CN110664585B - 一种腰部控制机构及腰部康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腰部控制机构及腰部康复机器人:包括支架及连接于支架的U型支架、支撑板、U型支架驱动机构,支撑板设有弧形滑轨,弧形滑轨连接弧形滑块,U型支架穿过弧形滑块、通过万向联轴器可转动连接于U型支架驱动机构,U型支架驱动机构包括可滑动连接于支架的驱动固定板、连接于驱动固定板的驱动电机,驱动电机的动力输出端连接于万向联轴器。本发明通过U型支架挂接训练裤的方式对患者的腰部进行支撑和康复训练,通过U型支架在各方向上的主动/被动旋转实现对患者腰部运动的控制,通过柔顺驱动机构对U型支架驱动机构进行横向限制,并且该横向限制的刚性大小可通过柔顺驱动机构进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及腰部运动、康复技术领域,具体涉及一种腰部控制机构及腰部康复机器人。
背景技术
偏瘫患者训练包括下肢运动训练和腰部运动训练;目前针对下肢康复机器人的设计大部分都通过修正腿部步行动作来完成步态训练,部分通过外骨骼的方式强行对下肢进行约束以及驱动,而对人体训练过程的减重基本都采用上悬吊的方案,在这种方案下人体上半身受到向上的拉力以及下半身自身的重力,从而腰部附近将会形成僵直状态,而在这几种前提下训练的病人在训练过程中对于身体的掌控以及上身与下身的协调性都大大降低,只通过机器强硬的使人体完成标准的步态,但是现有的训练过程中病人腰部的运动控制及辅助缺失。
发明内容
为解决现有技术中的不足,本发明提供一种腰部控制机构及腰部康复机器人,解决了现有技术中病人腰部运动控制及辅助缺失的技术问题。
为了实现上述目标,本发明采用如下技术方案:
一种腰部控制机构,其特征在于:包括支架及连接于支架的U型支架、支撑板、U型支架驱动机构,所述支撑板设有弧形滑轨,所述弧形滑轨连接弧形滑块,所述U型支架穿过弧形滑块、通过万向联轴器可转动连接于U型支架驱动机构,
所述U型支架驱动机构包括可滑动连接于支架的驱动固定板、连接于驱动固定板的驱动电机,所述驱动电机的动力输出端连接于万向联轴器。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:还包括柔顺驱动机构,所述柔顺驱动机构包括两组弹性调节装置,所述弹性调节装置包括弹簧调节角架、两连杆机构、滑动块、拉伸弹簧,所述弹簧调节角架设有腰形孔,所述拉伸弹簧的一端通过弹簧调节轴销连接于腰形孔,另一端连接于两连杆机构的中间铰接点,所述弹簧调节轴销可滑动连接于腰形孔;
所述两连杆机构的两端分别铰接于滑动块、弹簧调节角架,所述滑动块可平行于弹簧调节角架滑动,两个滑动块均用于连接驱动固定板。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述柔顺驱动机构还包括两个L型固定块、平行于弹簧调节角架的滑动轴、平行于弹簧调节角架的导向轴,所述弹簧调节角架、滑动轴、导向轴的两端分别连接于两个L型固定块,所述滑动块可滑动连接于滑动轴、导向轴。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述驱动电机的动力输出端与万向联轴器之间还设有扭矩传感器。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:驱动电机的动力输出端设有主动带轮、所述主动带轮通过第一传动带连接于过渡带轮一,所述过渡带轮一通过扭矩传感器连接于过渡带轮二,所述过渡带轮二通过第二传动带连接于被动带轮,所述被动带轮通过输出轴连接于万向联轴器,所述输出轴可沿被动带轮轴向滑动。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述弧形滑轨有两个,两个弧形滑轨分别连接于支撑板的两个表面。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述弧形滑块还设有用于连接弧形滑轨的滚动轮。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述支撑板通过横向滑动组连接于横向滑轨,所述横向滑轨连接于支架。
一种腰部康复机器人,其特征在于:设有前述的腰部控制机构。
作为本发明的一种优化方案,前述的一种腰部康复机器人,其特征在于:还包括用于支撑腰部控制机构的支架,所述腰部控制机构与支架之间还设有用于驱动腰部控制机构沿着支架上下滑动的升降装置。
本发明所达到的有益效果:
本发明通过U型支架挂接训练裤的方式对患者的腰部运动控制,通过腰部控制机构为患者步态训练时提供辅助支撑,U型支架绕垂直轴的被动旋转实现对患者腰部的扭转运动控制;U型支架绕矢状轴的转动由驱动电机控制,实现对患者腰部绕矢状轴转动的主动控制,同时,通过柔顺驱动机构对U型支架驱动机构进行横向限制,实现对患者腰部左右摆动的控制,并且该横向限制的刚性大小可通过柔顺驱动机构进行调节。
附图说明
图1是本发明腰部控制机构整体结构图;
图2是本发明图1的局部放大图;
图3是本发明弧形滑轨与弧形滑块连接示意图;
图4是本发明柔顺驱动机构整体结构图;
附图标记的含义:1-支架;2-U型支架;4-万向联轴器;5-输出轴;6-横向滑轨;7-第一传动带;8-柔顺驱动机构;9-过渡带轮二;10-扭矩传感器;11-横向滑动组;31-支撑板;32-弧形滑轨;33-弧形滑块;101-驱动固定板;102-驱动电机;103-升降滑轮;332-滚动轮;71-主动带轮;72-过渡带轮一;92-被动带轮;93-第二传动带;8-1-L型固定块;8-2-弹簧调节角架;8-3-弹簧调节轴销;8-31-拉伸弹簧;8-4-两连杆机构;8-5-滑动块;8-6-滑动轴;8-7-导向轴;8-41-转动销;8-42-短连杆;8-43-长连杆;8-44-连杆铰接轴。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示:本实施例公开了一种腰部控制机构:包括支架1及连接于支架1的U型支架2、支撑板31、U型支架驱动机构,支撑板31设有弧形滑轨32,弧形滑轨32连接弧形滑块33,U型支架2穿过弧形滑块33、通过万向联轴器4可转动连接于U型支架驱动机构。
U型支架驱动机构包括可滑动连接于支架1的驱动固定板101、连接于驱动固定板101的驱动电机102,驱动电机102的动力输出端连接于万向联轴器4。
结合图1及图3:为了给腰部提供不同刚度的横向支撑,本实施例还包括柔顺驱动机构8,柔顺驱动机构8包括两组弹性调节装置,弹性调节装置包括弹簧调节角架8-2、两连杆机构8-4、滑动块8-5、拉伸弹簧8-31,弹簧调节角架8-2设有腰形孔,拉伸弹簧8-31的一端通过弹簧调节轴销8-3连接于腰形孔,另一端连接于两连杆机构8-4的中间铰接点,弹簧调节轴销8-3可滑动连接于腰形孔,并且可锁定于腰形孔的任意位置。
两连杆机构8-4整体包括端部铰接的短连杆8-42、长连杆8-43,两连杆机构8-4的两端分别铰接于滑动块8-5、弹簧调节角架8-2。滑动块8-5可平行于弹簧调节角架8-2滑动,两个滑动块8-5均连接于支撑板31,两个滑动块8-5用于从两个方向实现对驱动固定板101的弹性限位与支撑,为驱动固定板101提供弹性阻尼。
具体的,柔顺驱动机构8还包括两个L型固定块8-1、平行于弹簧调节角架8-2的滑动轴8-6、平行于弹簧调节角架8-2的导向轴8-7,弹簧调节角架8-2、滑动轴8-6、导向轴8-7的两端分别连接于两个L型固定块8-1,也就是说通过两个L型固定块8-1将弹簧调节角架8-2、滑动轴8-6、导向轴8-7三者平行连接,可以将两个L型固定块8-1当做弹簧调节角架8-2两端的延伸部分,这样两连杆机构8-4也可铰接于L型固定块8-1,滑动块8-5可滑动连接于滑动轴8-6、导向轴8-7。
通过上述对柔顺驱动机构8描述可知:柔顺驱动机构8的两组弹性调节装置以支撑板31为中心对称设置于支撑板31的两侧,其中滑动块8-5用于对支撑板31形成在其滑动方向的柔性限位,通过调节弹簧调节轴销8-3相对于腰形孔的位置能够实现对滑动块8-5不同弹性的调节,并使驱动固定板101始终处于支架1的中间位置,即为训练时腰部绕垂直轴转动提供不同程度的柔顺性。
为了便于检测U型支架2对患者腰部的扭矩,本实施例在驱动电机102的动力输出端与万向联轴器4之间还设有扭矩传感器10。其具体结构是:驱动电机102的动力输出端设有主动带轮71、主动带轮71通过第一传动带7连接于过渡带轮一72,过渡带轮一72通过扭矩传感器10连接于过渡带轮二9,过渡带轮二9通过第二传动带93连接于被动带轮92,被动带轮92通过输出轴5连接于万向联轴器4,由于U型支架2的运动时是沿着弧形滑轨32进行的,因此为了保证弧度带来的距离变化,本实施例的输出轴5可沿被动带轮92轴向滑动,其具体结构可采用现有技术中的任意一种,如花键连接,或直接将输出轴5的截面设计成矩形等。
具体的,本实施例的弧形滑轨32有两个,两个弧形滑轨32分别连接于支撑板31的两个表面。
弧形滑块33还设有用于连接弧形滑轨32的滚动轮332,滚动轮332起到导向的作用。
支撑板31通过横向滑动组11连接于横向滑轨6,横向滑轨6连接于支架1,横向滑动组11与横向滑轨6相当于滑块、导轨的结构。
使用时,将训练裤挂在U型支架2上,患者穿着训练裤进行康复运动,腰部控制机构为患者训练时提供运动辅助与支撑;患者腰部绕垂直轴的扭转运动由U型支架2沿着弧形滑轨32滑动控制,在滑动过程中,整个U型支架驱动机构还可以沿着横向滑轨6滑动,U型支架驱动机构中的驱动固定板101在两个滑动块8-5之间运动,控制患者腰部的左右摆动,柔顺驱动机构8向U型支架驱动机构提供不同弹性的阻力。
再者,驱动电机102通过扭矩传感器10驱动整个U型支架2绕输出轴5转动,实现对患者腰部绕矢状轴转动的主动控制或辅助,扭矩传感器10优选动态扭矩传感器,可实时测量输出轴5的转矩大小,为系统力矩控制提供闭环反馈信号。
本发明通过U型支架2挂接训练裤的方式对患者的腰部运动控制,通过腰部控制机构为患者步态训练时提供辅助支撑,U型支架2绕垂直轴的被动旋转实现对患者腰部的扭转运动控制;U型支架2绕矢状轴的转动由驱动电机控制,实现对患者腰部绕矢状轴转动的主动控制,同时,通过柔顺驱动机构对U型支架2驱动机构进行横向限制,实现对患者腰部左右摆动的控制,并且该横向限制的刚性大小可通过柔顺驱动机构进行调节。
本实施例还公开一种腰部康复机器人:设有本实施例前述的腰部控制机构。腰部康复机器人还包括用于支撑腰部控制机构的支架,腰部控制机构与支架之间还设有升降装置,用于驱动腰部控制机构沿着支架上下滑动,以便通过调节腰部控制机构的高度,满足不同身高患者的使用需求,同时控制步态训练时人体重心在竖直方向的上下移动,升降装置可选用绳索-滑轮传动机构、滚轮-滚道配合机构、线性滑轨机构,这些机构本领域技术人员均可根据实际情况进行配置,在此不再一一列举。
为了满足患者步态训练时重心的上下移动,本实施例的腰部控制机构安装在腰部康复机器人上时,最好采用可上下可调节的方式进行连接,例如在支架1上设有用于驱动腰部控制机构升降运动的升降滑轮103,升降滑轮103连接升降驱动装置,本实施例的腰部康复机器人还可进一步配置现有技术中其他与腰部康复相关的装置结构及控制装置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种腰部控制机构,其特征在于:包括支架(1)及连接于支架(1)的U型支架(2)、支撑板(31)、U型支架(2)驱动机构和柔顺驱动机构(8),所述支撑板(31)设有弧形滑轨(32),所述弧形滑轨(32)连接弧形滑块(33),所述U型支架(2)穿过弧形滑块(33)、通过万向联轴器(4)可转动连接于U型支架驱动机构,
所述U型支架驱动机构包括可滑动连接于支架(1)的驱动固定板(101)、连接于驱动固定板(101)的驱动电机(102),所述驱动电机(102)的动力输出端连接于万向联轴器(4);
所述柔顺驱动机构(8)包括两组弹性调节装置,所述弹性调节装置包括弹簧调节角架(8-2)、两连杆机构(8-4)、滑动块(8-5)、拉伸弹簧(8-31),所述弹簧调节角架(8-2)设有腰形孔,所述拉伸弹簧(8-31)的一端通过弹簧调节轴销(8-3)连接于腰形孔,另一端连接于两连杆机构(8-4)的中间铰接点,所述弹簧调节轴销(8-3)可滑动连接于腰形孔;
所述两连杆机构(8-4)的两端分别铰接于滑动块(8-5)、弹簧调节角架(8-2),所述滑动块(8-5)可平行于弹簧调节角架(8-2)滑动,两个滑动块(8-5)均用于连接驱动固定板(101);
所述柔顺驱动机构(8)还包括两个L型固定块(8-1)、平行于弹簧调节角架(8-2)的滑动轴(8-6)、平行于弹簧调节角架(8-2)的导向轴(8-7),所述弹簧调节角架(8-2)、滑动轴(8-6)、导向轴(8-7)的两端分别连接于两个L型固定块(8-1),所述滑动块(8-5)可滑动连接于滑动轴(8-6)、导向轴(8-7);
所述驱动电机(102)的动力输出端与万向联轴器(4)之间还设有扭矩传感器(10);
驱动电机(102)的动力输出端设有主动带轮(71)、所述主动带轮(71)通过第一传动带(7)连接于过渡带轮一(72),所述过渡带轮一(72)通过扭矩传感器(10)连接于过渡带轮二(9),所述过渡带轮二(9)通过第二传动带(93)连接于被动带轮(92),所述被动带轮(92)通过输出轴(5)连接于万向联轴器(4),所述输出轴(5)可沿被动带轮(92)轴向滑动。
2.根据权利要求1所述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述弧形滑轨(32)有两个,两个弧形滑轨(32)分别连接于支撑板(31)的两个表面。
3.根据权利要求1所述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述弧形滑块(33)还设有用于连接弧形滑轨(32)的滚动轮(332)。
4.根据权利要求1所述的一种腰部控制机构,其特征在于:所述支撑板(31)通过横向滑动组(11)连接于横向滑轨(6),所述横向滑轨(6)连接于支架(1)。
5.一种腰部康复机器人,其特征在于:设有权利要求1至权利要求4任意一项所述的腰部控制机构。
6.根据权利要求5所述的一种腰部康复机器人,其特征在于:还包括用于支撑腰部控制机构的支架,所述腰部控制机构与支架之间还设有用于驱动腰部控制机构沿着支架上下滑动的升降装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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