CN111265828A - 一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医用康复训练设备，特别涉及一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人。包括随动支撑装置、减重保护装置及虚拟投影装置，其中随动支撑装置布置在减重保护装置的底面中央位置，随动支撑装置用于实时跟随患者的平衡训练步态；减重保护装置用于实时跟随患者在平衡康复训练过程中的重心位置；虚拟投影装置布置于随动支撑装置的前方，用以呈现虚拟场景。本发明通过控制随动平台的姿态与位置，以实现多种运动场景的物理感复现，结合投射的虚拟场景，将物理场景与虚拟场景有机结合，保证了多样化的平衡康复训练环境。

Description

一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人
技术领域
本发明涉及医用康复训练设备，特别涉及一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人。
背景技术
平衡是人体维持各种姿态或动作所必备的一项基本生理机能，在日常行为活动中起着至关重要的作用。平衡功能下降增加患者跌倒风险，甚至导致肌肉萎缩或关节活动度丧失，影响生活质量。应用康复机器人技术开展平衡训练以重建患者平衡能力是近年来的研究方向，并逐渐向实用化、产品化方向推进。而当前的平衡康复设备面临着训练环境单一、康复训练个性化不足等问题，在患者适应性与体验感、康复训练模式通用性等方面亟待进一步提升。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，以满足在平衡康复训练中多样化的训练训练场景，提高康复训练效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，包括随动支撑装置、减重保护装置及虚拟投影装置，其中随动支撑装置布置在减重保护装置的底面中央位置，所述随动支撑装置用于实时跟随患者的平衡训练步态；所述减重保护装置用于实时跟随患者在平衡康复训练过程中的重心位置；所述虚拟投影装置布置于随动支撑装置的前方，用以呈现虚拟场景。
所述随动支撑装置包括随动平台Ⅰ、随动平台Ⅱ、支撑底座，其中随动平台Ⅰ与随动平台Ⅱ为左右镜像对称结构，且安装于支撑底座内。
所述支撑底座的两侧安置有训练保护栏杆，所述支撑底座远离所述虚拟投影装置的一端安装斜坡板，所述斜坡板的两侧安置斜坡栏杆。
所述随动平台Ⅰ和所述随动平台Ⅱ结构相同，均包括位置调节平台及设置于所述位置调节平台上的姿态调节平台，所述姿态调节平台用于调整整体位姿姿态；所述位置调节平台用于调整所述姿态调节平台的高度及前后位置。
所述姿态调节平台包括踏板、底板及多个可伸缩支链，所述踏板位于所述底板的上方，并且通过多个可伸缩支链与所述底板连接；所述底板与所述位置调节平台连接。
所述可伸缩支链包括上连接杆和下连接杆，其中上连接杆的上端与所述踏板铰接，下端与所述下连接杆的上端插接且可伸缩，所述下连接杆的下端与所述底板铰接。
所述位置调节平台包括平移台、丝杠Ⅰ、带轮Ⅰ、带轮Ⅱ及传动带，其中带轮Ⅰ和带轮Ⅱ前后设置所述支撑底座上且可转动，所述传动带缠绕于所述带轮Ⅰ和带轮Ⅱ上；所述平移台固定在所述传动带上，所述丝杠Ⅰ沿竖直方向设置于所述平移台上，并且与所述姿态调节平台螺纹连接，通过所述丝杠Ⅰ可调整所述位姿调节平台的高度。
所述减重保护装置包括支撑架、横梁、滑动台及悬架，其中横梁设置于支撑架的上部且可沿前后方向滑动，所述滑动台设置于所述横梁上且可沿左右方向滑动，所述悬架与滑动台连接，用于与悬吊绑带连接。
所述支撑架上沿前后方向设有丝杠Ⅱ，所述丝杠Ⅱ与所述横梁连接，所述丝杠Ⅱ用于调节所述横梁前后方向的位置。
所述虚拟投影装置包括虚拟投影屏幕及设置于所述虚拟投影屏幕上的动作捕捉镜头，所述虚拟投影屏幕为曲面型屏，所述动作捕捉镜头呈多点排布，用于捕捉患者在平衡康复训练过程中的肢体动作。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明通过调节随动平台的角度与移动位置，可模拟平路、台阶、坡路等训练场景，在物理感官上，实现多种运动场景的复现。
2.本发明的随动平台不限制患者的脚踝运动，不妨碍患者的主观运动，提高患者的训练参与感。
3.本发明通过虚拟投影装置将虚拟场景投射到屏幕中，并调节随动平台与虚拟场景之间保持运动一致，从而将虚拟场景与物理场景有机结合，增强平衡康复训练的沉浸感。
附图说明
图1是本发明虚实场景融合的平衡障碍康复机器人的结构示意图；
图2是本发明中随动支撑装置的结构示意图；
图3是本发明中随动平台的结构示意图；
图4是本发明中减重保护装置的结构示意图；
图5是本发明中虚拟投影装置的结构示意图。
图中：1为随动支撑装置，2为减重保护装置，3为虚拟投影装置，11为随动平台Ⅰ，12为随动平台Ⅱ，13为支撑底座，14为训练保护栏杆，15为斜坡板，16为斜坡栏杆，111为姿态调节平台，112为位置调节平台，1111为踏板，1112为上连接杆，1113为下连接杆，1114为底板，1121为平移台，1122为丝杠Ⅰ，1123为带轮Ⅰ，1124为带轮Ⅱ，1125为传动带，21为支撑架，22为横梁，23为滑动台，24为悬架，211为丝杠Ⅱ，241为悬吊绑带，31为虚拟投影屏幕，32为动作捕捉镜头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，包括随动支撑装置1、减重保护装置2及虚拟投影装置3，其中随动支撑装置1布置在减重保护装置2的底面中央位置，随动支撑装置1用于实时跟随患者的平衡训练步态；减重保护装置2用于实时跟随患者在平衡康复训练过程中的重心位置；虚拟投影装置3布置于随动支撑装置1的前方，用以呈现虚拟场景。
进一步地，虚拟投影装置3布置于随动支撑装置1前方5-8米处。
如图2所示，随动支撑装置1包括随动平台Ⅰ11、随动平台Ⅱ12、支撑底座13，其中随动平台Ⅰ11与随动平台Ⅱ12为左右镜像对称结构，且安装于支撑底座13内。
进一步地，支撑底座13的两侧安置有训练保护栏杆14，用以保证训练的安全。支撑底座13远离虚拟投影装置3的一端安装斜坡板15，便于引导患者进入到随动平台Ⅰ11与随动平台Ⅱ12中。斜坡板15的两侧安置斜坡栏杆16，保证患者步行在斜坡板14上的安全。
如图3所示，随动平台Ⅰ11和随动平台Ⅱ12结构相同，均包括位置调节平台112及设置于位置调节平台112上的姿态调节平台111，姿态调节平台111用于调整整体位姿姿态；位置调节平台112用于调整姿态调节平台111的高度及前后位置。
姿态调节平台111包括踏板1111、底板1114及多个可伸缩支链，踏板1111位于底板1114的上方，并且通过多个可伸缩支链与底板1114连接；底板1114与位置调节平台112连接。
可伸缩支链包括上连接杆1112和下连接杆1113，其中上连接杆1112的上端与踏板1111铰接，下端与下连接杆1113的上端插接且可伸缩，下连接杆1113的下端与底板1114铰接。通过布置多个可伸缩支链，形成一并联结构，通过调整各可伸缩支链中上连接杆1112与下连接杆1113之间的相对位置，可实现踏板1111相对底板1114的各方向角度变化，从而调整踏板1111的姿态。踏板1111上表面为开放式结构，在平衡康复训练过程中，不限制患者脚踝的运动。
位置调节平台112包括平移台1121、丝杠Ⅰ1122、带轮Ⅰ1123、带轮Ⅱ1124及传动带1125，其中带轮Ⅰ1123和带轮Ⅱ1124前后设置支撑底座13上且可转动，传动带1125缠绕于带轮Ⅰ1123和带轮Ⅱ1124上；平移台1121固定在传动带1125上，丝杠Ⅰ1122沿竖直方向设置于平移台1121上，并且与姿态调节平台111螺纹连接，通过丝杠Ⅰ1122可调整位姿调节平台111的高度。当带轮Ⅰ1123或带轮Ⅱ1124转动时，使得传动带1125运动，传动带1125从而带动平移台1121同步运动，实现平移台1121的前后位移。该运动经由丝杠Ⅰ1122传递到位姿调节平台111，调整位姿调节平台111在支撑底座13中的前后位置。
如图4所示，减重保护装置2包括支撑架21、横梁22、滑动台23及悬架24，其中横梁22设置于支撑架21的上部且可沿前后方向滑动，滑动台23设置于横梁22上且可沿左右方向滑动，悬架24与滑动台23连接，用于与悬吊绑带241连接。通过悬吊绑带241将患者悬吊，可减少患者在康复训练过程中的负重。
支撑架21上沿前后方向设有丝杠Ⅱ211，丝杠Ⅱ211与横梁22连接，丝杠Ⅱ211用于调节横梁22前后方向的位置。
如图5所示，虚拟投影装置3包括虚拟投影屏幕31及设置于虚拟投影屏幕31上的动作捕捉镜头32，虚拟投影屏幕31为曲面型屏，用以呈现虚拟场景。动作捕捉镜头32呈多点排布，用于捕捉患者在平衡康复训练过程中的肢体动作。
本发明通过多点排布的动作捕捉镜头32捕捉患者在平衡康复训练过程中的肢体动作，实时调整姿态调节平台111与位置调节平台112，实现随动平台Ⅰ11与随动平台Ⅱ12的姿态与位置调整，使其能够实时跟随患者的平衡训练步态，并且通过姿态调节平台111可调整踏板1111的各向角度，模拟平路、台阶、坡路等平衡康复训练场景。减重保护装置2通过可移动的横梁22与滑动台23，实时跟随患者在平衡康复训练过程中的重心位置，使悬架24保持与地面垂直，防止其对患者产生侧向干扰。虚拟投影屏幕31显示虚拟场景，并与通过踏板1111模拟的物理场景实时结合。
本发明适用于需进行平衡功能康复的患者，其通过将物理模拟的多种训练场景与投射的虚拟场景实时结合，增强了平衡康复训练过程的沉浸感。同时，在训练过程中不限制患者脚踝的运动，提供患者的训练参与度。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，包括随动支撑装置(1)、减重保护装置(2)及虚拟投影装置(3)，其中随动支撑装置(1)布置在减重保护装置(2)的底面中央位置，所述随动支撑装置(1)用于实时跟随患者的平衡训练步态；所述减重保护装置(2)用于实时跟随患者在平衡康复训练过程中的重心位置；所述虚拟投影装置(3)布置于随动支撑装置(1)的前方，用以呈现虚拟场景。
2.根据权利要求1所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述随动支撑装置(1)包括随动平台Ⅰ(11)、随动平台Ⅱ(12)、支撑底座(13)，其中随动平台Ⅰ(11)与随动平台Ⅱ(12)为左右镜像对称结构，且安装于支撑底座(13)内。
3.根据权利要求2所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述支撑底座(13)的两侧安置有训练保护栏杆(14)，所述支撑底座(13)远离所述虚拟投影装置(3)的一端安装斜坡板(15)，所述斜坡板(15)的两侧安置斜坡栏杆(16)。
4.根据权利要求2所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述随动平台Ⅰ(11)和所述随动平台Ⅱ(12)结构相同，均包括位置调节平台(112)及设置于所述位置调节平台(112)上的姿态调节平台(111)，所述姿态调节平台(111)用于调整整体位姿姿态；所述位置调节平台(112)用于调整所述姿态调节平台(111)的高度及前后位置。
5.根据权利要求4所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述姿态调节平台(111)包括踏板(1111)、底板(1114)及多个可伸缩支链，所述踏板(1111)位于所述底板(1114)的上方，并且通过多个可伸缩支链与所述底板(1114)连接；所述底板(1114)与所述位置调节平台(112)连接。
6.根据权利要求5所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述可伸缩支链包括上连接杆(1112)和下连接杆(1113)，其中上连接杆(1112)的上端与所述踏板(1111)铰接，下端与所述下连接杆(1113)的上端插接且可伸缩，所述下连接杆(1113)的下端与所述底板(1114)铰接。
7.根据权利要求4所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述位置调节平台(112)包括平移台(1121)、丝杠Ⅰ(1122)、带轮Ⅰ(1123)、带轮Ⅱ(1124)及传动带(1125)，其中带轮Ⅰ(1123)和带轮Ⅱ(1124)前后设置所述支撑底座(13)上且可转动，所述传动带(1125)缠绕于所述带轮Ⅰ(1123)和带轮Ⅱ(1124)上；所述平移台(1121)固定在所述传动带(1125)上，所述丝杠Ⅰ(1122)沿竖直方向设置于所述平移台(1121)上，并且与所述姿态调节平台(111)螺纹连接，通过所述丝杠Ⅰ(1122)可调整所述位姿调节平台(111)的高度。
8.根据权利要求1所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述减重保护装置(2)包括支撑架(21)、横梁(22)、滑动台(23)及悬架(24)，其中横梁(22)设置于支撑架(21)的上部且可沿前后方向滑动，所述滑动台(23)设置于所述横梁(22)上且可沿左右方向滑动，所述悬架(24)与滑动台(23)连接，用于与悬吊绑带(241)连接。
9.根据权利要求8所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述支撑架(21)上沿前后方向设有丝杠Ⅱ(211)，所述丝杠Ⅱ(211)与所述横梁(22)连接，所述丝杠Ⅱ(211)用于调节所述横梁(22)前后方向的位置。
10.根据权利要求1所述的虚实场景融合的平衡障碍康复机器人，其特征在于，所述虚拟投影装置(3)包括虚拟投影屏幕(31)及设置于所述虚拟投影屏幕(31)上的动作捕捉镜头(32)，所述虚拟投影屏幕(31)为曲面型屏，所述动作捕捉镜头(32)呈多点排布，用于捕捉患者在平衡康复训练过程中的肢体动作。
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