CN109771228A - 一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,包括机器人四肢、平衡装置和机架,平衡装置与机架固定连接,机器人四肢分别通过最上端的四肢连接件与机架连接在一起;所述机器人四肢为分布在带平衡装置的四足助力行走康复机器人的左前、右前、左后、右后四个方向的左前肢、右前肢、左后肢、右后肢;本发明四个机械腿的结构简单,整个机体的结构也较为简单,在保证其功能的情况下控制成本。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。
Description
技术领域
本发明涉及四足机器人领域,更具体的说,尤其涉及一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人。
背景技术
助力行走康复机器人在对下肢受到损伤患者的行走以及康复训练中起到了至关重要的作用,它可以为患者提供助行、支撑以及保护的作用。
现有的助力行走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,但是仍有各式各样的不足之处。例如申请号为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,上述的发明专利和实用新型专利有的使用时需要穿戴在身上,过程较为繁琐,转向不方便,且遇到路面不平整的情况时会对助行产生影响,有的没有减震装置,会导致在行走时机器的震动过大影响到使用者,且对机器本身造成损伤。而目前外骨骼技术尚在发展阶段,其结构较为复杂,造价过于昂贵。
针对上述不足,需要设计开发一种助力行走康复机器人,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,提出了一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,可以解决现有的助力康复机器人结构复杂,造价昂贵,使用不便的缺点,以帮助下肢伤残患者的康复以及缓解老年人行走困难的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,包括机器人四肢、平衡装置和机架,平衡装置与机架固定连接,机器人四肢分别通过最上端的四肢连接件与机架连接在一起;所述机器人四肢为分布在带平衡装置的四足助力行走康复机器人的左前、右前、左后、右后四个方向的左前肢、右前肢、左后肢、右后肢;
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、钢管和钢管连接件;所述机架上板与机架下板平行设置且结构相同,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,平衡装置固定在两根钢管上;推杆连接座固定在机架下板的底部;
所述平衡装置包括底座、第一步进电机、第二步进电机、第一减速器、第二减速器、椭圆环和座椅连接件,所述椭圆环长轴一端通过旋转轴连接固定在底座上的旋转座,椭圆环长轴另一端通过第一减速器连接第一步进电机,第一步进电机和第一减速器通过第一电机座固定在底座上;所述座椅连接件一端通过旋转轴连接在椭圆环短轴的一端,座椅连接件的另一端通过穿过椭圆环短轴另一端的旋转轴连接第二减速器和第二步进电机,第二减速器和第二步进电机通过第二电机座固定在椭圆环上;
所述左前肢、右前肢、左后肢、右后肢的结构完全相同,任意一条四肢的结构均包括第一板架、推杆连接件、第三步进电机、第三减速器、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、机架推杆和足部;所述四肢连接件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四肢连接件两侧,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器人四肢绕着四肢连接件和机架的铰接轴旋转;所述第三步进电机固定在四肢连接件底部,第三步进电机的输出轴通过第三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;第三步进电机工作时通过第三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,所述第三步进电机与第三减速器均通过第三电机支架固定在第一板架上。
进一步的,所述平衡装置中第一步进电机与第一减速器控制椭圆环、座椅连接座、第二步进电机、第二联轴器和第二电机座组成的整体绕X轴转动,第二步进电机与第二减速器控制座椅连接座绕Y轴转动。
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:
四足助力行走康复机器人在控制下前进时,机械腿上第一板架上的第三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,剩下三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行走康复机器人,因此使用者在使用机器时可能身体会有晃动,为了进一步增加机体的稳定性,使机器不会随使用者晃动,在机架内设有一平衡装置,在机械腿的下方设第三关节也有保持机身稳定的作用。具体实施方法为在机身发生倾斜晃动时,平衡装置的第一步进电机和第二步进电机电机工作,通过调整座椅连接座绕X和Y转动角度来保证使用者坐得平稳;而机械腿部分,第二板架的机械腿推杆工作,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,增加机身稳定性。
本发明的有益效果在于:本发明四个机械腿的结构简单,整个机体的结构也较为简单,在保证其功能的情况下控制成本。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。采用四足的结构样式使整个机体也具有一定的稳定性,其具有结构简单紧凑,设计合理,加工和装配工艺良好等优点。
附图说明
图1是本发明一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人的整体结构示意图。
图2是本发明机器人四肢中任意一肢的结构示意图。
图3是本发明足部的结构示意图。
图4是本发明平衡装置的结构示意图。
图5是本发明机架的结构示意图。
图中,1-机架、2-左后肢、3-平衡装置、4-机架推杆、5-四肢连接件、6-第三步进电机、7-主动圆锥齿轮、8-从动圆锥齿轮、9-推杆连接件、10-关节主动杆、11-关节从动杆、12-第一板架、13-第二板架、14-机械腿推杆、15-足部、16-足部连接架、17-大减震弹簧、18-小减震弹簧、19-内柱、20-足底块、21-橡胶垫、22-底座、23-第一步进电机、24-第一减速器、25-第二步进电机、26-第二减速器、27-椭圆环、28-座椅连接件、29-钢管连接件、30-钢管、31-机架上板、32-机架下板、33-推杆连接座、34-上下板连接件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1~5所示,一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,包括机器人四肢、平衡装置3和机架1,平衡装置3与机架1固定连接,机器人四肢分别通过最上端的四肢连接件5与机架1连接在一起;所述机器人四肢为分布在带平衡装置的四足助力行走康复机器人的左前、右前、左后、右后四个方向的左前肢、右前肢、左后肢2、右后肢。
所述机架1包括机架上板31、机架下板32、推杆连接座33、上下板连接件34、钢管30和钢管连接件29;所述机架上板31与机架下板32平行设置且结构相同,机架上板31与机架下板32通过上下板连接件34固定连接,所述钢管30有两根且均呈U型,钢管连接件29设置有四个通过螺钉固定在机架上板31和机架下板32上,四个钢管连接件29呈方形分布,两根钢管30的U型端部分别固定在四个钢管连接件29上,平衡装置3固定在两根钢管30上;推杆连接座33固定在机架下板32的底部。
所述平衡装置3包括底座22、第一步进电机23、第二步进电机25、第一减速器24、第二减速器26、椭圆环27和座椅连接件28,所述椭圆环27长轴一端通过旋转轴连接固定在底座22上的旋转座,椭圆环27长轴另一端通过第一减速器24连接第一步进电机23,第一步进电机23和第一减速器24通过第一电机座固定在底座22上;所述座椅连接件28一端通过旋转轴连接在椭圆环27短轴的一端,座椅连接件28的另一端通过穿过椭圆环27短轴另一端的旋转轴连接第二减速器26和第二步进电机25,第二减速器26和第二步进电机25通过第二电机座固定在椭圆环27上。
所述左前肢、右前肢、左后肢2、右后肢的结构完全相同,任意一条四肢的结构均包括第一板架12、推杆连接件9、第三步进电机6、第三减速器、主动圆锥齿轮7、从动圆锥齿轮8、关节主动杆连接轴、关节主动杆10、关节从动杆11、第二板架13、关节轴、机械腿推杆14、机架推杆4和足部15;所述四肢连接件5铰接在机架1的机架上板31和机架下板32上,所述第一板架12设置有两个且平行设置,两个第一板架12的一端通过螺栓固定连接在四肢连接件5两侧,两个第一板架12的另一端与两个第二板架13的上端通过关节轴铰接;所述推杆连接件9通过螺钉固定在第一板架12外侧,机架推杆4的一端铰接在推杆连接件9上,另一端铰接在机架1的推杆连接座33上,机架推杆4工作时带动相应的机器人四肢绕着四肢连接件5和机架1的铰接轴旋转;所述第三步进电机6固定在四肢连接件5底部,第三步进电机6的输出轴通过第三减速器连接主动圆锥齿轮7,所述从动圆锥齿轮8通过键固定在关节主动杆连接轴上,且所述主动圆锥齿轮7和从动圆锥齿轮8相互啮合;所述关节主动杆10一端与关节主动杆连接轴键固定连接,另一端与关节从动杆11的一端铰接;所述关节从动杆11的另一端与第二板架13通过旋转轴铰接;所述机械腿推杆14的上端与第二板架13的中下端铰接;所述机械腿推杆14的下端与足部15的上端铰接;所述足部15的中上端铰接在第二板架13的下端;第三步进电机6工作时通过第三减速器带动主动圆锥齿轮7转动,从而带动从动圆锥齿轮8和关节主动杆连接轴转动,进而带动关节主动杆10绕关节主动杆连接轴进行转动,通过关节从动杆11带动第二板架13绕关节轴转动;机械腿推杆14工作时带动足部15绕足部15与第二板架13的铰接轴转动。
所述足部15包括足部连接架16、大减震弹簧17、小减震弹簧18、内柱19、足底块20和橡胶垫21;所述足部连接架16上端设置有上端连接点,足部连接架16的侧面设置有下端连接点,足部连接架16的上端连接点与机械腿推杆14的下端铰接,足部连接架16的下端连接点与第二板架13的下端铰接;所述大减震弹簧17一端与足部连接架16连接,大减震弹簧17的另一端与足底块20连接;所述内柱19上端置于足部连接架16内部,大减震弹簧17套装在内柱19上;所述小减震弹簧18置于足部连接架16与内柱19上端组成的空腔内,小减震弹簧18上端与足部连接架16连接,小减震弹簧18下端与内柱19连接;所述足底块20上端面与内柱19下端固定连接;所述橡胶垫21通过螺栓固定连接于足底块20的底部
所述第二板架13设置有平行设置的两块,两块第二板架13的上端均与两块第一板架12的一端铰接在同一根关节轴上。
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12上。
所述关节主动杆连接轴穿过的第一板架12的外侧安装有轴承端盖。
所述机架上板31和机架下板32之间设置有多个用于支撑的螺柱,两块第二板架13之间设有多个用于支撑的螺柱。
所述第三步进电机6与第三减速器均通过第三电机支架固定在第一板架12上。
所述平衡装置3中第一步进电机23与第一减速器24控制椭圆环27、座椅连接座、第二步进电机25、第二联轴器和第二电机座组成的整体绕X轴转动,第二步进电机25与第二减速器26控制座椅连接座绕Y轴转动。
所述足部15的内柱19下端与足底块20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 (8)
1.一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:包括机器人四肢、平衡装置(3)和机架(1),平衡装置(3)与机架(1)固定连接,机器人四肢分别通过最上端的四肢连接件(5)与机架(1)连接在一起;所述机器人四肢为分布在带平衡装置的四足助力行走康复机器人的左前、右前、左后、右后四个方向的左前肢、右前肢、左后肢(2)、右后肢;
所述机架(1)包括机架上板(31)、机架下板(32)、推杆连接座(33)、上下板连接件(34)、钢管(30)和钢管连接件(29);所述机架上板(31)与机架下板(32)平行设置且结构相同,机架上板(31)与机架下板(32)通过上下板连接件(34)固定连接,所述钢管(30)有两根且均呈U型,钢管连接件(29)设置有四个通过螺钉固定在机架上板(31)和机架下板(32)上,四个钢管连接件(29)呈方形分布,两根钢管(30)的U型端部分别固定在四个钢管连接件(29)上,平衡装置(3)固定在两根钢管(30)上;推杆连接座(33)固定在机架下板(32)的底部;
所述平衡装置(3)包括底座(22)、第一步进电机(23)、第二步进电机(25)、第一减速器(24)、第二减速器(26)、椭圆环(27)和座椅连接件(28),所述椭圆环(27)长轴一端通过旋转轴连接固定在底座(22)上的旋转座,椭圆环(27)长轴另一端通过第一减速器(24)连接第一步进电机(23),第一步进电机(23)和第一减速器(24)通过第一电机座固定在底座(22)上;所述座椅连接件(28)一端通过旋转轴连接在椭圆环(27)短轴的一端,座椅连接件(28)的另一端通过穿过椭圆环(27)短轴另一端的旋转轴连接第二减速器(26)和第二步进电机(25),第二减速器(26)和第二步进电机(25)通过第二电机座固定在椭圆环(27)上;
所述左前肢、右前肢、左后肢(2)、右后肢的结构完全相同,任意一条四肢的结构均包括第一板架(12)、推杆连接件(9)、第三步进电机(6)、第三减速器、主动圆锥齿轮(7)、从动圆锥齿轮(8)、关节主动杆连接轴、关节主动杆(10)、关节从动杆(11)、第二板架(13)、关节轴、机械腿推杆(14)、机架推杆(4)和足部(15);所述四肢连接件(5)铰接在机架(1)的机架上板(31)和机架下板(32)上,所述第一板架(12)设置有两个且平行设置,两个第一板架(12)的一端通过螺栓固定连接在四肢连接件(5)两侧,两个第一板架(12)的另一端与两个第二板架(13)的上端通过关节轴铰接;所述推杆连接件(9)通过螺钉固定在第一板架(12)外侧,机架推杆(4)的一端铰接在推杆连接件(9)上,另一端铰接在机架(1)的推杆连接座(33)上,机架推杆(4)工作时带动相应的机器人四肢绕着四肢连接件(5)和机架(1)的铰接轴旋转;所述第三步进电机(6)固定在四肢连接件(5)底部,第三步进电机(6)的输出轴通过第三减速器连接主动圆锥齿轮(7),所述从动圆锥齿轮(8)通过键固定在关节主动杆连接轴上,且所述主动圆锥齿轮(7)和从动圆锥齿轮(8)相互啮合;所述关节主动杆(10)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(11)的一端铰接;所述关节从动杆(11)的另一端与第二板架(13)通过旋转轴铰接;所述机械腿推杆(14)的上端与第二板架(13)的中下端铰接;所述机械腿推杆(14)的下端与足部(15)的上端铰接;所述足部(15)的中上端铰接在第二板架(13)的下端;第三步进电机(6)工作时通过第三减速器带动主动圆锥齿轮(7)转动,从而带动从动圆锥齿轮(8)和关节主动杆连接轴转动,进而带动关节主动杆(10)绕关节主动杆连接轴进行转动,通过关节从动杆(11)带动第二板架(13)绕关节轴转动;机械腿推杆(14)工作时带动足部(15)绕足部(15)与第二板架(13)的铰接轴转动;
所述足部(15)包括足部连接架(16)、大减震弹簧(17)、小减震弹簧(18)、内柱(19)、足底块(20)和橡胶垫(21);所述足部连接架(16)上端设置有上端连接点,足部连接架(16)的侧面设置有下端连接点,足部连接架(16)的上端连接点与机械腿推杆(14)的下端铰接,足部连接架(16)的下端连接点与第二板架(13)的下端铰接;所述大减震弹簧(17)一端与足部连接架(16)连接,大减震弹簧(17)的另一端与足底块(20)连接;所述内柱(19)上端置于足部连接架(16)内部,大减震弹簧(17)套装在内柱(19)上;所述小减震弹簧(18)置于足部连接架(16)与内柱(19)上端组成的空腔内,小减震弹簧(18)上端与足部连接架(16)连接,小减震弹簧(18)下端与内柱(19)连接;所述足底块(20)上端面与内柱(19)下端固定连接;所述橡胶垫(21)通过螺栓固定连接于足底块(20)的底部
2.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:所述第二板架(13)设置有平行设置的两块,两块第二板架(13)的上端均与两块第一板架(12)的一端铰接在同一根关节轴上。
3.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于: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(12)上。
4.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:所述关节主动杆连接轴穿过的第一板架(12)的外侧安装有轴承端盖。
5.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:所述机架上板(31)和机架下板(32)之间设置有多个用于支撑的螺柱,两块第二板架(13)之间设有多个用于支撑的螺柱。
6.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:所述第三步进电机(6)与第三减速器均通过第三电机支架固定在第一板架(12)上。
7.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:所述平衡装置(3)中第一步进电机(23)与第一减速器(24)控制椭圆环(27)、座椅连接座、第二步进电机(25)、第二联轴器和第二电机座组成的整体绕X轴转动,第二步进电机(25)与第二减速器(26)控制座椅连接座绕Y轴转动。
8.根据权利要求1所述的一种带平衡装置的四足助力行走康复机器人,其特征在于:所述足部(15)的内柱(19)下端与足底块(20)通过球铰链连接。
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