设有控制系统4，所述助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3均信号连接于控制系统4，其中控制系统4能够根据不同患者的情况自动计算出一个最佳行走步态，发送信号给助跑系统1、配重系统2和人体外骨骼系统3，使其能够按照设定的参数，适应患者的步行能力，使患者实现正确的交替步态运动。新型步态康复机器人还包括斜坡31，所述斜坡31设于助跑系统1的一侧。所述斜坡31的设置便于康复治疗师或者医生等将患者更好地推上助跑系统1进行康复训练，一人便可完成患者的康复工作，更加省时省力。

Claims (9)

1.一种新型步态康复机器人，其特征在于，包括助跑系统(1)、配重系统(2)、人体外骨骼系统(3)和控制系统(4)，其中助跑系统(1)设于地面上，所述配重系统(2)可拆卸地设于助跑系统(1)的上方，所述人体外骨骼系统(3)设于助跑系统(1)与配重系统(2)之间，所述配重系统(2)的侧面还设有控制系统(4)，所述助跑系统(1)、配重系统(2)和人体外骨骼系统(3)均信号连接于控制系统(4)。
2.根据权利要求1所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述人体外骨骼系统(3)包括从上往下顺次连接的第一电机(15)、大腿提升杆(16)、大腿部松紧支撑杆(17)、第二电机(18)、膝盖处松紧支撑杆(19)、小腿提升杆(20)、第三电机(21)、脚踝处旋转连接杆(22)、脚踝旋转轴(27)和小腿松紧带固定杆(28)，所述第一电机(15)、第二电机(18)和第三电机(21)均信号连接于控制系统(4)；其中所述大腿部松紧支撑杆(17)上还安装有大腿处松紧带(34)，膝盖处松紧支撑杆(19)上还安装有膝盖处松紧带(35)，小腿松紧带固定杆(28)上还安装有小腿处松紧带(36)。
3.根据权利要求2所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述人体外骨骼系统(3)还包括从上往下顺次连接的竖直连接杆(33)、螺帽(23)、脚固定带安装架(24)、螺帽旋转轴(25)和轴承(26)，所述竖直连接杆(33)远离螺帽(23)的端部与膝盖处松紧支撑杆(19)连接，所述轴承(26)远离螺帽旋转轴(25)的端部与脚踝处旋转连接杆(22)连接，所述脚固定带安装架(24)上还安装有脚部松紧带(37)。
4.根据权利要求3所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述大腿处松紧带(34)、膝盖处松紧带(35)、小腿处松紧带(36)和脚部松紧带(37)上均安装有肌肉测量仪(32)，所述肌肉测量仪(32)信号连接于控制系统(4)。
5.根据权利要求1或2所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述配重系统(2)包括机架(5)、横向支架(6)、钢丝(7)和滑杆(8)，其中机架(5)设于助跑系统(1)的两侧，所述横向支架(6)设于机架(5)的顶部，所述滑杆(8)经钢丝(7)滑动设于横向支架(6)底面上，所述滑杆(8)的端部还均设有一个固定座(9)。
6.根据权利要求5所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述人体外骨骼系统(3)还包括背部支撑板(10)、背部支撑杆(12)、背部支撑升降杆(13)和旋转手柄(14)，其中背部支撑升降杆(13)固定于机架(5)上，所述背部支撑升降杆(13)中部垂直设有背部支撑杆(12)，所述背部支撑杆(12)远离背部支撑升降杆(13)的一端垂直设有背部支撑板(10)，所述背部支撑升降杆(13)的底部设有旋转手柄(14)。
7.根据权利要求6所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述人体外骨骼系统(3)还包括若干个传感器(11)，所述传感器(11)阵列铺设于背部支撑板(10)的表面，所述传感器(11)信号连接于控制系统(4)。
8.根据权利要求1所述的新型步态康复机器人，其特征在于，所述控制系统(4)包括显示器(29)和鼠标键盘组件(30)。
9.根据权利要求1所述的新型步态康复机器人，其特征在于，还包括斜坡(31)，所述斜坡(31)设于助跑系统(1)的一侧。
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