CN110840711A - 一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人 - Google Patents

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侯其涛
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Abstract

本发明涉及一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，包括机架、扶手、Watt‑I型六杆机构、脚踏板、电机以及减重背心；所述扶手与机架一体设置，所述减重背心固定在机架上用于固定和支撑使用者的上身，所述机架上左右对称设置两个Watt‑I型六杆机构，电机通过传动机构连接六杆机构的驱动端，六杆机构的执行端通过脚踏板弯管与脚踏板连接，在电机的驱动下六杆机构运动使脚踏板以一定的速度模拟人体步态轨迹，结构简单紧凑，制造成本低，利于向社区和家庭推广。

Description

一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人
技术领域
本发明涉及康复器械领域，具体涉及一种单自由度下肢康复机器人。
背景技术
现代社会中，老年人口的增多和不健康的生活方式等导致心血管疾病患者增多，心脑血管疾病容易导致下肢瘫痪行动不便。在此背景下下肢康复治疗的研究逐渐成为热点。传统的下肢康复训练方式是治疗师辅助患者进行各种训练动作，但这存在着很多的问题：依靠治疗师的康复训练过于依赖治疗师的手法，易出现偏差影响康复效果，且一对一的康复治疗效率低成本高。
康复机器人可以在一定程度上改善这些情况，但市场上现有的康复机器人结构复杂，自由度数目多，不易控制和操作，成本也较高，不利于向社区和家庭推广。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，结构简单紧凑，制造成本低，能够很好的模拟人体步态轨迹，帮助使用者进行下肢康复训练，利于向社区和家庭推广。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，包括机架、扶手、六杆机构、脚踏板、电机以及减重背心；所述扶手与机架一体设置，所述减重背心固定在机架上用于固定和支撑使用者的上身，所述机架上左右对称设置两个六杆机构，六杆机构包括曲柄杆AB、三角形杆BCE、三角形杆CDF、连杆FG和连杆GEH，其中连杆GEH由彼此呈一固定角度的杆GE和杆EH在E端一体连接组成，曲柄杆AB为驱动端，杆 EH为执行端，曲柄杆AB与三角形杆BCE通过B端铰接，三角形杆BCE与三角形杆CDF通过C端铰接，三角形杆CDF的F端与连杆GEH的G端之间铰接有连杆FG，连杆GEH与三角形杆BCE通过E端铰接，六杆机构的A端固定一连接轴穿过机架并与传动机构输出端连接，六杆机构的D端通过连接轴转动连接在机架上，电机通过传动机构连接六杆机构的驱动端，六杆机构的执行端通过脚踏板弯管与脚踏板连接，在电机的驱动下六杆机构运动使脚踏板以一定的速度模拟人体步态轨迹。
进一步地，所述减重背心设有调整带，所述调整带由扣环和绳子组成，通过扣环调节绳子长度从而调节减重背心的高度以适应不同体型的使用者。
进一步地，所述传动机构包括大带轮、小带轮和传送带，电机通过电机座固定在机架上，所述电机输出轴连接小带轮，小带轮和大带轮之间通过传送带连接，大带轮与六杆机构的驱动端通过连接轴连接。
有益效果： 本发明为单自由度下肢康复机构，通过独特设计的六杆机构，通过电机驱动，能够很好的模拟人体步态轨迹，且整体结构简单，制造和使用成本低，自由度少，容易操作控制，适于社区和家庭推广。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为机架示意图；
图3为六杆机构结构示意图；
图4为减重背心示意图。
附图标记：1机架、2扶手、3减重背心、4六杆机构、5脚踏板弯管、6脚踏板、7电机、8电机座、9小带轮、10传送带、11大带轮、12连接轴、13调整带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
Watt型六杆机构是平面六杆机构的一个大类，在工程中具有重大应用价值，本发明主要利用Watt-I 型六杆机构复现人体步态轨迹，辅助使用者进行下肢康复。
如图1-4所示，本发明的一种基于 Watt-I 型六杆机构的单自由度下肢康复机器人，包括机架1、扶手2、六杆机构4、脚踏板6、电机7以及减重背心3；所述扶手2与机架1一体设置，所述减重背心3固定在机架1上用于固定和支撑使用者的上身，所述机架1上左右对称设置两个六杆机构4，六杆机构4包括曲柄杆AB、三角形杆BCE、三角形杆CDF、连杆FG和连杆GEH，其中，连杆GEH由彼此呈一固定角度的杆GE和杆EH在E端一体连接组成，曲柄杆AB为驱动端，杆 EH为执行端，曲柄杆AB与三角形杆BCE通过B端铰接，三角形杆BCE与三角型杆CDF通过C端铰接，三角形杆CDF的F端与连杆GEH的G端之间铰接有连杆FG，连杆GEH与三角形杆BCE通过E端铰接，六杆机构4的A端固定一连接轴穿过机架后与传动机构输出端连接，六杆机构4的D端通过连接轴转动连接在机架上，电机7通过传动机构连接六杆机构4的驱动端，六杆机构4的执行端通过脚踏板弯管5与脚踏板6连接，在电机7的驱动下六杆机构4运动使脚踏板6以一定的速度模拟人体步态轨迹。
所述减重背心3通过调整带13固定在机架1上，所述调整带13由扣环和绳子组成，通过扣环调节绳子长度从而调节减重背心3的高度以适应不同体型的使用者，背心本体下方设有两个分别供两条下肢穿过的开口。
所述传动机构包括大带轮11、小带轮9和传送带10，电机7通过电机座8固定在机架1上，所述电机7输出轴连接小带轮9，小带轮9和大带轮11之间通过传送带10连接，大带轮11与六杆机构4的驱动端通过连接轴12连接。
所述扶手2上设有开关按钮和速度调节按钮，用于开启或停止电机以及调节电机转速，按钮外部覆盖有保护盖，以防止使用者误触，同时还能保护按钮防止进水或落灰。
使用时，患者将双脚放在脚踏板上，上身通过减重背心固定，通过调整带的调节使背心高度适当，然后扶紧扶手并开启开关按钮，使电机转动，在电机的驱动下，六杆机构带动脚踏板上患者的双脚复现人体步态轨迹，使用者还可以通过速度调节按钮调整适合自己的运动速度，从而使双脚及双腿得到锻炼，帮助其进行康复。
本发明以复现人体步态轨迹帮助患者康复训练下肢为主要目的，各机构的主要尺寸参数通过优化设计得到，作为其中一个具体实施例，优化设计的主要尺寸参数为：大带轮的直径为217mm，小带轮的直径为166mm，整个机架的高度为2050mm，扶手离地面的高度为1340mm，六杆机构中，AB长度为199mm，BC长度为464mm，BE长度为321mm，CD长度为414mm，CF长度为800mm， DF长度为825mm，CDF组成三角形杆，AD之间的距离为593mm，FG长度为526mm，EG长度为461mm，杆杆EH长度为612 mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，其特征在于：包括机架、扶手、Watt-I 型六杆机构、脚踏板、电机以及减重背心；所述扶手与机架一体设置，所述减重背心固定在机架上用于固定和支撑使用者的上身，所述机架上左右对称设置两个Watt-I 型六杆机构，所述六杆机构包括曲柄杆AB、三角形杆BCE、三角形杆CDF、连杆FG和连杆GEH，其中连杆GEH由彼此呈一固定角度的杆GE和杆EH在E端一体连接组成，曲柄杆AB为驱动端，杆 EH为执行端，曲柄杆AB与三角形杆BCE通过B端铰接，三角形杆BCE与三角形杆CDF通过C端铰接，三角形杆CDF的F端与连杆GEH的G端之间铰接有连杆FG，连杆GEH与三角形杆BCE通过E端铰接，六杆机构的A端固定一连接轴穿过机架并与传动机构输出端连接，六杆机构的D端通过连接轴转动连接在机架上，电机通过传动机构连接六杆机构的驱动端，六杆机构的执行端通过脚踏板弯管与脚踏板连接，在电机的驱动下六杆机构运动使脚踏板以一定的速度模拟人体步态轨迹。
2.如权利要求1所述的一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述减重背心设有调整带，所述调整带由扣环和绳子组成，通过扣环调节绳子长度从而调节减重背心的高度以适应不同体型的使用者。
3.如权利要求1所述的一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述传动机构包括大带轮、小带轮和传送带，电机通过电机座固定在机架上，所述电机输出轴连接小带轮，小带轮和大带轮之间通过传送带连接，大带轮与六杆机构的驱动端通过连接轴连接。
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