CN109771227A - 一种六足助力康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了六足助力康复机器人，包括六条机械腿和机架，六条机械腿均匀对称地分布在机架的两侧，机架的每侧设置有三条机械腿；所述机架包括机架上板、机架下板、推杆连接座、上下板连接件、钢管、钢管连接件和座椅；任意一条机械腿均包括机械腿连接件、第一板架、推杆连接件、机架推杆、步进电机、减速器、主动圆锥齿轮、从动圆锥齿轮、关节主动杆连接轴、关节主动杆、关节从动杆、第二板架、关节轴、机械腿推杆和足部；本发明采用了六足结构，相对于四足结构，有更好地稳定性，使用效果较好；相对于轮式结构，采用机械腿式结构能够对地形有更好地适应能力，且采用机械腿结构可以使机器上下楼梯，应用面更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及六足机器人领域，更具体的说，尤其涉及一种六足助力康复机器人。
背景技术
助力康复机器人是医疗服务机器人的一个重要分支，它的服务对象针对腿脚不便的老年人以及下肢伤残患者，用于帮助他们进行一定的体能康复训练以及助力行走。
现有的助力康复机器人虽然在一定程度上能够满足助行和康复训练的目的，但是由于助力康复机器人仍处于发展阶段，仍有各式各样的不足之处。例如申请号为CN106943282A的中国发明专利公开了一种多足助力康复机器人，包括腰带结构和仿生机械腿，提供一种平衡性较好、能源使用效率较高、有效适用于老年人和下肢残疾者的助力康复的多足助力康复机器人；申请号为CN107049715A的中国发明专利公开了一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，其采用了外骨骼的方式与患者的下肢相连接，以带弧度的腰部支撑杆承托患者的腰部，并且腿部长度可调；申请号为CN108635181A的中国发明专利公开了一种多功能助行康复训练机器人，包括固定架、位于所述固定架下端的底座、安装在所述固定架上的同步升降装置，其实用性强，生产成本低，安装方便；申请号为CN207693859U的中国实用新型专利公开了一种多足助力康复机器人，采用了腰带结构与仿生机械腿，提供了一种平衡性较好、能源使用效率较高、有效适用于老年人和下肢残疾者的助力康复的多足助力康复机器人。但是，上述的发明专利仍有不足之处，有的穿戴方式较为复杂，实用性不高，有的在使用时平衡性不好，并且下肢受力较多，影响使用时的舒适度，有的采用的轮式结构对地形的适应能力较差，足式机器人对地面的适应能力明显优于轮式机器人。
针对上述不足，需要设计开发一种助力康复机器人，能够弥补上述各缺点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的下肢伤残患者以及老年人行走困难，康复训练较为局限的问题以及现有的康复机器人价格昂贵、使用不方便等各种缺陷的问题，提出了一种六足助力康复机器人，可以解决现有的足式康复机器人使用不便，结构复杂，地形适应能力弱的缺点，采用坐式的使用方式，以帮助下肢伤残患者康复训练，帮助老年人的行动。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种六足助力康复机器人，包括六条机械腿和机架，六条机械腿均匀对称地分布在机架的两侧，机架的每侧设置有三条机械腿；
所述机架包括机架上板、机架下板、推杆连接座、上下板连接件、钢管、钢管连接件和座椅；所述机架上板与机架下板均呈U型，机架上板与机架下板的左右侧边端部、左右侧边中部和左右侧边底部分别连接一个机械腿；每条机械腿旁的机架下板上还设置有一个推杆连接座，机架上板与机架下板平行设置，机架上板与机架下板通过上下板连接件固定连接，所述钢管有两根且均呈U型，钢管连接件设置有四个通过螺钉固定在机架上板和机架下板上，四个钢管连接件呈方形分布，两根钢管的U型端部分别固定在四个钢管连接件上，座椅固定在两根钢管的U型底边上；
六条机械腿的结构完全相同，任意一条机械腿均包括机械腿连接件、第一板架、推杆连接件、机架推杆、步进电机、减速器、主动圆锥齿轮、从动圆锥齿轮、关节主动杆连接轴、关节主动杆、关节从动杆、第二板架、关节轴、机械腿推杆和足部；所述机械腿连接件通过一根竖直的铰接轴铰接在机架的机架上板和机架下板上，所述第一板架设置有两个且平行设置，两个第一板架的一端通过螺栓固定连接在机械腿连接件两侧，两个第一板架的另一端与两个第二板架的上端通过关节轴铰接；所述推杆连接件通过螺钉固定在第一板架外侧，机架推杆的一端铰接在推杆连接件上，另一端铰接在机架的推杆连接座上，机架推杆工作时带动相应的机械腿绕着机械腿连接件和机架的铰接轴旋转；所述步进电机固定在机械腿连接件底部，步进电机的输出轴通过减速器连接主动圆锥齿轮，所述从动圆锥齿轮通过键固定在关节主动杆连接轴上，且所述主动圆锥齿轮和从动圆锥齿轮相互啮合；所述关节主动杆一端与关节主动杆连接轴键固定连接，另一端与关节从动杆的一端铰接；所述关节从动杆的另一端与第二板架通过旋转轴铰接；所述机械腿推杆的上端与第二板架的中下端铰接；所述机械腿推杆的下端与足部的上端铰接；所述足部的中上端铰接在第二板架的下端；步进电机工作时通过减速器带动主动圆锥齿轮转动，从而带动从动圆锥齿轮和关节主动杆连接轴转动，进而带动关节主动杆绕关节主动杆连接轴进行转动，通过关节从动杆带动第二板架绕关节轴转动；机械腿推杆工作时带动足部绕足部与第二板架的铰接轴转动；
所述足部包括足部连接架、大减震弹簧、小减震弹簧、内柱、足底块和橡胶垫；所述足部连接架上端设置有上端连接点，足部连接架的侧面设置有下端连接点，足部连接架的上端连接点与机械腿推杆的下端铰接，足部连接架的下端连接点与第二板架的下端铰接；所述大减震弹簧一端与足部连接架连接，大减震弹簧的另一端与足底块连接；所述内柱上端置于足部连接架内部，大减震弹簧套装在内柱上；所述小减震弹簧置于足部连接架与内柱上端组成的空腔内，小减震弹簧上端与足部连接架连接，小减震弹簧下端与内柱连接；所述足底块上端面与内柱下端固定连接；所述橡胶垫通过螺栓固定连接于足底块的底部。
进一步的，所述座椅包括底板和靠背，座椅的底板通过螺栓与两根钢管固定连接，座椅的靠背底边连接在底板的一侧边上，座椅的靠背的上端通过螺栓固定在机架上板、机架下板的U型底边上。
进一步的，所述第二板架设置有平行设置的两块，两块第二板架的上端均与两块第一板架的一端铰接在同一根关节轴上。
进一步的，所述关节主动杆连接轴和关节轴的两端均通过轴承连接在第一板架上。
进一步的，所述关节主动杆连接轴穿过的第一板架的外侧安装有轴承端盖。
进一步的，所述机架上板和机架下板之间设置有多个用于支撑的螺柱，两块第二板架之间设有多个用于支撑的螺柱。
进一步的，所述步进电机与减速器均通过电机支架固定在第一板架上。
进一步的，所述足部的内柱下端与足底块通过球铰链连接。
设置垂直于地面方向为Z轴方向，且设定向上方向为Z轴正方向，设置垂直于Z轴方向的平面为X-Y平面，以机械腿和机架连接处设为第一关节，关节轴处为第二关节，足部连接架下连接点为第三关节。则本发明的工作过程如下：
六足助力康复机器人在控制下前进时，机械腿上第一板架上的步进电机带动主动圆锥齿轮转动，主动圆锥齿轮和从动圆锥齿轮啮合，从而带动从动圆锥齿轮、关节主动杆连接轴和关节主动杆转动，进而关节从动杆带动腿下部绕关节轴逆时针转动，完成“抬腿”动作。接着机架上的机架推杆带动第一板架上的推杆连接件运动从而使第一关节绕Z轴转动到一定位置后，第一板架上的第三不仅电机反转，主动圆锥齿轮带动从动圆锥齿轮、关节主动杆连接轴、关节主动杆转动，进而关节从动杆带动腿下部绕关节轴顺时针转动，完成“落腿”动作，从而向前迈进一步。在一个机械腿进行迈步动作时，剩下五个机械腿保持踩在地面的状态以保持整个机体的稳定性。由于本发明专利为助力康复机器人，因此使用者在使用机器时可能身体会有晃动，相对于四足结构，选择六足结构的原因之一便是六足结构在行走时稳定性更佳，并且，在机械腿部分，第二板架的推杆工作，足部的上连接点绕下连接点进行一定角度的旋转，从而调整机身，进行一定程度的侧摆，也可增加机身稳定性。
本发明的有益效果在于：本发明采用了六足结构，相对于四足结构，有更好地稳定性，使用效果较好；相对于轮式结构，采用机械腿式结构能够对地形有更好地适应能力，且采用机械腿结构可以使机器上下楼梯，应用面更加广泛；实用性高，即使是路面不平整，通过平衡装置的调整，也能在机械腿进行“抬腿”和“落腿”动作时保证使用者的平稳，工作空间大，运动惯性小，承载能力强等优点；对于康复训练来讲，可以采用坐姿进行，也可将座椅和钢管拆除采用站姿进行，在某种程度增加了这款助力康复机器人的适用范围。本发明结构简单紧凑，设计合理，加工和装配工艺良好。
附图说明
图1是本发明一种六足助力康复机器人的整体结构示意图。
图2是本发明机器人机械腿的结构示意图。
图3是本发明足部的结构示意图。
图4是本发明机架的结构示意图。
图中，1-机架、2-机架推杆、3-机械腿、4-机械腿连接件、5-步进电机、6-主动圆锥齿轮、7-从动圆锥齿轮、8-推杆连接件、9-关节主动杆、10-关节从动杆、11-第一板架、12-第二板架、13-机械腿推杆、14-足部、15-足部连接架、16-大减震弹簧、17-小减震弹簧、18-内柱、19-足底块、20-橡胶垫、21-左右侧边端部、22-左右侧边中、23-左右侧边底部、24-上下板连接件、25-钢管、26-钢管连接件、27-座椅。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～4所示，一种六足助力康复机器人，包括六条机械腿3和机架1，六条机械腿3均匀对称地分布在机架1的两侧，机架1的每侧设置有三条机械腿3。机架1整体呈U型，三条机械腿3分布在U型的机架1的左右两个侧边的前部、中部和后部。
所述机架1包括机架上板、机架下板、推杆连接座、上下板连接件24、钢管25、钢管连接件26和座椅27；所述机架上板与机架下板均呈U型，机架上板与机架下板的左右侧边端部21、左右侧边中部22和左右侧边底部23分别连接一个机械腿；其中左右侧边中部22向外侧凸出，将中部连接的机械腿向外部延伸出一段距离。
每条机械腿3旁的机架下板上还设置有一个推杆连接座，机架上板与机架下板平行设置，机架上板与机架下板通过上下板连接件24固定连接，所述钢管25有两根且均呈U型，钢管连接件26设置有四个通过螺钉固定在机架上板和机架下板上，四个钢管连接件26呈方形分布，两根钢管25的U型端部分别固定在四个钢管连接件26上，座椅27固定在两根钢管25的U型底边上。
六条机械腿3的结构完全相同，任意一条机械腿3均包括机械腿连接件4、第一板架11、推杆连接件8、机架推杆2、步进电机5、减速器、主动圆锥齿轮6、从动圆锥齿轮7、关节主动杆9连接轴、关节主动杆9、关节从动杆10、第二板架12、关节轴、机械腿推杆13和足部14；所述机械腿连接件4通过一根竖直的铰接轴铰接在机架1的机架上板和机架下板上，所述第一板架11设置有两个且平行设置，两个第一板架11的一端通过螺栓固定连接在机械腿连接件4两侧，两个第一板架11的另一端与两个第二板架12的上端通过关节轴铰接；所述推杆连接件8通过螺钉固定在第一板架11外侧，机架推杆2的一端铰接在推杆连接件8上，另一端铰接在机架1的推杆连接座上，机架推杆2工作时带动相应的机械腿3绕着机械腿连接件4和机架1的铰接轴旋转；所述步进电机5固定在机械腿连接件4底部，步进电机5的输出轴通过减速器连接主动圆锥齿轮6，所述从动圆锥齿轮7通过键固定在关节主动杆9连接轴上，且所述主动圆锥齿轮6和从动圆锥齿轮7相互啮合；所述关节主动杆9一端与关节主动杆9连接轴键固定连接，另一端与关节从动杆10的一端铰接；所述关节从动杆10的另一端与第二板架12通过旋转轴铰接；所述机械腿推杆13的上端与第二板架12的中下端铰接；所述机械腿推杆13的下端与足部14的上端铰接；所述足部14的中上端铰接在第二板架12的下端；步进电机5工作时通过减速器带动主动圆锥齿轮6转动，从而带动从动圆锥齿轮7和关节主动杆9连接轴转动，进而带动关节主动杆9绕关节主动杆9连接轴进行转动，通过关节从动杆10带动第二板架12绕关节轴转动；机械腿推杆13工作时带动足部14绕足部14与第二板架12的铰接轴转动。
所述足部14包括足部连接架15、大减震弹簧16、小减震弹簧17、内柱18、足底块19和橡胶垫20；所述足部连接架15上端设置有上端连接点，足部连接架15的侧面设置有下端连接点，足部连接架15的上端连接点与机械腿推杆13的下端铰接，足部连接架15的下端连接点与第二板架12的下端铰接；所述大减震弹簧16一端与足部连接架15连接，大减震弹簧16的另一端与足底块19连接；所述内柱18上端置于足部连接架15内部，大减震弹簧16套装在内柱18上；所述小减震弹簧17置于足部连接架15与内柱18上端组成的空腔内，小减震弹簧17上端与足部连接架15连接，小减震弹簧17下端与内柱18连接；所述足底块19上端面与内柱18下端固定连接；所述橡胶垫20通过螺栓固定连接于足底块19的底部。
所述座椅27包括底板和靠背，座椅27的底板通过螺栓与两根钢管25固定连接，座椅27的靠背底边连接在底板的一侧边上，座椅27的靠背的上端通过螺栓固定在机架上板、机架下板的U型底边上。
所述第二板架12设置有平行设置的两块，两块第二板架12的上端均与两块第一板架11的一端铰接在同一根关节轴上。
所述关节主动杆9连接轴和关节轴的两端均通过轴承连接在第一板架11上。
所述关节主动杆9连接轴穿过的第一板架11的外侧安装有轴承端盖。
所述第三步进电机56与第三减速器均通过第三电机支架固定在第一板架1112上。
所述机架上板和机架下板之间设置有多个用于支撑的螺柱，两块第二板架12之间设有多个用于支撑的螺柱。
所述步进电机5与减速器均通过电机支架固定在第一板架11上。
所述足部14的内柱18下端与足底块19通过球铰链连接。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (9)
1.一种六足助力康复机器人，其特征在于：包括六条机械腿(3)和机架(1)，六条机械腿(3)均匀对称地分布在机架(1)的两侧，机架(1)的每侧设置有三条机械腿(3)；
所述机架(1)包括机架上板、机架下板、推杆连接座、上下板连接件(24)、钢管(25)、钢管连接件(26)和座椅(27)；所述机架上板与机架下板均呈U型，机架上板与机架下板的左右侧边端部(21)、左右侧边中部(22)和左右侧边底部(23)分别连接一个机械腿；每条机械腿(3)旁的机架下板上还设置有一个推杆连接座，机架上板与机架下板平行设置，机架上板与机架下板通过上下板连接件(24)固定连接，所述钢管(25)有两根且均呈U型，钢管连接件(26)设置有四个通过螺钉固定在机架上板和机架下板上，四个钢管连接件(26)呈方形分布，两根钢管(25)的U型端部分别固定在四个钢管连接件(26)上，座椅(27)固定在两根钢管(25)的U型底边上；
六条机械腿(3)的结构完全相同，任意一条机械腿(3)均包括机械腿连接件(4)、第一板架(11)、推杆连接件(8)、机架推杆(2)、步进电机(5)、减速器、主动圆锥齿轮(6)、从动圆锥齿轮(7)、关节主动杆(9)连接轴、关节主动杆(9)、关节从动杆(10)、第二板架(12)、关节轴、机械腿推杆(13)和足部(14)；所述机械腿连接件(4)通过一根竖直的铰接轴铰接在机架(1)的机架上板和机架下板上，所述第一板架(11)设置有两个且平行设置，两个第一板架(11)的一端通过螺栓固定连接在机械腿连接件(4)两侧，两个第一板架(11)的另一端与两个第二板架(12)的上端通过关节轴铰接；所述推杆连接件(8)通过螺钉固定在第一板架(11)外侧，机架推杆(2)的一端铰接在推杆连接件(8)上，另一端铰接在机架(1)的推杆连接座上，机架推杆(2)工作时带动相应的机械腿(3)绕着机械腿连接件(4)和机架(1)的铰接轴旋转；所述步进电机(5)固定在机械腿连接件(4)底部，步进电机(5)的输出轴通过减速器连接主动圆锥齿轮(6)，所述从动圆锥齿轮(7)通过键固定在关节主动杆(9)连接轴上，且所述主动圆锥齿轮(6)和从动圆锥齿轮(7)相互啮合；所述关节主动杆(9)一端与关节主动杆(9)连接轴键固定连接，另一端与关节从动杆(10)的一端铰接；所述关节从动杆(10)的另一端与第二板架(12)通过旋转轴铰接；所述机械腿推杆(13)的上端与第二板架(12)的中下端铰接；所述机械腿推杆(13)的下端与足部(14)的上端铰接；所述足部(14)的中上端铰接在第二板架(12)的下端；步进电机(5)工作时通过减速器带动主动圆锥齿轮(6)转动，从而带动从动圆锥齿轮(7)和关节主动杆(9)连接轴转动，进而带动关节主动杆(9)绕关节主动杆(9)连接轴进行转动，通过关节从动杆(10)带动第二板架(12)绕关节轴转动；机械腿推杆(13)工作时带动足部(14)绕足部(14)与第二板架(12)的铰接轴转动；
所述足部(14)包括足部连接架(15)、大减震弹簧(16)、小减震弹簧(17)、内柱(18)、足底块(19)和橡胶垫(20)；所述足部连接架(15)上端设置有上端连接点，足部连接架(15)的侧面设置有下端连接点，足部连接架(15)的上端连接点与机械腿推杆(13)的下端铰接，足部连接架(15)的下端连接点与第二板架(12)的下端铰接；所述大减震弹簧(16)一端与足部连接架(15)连接，大减震弹簧(16)的另一端与足底块(19)连接；所述内柱(18)上端置于足部连接架(15)内部，大减震弹簧(16)套装在内柱(18)上；所述小减震弹簧(17)置于足部连接架(15)与内柱(18)上端组成的空腔内，小减震弹簧(17)上端与足部连接架(15)连接，小减震弹簧(17)下端与内柱(18)连接；所述足底块(19)上端面与内柱(18)下端固定连接；所述橡胶垫(20)通过螺栓固定连接于足底块(19)的底部。
2.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述座椅(27)包括底板和靠背，座椅(27)的底板通过螺栓与两根钢管(25)固定连接，座椅(27)的靠背底边连接在底板的一侧边上，座椅(27)的靠背的上端通过螺栓固定在机架上板、机架下板的U型底边上。
3.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述第二板架(12)设置有平行设置的两块，两块第二板架(12)的上端均与两块第一板架(11)的一端铰接在同一根关节轴上。
4.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述关节主动杆(9)连接轴和关节轴的两端均通过轴承连接在第一板架(11)上。
5.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述关节主动杆(9)连接轴穿过的第一板架(11)的外侧安装有轴承端盖。
6.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述第三步进电机(5)(6)与第三减速器均通过第三电机支架固定在第一板架(11)(12)上。
7.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述机架上板和机架下板之间设置有多个用于支撑的螺柱，两块第二板架(12)之间设有多个用于支撑的螺柱。
8.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述步进电机(5)与减速器均通过电机支架固定在第一板架(11)上。
9.根据权利要求1所述的一种六足助力康复机器人，其特征在于：所述足部(14)的内柱(18)下端与足底块(19)通过球铰链连接。
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