CN112043558A - 一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人 - Google Patents

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Abstract

一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，包括站立式与坐卧式两个模块；站立式模块包括髋关节康复训练器、膝关节康复训练器和脚关节，作为患者髋关节和膝关节康复训练，或者作为康复后期或者轻症患者助力行走的辅助装置；坐卧式模块包括脚部康复训练器、膝关节康复训练器和髋关节；使用时，使用者根据需要训练的部位组装机器人，并进行穿戴好，在电动推杆、连杆机构的作用下，实行相应关节或部位的康复训练；具有结构轻巧，多功能、模块化、易拆卸的特点。

Description

一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人
技术领域
本发明涉及康复机器人技术领域，具体涉及一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人。
背景技术
伴随着现代化社会的快速发展，人口老龄化问题及交通事故已成为许多国家不可避免的社会现象，导致下肢出现运动功能障碍的人群也呈指数增长，这导致家庭和社会的负担越来越重，生活质量也急剧下降。
医学理论和临床医学实践证明，对肢体运动功能的恢复和提高，除了必要的医疗手段外，正确且科学的康复训练也是极为重要的。随着医疗技术的快速发展，市场对康复器材的需求也逐年增加，因此，医用外骨骼康复机器人也成为康复器材发展的一个重要方向。目前，尽管康复机器人整体行业发展迅速，已经有下肢外骨骼康复辅助装置出现，但是存在产品过于庞大不利于日常实用和穿戴、价格高、功能单一等问题，这使得外骨骼机械产品很难真正的融入人们的生活。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，通过模块化设计，为下肢运动障碍患者提供实现助力行走和康复训练功能机器人，并避开了外骨骼机器人结构复杂笨重的弊端。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括站立式与坐卧式两个模块；站立式模块包括髋关节康复训练器、膝关节康复训练器一和脚关节，作为患者髋关节和膝关节康复训练、康复后期或者轻症患者助力行走的辅助装置；坐卧式模块包括脚部康复训练器、膝关节康复训练器二和髋关节，用于康复训练；
所述的髋关节康复训练器主要包括电动推杆b、推杆固定支架b、推杆固定支架a、髋关节转动铰链、固定板及大腿连接杆；固定板与推杆固定支架b之间通过螺栓相连；电动推杆b作为髋关节运动的动力源，其两端分别与推杆固定支架b、推杆固定支架a之间通过销钉相连；髋关节转动铰链与固定板通过螺栓相连；髋关节转动铰链与大腿连接杆滑动连接；
所述的膝关节康复训练器一主要包括电动推杆a、小腿连接杆、大腿连接杆、4-bar连杆机构、推杆固定支架c、活动支架；推杆固定支架c通过螺栓固定在大腿连接杆上；电动推杆a两端分别与推杆固定支架c及活动支架通过销轴相连；活动支架另一端与小腿连接杆滑动连接，4-bar连杆机构的两端分别通过螺栓与大腿连接杆、小腿连接杆相连接；
所述的脚关节主要包括小腿连接杆、脚固定板、后脚连接板、前脚连接板、固定皮带c；小腿连接杆与后脚连接板通过固定转轴相连；后脚连接板与前脚连接板通过螺栓固定连接；前脚连接板与脚固定板通过直角连接件及螺栓连接；固定皮带c与脚固定板嵌入式连接，固定皮带c将人的脚部固定在外骨骼机器人上，使外骨骼机器人运动时可带动人体进行康复训练；
所述的脚部康复训练器主要包括电动丝杠、固定底座、电动推杆a、电动推杆b、脚固定板、前脚连接板、后脚连接板、固定皮带c及小腿连接杆；电动推杆a、电动推杆b的一端均与固定底座通过螺栓连接，电动推杆a、电动推杆b的另一端均与脚固定板通过螺栓连接；固定皮带c与脚固定板嵌入连接，前脚连接板与脚固定板通过直角连接件及螺栓连接，后脚连接板通过螺栓与前脚连接板进行连接，小腿连接杆通过固定转轴与后脚连接板进行相连；
所述的膝关节康复训练器二主要包括小腿连接杆、大腿连接杆、4-bar连杆机构、活动支架、固定皮带a、固定皮带b18；小腿连接杆通过螺栓与4-bar连杆机构的一端相连，4-bar连杆机构的另一端与大腿连接杆通过螺栓相连，活动支架与小腿连接杆通过螺栓相连，固定皮带b、固定皮带a分别与小腿、大腿嵌入连接，用于固定人的腿部；
所述的髋关节主要包括推杆固定支架c、工字卡件、大腿连接杆、装夹盒；大腿连接杆与工字卡件通过螺栓连接，推杆固定支架c通过螺栓固定在大腿连接杆，工字卡件通过插销固定在装夹盒内。
所述的站立式模块和坐卧式模块两种机械结构通过模块化自由组合、拆卸；结构轻巧，两种模块之间可以通过简单的部件拆卸更换进行相互转换，实现多功能、模块化、易拆卸。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明公开一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，采用站与坐相结合的模块化结构，使结构更加轻巧，由此设计出站立式和坐卧式两种机械结构。并在两种机械结构的基础上可以相互改装，该结构层次分明、易拆卸、易组装、实现了模块化并且巧妙避开了外骨骼机器人结构复杂及笨重的弊端。本发明的优点具体如下：
1)由于各主要关节实现模块化，容易组装拆卸；
2)由于采用了模块化可拆分机械结构，两种结构的康复机器人之间可互相转化，提高了机器人的可用性与实用性；
3)由于采用了下肢康复机器人结构，无需全外骨骼式的康复机器人，降低了患者的医疗压力；
4)由于采用了轻质材料及模块化可拆分组装结构，所以突破了传统下肢外骨骼康复机器人复杂、笨重的弊端。
附图说明
图1为本发明站立式康复机器人的结构组成左视示意图。
图2为本发明站立式康复机器人的结构组成正视示意图。
图3为本发明坐卧式康复机器人的结构组成左视示意图。
图4为本发明坐卧式康复机器人的结构组成正视示意图。
图中：1-固定板，2-髋关节转动铰链，3-大腿连接杆，4-推杆固定支架a，5-电动推杆a，6-活动支架，7-固定转轴，8-后脚连接板，9-前脚连接板，10-小腿连接杆，11-4-bar连杆机构，12-电动推杆b，13-推杆固定支架b，14-螺栓，15-推杆固定支架c，16-人，17-固定皮带a，18-固定皮带b，19-脚固定板，20-固定皮带c，21-凳子，22-装夹盒，23-工字卡件，24-电机，25-丝杠，26-固定底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括站立式与坐卧式两个模块；站立式模块包括髋关节康复训练器、膝关节康复训练器一和脚关节，作为患者髋关节和膝关节康复训练、康复后期或者轻症患者助力行走的辅助装置；坐卧式模块包括脚部康复训练器、膝关节康复训练器二和髋关节，用于康复训练；
所述的髋关节康复训练器主要包括电动推杆b12、推杆固定支架b13、推杆固定支架a4、髋关节转动铰链2、固定板1及大腿连接杆3；固定板1与推杆固定支架b13之间通过螺栓相连；电动推杆b12作为髋关节运动的动力源，其两端分别与推杆固定支架b13、推杆固定架a4之间通过销钉相连；髋关节转动铰链2与固定板1通过螺栓相连；髋关节转动铰链2与大腿连接杆3滑动连接；
所述的膝关节康复训练器一主要包括电动推杆a5、小腿连接杆10、大腿连接杆3、4-bar连杆机构11、推杆固定支架c15、活动支架6；推杆固定支架c15通过螺栓固定在大腿连接杆3上；电动推杆a5两端分别与推杆固定支架c15及活动支架6通过销轴相连；活动支架6另一端与小腿连接杆10滑动连接，4-bar连杆机构11的两端分别通过螺栓与大腿连接杆3、小腿连接杆10相连接；
所述的脚关节主要包括小腿连接杆10、脚固定板19、后脚连接板8、前脚连接板9、固定皮带c20；小腿连接杆10与后脚连接板8通过固定转轴7相连；后脚连接板8与前脚连接板9通过螺栓固定；前脚连接板9与脚固定板19通过直角连接件及螺栓连接；固定皮带c20与脚固定板19嵌入式连接，固定皮带c20将人的脚部固定在外骨骼机器人上，使外骨骼机器人运动时可带动人体进行康复训练；
所述的脚部康复训练器主要包括电动丝杠25、固定底座26、电动推杆a5、电动推杆b12、脚固定板19、前脚连接板9、后脚连接板8、固定皮带c20及小腿连接杆10；电动推杆a5、电动推杆b12的一端均与固定底座26通过螺栓连接，电动推杆a5、电动推杆b12的另一端均与脚固定板19通过螺栓连接；固定皮带c20与脚固定板19嵌入连接，前脚连接板9与脚固定板19通过直角连接件及螺栓连接，后脚连接板8通过螺栓与前脚连接板9进行连接，小腿连接杆10通过固定转轴7与后脚连接板8进行相连；
所述的膝关节康复训练器二主要包括小腿连接杆10、大腿连接杆3、4-bar连杆机构11、活动支架6、固定皮带a17、固定皮带b18；小腿连接杆10通过螺栓与4-bar连杆机构11的一端相连，4-bar连杆机构11的另一端与大腿连接杆3通过螺栓相连，活动支架6与小腿连接杆10通过螺栓相连，固定皮带b18与固定皮带a17分别与小腿及大腿嵌入连接，用于固定人的腿部；
所述的髋关节主要包括推杆固定支架c15、工字卡件23、大腿连接杆3、装夹盒22；大腿连接杆3与工字卡件23通过螺栓连接，推杆固定支架c15通过螺栓固定在大腿连接杆3，工字卡件23通过插销固定在装夹盒22内。
所述的站立式模块和坐卧式模块两种机械结构通过模块化自由组合、拆卸；结构轻巧，两种模块之间可以通过简单的部件拆卸更换进行相互转换，实现多功能、模块化、易拆卸。
1)由于各主要关节实现模块化，容易组装拆卸；
2)由于采用了模块化可拆分机械结构，两种结构的康复机器人之间可互相转化，提高了机器人的可用性与实用性；
3)由于采用了下肢康复机器人结构，无需全外骨骼式的康复机器人，降低了患者的医疗压力；
4)由于采用了轻质材料及模块化可拆分组装结构，所以突破了传统下肢外骨骼康复机器人复杂、笨重的弊端。
本发明的工作原理是：
所述站立式机器人工作过程主要为：髋关节处的电动推杆b12驱动大腿连接杆3进行绕髋关节转动铰链2的转动，配合膝关节处的电动推杆a5驱动活动支架6进而使得小腿连接杆10运动，小腿连接杆10与大腿连接杆3之间通过4-bar连杆机构11实现模拟人体膝关节的复杂运动，小腿连接杆10的运动将动力通过后脚连接板8实现脚部的运动，人体通过具有弹性的固定皮带c20与外骨骼机器人紧密相连，最终实现人体髋关节膝关节的康复训练。所述站立式机器人同样可以改装为坐卧式机器人，通过将髋关节与大腿处的电动推杆b12,a5结构拆卸下来，然后将穿戴服拆解下来换成工字卡件23，并将机械外骨骼的脚部与固定底座26上的电动推杆a5,b12相接，最后将工字卡件23组装到板凳21上的装夹盒22，用板凳上装夹盒22中的插销进行固定，完成组装。所述坐卧式机器人工作过程主要为电动丝杠通过丝杠25将电机24旋转运动转化为直线运动推动固定底座26做往复直线运动，从而迫使穿戴连接带的病人在4-bar连杆机构11的作用下实现膝关节的旋转运动，从而实现膝关节的康复训练。电动推杆a5与电动推杆b12通过交替往复运动实现脚部关节的运动，固定皮带a17，固定皮带b18，固定皮带c20驱使病人脚部关节的康复训练。

Claims (2)

1.一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，包括站立式与坐卧式两个模块；站立式模块包括髋关节康复训练器、膝关节康复训练器一和脚关节，作为患者髋关节和膝关节康复训练、康复后期或者轻症患者助力行走的辅助装置；坐卧式模块包括脚部康复训练器、膝关节康复训练器二和髋关节；
所述的髋关节康复训练器包括电动推杆b(12)、推杆固定支架b(13)、推杆固定支架a(4)、髋关节转动铰链(2)、固定板(1)及大腿连接杆(3)；固定板(1)与推杆固定支架b(13)相连；电动推杆b(12)作为髋关节运动的动力源，其两端分别与推杆固定支架b(13)、推杆固定支架a(4)相连；髋关节转动铰链(2)与固定板(1)相连；髋关节转动铰链(2)与大腿连接杆(3)滑动连接；
所述的膝关节康复训练器一包括电动推杆a(5)、小腿连接杆(10)、大腿连接杆(3)、4-bar连杆机构(11)、推杆固定支架c(15)、活动支架(6)；推杆固定支架c(15)固定在大腿连接杆(3)上；电动推杆a(5)两端分别与推杆固定支架c(15)及活动支架(6)通过销轴相连；活动支架(6)另一端与小腿连接杆(10)滑动连接，4-bar连杆机构(11)的两端分别与大腿连接杆(3)、小腿连接杆(10)相连；
所述的脚关节包括小腿连接杆(10)、脚固定板(19)、后脚连接板(8)、前脚连接板(9)、固定皮带c(20)；小腿连接杆(10)与后脚连接板(8)通过固定转轴(7)相连；后脚连接板(8)与前脚连接板(9)固定连接；前脚连接板(9)与脚固定板(19)通过直角连接件及螺栓连接；固定皮带c(20)与脚固定板(19)嵌入式连接，固定皮带c(20)将人的脚部固定在外骨骼机器人上；
所述的脚部康复训练器包括电动丝杠(25)、固定底座(26)、电动推杆a(5)、电动推杆b(12)、脚固定板(19)、前脚连接板(9)、后脚连接板(8)、固定皮带c(20)及小腿连接杆(10)；电动推杆a(5)、电动推杆b(12)的一端均与固定底座(26)通过螺栓连接，电动推杆a(5)、电动推杆b(12)的另一端均与脚固定板(19)通过螺栓连接；固定皮带c(20)与脚固定板(19)嵌入连接，前脚连接板(9)与脚固定板(19)通过直角连接件及螺栓连接，后脚连接板(8)与前脚连接板(9)相连，小腿连接杆(10)通过固定转轴(7)与后脚连接板(8)相连；
所述的膝关节康复训练器二包括小腿连接杆(10)、大腿连接杆(3)、4-bar连杆机构(11)、活动支架(6)、固定皮带a(17)、固定皮带b(18)；小腿连接杆(10)通过螺栓与4-bar连杆机构(11)的一端相连，4-bar连杆机构(11)的另一端与大腿连接杆(3)通过螺栓相连，活动支架(6)与小腿连接杆(10)通过螺栓相连，固定皮带b(18)、固定皮带a(17)分别与小腿、大腿嵌入连接；
所述的髋关节主要包括推杆固定支架c(15)、工字卡件(23)、大腿连接杆(3)、装夹盒(22)；大腿连接杆(3)与工字卡件(23)通过螺栓连接，推杆固定支架c(15)通过螺栓固定在大腿连接杆(3)，工字卡件(23)通过插销固定在装夹盒(22)内。
2.根据权利要求1所述的一种兼具康复训练和助力行走的下肢外骨骼康复机器人，其特征在于，所述的站立式模块和坐卧式模块两种机械结构通过模块化自由组合、拆卸。
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