CN108553268A - 一种等比可调下肢康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等比可调下肢康复机器人，包括支撑装置，所述支撑装置的左侧和/或右侧设有下肢康复器，所述下肢康复器包括用于带动下肢进行运动的康复执行机构以及用于使所述康复执行机构适应不同下肢长度的等比调节机构。本发明康复执行机构的末端运动轨迹与坐姿状态下人体下肢蹬腿时踝关节的运动轨迹相同，即都是类椭圆，而且能根据人体腿长差异，通过调节等比调节机构，其幅度在最大关节活动范围内能等比可调。
Description
技术领域
本发明涉及康复医疗和运动健身器械领域，具体地说涉及一种等比可调下肢康复机器人。
背景技术
社会老龄化程度日益加深、脑卒中、脊髓损伤等原因导致肢体功能运动降低，甚至全部丧失，严重影响了生活质量。康复治疗是恢复运动功能的有效途径，传统物理治疗师与病人一对一的康复治疗方式存在劳动强度大、治疗费用高等不足，因此，康复训练设备解决这一矛盾的有效途径。从上世纪中叶以来在康复训练设备上取得了诸多成果，如单自由度式、外骨骼、悬吊式等。但它们存在着以下不足：操作复杂、运动轨迹过于单一、不能适应不同腿长差异，因此，研制一款能够适应不同下肢长度的康复训练装置具有一定现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够适应不同下肢长度的等比可调下肢康复机器人。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种等比可调下肢康复机器人，包括支撑装置，所述支撑装置的左侧和/或右侧设有下肢康复器，所述下肢康复器包括用于带动下肢进行运动的康复执行机构以及用于使所述康复执行机构适应不同下肢长度的等比调节机构。
进一步地，所述等比调节机构包括脚踏、支撑装置连接杆、脚踏安装杆、下长杆、左长度可调杆以及右长度可调杆，所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置铰接，所述支撑装置连接杆的上端与所述下长杆的右端铰接，所述下长杆的左端与所述左长度可调杆的下端铰接，所述左长度可调杆的上端与所述脚踏安装杆的左端铰接，所述脚踏安装杆的右端与所述右长度可调杆的上端铰接，所述右长度可调杆的下端与所述支撑装置连接杆的上端固接，且所述脚踏安装杆、所述下长杆、所述左长度可调杆和所述右长度可调杆构成平行四边形机构，所述脚踏安装杆的左端向左伸出有脚踏支撑件，所述脚踏位置可调地固定在所述脚踏支撑件上，所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左长度可调杆的下端构成复合铰链，所述脚踏的固定点、所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左长度可调杆的下端的复合铰接点、所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置的铰接点三点共线。
进一步地，所述等比调节机构还包括中间长度可调杆，所述中间长度可调杆的上端铰接在所述脚踏安装杆的中部，所述中间长度可调杆的下端铰接在所述下长杆的中部，且所述中间长度可调杆、所述脚踏安装杆、所述下长杆和所述左长度可调杆构成平行四边形机构。
进一步地，所述等比调节机构还包括上长杆、左短杆和右短杆，所述左短杆的下端与所述左长度可调杆的上端同轴固接，所述右短杆的下端与所述右长度可调杆的上端同轴固接，所述上长杆的左端与所述左短杆的上端连接，所述上长杆的右端与所述右短杆的上端连接，且所述下长杆与所述上长杆等长，所述右短杆与所述左短杆等长。
进一步地，所述等比调节机构包括脚踏、支撑装置连接杆、脚踏安装杆、下长杆、左调节杆以及右调节杆，所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置铰接，所述支撑装置连接杆的上端与所述下长杆的右端铰接，所述下长杆的左端与所述左调节杆的下端铰接，所述右调节杆的下端与所述支撑装置连接杆的上端固接，所述脚踏安装杆的左端位置可调地铰接在所述左调节杆上，所述脚踏安装杆的右端位置可调地铰接在所述右调节杆上，且所述脚踏安装杆、所述下长杆、所述左调节杆和所述右调节杆构成平行四边形机构，所述脚踏安装杆的左端向左伸出有脚踏支撑件，所述脚踏位置可调地固定在所述脚踏支撑件上，所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左调节杆的下端构成复合铰链，所述脚踏的固定点、所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左调节杆的下端的复合铰接点、所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置的铰接点三点共线。
进一步地，所述左调节杆和所述右调节杆上均开有多个沿所述左调节杆和所述右调节杆的长度方向间隔分布的安装孔，所述脚踏安装杆的左端可铰接在所述左调节杆上的任意一个安装孔内，所述脚踏安装杆的右端可铰接在所述右调节杆上的任意一个安装孔内，以此实现所述脚踏安装杆的左端位置可调地铰接在所述左调节杆上，所述脚踏安装杆的右端位置可调地铰接在所述右调节杆上。
进一步地，所述脚踏通过以下结构实现位置可调地固定在所述脚踏支撑件上：所述脚踏支撑件上开有左右延伸的第一滑槽，所述脚踏滑动安装在所述第一滑槽内，所述脚踏在位置确定后通过固定件进行固定。
进一步地，所述脚踏支撑件上设有刻度。
进一步地，所述康复执行机构包括调整盘、摇杆、连杆以及曲柄，所述调整盘的中心与所述支撑装置铰接，所述调整盘上设有沿直径方向延伸的第二滑槽，所述摇杆的一端铰接有滑块，所述滑块滑动安装在所述第二滑槽内，所述摇杆的另一端即为所述康复执行机构的运动末端，所述连杆的一端铰接在所述摇杆的中部，所述连杆的另一端与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与动力装置的输出端连接。
进一步地，所述动力装置设置在所述支撑装置上。
本发明的有益效果体现在：
本发明康复执行机构的末端运动轨迹与坐姿状态下人体下肢蹬腿时踝关节的运动轨迹相同，即都是类椭圆，而且能根据人体腿长差异，通过调节等比调节机构，其幅度在最大关节活动范围内能等比可调。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明一实施例中的下肢康复器的结构示意图。
图3是本发明一实施例中的下肢康复器的结构示意图。
图4是本发明一实施例中的下肢康复器的模型简图。
附图中各部件的标记为：10支撑装置、20康复执行机构、201调整盘、2011第二滑槽、 202摇杆、203连杆、204曲柄、30等比调节机构、301脚踏、302支撑装置连接杆、303 脚踏安装杆、304下长杆、305左长度可调杆、306右长度可调杆、307中间长度可调杆、 308上长杆、309左短杆、3010右短杆、3011左调节杆、3012右调节杆、3013脚踏支撑件、 30131第一滑槽、40动力装置。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示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、特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1。
本发明等比可调下肢康复机器人，包括支撑装置10，所述支撑装置10的左侧和/或右侧设有下肢康复器，所述下肢康复器包括用于带动下肢进行运动的康复执行机构20以及用于使所述康复执行机构20适应不同下肢长度的等比调节机构30。
所述支撑装置10可以是如图所示的座椅，进行坐姿训练，当然也可以是其他人体重力支撑装置，可适应卧姿或站姿等其他姿态的训练模式。
本发明康复执行机构20可以选用任何能够支撑下肢进行运动锻炼的现有设备，当然也可以使用发明人自行设计的一种康复执行机构20，其具体结构如下：
参见图2，所述康复执行机构20包括调整盘201、摇杆202、连杆203以及曲柄204，所述调整盘201的中心与所述支撑装置10铰接，所述调整盘201上设有沿直径方向延伸的第二滑槽2011，所述摇杆202的一端铰接有滑块，所述滑块滑动安装在所述第二滑槽2011 内，所述摇杆202的另一端即为所述康复执行机构20的运动末端，所述连杆203的一端铰接在所述摇杆202的中部，所述连杆203的另一端与所述曲柄204的一端铰接，所述曲柄204的另一端与动力装置40的输出端连接。
在一实施例中，所述动力装置40设置在所述支撑装置10上。所述动力装置40优选为电动机。方便安装、使用和控制。
这种康复执行机构为铰链五杆机构，可实现平面内任意轨迹，参见图4的模型简图，模型简图建立了平面直角坐标系XOY，OA为曲柄；DC为调整盘，由伺服电机驱动；AF 为连杆；BC为摇杆；OD为支撑装置；F点为机构的运动末端。
在没有等比调节机构时，人把脚支撑在机构上，将踝关节的位置近似看作是脚踏与机构的运动末端。调整盘与竖直方向夹角可通过伺服电机进行调节，进而得到不同的类椭圆轨迹，从而实现带动下肢进行多自由度的运动训练。
另外，本发明在此提供两种具体的结构不同的等比调节机构，以便于理解。
第一种是：参见图2，所述等比调节机构30包括脚踏301、支撑装置连接杆302、脚踏安装杆303、下长杆304、左长度可调杆305以及右长度可调杆306，所述支撑装置连接杆302的下端与所述支撑装置10铰接，所述支撑装置连接杆302的上端与所述下长杆304 的右端铰接，所述下长杆304的左端与所述左长度可调杆305的下端铰接，所述左长度可调杆305的上端与所述脚踏安装杆303的左端铰接，所述脚踏安装杆303的右端与所述右长度可调杆306的上端铰接，所述右长度可调杆306的下端与所述支撑装置连接杆302的上端固接，且所述脚踏安装杆303、所述下长杆304、所述左长度可调杆305和所述右长度可调杆306构成平行四边形机构，所述脚踏安装杆303的左端向左伸出有脚踏支撑件 3013，所述脚踏301位置可调地固定在所述脚踏支撑件3013上，所述康复执行机构20的运动末端与所述下长杆304的左端和所述左长度可调杆305的下端构成复合铰链，所述脚踏301的固定点、所述康复执行机构20的运动末端与所述下长杆304的左端和所述左长度可调杆305的下端的复合铰接点、所述支撑装置连接杆302的下端与所述支撑装置10 的铰接点三点共线。
对第一种等比调节机构来说，训练时，脚部踏在脚踏上，参见图4的模型简图，图中IGJF表示脚踏安装杆、下长杆、左长度可调杆和右长度可调杆构成的平行四边形机构，其中I、G为左长度可调杆的上端铰接点和下端固定点，由于点H、F、E共线(即脚踏的固定点、康复执行机构的运动末端与下长杆的左端和左长度可调杆的下端的复合铰接点、支撑装置连接杆的下端与支撑装置的铰接点三点共线)，因此，脚踏的固定点H点的轨迹可由康复执行机构的的运动末端F点的运动轨迹等比例调节而来，从而适应不同下肢长度的康复需求。
长度可调杆是本领域常见部件，其实现结构形式多样，如自拍杆结构等，为简洁描述起见，具体结构不再赘述。
具体实施中，所述脚踏安装杆303和所述脚踏支撑件3013为一体成型结构件，方便制作安装。
作为第一种结构的等比调节机构的优选实施例，所述等比调节机构30还包括中间长度可调杆307，所述中间长度可调杆307的上端铰接在所述脚踏安装杆303的中部，所述中间长度可调杆307的下端铰接在所述下长杆304的中部，且所述中间长度可调杆307、所述脚踏安装杆303、所述下长杆304和所述左长度可调杆305构成平行四边形机构。等比调节杆能够支撑脚踏安装杆和下长杆，起到增加机构的稳定性的作用。
作为第一种结构的等比调节机构的优选实施例，所述等比调节机构30还包括上长杆 308、左短杆309和右短杆3010，所述左短杆309的下端与所述左长度可调杆305的上端同轴固接，所述右短杆3010的下端与所述右长度可调杆306的上端同轴固接，所述上长杆308的左端与所述左短杆309的上端连接，所述上长杆308的右端与所述右短杆3010 的上端连接，且所述下长杆304与所述上长杆308等长，所述右短杆3010与所述左短杆 309等长。这样设计，在调节左长度可调杆和右长度可调杆的长度时，只要调节其中一个，另外一个就可同步自行调整，更加方便。
第二种是：参见图3，所述等比调节机构30包括脚踏301、支撑装置连接杆302、脚踏安装杆303、下长杆304、左调节杆3011以及右调节杆3012，所述支撑装置连接杆302 的下端与所述支撑装置10铰接，所述支撑装置连接杆302的上端与所述下长杆304的右端铰接，所述下长杆304的左端与所述左调节杆3011的下端铰接，所述右调节杆3012的下端与所述支撑装置连接杆302的上端固接，所述脚踏安装杆303的左端位置可调地铰接在所述左调节杆3011上，所述脚踏安装杆303的右端位置可调地铰接在所述右调节杆3012 上，且所述脚踏安装杆303、所述下长杆304、所述左调节杆3011和所述右调节杆3012 构成平行四边形机构，所述脚踏安装杆303的左端向左伸出有脚踏支撑件3013，所述脚踏 301位置可调地固定在所述脚踏支撑件3013上，所述康复执行机构20的运动末端与所述下长杆304的左端和所述左调节杆3011的下端构成复合铰链，所述脚踏301的固定点、所述康复执行机构20的运动末端与所述下长杆304的左端和所述左调节杆3011的下端的复合铰接点、所述支撑装置连接杆302的下端与所述支撑装置10的铰接点三点共线。
第二种等比调节机构的作用原理与第一种等比调节机构实质上是一样的，只是实现IG 长度可调和JF长度可调的结构不同，第一种是通过本身长度可调的杆实现的，而第二种是通过铰接点位置可调实现的。
具体实施中，所述右调节杆3012与所述支撑装置连接杆302为一体成型结构件，方便制作安装。
作为第二种结构的等比调节机构的优选实施例，所述左调节杆3011和所述右调节杆 3012上均开有多个沿所述左调节杆3011和所述右调节杆3012的长度方向间隔分布的安装孔，所述脚踏安装杆303的左端可铰接在所述左调节杆3011上的任意一个安装孔内，所述脚踏安装杆303的右端可铰接在所述右调节杆3012上的任意一个安装孔内，以此实现所述脚踏安装杆303的左端位置可调地铰接在所述左调节杆3011上，所述脚踏安装杆303 的右端位置可调地铰接在所述右调节杆3012上。这种设计，结构简单，容易实施。
作为两种结构的等比调节机构的优选实施例，所述脚踏301通过以下结构实现位置可调地固定在所述脚踏支撑件3013上：所述脚踏支撑件3013上开有左右延伸的第一滑槽30131，所述脚踏301滑动安装在所述第一滑槽30131内，所述脚踏301在位置确定后通过固定件进行固定。这种设计，结构简单，容易实施，而且脚踏的固定点位置调节精度更高，固定件可以是螺栓、销轴等，只要能够将脚踏固定在脚踏支撑件上即可。
在一实施例中，所述脚踏支撑件3013上设有刻度。方便监控等比调整的大小。
本发明康复执行机构的末端运动轨迹与坐姿状态下人体下肢蹬腿时踝关节的运动轨迹相同，即都是类椭圆；而且通过等比调节机构的，康复执行机构的末端轨迹能根据人体腿长差异，其幅度在最大关节活动范围内能等比可调；具体实施中，本发明采用左右两侧均设有下肢康复器，患肢和健肢同时训练，效果优于仅对患侧下肢训练。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种等比可调下肢康复机器人，其特征在于：包括支撑装置，所述支撑装置的左侧和/或右侧设有下肢康复器，所述下肢康复器包括用于带动下肢进行运动的康复执行机构以及用于使所述康复执行机构适应不同下肢长度的等比调节机构。
2.如权利要求1所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述等比调节机构包括脚踏、支撑装置连接杆、脚踏安装杆、下长杆、左长度可调杆以及右长度可调杆，所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置铰接，所述支撑装置连接杆的上端与所述下长杆的右端铰接，所述下长杆的左端与所述左长度可调杆的下端铰接，所述左长度可调杆的上端与所述脚踏安装杆的左端铰接，所述脚踏安装杆的右端与所述右长度可调杆的上端铰接，所述右长度可调杆的下端与所述支撑装置连接杆的上端固接，且所述脚踏安装杆、所述下长杆、所述左长度可调杆和所述右长度可调杆构成平行四边形机构，所述脚踏安装杆的左端向左伸出有脚踏支撑件，所述脚踏位置可调地固定在所述脚踏支撑件上，所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左长度可调杆的下端构成复合铰链，所述脚踏的固定点、所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左长度可调杆的下端的复合铰接点、所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置的铰接点三点共线。
3.如权利要求2所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述等比调节机构还包括中间长度可调杆，所述中间长度可调杆的上端铰接在所述脚踏安装杆的中部，所述中间长度可调杆的下端铰接在所述下长杆的中部，且所述中间长度可调杆、所述脚踏安装杆、所述下长杆和所述左长度可调杆构成平行四边形机构。
4.如权利要求2所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述等比调节机构还包括上长杆、左短杆和右短杆，所述左短杆的下端与所述左长度可调杆的上端同轴固接，所述右短杆的下端与所述右长度可调杆的上端同轴固接，所述上长杆的左端与所述左短杆的上端连接，所述上长杆的右端与所述右短杆的上端连接，且所述下长杆与所述上长杆等长，所述右短杆与所述左短杆等长。
5.如权利要求1所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述等比调节机构包括脚踏、支撑装置连接杆、脚踏安装杆、下长杆、左调节杆以及右调节杆，所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置铰接，所述支撑装置连接杆的上端与所述下长杆的右端铰接，所述下长杆的左端与所述左调节杆的下端铰接，所述右调节杆的下端与所述支撑装置连接杆的上端固接，所述脚踏安装杆的左端位置可调地铰接在所述左调节杆上，所述脚踏安装杆的右端位置可调地铰接在所述右调节杆上，且所述脚踏安装杆、所述下长杆、所述左调节杆和所述右调节杆构成平行四边形机构，所述脚踏安装杆的左端向左伸出有脚踏支撑件，所述脚踏位置可调地固定在所述脚踏支撑件上，所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左调节杆的下端构成复合铰链，所述脚踏的固定点、所述康复执行机构的运动末端与所述下长杆的左端和所述左调节杆的下端的复合铰接点、所述支撑装置连接杆的下端与所述支撑装置的铰接点三点共线。
6.如权利要求5所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述左调节杆和所述右调节杆上均开有多个沿所述左调节杆和所述右调节杆的长度方向间隔分布的安装孔，所述脚踏安装杆的左端可铰接在所述左调节杆上的任意一个安装孔内，所述脚踏安装杆的右端可铰接在所述右调节杆上的任意一个安装孔内，以此实现所述脚踏安装杆的左端位置可调地铰接在所述左调节杆上，所述脚踏安装杆的右端位置可调地铰接在所述右调节杆上。
7.如权利要求2至6中任一项所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述脚踏通过以下结构实现位置可调地固定在所述脚踏支撑件上：所述脚踏支撑件上开有左右延伸的第一滑槽，所述脚踏滑动安装在所述第一滑槽内，所述脚踏在位置确定后通过固定件进行固定。
8.如权利要求2至6中任一项所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述脚踏支撑件上设有刻度。
9.如权利要求1至6中任一项所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述康复执行机构包括调整盘、摇杆、连杆以及曲柄，所述调整盘的中心与所述支撑装置铰接，所述调整盘上设有沿直径方向延伸的第二滑槽，所述摇杆的一端铰接有滑块，所述滑块滑动安装在所述第二滑槽内，所述摇杆的另一端即为所述康复执行机构的运动末端，所述连杆的一端铰接在所述摇杆的中部，所述连杆的另一端与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与动力装置的输出端连接。
10.如权利要求9所述的等比可调下肢康复机器人，其特征在于：所述动力装置设置在所述支撑装置上。
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2018
- 2018-05-09 CN CN201810435503.XA patent/CN108553268A/zh active Pending
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