CN112826697A - 一种下肢康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种下肢康复训练机器人，包括：底座支撑机构；设置在底座支撑机构上的机械臂，包括设置在底座支撑机构上的固定基座，设置在固定基座上的前进机构，连接前进机构的第一升降机构，连接第一升降机构的第一旋转机构；双足末端执行机构连接第一旋转机构；骨盆支撑机构设置在底座支撑机构上，包括支撑钢架机构、侧倾机构、横移机构和第二旋转机构，支撑钢架机构的固定连接在底座支撑机构上，侧倾机构设置在支撑钢架机构，横移机构通过滑块与侧倾机构连接，第二旋转机构与横移机构连接。本发明有助于促进患者运动意识的恢复和步行姿态的矫正，能够实时检测各个传感器数据并用于反馈控制，提高康复训练效率。

Description

一种下肢康复训练机器人

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及了一种下肢康复训练机器人。

背景技术

根据世界卫生组织数据，全球每年约有500完脑卒中患者留下永久残疾，我国脑卒中标化患病率约为1.82％，发病率全球第一。但据临床统计数据表明，真正难于康复的严重偏袒患者仅占脑卒中后遗症患者总数的10％，70％～80％的患者在给予及时有效的康复治疗的前提下，可恢复部分或者绝大部分运动功能。

研究表明，通过锻炼患者下肢运动有助于患者脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建，骨盆是连接躯干和下肢的枢纽，锻炼患者骨盆运动控制对患者下肢运动能力的恢复具有明显效果。

因此，如何提供能同时训练骨盆和下肢一种下肢康复训练机器人，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种下肢康复训练机器人，包括：

底座支撑机构；

多个机械臂，设置在所述底座支撑机构相对的两侧上，包括固定基座、前进机构、第一升降机构和第一旋转机构，所述固定基座固定设置在所述底座支撑机构上，所述前进机构设置在所述固定基座上，所述第一升降机构连接所述前进机构，所述第一旋转机构连接所述第一升降机构；

双足末端执行机构，连接所述第一旋转机构；

骨盆支撑机构，设置在所述底座支撑机构上，包括支撑钢架机构、侧倾机构、横移机构和第二旋转机构，所述支撑钢架机构的一端固定连接在所述底座支撑机构上，所述侧倾机构设置在所述支撑钢架机构上，所述横移机构通过滑块与所述侧倾机构连接，所述第二旋转机构与所述横移机构连接。

在本发明的一个实施例中，还包括控制单元，所述的控制单元固定在所述底座支撑机构上，用于与所有驱动电机连接。

在本发明的一个实施例中，所述双足末端支撑机构包括足底连接板、踩踏板、多个压力传感器和圆形挡片，所述足底连接板与所述第一旋转机构的输出轴连接，所述踩踏板设置在所述足底连接板上，所述多个传感器设置在所述踩踏板上，并与足底接触，所述圆形挡片通过螺钉固定在第一旋转机构的输出轴上用以抑制双足末端执行机构的轴向运动。

在本发明的一个实施例中，所述压力传感器用于获得患者运动时足底压力，所述压力传感器与所述控制单元电连接。

在本发明的一个实施例中，所述侧倾机构包括两个第二升降机构，并连接在所述支撑钢架机构上，两个所述第二升降机构反向运动实现下肢运动时所需的骨盆侧倾自由度；所述横移机构连接在侧倾机构上，实现下肢运动所需的横移自由度；所述第二旋转机构固定连接在横移机构的末端，以实现骨盆的旋转自由度。

在本发明的一个实施例中，所述第二升降机构包括升降模组、驱动电机、腰部连接块，所述升降模组固定在所述支撑钢架机构上，，所述的腰部连接块固定在所述升降模组的滑块上，连接腰部跟随所述升降模组上下运动。

在本发明的一个实施例中，所述侧倾机构还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器一端固定在所述腰部连接块上，另一端与所述横移机构固定连接，所述扭矩传感器与所述控制单元电连接，用于测得骨盆侧倾时对第二升降机构的扭矩并传递到所述控制单元。

在本发明的一个实施例中，所述横移机构包括两个横移圆筒，所述横移圆筒固定连接在两个所述第二升降机构的末端。

在本发明的一个实施例中，所述横移圆筒包括直角转接、第一滚珠花键、第一压缩弹簧、移动套筒、防脱环、位移传感器；所述直角转接与所述扭矩传感器固定相连；所述第一滚珠花键轴一端固定在所述直角转接上，所述第一滚珠花键螺母在第一滚珠花键轴上横向移动；所述防脱环固定在所述第一滚珠花键轴的另一端；所述第一压缩弹簧设置有两个，一个所述第一压缩弹簧设置于所述第一滚珠花键螺母与所述直角转接之间，另一所述第一压缩弹簧设置于所述第一花键螺母的另一端与所述防脱环之间；所述位移传感器固定在所述直角转接的圆孔内，其测量轴顶端与所述第一滚珠花键螺母侧面接触；所述移动套筒一端与所述第一滚珠花键螺母轴向固定，随所述第一滚珠花键母一同移动，另一端连接所述第二旋转机构。

在本发明的一个实施例中，所述第二旋转机构包括前后移动装置，所述前后移动装置分别固定在所述移动套筒末端；所述前后移动装置包括第二滚珠花键，第二滚珠花键轴，第二压缩弹簧和第二滚珠花键螺母，所述第二滚珠花键分别固定连接在所述第二滚珠花键轴的两端，所述第二滚珠花键螺母套设在所述第二滚珠花键轴上，所述第二压缩弹簧套设在所述第二滚珠花键轴上，且所述第二压缩弹簧的数量设置为两个，分别位于所述第二滚珠花键螺母两侧。

本发明公开了一种下肢康复训练机器人，用于患者在医师指导或家人陪同下进行自主的下肢康复训练，帮助患者下肢运动并提供下肢步行运动所需要的前进后退，抬升下降，踝关节旋转等自由度，有助于促进患者运动意识的恢复和步行姿态的矫正；给患者提供辅助支撑并提供下肢运动所需要的骨盆侧倾、骨盆横移、骨盆旋转等自由度，有助于患者平衡训练。该机器人能够提供运动阻尼、辅助支撑以及传感器辅助功能，实时检测各个传感器数据并用于反馈控制，提高康复训练效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为康复训练机器人的整体结构示意图。

图2为康复训练机器人的底座支撑机构的结构示意图。

图3为安装有机械臂的底座支撑架机构的结构示意图。

图4为封装后的底座支撑机构的结构示意图。

图5为机械臂的结构示意图。

图6为图5中机械臂的主视图。

图7为机械臂的轴侧结构示意图。

图8为机械臂前进机构的结构示意图。

图9为机械臂第一升降机构的结构示意图。

图10为机械臂第一旋转机构的结构示意图。

图11为足底连接板的结构示意图。

图12为骨盆支撑机构的结构示意图。

图13为骨盆支撑机构的侧倾机构的结构示意图。

图14为骨盆支撑机构的侧倾机构的另一角度结构示意图。

图15为侧倾机构中腰部连接块的结构示意图。

图16为侧倾机构中腰部连接块与密封板的结构示意图。

图17为骨盆支撑机构的横移机构和第二旋转机构的结构示意图。

图18为骨盆支撑机构的横移机构和第二旋转机构的俯视结构示意图。

图19为图18中沿A-A的剖面结构示意图。

图20为图18中沿B-B的剖面结构示意图.

图21为骨盆支撑机构的第二旋转机构的结构示意图。

图22为骨盆支撑机构的第二旋转机构与安全带连接架的连接示意图。

图23为两侧骨盆支撑机构的第二旋转机构与骨盆安全带装置的连接示意图。

图24为骨盆安全带装置的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种康复训练机器人，包括底座支撑机构100，多个机械臂200，双足末端执行机构300，骨盆支撑机构400、骨盆安全带装置500和控制单元(未在说明书附图中进行标识)。所述机械臂200固定连接在所述底座支撑机构100的两侧，所述双足末端执行机构300连接在所述机械臂200的第一旋转机构的输出轴上，所述骨盆支撑机构400通过支撑钢架机构固定连接在所述底座支撑机构100上，所述骨盆安全带装置500连接在所述骨盆支撑机构400的旋转机构上。

底座支撑机构100是整个下肢康复训练机器人的基座，目的是为了稳固下肢康复训练机器人的机械臂200、双足末端执行机构300、骨盆支撑机构400和骨盆安全带装置500。如图2所示，在本实施例中，所述底座支撑结构100包括底部铝板1、脚轮安装座2、脚轮3、第一矩形钢管4、头部铝板5、尾部铝板6、铝板支撑架7和加强筋。为了描述清楚，本实施例的底座支撑结构100均按照如图2-4中所示的X轴和Y轴进行解释说明。在本实施例中，所述尾部铝板6端为轮椅或患者进入所述康复训练机器人的进入端，所述头部铝板5为患者面部正对的方向，底部铝板1、头部铝板5和尾部铝板6既可以是拆分式结构，固定安装在一起；也可以将底部铝板1、头部铝板5和尾部铝板6一体成型。脚轮安装座2和脚轮3是相互匹配的，脚轮3通过脚轮安装座2与底部铝板1安装在一起。在本发明的一优选实施例中，所述脚轮安装座2和所述脚轮3的数量分别设置为4个，也可以根据需要设置为其他数量，4个所述脚轮安装座2分别固定安装在所述底部铝板1的四个角的位置上，所述脚轮3安装在所述脚轮安装座2上，用以实现训练装置的移动运输或定点支撑。在本实施例中，所述铝板支撑架7与脚轮安装座2配合使用，铝板支撑架7采用“L”型结构，“L”型结构的一边固定连接在所述脚轮安装座2的侧面，另一边与所述尾部铝板6或所述头部铝板5固定连接，即所述尾部铝板6通过两个所述铝板支撑架7与所述脚轮安装座2连接在一起，所述头部铝板5也通过两个所述铝板支撑架7与所述脚轮安装座2连接在一起。在本实施例中，所述第一矩形钢管4为偶数根，其分别沿X轴平放在所述底部铝板1上，且位于X轴向上的2个所述脚轮安装座2之间，并且为了平衡，偶数根第一矩形钢管4是平放在底部铝板1的两侧。在本实施例中，第一矩形钢管4为4根，通过设置第一矩形钢管4，以实现机械臂安装定位和底座的结构强化。

如图2所示，在本实施例中，所述底部铝板1的两侧上还分别固定连接有固定基座8，且所述固定基座8设置为“L”型结构，所述固定基座8的其中一边与所述底板铝板1固定连接，另一边的两端与所述脚轮安装座2固定连接，且所述固定基座8上固定连接有第一直线运动模组9。在本实施例中，所述加强筋包括第一加强筋10和第二加强筋11，所述第一加强筋10位于所述头部铝板5与所述底部铝板1的连接处，且所述第一加强筋10的两端折弯并与所述底部铝板1两侧的第一直线运动模组9的一端固定连接，所述第二加强筋11设置在所述底部铝板1与所述尾部铝板6的连接处，其两端固定连接所述脚轮安装座2，且所述第一加强筋10和第二加强筋11沿Y轴布置，且尾部铝板6上设置有两个第二矩形钢管12，且所述第二矩形钢管12的一端与所述第二加强筋11固定连接，且与所述第二加强筋11相互垂直。本结构采用加厚铝板，极大减轻质量，同时，对中间承重部位采用四点支撑，并通过四个横梁，增加承重的刚性，对于中间部位，采用铝型材之间防止底板变形，其质量减小，且增加底板的刚性。

如图3及图4所示，在本实施例中，所述底座支撑机构还包括铝型材支撑架，所述铝型材支撑架搭设在所述第一加强筋10和所述第二加强筋11的上方，且通过多个支脚与所述底部铝板1、头部铝板5和尾部铝板6固定连接，且所述铝型材支撑架包括第一支撑架13和第二支撑架14，所述第一支撑架13位于所述头部铝板5和所述底部铝板1上，所述第二支撑架14位于所述第一支撑架13近尾部铝板6的一端，且与所述尾部铝板6和所述底部铝板1固定连接，在本实施例中，所述铝型材支撑架上还铺设有一层钢甲板15，所述钢甲板15与所述铝型材支撑架固定连接。在本实施例中，位于同一侧的2个所述脚轮安装座2上方设置有封装罩16，所述封装罩16朝向所述底部铝板1中间位置的一侧的底部上设置有开槽，所述封装罩16将所述脚轮安装座2、第一矩形钢管4、固定基座8和第一直线运动模组9封装在所述封装罩16内。在本实施例中，所述尾部铝板6远离所述底部铝板1的一端上连接有一斜面滑台17，所述斜面滑台17的上端与所述钢甲板15齐平，便于轮椅的上下。

进一步地，本实施例的下肢康复训练机器人的机械臂200如图5-7所示，其结构简单、使用方便、成本较低且安全性高，是为了实现下肢的三自由度活动，即：下肢的前进和后退、下肢的抬升和下降、以及脚踝转动。所述机械臂200设置在所述底座支撑机构100上，帮助重度患者修复周围神经损伤来恢复下肢功能，有助于脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建。由于人的下肢为2个，因此，下肢康复训练机器人的机械臂同样包括两个对称布置在底座支撑机构上的机械臂，单个机械臂带动患者下肢前进、后退、抬升、下降以及踝关节的转动等运动。两个机械臂协作两个机械臂可以帮助患者实现下肢步态训练。所述三自由度机械臂，包括固定基座8、前进机构、第一升降机构、第一旋转机构、双足末端执行机构。

如图8所示，其中，前进机构，侧向固定在固定基座8上，用以带动人体下肢前进后后退方向上的运动；第一升降机构，固连在焊接矩形钢架18上，其用于带动腿部关节的抬升；第一旋转机构，其固连于第一升降机构的L型转接板19上，用以实现行走时踝关节的转动；双足末端执行机构，固连于第一旋转机构的第二直角减速机20输出轴上。

如图5至图7所示，使用时，患者单足固定在双足末端执行机构的踩踏板40上，通过控制单元驱动带动患者下肢完成正常行走所需的腿部前进运动、腿部抬升运动和踝关节的转动，从而进行恢复性训练。双足末端执行机构通过实时感知患者的行走时足底压力变化并将数据传递至控制单元，控制单元在得到足底压力信号后实时控制各个机构带动人体下肢动作，避免腿部受伤，从而提高安全性。

如图8所示，前进机构具有多种方式，只要能达到前进功能即可。本实施例中，前进机构包括第一驱动电机21、第一直线运动模组9和第一联轴器22，所述第一直线运动模组9固定连接在所述固定基座8上，所述固定基座8安装在所述底座支撑机构100上的底部铝板1上，第一联轴器22用以连接第一驱动电机21输出轴与第一直线运动模组9来传递扭矩，驱动前进机构沿X轴方向直线运动。为了线缆走线方便，前进机构包括第一拖链安装板23、第一拖链24，第一拖链安装板23固连在第一直角减速机25上，第一拖链24一端固定于第一拖链安装板23上，另一端将线缆引向控制单元。

本实施例中，第一升降机构固连于焊接矩形钢架18上，焊接矩形钢架18通过安装座26固定在前进机构第一直线运动模组9的滑块上。

如图9所示，与前进机构相同，第一升降机构也有多种方式，本实施例中，第一升降机构包括第二驱动电机27、第一直角减速机25、第二直线运动模组28、L型转接板19、第二联轴器29、第一法兰30，具体的，第一直角减速机25固定在第一法兰30上并在其后端直连第二驱动电机27，第一法兰30固定在第二直线运动模组28的下方，第一直角减速机25的输出轴与第二直线运动模组28通过第二联轴器29连接，在第二驱动电机27驱动下完成升降运动，L型转接板19固定在第二直线运动模组28的滑台上用于与第一旋转机构连接。

如图8及图9所示，本实施例中，第一升降机构还包括U形钣金外壳31，密封板32、第二拖链安装板33和第二拖链331。具体的，U型钣金外壳31固连在第二直线运动模组28无滑台运动的三侧，第二拖链安装板33固定在第二直线运动模组28的滑台上，第二拖链38一端固连在第二拖链安装板33上，另一端固定在U形钣金外壳31内壁上，密封板32一端固定在第二直线运动模组28上方，另一端固定在第二直线运动模组28下方，其在中间穿过L型转接板19对第一升降机构密封保护。

如图10所示，为了实现行走时踝关节的转动，本实施例中，第一旋转机构包括，第三驱动电机34、第二直角减速机35、上罩壳和下罩壳。具体的，第二直角减速机35固定在L型转接板19上，并由第三驱动电机34驱动，第三驱动电机34直连第二直角减速机35，上罩壳与下罩壳分别通过螺钉固定在减速机上，通过所述第三驱动电机34驱动可使得所述双足末端执行机构300转动。

如图10至图11所示，本实施例中，双足末端执行机构300包括足底连接板38、4个压力传感器39、踩踏板40和圆形挡片41，具体的，足底连接板38与第一旋转机构的输出轴通过普通平键连接，通过第一旋转机构带动双足末端执行机构的转动，圆形挡片41通过螺钉固定在电机轴上用以抑制双足末端执行机构的轴向运动，4个压力传感器39安装在所述踩踏板40上，直接与足底接触，提高信号传输的稳定性，其数量不局限于4个，本领域的一般技术人员可根据需要设置数量。

如图10至图11所示，在本实施例中，每个脚踏板上设置有与控制器电连接的足底压力传感器(布置四个)；足底压力传感器主要用于监测足底压力信号，控制器基于足底压力信号进行运动意图识别、运动控制和重心位置计算，实现对人体下肢运动的主动步态辅助训练。另设置有足底压力传感器的双足末端执行器和骨盆支撑装置配合可进行动态平衡评估，实现平衡训练和平衡评估。利用足底压力传感器、扭矩传感器、位移传感器和压力传感器可以精确获得患者重心和压心的位置，通过重心轨迹、矩形面积，前后、左右偏移量等，可对患者的平衡能力进行综合评分，为骨盆调整运动提供参考。

如图10至图11所示，在本实施例中，所述踩踏板40通过转轴与第二直角减速机35连接，通过第三驱动电机34可以实现模拟踝关节的转动；通过所述第一驱动电机21、第一直线运动模组9和第一联轴器22实现模拟走路状态双腿的前后运动，通过所述第一升降机构实现模拟双腿的上下运动。通过上述三种运动的组合，可以模拟人在走路、上下坡或者上下楼梯时双足的运动轨迹，以实现多种训练模式，包括正常行走训练、上下楼梯行走训练或者通过机器给处于平衡状态的患者施加一定的扰动，使患者自行达到平衡状态，实现动态平衡训练，还可以实现平衡能力评估，在训练过程中，利用足底传感器记录患者在实现平衡过程中产生的压力数据，根据压力出局计算压力中心，评估患者自平衡的能力。

如图10至图11所示在本实施例中，所述足底连接板38底部设置有一输出轴连接孔3801，所述足底连接板28底部的所述输出轴连接孔3801与所述第一旋转机构的输出轴通过普通平键连接，所述足底连接板38上设置有第一线缆通孔380，以容纳压力传感器39的线缆通过，所述足底连接板38上设置有线缆导向槽381，使得压力传感器39的线缆在所述足底连接板38上分布整齐，以更好的实现线缆走向和连接，且所述足底连接板38的底部设置有柔性管382，所述柔性管382的一端连接所述第一线缆通孔380，另一端指向U型钣金外壳31。在本实施例中，所述足底连接板靠近所述踩踏板40的一面上设置有至少两条第三加强筋3802，所述两条第三加强筋3802之间相互垂直，所述线缆导向槽381布置在所述第三加强筋3802上，所述踩踏板40的底面与所述第三加强筋3802直接接触，以增强双足末端执行机构的强度。

下肢康复训练机器人的控制单元与所有的驱动电机连接，控制驱动电机的运动。

如图1至图11所示，在本实施例中，所述压力传感器39的线缆进入所述双足末端执行机构内，并经过所述线缆导向槽381，从所述足底连接板38底部的第一线缆通孔380中穿出，并经过一段柔性管382与所述第三驱动电机34的电线线缆会合后，进入所述U型钣金外壳31内，并穿入第二拖链331内，然后延伸至所述底座支撑机构内部，并和所述第二驱动电机27的电线线缆会合后进入第一拖链24内，然后经过所述底座支撑机构内，并穿过所述第二加强筋11进入所述尾部铝板上的线缆安装槽内，最后连接至所述控制单元。

如图1至图11所示，本实施例中，机械臂系统的两条机械臂可以协同作用帮助患者完成步态训练，本实施例中，还包括导轨支撑机构，所述导轨支撑机构对称安装在底盘支撑机构两侧，包括两个支撑导轨44、两个导轨支撑块45，具体的，支撑导轨44安装在导轨支撑块上45，导轨支撑块45固定在第一直角减速机25的顶端，导轨支撑机构对轮椅起到支撑作用，可以帮助患者通过轮椅进入到本装置进行康复训练。

如图1至图11所示，本实施例中，两个导轨密封带46分别通过两个滚轮安装座461和滚轮462安装在底座支撑机构上，所述滚轮安装座461安装在所述底座支撑机构上，所述滚轮462安装在所述滚轮安装座461上，所述导轨密封带46的一端固定连接在所述U形钣金外壳31的底部，另一端连接所述滚轮462，在所述机械臂进行前后移动时，所述导轨密封带46随着所述机械臂的移动从而伸出或收缩，以对两个导轨密封。

本发明可以满足下肢运动需要多个自由度，两个机械臂可以分别带动患者下肢前进、后退、抬升、下降以及踝关节的转动，通过实时捕捉患者足底压力进行反馈控制，再由两个机械臂协作来帮助患者矫正步行姿态，帮助下肢运动功能恢复，解决临床上运动感觉网络的功能重建和脑运动皮层的重新激活等重大临床问题。

本发明机械臂能够帮助患者进行下肢运动康复训练，可帮助解决临床上神经移位术后康复的脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建等重大临床问题；由于三自由度机械臂完全能满足带动人体下肢运动地需求，可对三个驱动电机分别控制以带动人体下肢行走训练。

进一步地，要进行下肢运动康复训练的人，往往都无法自主完成下肢运动。为了保证进行康复训练人的安全，在本发明的下肢康复训练机器人中还采用了骨盆支撑机构400。如图12所示，在本实施例中，所述骨盆支撑机构400同样设置在所述底座支撑机构100上，并配合所述机械臂对患者进行康复训练，骨盆支撑机构400包括支撑钢架机构、侧倾机构、横移机构49和第二旋转机构50。

如图13至图14所示，其中，侧倾机构连接在钢架支撑机构上，两个升降模组54反向运动实现下肢运动时的侧倾自由度；横移机构49固定连接在侧倾机构上，实现下肢运动所需要的横移自由度；第二旋转机构50固定连接在横移机构49的末端，可以帮助骨盆实现旋转自由度。

如图13至图14所示，本实施例中，支撑钢架机构包括两个对称布置的立柱，对整个机构起支撑作用，具体的，立柱包括立柱底板52和矩形钢53，矩形钢53固定安装在立柱底板52上，所述立柱底板52和所述矩形钢53的四周之间设置有加强筋板101，且所述立柱底板52的底部固定连接在所述底座支撑机构的底部铝板1上的第一矩形钢管4上。

如图13至图14所示，本实施例中，侧倾机构包括两个第二升降机构，两个第二升降机构分别固定在两个矩形钢53上。

如图13至图14所示，本实施例中，第二升降机构包括升降模组54、第四驱动电机55、电机法兰56、第三联轴器57、腰部连接块58、扭矩传感器59、密封件60和封装套筒61；具体的，升降模组54固定在矩形钢53上；电机法兰56固定在升降模组54下方；第四驱动电机55固定在电机法兰56上，第四驱动电机55与升降模组54通过第三联轴器57连接，第四驱动电机55驱动升降模组54上下运动；腰部连接块58固定在升降模组54的第一滑块544上，用以连接腰部跟随升降模组54上下运动；本实施例中，扭矩传感器59一端固定在腰部连接块上58，另一端与横移机构49固定连接，扭矩传感器311与控制单元电连接，扭矩传感器59用于测骨盆侧倾对第二升降机构的扭矩并用以反馈控制；密封件60上下两端均固定在升降模组54上，并在中间穿过腰部连接块58；封装套筒61固定在矩形钢53上对第二升降机构完成封装，在本实施例中，所述腰部连接块58的一侧上连接有第二拖链331，所述第二拖链331用于包括线缆。

如图13至图14所示，在本实施例中，所述升降模组54包括第一安装板541和第一安装座542；第一安装板541和第一安装座542之间设置有第一滑轨543，第一滑轨543上滑动安装有第一滑块544，第一安装板541和第一安装座542之间转动安装有第一丝杠轴545，第一丝杠轴545与第一滑块543螺纹连接，腰部连接块58固定于第一滑块543上，第一安装座542内设置有第三联轴器57，且所述第一安装座542外侧设置有用于驱动第一丝杠轴545转动的第四驱动电机55，所述第四驱动电机55通过所述第三联轴器57与所述第一丝杆轴545连接，第一丝杠轴545的旋转运动转换为第一滑块544在第一滑轨543上的往复直线运动。

在本实施例中，所述扭矩传感器59用于监测患者减重支撑力为减重控制提供依据，例如为SK-N611静态扭矩传感器。

如图13至图14所示，在本实施例中，所述第二升降机构也为动态减重机构，所述立柱底板52和矩形钢53之间设置有加强筋板101，所述立柱底板52的底部固定连接在所述底座支撑机构的底部铝板1上的第一矩形钢管4上，封装套筒61借助通孔穿出封装罩16。封装套筒61内设置有第二升降机构，第二升降机构上设置有用于连接横移机构49的腰部连接块58，封装套筒61的一侧设有用于避让腰部连接块58的开口避让部，以可避免连接件运动时腰部连接块58与封装套筒61发生干涉。当两个腰部连接块58在相应第二升降机构的带动下同向(同上或同下)运动时，可实现减重控制；当两个腰部连接块58在相应第二升降机构的带动下异向运动时，可实现骨盆侧倾控制。

如图13至图16所示，在本实施例中，所述升降模组54相对的两侧上设置有一密封板以进行密封，所述升降模组54朝向所述腰部连接块58的一侧上同样设置有密封件60，所述密封件60设置为薄钢板或钢带，所述密封件60的两端与升降模组54的两端连接，且所述腰部连接块58的上下两端均设置有至少两个滚轮102，且所述两个滚轮102之间错位布置，所述密封件60穿过所述滚轮102，即所述密封件60的上表面和下表面各有一个滚轮102，用以减小密封件60与腰部连接块58之间的摩擦力，为了保证在运行过程中，密封件60有一定的张紧力，在升降模组54的上下两端布置有两根滚轮102，用以和滑块上的滚轮形成斜坡，用以压紧密封件60，保证上下运动过程中，密封件60处于张紧状态。

如图17至图18所示，本实施例中，横移机构包括两个对称的横移圆筒，两个横移圆筒分别固定连接在两个第二升降机构的末端。

如图17至图20所示，本实施例中，所述横移圆筒包括直角转接62、第一滚珠花键、第一压缩弹簧63、移动套筒64、防脱环65、位移传感器66、横移罩壳67和ABS管壳68；直角转接62与扭矩传感器59一端固定相连；第一滚珠花键轴69一端固定在直角转接62上，第一滚珠花键螺母70在第一滚珠花键轴69上可横向移动；防脱环65固定在第一滚珠花键轴69的另一端；本实施例中，第一压缩弹簧63设置有两个，本领域技术人员也可根据需要设置为其它数量，一个第一压缩弹簧63设置于所述第一滚珠花键螺母70与直角转接62之间，另一第一压缩弹簧63设置于所述第一花键螺母70的另一端与防脱环65之间。

如图17至图20所示，本实施例中，所述位移传感器66固定在直角转接62的圆孔内，其测量轴顶端与第一滚珠花键螺母70侧面接触，用以测量第一滚珠花键螺母70横向位移，即骨盆横向位移，本领域技术人员也可以运用其他类型传感器达到此目的。移动套筒64一端与所述第一滚珠花键螺母70轴向用螺钉固定，另一端连接第二旋转机构50，第二旋转机构50便可随第一滚珠花键母70一同移动，横移罩壳67固定在直角转接62上，ABS管壳68固定在移动套筒64上。

如图17至图20所示，在本实施例，所述直角转接62的另一端通过第一连接板71固定在第一导轨543上的第一滑块544上，所述第一导轨543设置在所述第二升降机构上，所述第一连接板71与所述第一滑块544相对的一面上设置有第二导轨711，所述第二导轨711上设置有第二滑块712，且所述横移罩壳67靠近所述第二滑块712的位置上设置有一长圆槽74，所述长圆槽74内设置有一锁紧机构75，所述锁紧机构75和所述第二滑块712之间设置有一弹簧钢板76，且位于横移罩壳67内，在本实施例中，所述横移壳体67上所述长圆槽74的边缘上设置有多条刻度线，在本实施例中，所述长圆槽74的宽度为20mm，用以在左右宽度调节时为所述锁紧机构75提供活动空间，所述弹簧钢板76可以卷到壳体内，当锁紧机构向右运动时，弹簧钢板76被拉出，用以填充20mm的长圆槽74，当锁紧机构向左运动时，由于弹簧钢板76较软，会自动收回到壳体内。

如图17至图21所示，本实施例中，第二旋转机构50包括两个前后移动装置，两个前后移动装置分别固定在左右两个移动套筒64末端；所述前后移动装置包括第二滚珠花键501，第二滚珠花键轴502，第二压缩弹簧503和第二滚珠花键螺母504，第二滚珠花键501分别固定连接在所述第二滚珠花键轴502的两端，所述第二滚珠花键螺母504套设在所述第二滚珠花键轴502上，所述第二压缩弹簧503套设在所述第二滚珠花键轴502上，且所述第二压缩弹簧503的数量设置为两个，分别位于所述第二滚珠花键螺母504两侧，即其中一个第二压缩弹簧503位于第二滚珠花键螺母504的一端和所述第二滚珠花键501之间，另一个第二压缩弹簧503位于第二滚珠花键螺母504的另一端和另一个第二滚珠花键501之间，且所述第二旋转机构外侧罩有一旋转罩壳505，所述第二滚珠花键501与所述旋转罩壳505固定连接，所述旋转罩壳505与所述横移罩壳67固定连接，也可一体成型。在本实施例中，所述第二滚珠花键501上设置有压力传感器，在本实施例中，所述安全带连接架通过第二连接板78与所述第二滚珠花键螺母504，所述安全带连接架的远离所述第二旋转机构50的一侧上设置有气囊79，所述气囊79包围住人的骨盆，当转动腰部时，所述两个前后移动装置分别朝向相反的方向移动，从而实现旋转，并且当腰部回转时，在第二压缩弹簧503的作用下，以进行复位。在本实施例中，当患者骨盆发生转动时，且安全带连接架通过所述第二连接板78带动所述第二滚珠花键螺母504沿第二滚珠花键轴502运动时，压缩相应第二压缩弹簧503，相应压力传感器获得压力数据信号并反馈；通过压力数据和基于位移传感器66获得的横向位移数据之间的关系，换算得到骨盆的旋转数据，以便于后续的平衡评估和骨盆运动的平衡调整。

本发明用于下肢康复训练的骨盆支撑机构能够帮助患者支撑起骨盆，减轻双脚站地支撑压力，并能够能实现下肢运动所需要的骨盆侧倾、骨盆横移、骨盆旋转等运动自由度。在帮助患者提高骨盆平衡控制能力的同时，进一步促进下肢功能康复，重新建立全部或者部分下肢运动功能，有助于患者重新融入日常生活。

如图17至图20所示，在本实施例中，所述骨盆支撑机构宽度自适应调节，能够通过机械调节、弹簧调节及气囊实现对骨盆进行较好的包裹，同时，这三种调节方式能够有机互补，最大程度上优化装置与骨盆的自适应过程。具体自适应调节方式如下：所述机械调节过程如下，整个左侧骨盆交互装置通过第二滑块712固定在第二导轨711的滑块上，第二滑块712可以在第二导轨711上很顺畅地滑动，锁紧机构75向上提起松开后，第二滑块712可以在第二导轨711上自由滑动，根据需要调节左右位置。锁紧机构75向下压紧后，第二滑块712在第二导轨711上锁紧。右侧骨盆交互装置调节原理与左侧相同。在使用时，首先预估骨盆宽度，将两侧锁紧机构75松开，两侧对称调节至与骨盆近似宽度，然后下压锁紧机构75锁紧。

如图17至图20所示，在本实施例中，所述弹簧调节过程为，工作状态下，由于第一滚珠花键螺母70在第一压缩弹簧63作用下处于正中位置，第一滚珠花键螺母70可以在第一滚珠花键轴69上平顺地滑动，当使用者需要将骨盆与骨盆交互装置连接时，可以用手将左侧骨盆交互装置往左推动，给骨盆留出空间进入到预定位置，松开手后，在第二压缩弹簧63弹力地作用下，左侧骨盆交互装置与骨盆贴合。当通过安全扣锁紧骨盆交互装置与骨盆时，第二滚珠花键螺母70会在收紧力的作用下右移，实现骨盆的锁紧。右侧骨盆交互装置地调节方式与左侧一致，同样是利用第二压缩弹簧63的弹力让骨盆更容易到达预定位置，在到达预定位置后在弹力的作用下与骨盆贴合。

如图17至图22所示，在本实施例中，所述气囊调节过程为，所述气囊设置在所述安全带连接架上，在通过机械调节和弹簧调节后，左右骨盆交互装置与骨盆已经较为贴合，装置与骨盆间仍有一定的间隙。气囊处于骨盆与骨盆交互装置之间，当气囊充气后，可以将两者之间的间隙填满，使骨盆与骨盆交互装置的连接更为贴合。

在本实施例中，骨盆交互装置上设置有多个传感器，其中至少包括4个压力传感器和2个扭矩传感器，其中，4个压力传感器用于检测骨盆交互装置在前后和左右方向上的力，所述扭矩传感器用于检测垂直方向，即上下方向上的力，通过算法，整合这三个方向上的力，将其与正常人的力曲线对比，得出患者的步行周期数据及评估数据，从而更好的帮助患者进行平衡评估和骨盆运动的平衡调整。

在本实施例中，所述横移罩壳67的底部设置有第二线缆通孔，所述腰部连接块58靠近所述第二线缆通孔的位置上设置同样设置有第三线缆通孔，用于让线缆通过，在本实施例中，所述第二滚珠花键501上的压力传感器线缆经过从所述ABS管壳68并在所述横移罩壳67内与所述扭矩传感器和检测骨盆交互装置在左右方向上力的压力传感器的线缆会合，并从所述横移罩壳67的底部设置的第二线缆通孔穿出所述横移罩壳67，并经过所述腰部连接块58上的第三线缆通孔进入靠近所述腰部连接块58的第三拖链内，然后穿过所述第三拖链进入所述底座支撑机构的内部，并最终连接到控制单元上。

本发明能够用于患者在医师指导或家人陪同下进行自主的下肢康复训练，帮助患者下肢运动并提供下肢步行运动所需要的前进后退，抬升下降，踝关节旋转等自由度，有助于促进患者运动意识的恢复和步行姿态的矫正；给患者提供辅助支撑并提供下肢运动所需要的骨盆侧倾、骨盆横移、骨盆旋转等自由度，有助于患者平衡训练。该机器人能够提供运动阻尼、辅助支撑以及传感器辅助功能，实时检测各个传感器数据并用于反馈控制，提高康复训练效率。

进一步地，要进行下肢运动康复训练的人，往往都无法独自稳定的站立，为了保证进行康复训练人的安全，在本发明的下肢康复训练机器人中还采用了骨盆安全带装置500。如图22至图24所示，在本实施例中，所述骨盆安全带装置500设置在所述骨盆支撑结构400上，包括多个安全带连接架，所述安全带连接架包括第一安全带连接架771和第二安全带连接架772，所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772分别通过第二连接板78与所述第二滚珠花键螺母504，且所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772之间还设置有前侧骨盆支撑架80，所述前侧骨盆支撑架80的两端分别连接在所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772的一端，且位于所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772同一侧。

如图22至图24所示，在本实施例中，所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772底部靠近两端的位置上连接有第一安全带81，所述第一安全带81的一端通过三角扣82与所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772连接，所述三角扣82通过铆钉和所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772连接，使得所述三角扣82可以绕着所述铆钉转动，所述第一安全带81的另一端上设置有第一卡扣83的母端(公端)。在本实施例中，所述第一安全带81的另一端通过第一卡扣83连接第二安全带84的一端，所述第二安全带84与所述第一安全带81连接的一端上设置有第一卡扣83的公端(母端)，以便和所述第一安全带81连接，所述第二安全带84的另一端固定连接在裆部支撑件85上，所述挡板支撑件85优选为海绵块，所述第一安全带81和所述第二安全带84对称连接在所述挡板支撑件85和所述安全带连接架之间，以保证其稳定性和平衡性，更好的辅助患者进行康复训练。

如图22至图24所示，在本实施例中，所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772远离所述前侧骨盆支撑架80的一端上分别连接有第三安全带86，且同样是通过三角扣82进行连接，且其中一个安全带连接架上的第三安全带86的另一端设置有第二卡扣的公端(母端)，另一个安全带连接架上的第三安全带86的另一端设置有第二卡扣的母端(公端)，通过第二卡扣以进行连接，且可以通过调节第二卡扣在所述第三安全带86上的位置从而调节所述第三安全带86的长度，以更好适应患者的骨盆。

如图22至图24所示，在本实施例中，所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772与所述前侧骨盆支撑架80连接的一端上设置有多个滑槽87，所述前侧骨盆支撑架80与所述第一安全带连接架771和所述第二安全带连接架772连接的一端上设置有螺栓，所述螺栓穿过所述滑槽87并通过螺帽进行固定连接，松开所述螺帽，使得所述前侧骨盆支撑架80通过所述螺栓在所述滑槽88内滑动，从而调整前侧骨盆支撑架80的位置，实现宽度调整，以更好的适应患者的骨盆结构，从而更好的辅助患者进行康复训练。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的范围并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种下肢康复训练机器人，其特征在于，包括：

底座支撑机构；

多个机械臂，设置在所述底座支撑机构相对的两侧上，包括固定基座、前进机构、第一升降机构和第一旋转机构，所述固定基座固定设置在所述底座支撑机构上，所述前进机构设置在所述固定基座上，所述第一升降机构连接所述前进机构，所述第一旋转机构连接所述第一升降机构；

双足末端执行机构，连接所述第一旋转机构；

骨盆支撑机构，设置在所述底座支撑机构上，包括支撑钢架机构、侧倾机构、横移机构和第二旋转机构，所述支撑钢架机构的一端固定连接在所述底座支撑机构上，所述侧倾机构设置在所述支撑钢架机构上，所述横移机构通过滑块与所述侧倾机构连接，所述第二旋转机构与所述横移机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，还包括控制单元，所述的控制单元固定在所述底座支撑机构上，用于与所有驱动电机连接。

3.根据权利要求2所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述双足末端支撑机构包括足底连接板、踩踏板、多个压力传感器和圆形挡片，所述足底连接板与所述第一旋转机构的输出轴连接，所述踩踏板设置在所述足底连接板上，所述多个传感器设置在所述踩踏板上，并与足底接触，所述圆形挡片通过螺钉固定在第一旋转机构的输出轴上用以抑制双足末端执行机构的轴向运动。

4.根据权利要求3所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述压力传感器用于获得患者运动时足底压力，所述压力传感器与所述控制单元电连接。

5.根据权利要求1所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述侧倾机构包括两个第二升降机构，并连接在所述支撑钢架机构上，两个所述第二升降机构反向运动实现下肢运动时所需的骨盆侧倾自由度；所述横移机构连接在侧倾机构上，实现下肢运动所需的横移自由度；所述第二旋转机构固定连接在横移机构的末端，以实现骨盆的旋转自由度。

6.根据权利要求5所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述第二升降机构包括升降模组、驱动电机、腰部连接块，所述升降模组固定在所述支撑钢架机构上，，所述的腰部连接块固定在所述升降模组的滑块上，连接腰部跟随所述升降模组上下运动。

7.根据权利要求6所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述侧倾机构还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器一端固定在所述腰部连接块上，另一端与所述横移机构固定连接，所述扭矩传感器与所述控制单元电连接，用于测得骨盆侧倾时对第二升降机构的扭矩并传递到所述控制单元。

8.根据权利要求5所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述横移机构包括两个横移圆筒，所述横移圆筒固定连接在两个所述第二升降机构的末端。

9.根据权利要求8所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述横移圆筒包括直角转接、第一滚珠花键、第一压缩弹簧、移动套筒、防脱环、位移传感器；所述直角转接与所述扭矩传感器固定相连；所述第一滚珠花键轴一端固定在所述直角转接上，所述第一滚珠花键螺母在第一滚珠花键轴上横向移动；所述防脱环固定在所述第一滚珠花键轴的另一端；所述第一压缩弹簧设置有两个，一个所述第一压缩弹簧设置于所述第一滚珠花键螺母与所述直角转接之间，另一所述第一压缩弹簧设置于所述第一花键螺母的另一端与所述防脱环之间；所述位移传感器固定在所述直角转接的圆孔内，其测量轴顶端与所述第一滚珠花键螺母侧面接触；所述移动套筒一端与所述第一滚珠花键螺母轴向固定，随所述第一滚珠花键母一同移动，另一端连接所述第二旋转机构。

10.根据权利要求9所述的一种下肢康复训练机器人，其特征在于，所述第二旋转机构包括前后移动装置，所述前后移动装置分别固定在所述移动套筒末端；所述前后移动装置包括第二滚珠花键，第二滚珠花键轴，第二压缩弹簧和第二滚珠花键螺母，所述第二滚珠花键分别固定连接在所述第二滚珠花键轴的两端，所述第二滚珠花键螺母套设在所述第二滚珠花键轴上，所述第二压缩弹簧套设在所述第二滚珠花键轴上，且所述第二压缩弹簧的数量设置为两个，分别位于所述第二滚珠花键螺母两侧。

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