CN109044733A - 一种移动式下肢康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
一种移动式下肢康复训练机器人，大腿连杆、小腿连杆和足部踏板均位于支架外部的一侧；足部踏板的一侧固定连接有连接耳板；旋转驱动机构一端为旋转部，另一端为固定部；旋转驱动机构的数量为三个，分别为旋转驱动机构一、旋转驱动机构二和旋转驱动机构三；旋转驱动机构一通过其固定部固定连接在支架的上部，旋转驱动机构一的旋转部与大腿连杆的上端固定连接，大腿连杆的下端和小腿连杆的上端分别与旋转驱动机构二的两端固定连接；小腿连杆的下端和连接耳板分别与旋转驱动机构三的两端固定连接。该装置结构简单、成本低，能够便捷地完成复杂的理疗训练运动，其理疗效果好，且体积小，适合患者在家中使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种下肢康复训练装置，具体是一种移动式下肢康复训练机器人，属于康复医疗设备技术领域。
背景技术
脑血管疾病、神经受损、意外交通事故等造成的偏瘫给患者、家属带来了不幸。全世界偏瘫患者特别是在60岁以上的老人当中呈明显上升趋势，这引起了社会的广泛关注，也促使肢体康复技术的研究成为热点。
在早期的肢体康复治疗中，大多是由人工理疗完成的，这项工作重复性极高、劳动强度大，对理疗师的身、心都是一种考验。随着机器人技术的不断发展，下肢康复机器人技术一直是该领域主要的研究方向，目前下肢康复机器人已有产品进入临床使用，但这些机器人大多技术复杂，成本较高，难以推广应用，也有一些简单的康复设备，但其训练方法单一难以模拟理疗师的复杂运动，效果不理想。
发明内容
本发明提供一种下肢康复训练装置，该装置结构简单、成本低，能够便捷地完成复杂的理疗训练运动，其理疗效果好，且体积小，适合患者在家中使用。
为了实现上述目的，本发明提供一种移动式下肢康复训练机器人，包括支架、大腿连杆、小腿连杆、足部踏板和旋转驱动机构；
所述大腿连杆、小腿连杆和足部踏板均位于支架外部的一侧；足部踏板的一侧固定连接有连接耳板；
所述旋转驱动机构分别为旋转驱动机构一、旋转驱动机构二和旋转驱动机构三，所述旋转驱动机构一、旋转驱动机构二和旋转驱动机构三相对的两端分别为固定部和与固定部转动配合的旋转输出部；
旋转驱动机构一通过其固定部固定连接在支架的上部，旋转驱动机构一的旋转部与大腿连杆的上端固定连接，大腿连杆的下端和小腿连杆的上端分别与旋转驱动机构二的两端固定连接；小腿连杆的下端和连接耳板分别与旋转驱动机构三的两端固定连接。
作为一种优选的方案，所述旋转驱动机构为减速电机或者为电动旋转台。
作为另一种优选的方案，所述旋转驱动机构一由电机一和减速机一组成；旋转驱动机构二由电机二和减速机二组成；旋转驱动机构三由电机三和减速机三组成。
作为一种优选的方式，电机二和减速机二分别固定连接在小腿连杆上端的两侧，且电机二的输出轴由开设在小腿连杆上端中心区域的第一通孔穿过并与减速机二的输入端连接，减速机二的输出端与大腿连杆下端固定连接；电机三和减速机三分别固定连接在连接耳板的两侧，且电机三的输出轴由开设在连接耳板中心区域的第二通孔穿过并与减速机三的输入端连接，减速机三的输出端与小腿连杆的下端固定连接。
作为另一种优选的方式，电机二和减速机二分别固定连接在大腿连杆下端的两侧，且电机二的输出轴由开设在大腿连杆下端中心区域的通孔穿过并与减速机二的输入端连接，减速机二的输出端与小腿连杆的上端固定连接；电机三和减速机三分别固定连接在小腿连杆下端的两侧，且电机三的输出轴由开设在小腿连杆下端中心区域的通孔穿过并与减速机三的输入端连接，减速机三的输出端与连接耳板固定连接。
作为一种优选的方式，旋转驱动机构二的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆的上端里侧和大腿连杆的下端里侧固定连接；旋转驱动机构三的固定部和旋转输出部分别与连接耳板的里侧和小腿连杆的下端里侧固定连接。
作为另一种优选的方式，旋转驱动机构二的固定部和旋转输出部分别与大腿连杆的下端里侧和小腿连杆的上端里侧固定连接；旋转驱动机构三的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆的下端里侧和连接耳板的里侧固定连接。
进一步地，为了有效地降低电机的功率，所述电机一、电机二和电机三均为步进电机，所述减速机一、减速机二和减速机三均为谐波减速机。
进一步地，为了能使电机与减速机之间的拆装过程更方便，电机一和减速机一之间通过髋关节连接法兰进行连接；电机二和减速机二之间通过膝关节连接法兰进行连接；电机三和减速机三之间通过踝关节连接法兰进行连接。
进一步地，为了方便移动，所述支架的底端安装有带刹车的滚轮。
本发明中，大腿连杆通过旋转驱动机构一与支架连接，大腿连杆和小腿连杆之间通过旋转驱动机构二连接，小腿连杆与足部踏板之间通过旋转驱动机构三连接，这样，采用三个旋转驱动机构控制，有效的增加了机器人动作的自由度，该控制方式可形成多种理疗运动曲线。另外，采用电机和减速机的结合来构建髋关节、膝关节和踝关节，在保证了大腿连杆、小腿连杆和足部踏板转动的灵活度的前提下，有效减少了构件的数量，对康复训练机构人的结构进行了有效的简化，有效降低其制造成本，便于该康复训练机器人的推广应用。本发明采用大减速比的谐波减速机来配合步进电机进行传动，在一定的转矩下可以有效地降低电机的功率，并有效减小了关节的体积和重量；在支架的下方装设带刹车的滚轮以方便机器人的移动；该机器人理疗效果好、体积小、重量轻、移动方便，便于在家中使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是一个实施例的俯视图；
图3是另一个实施例的俯视图。
图中：1、支架，2、旋转驱动机构一，3、髋关节连接法兰，4、旋转驱动机构二，5、大腿连杆，6、旋转驱动机构三，7、小腿连杆，8、第一通孔，9、第二通孔，10、电机一，11、膝关节连接法兰，12、减速机一，13、足部踏板,14、连接耳板，15、电机二,16、减速机二，17、电机三，18、踝关节连接法兰，19、滚轮，20、减速机三。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种移动式下肢康复训练机器人，包括支架1、大腿连杆5、小腿连杆7、足部踏板13和旋转驱动机构；
所述大腿连杆5、小腿连杆7和足部踏板13均位于支架1外部的一侧；足部踏板13的一侧固定连接有连接耳板14；
作为进一步改进，足部踏板13在背离连接耳板14的一侧可以连接有布套或固定套或者鞋套，以形成一个可以便于束缚患者的脚部与足部踏板13的机构。当然，也可以根据患者的情况进行选择，也可以不采用布套或固定套或者鞋套，在使用时，患者直接将其脚部抵在踏板13的表面上。
所述旋转驱动机构分别为旋转驱动机构一2、旋转驱动机构二4和旋转驱动机构三6，所述旋转驱动机构一2、旋转驱动机构二4和旋转驱动机构三6相对的两端分别为固定部和与固定部转动配合的旋转输出部；其中旋转驱动机构可以为减速电机，当为减速电机时，固定部为其机壳，旋转输出部为其输出轴；旋转机构还可以采用电机与减速机连接后组成的一体机构，当采用该结构时，电机的机壳作为固定部，减速机的输出轴为旋转输出部；旋转机构还可以采用电动旋转平台，这时，其底座为固定部，旋转平台为旋转输出部。
旋转驱动机构一2通过其固定部固定连接在支架1的上部，旋转驱动机构一2的旋转输出部与大腿连杆5的上端固定连接，大腿连杆5的下端和小腿连杆7的上端分别与旋转驱动机构二4的两端固定连接；小腿连杆7的下端和连接耳板14分别与旋转驱动机构三6的两端固定连接。这里提到的固定连接可以采用焊接、也可以采用螺栓连接，还可以采用铆接等。
如图1和图2所示，当旋转驱动机构采用电机与减速机连接后组成的一体机构时，具体地，所述旋转驱动机构一2由电机一10和减速机一12组成；旋转驱动机构二4由电机二15和减速机二16组成；旋转驱动机构三6由电机三17和减速机三20组成。在该技术方案下，至少存在以下四个实施例的连接方式：
实施例1：电机二15和减速机二16分别固定连接在小腿连杆7上端的两侧，且电机二15的输出轴由开设在小腿连杆7上端中心区域的第一通孔8穿过并与减速机二16的输入端连接，减速机二16的输出端与大腿连杆5下端固定连接；电机三17和减速机三20分别固定连接在连接耳板14的两侧，且电机三17的输出轴由开设在连接耳板14中心区域的第二通孔9穿过并与减速机三20的输入端连接，减速机三20的输出端与小腿连杆7的下端固定连接。这做为本申请的一个优选实施例，在该种情况下小腿连杆7与大腿连杆5之间的间隙可以较小，利于整机尺寸的小巧化。
实施例2，电机二15和减速机二16分别固定连接在大腿连杆5下端的两侧，且电机二15的输出轴由开设在大腿连杆5下端中心区域的通孔穿过并与减速机二16的输入端连接，减速机二16的输出端与小腿连杆7的上端固定连接；电机三17和减速机三20分别固定连接在小腿连杆7下端的两侧，且电机三17的输出轴由开设在小腿连杆下端中心区域的通孔穿过并与减速机三20的输入端连接，减速机三20的输出端与连接耳板14固定连接。
实施例3：电机二15和减速机二16分别固定连接在小腿连杆7上端的两侧，且电机二15的输出轴由开设在小腿连杆7上端中心区域的第一通孔8穿过并与减速机二16的输入端连接，减速机二16的输出端与大腿连杆5下端固定连接；电机三17和减速机三20分别固定连接在小腿连杆7下端的两侧，且电机三17的输出轴由开设在小腿连杆下端中心区域的第四通孔穿过并与减速机三20的输入端连接，减速机三20的输出端与连接耳板14固定连接。
实施例4：电机二15和减速机二16分别固定连接在大腿连杆5下端的两侧，且电机二15的输出轴由开设在大腿连杆5下端中心区域的第三通孔穿过并与减速机二16的输入端连接，减速机二16的输出端与小腿连杆7的上端固定连接；电机三17和减速机三20分别固定连接在连接耳板14的两侧，且电机三17的输出轴由开设在连接耳板14中心区域的第二通孔9穿过并与减速机三20的输入端连接，减速机三20的输出端与小腿连杆7的下端固定连接。
作为一种优选的方案，所述电机一10、电机二15和电机三17均为步进电机，所述减速机一12、减速机二16和减速机三20均为谐波减速机，采用谐波减速机来配合步进电机进行传动，由于谐波减速机本身具有传动比大、体积小、重量轻的特点，因而能保证在一定的转矩下有效地降低电机的功率，并减小关节的体积和重量。进一步地，为了方便拆装电机与减速机，电机一10和减速机一12之间通过髋关节连接法兰3连接；电机二15和减速机二16之间通过膝关节连接法兰11连接；电机三17和减速机三20之间通过踝关节连接法兰18连接。
如图1和图3所示，当旋转驱动机构采用减速电机或者为电动旋转台时，至少存在以下四个实施例：
实施例1：旋转驱动机构二4的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆7的上端里侧和大腿连杆5的下端里侧固定连接；旋转驱动机构三6的固定部和旋转输出部分别与连接耳板14的里侧和小腿连杆7的下端里侧固定连接。
实施例2：旋转驱动机构二4的固定部和旋转输出部分别与大腿连杆5的下端里侧和小腿连杆7的上端里侧固定连接；旋转驱动机构三6的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆7的下端里侧和连接耳板14的里侧固定连接。
实施例3：旋转驱动机构二4的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆7的上端里侧和大腿连杆5的下端里侧固定连接；旋转驱动机构三6的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆7的下端里侧和连接耳板14的里侧固定连接。
实施例4：旋转驱动机构二4的固定部和旋转输出部分别与大腿连杆5的下端里侧和小腿连杆7的上端里侧固定连接；旋转驱动机构三6的固定部和旋转输出部分别与连接耳板14的里侧和小腿连杆7的下端里侧固定连接。
作为进一步的改进，所述支架1的底端安装有带刹车的滚轮19，以方便机器人的移动和位置固定。
使用时，将该机器人移动到患者的床边，利用刹车装置将滚轮19进行位置固定；将患者的脚部由设置在足部踏板13上的布套或固定套或鞋套与足部踏板13进行固定，以保证脚部与足部踏板13的稳定连接。
第一动作工况：在仅控制旋转驱动机构三6旋转输出部转动的条件下，这个过程通过电机三17控制减速三20动作完成。旋转驱动机构三6旋转输出部可以往复转动，也可以正方向或反方向单向转动，这样即可以实现多种曲线(足部踏板13绕连接耳板14的旋转中心进行单向顺时针旋转、单向逆时针旋转、往复式旋转动作)的康复动作。
第二动作工况：在仅控制旋转驱动机构二4旋转输出部转动的条件下，这个过程通过电机二15控制减速二16动作完成。旋转驱动机构二4旋转输出部可以往复转动，也可以正方向或反方向单向转动，这样即可以实现多种曲线(足部踏板13绕小腿连杆7的旋转中心进行单向顺时针旋转、单向逆时针旋转、往复式旋转动作)的康复动作。
第三动作工况：在仅控制旋转驱动机构一2旋转输出部转动的条件下，这个过程通过电机一10控制减速一12动作完成。旋转驱动机构一2旋转输出部可以往复转动，也可以正方向或反方向单向转动，这样即可以实现多种曲线(足部踏板13绕大腿连杆5的旋转中心进行单向顺时针旋转、单向逆时针旋转、往复式旋转动作，且该工况下旋转半径可以通过大腿连杆5和小腿连杆7之间的夹角进行调节)的康复动作。
第四动作工况：同时控制旋转驱动机构三6和旋转驱动机构二4的旋转输出部动作。该工况下，旋转驱动机构三6与旋转驱动机构二4之间可以实现组合动作，该组合动作中旋转驱动机构三6可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，旋转驱动机构二4亦可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，这样即可以实现多种曲线的康复动作，即在足部踏板13在绕小腿连杆7上端的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转或往复式旋转动作的过程中，足部踏板13还可以绕连接耳板14的旋转中心进行单向顺时针旋转、单向逆时针旋转、往复式旋转动作。
第五动作工况：同时控制旋转驱动机构二4和旋转驱动机构一2的旋转输出部动作。该工况下，旋转驱动机构二4与旋转驱动机构一2之间可以实现组合动作，该组合动作中旋转驱动机构一2可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，旋转驱动机构二4亦可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，这样即可以实现多种曲线的康复动作，即足部踏板13在绕大腿连杆5上端的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转或往复式旋转动作过程中，足部踏板13还可以绕小腿连杆7上端的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转功往复式旋转动作，该工况下旋转半径是随时变化的。
第六动作工况：同时控制旋转驱动机构三6和旋转驱动机构一2的旋转输出部动作。该工况下，旋转驱动机构三6与旋转驱动机构一2之间可以实现组合动作，该组合动作中旋转驱动机构一2可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，旋转驱动机构三6亦可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，这样即可以实现多种曲线的康复动作。即足部踏板13在绕大腿连杆5上端的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转或往复式旋转动作过程中，足部踏板13还可以绕连接耳板14的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转功往复式旋转动作，该工况下旋转半径是随时变化的。
第七动作工况：同时控制旋转驱动机构一2、旋转驱动机构二4和旋转驱动机构三6的旋转输出部动作，旋转驱动机构三6、旋转驱动机构二4与旋转驱动机构一2之间可以实现组合动作，该组合动作中旋转驱动机构一2可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，旋转驱动机构二4可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，旋转驱动机构三6亦可以做往复转动、正方向或反方向单向转动中的一种动作，这样即可以实现多种曲线的康复动作。即在足部踏板13在绕大腿连杆5上端的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转或往复式旋转动作的过程中，足部踏板13不仅可以绕小腿连杆7上端的旋转中心进行单向顺时针旋转或单向逆时针旋转功往复式旋转动作，还可以绕连接耳板14的旋转中心进行单向顺时针旋转、单向逆时针旋转、往复式旋转动作。
通过以上多种动作工况能有效对患者进行康复训练，其灵活度高，操作过程简单，康复效果理想。
Claims (10)
1.一种移动式下肢康复训练机器人，包括支架(1)，其特征在于，还包括大腿连杆(5)、小腿连杆(7)、足部踏板(13)和旋转驱动机构；
所述大腿连杆(5)、小腿连杆(7)和足部踏板(13)均位于支架(1)外部的一侧；足部踏板(13)的一侧固定连接有连接耳板(14)；
所述旋转驱动机构分别为旋转驱动机构一(2)、旋转驱动机构二(4)和旋转驱动机构三(6)，所述旋转驱动机构一(2)、旋转驱动机构二(4)和旋转驱动机构三(6)相对的两端分别为固定部和与固定部转动配合的旋转输出部；
旋转驱动机构一(2)通过其固定部固定连接在支架(1)的上部，旋转驱动机构一(2)的旋转部与大腿连杆(5)的上端固定连接，大腿连杆(5)的下端和小腿连杆(7)的上端分别与旋转驱动机构二(4)的两端固定连接；小腿连杆(7)的下端和连接耳板(14)分别与旋转驱动机构三(6)的两端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，所述旋转驱动机构为减速电机或者为电动旋转台。
3.根据权利要求1所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，所述旋转驱动机构一(2)由电机一(10)和减速机一(12)组成；旋转驱动机构二(4)由电机二(15)和减速机二(16)组成；旋转驱动机构三(6)由电机三(17)和减速机三(20)组成。
4.根据权利要求3所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，电机二(15)和减速机二(16)分别固定连接在小腿连杆(7)上端的两侧，且电机二(15)的输出轴由开设在小腿连杆(7)上端中心区域的第一通孔(8)穿过并与减速机二(16)的输入端连接，减速机二(16)的输出端与大腿连杆(5)下端固定连接；电机三(17)和减速机三(20)分别固定连接在连接耳板(14)的两侧，且电机三(17)的输出轴由开设在连接耳板(14)中心区域的第二通孔(9)穿过并与减速机三(20)的输入端连接，减速机三(20)的输出端与小腿连杆(7)的下端固定连接。
5.根据权利要求3所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，电机二(15)和减速机二(16)分别固定连接在大腿连杆(5)下端的两侧，且电机二(15)的输出轴由开设在大腿连杆(5)下端中心区域的通孔穿过并与减速机二(16)的输入端连接，减速机二(16)的输出端与小腿连杆(7)的上端固定连接；电机三(17)和减速机三(20)分别固定连接在小腿连杆(7)下端的两侧，且电机三(17)的输出轴由开设在小腿连杆下端中心区域的通孔穿过并与减速机三(20)的输入端连接，减速机三(20)的输出端与连接耳板(14)固定连接。
6.根据权利要求2所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，旋转驱动机构二(4)的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆(7)的上端里侧和大腿连杆(5)的下端里侧固定连接；旋转驱动机构三(6)的固定部和旋转输出部分别与连接耳板(14)的里侧和小腿连杆(7)的下端里侧固定连接。
7.根据权利要求2所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，旋转驱动机构二(4)的固定部和旋转输出部分别与大腿连杆(5)的下端里侧和小腿连杆(7)的上端里侧固定连接；旋转驱动机构三(6)的固定部和旋转输出部分别与小腿连杆(7)的下端里侧和连接耳板(14)的里侧固定连接。
8.根据权利要求4或5所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，所述电机一(10)、电机二(15)和电机三(17)均为步进电机，所述减速机一(12)、减速机二(16)和减速机三(20)均为谐波减速机。
9.根据权利要求8所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，电机一(10)和减速机一(12)之间通过髋关节连接法兰(3)连接；电机二(15)和减速机二(16)之间通过膝关节连接法兰(11)连接；电机三(17)和减速机三(20)之间通过踝关节连接法兰(18)连接。
10.根据权利要求9所述的一种移动式下肢康复训练机器人，其特征在于，所述支架(1)的底端安装有带刹车的滚轮(19)。
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|---|---|---|---|---|
| CN109998859A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种下肢外骨骼机器人的过载打滑机构 |
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| CN202437606U (zh) * | 2012-01-14 | 2012-09-19 | 河南科技大学 | 下肢康复训练装置 |
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2018
- 2018-08-10 CN CN201810908720.6A patent/CN109044733A/zh active Pending
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