CN113041564B - 用于髋关节康复的医疗康复机器人及运动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于髋关节康复的医疗康复机器人及运动控制方法,所述医疗康复机器人为双重平行四边形结构:回转电动缸(8)带动回转台(7)、翻转机构(3)、大臂(4)、小臂(2)共同绕回转中心转动;翻转电动缸(9)带动翻转机构(3)、大臂(4)、小臂(2)绕翻转中心转动;大臂电动缸(6)带动大臂(4)、小臂(2)绕大臂回转轴(2407)转动;小臂电动缸(1)带动小臂(2)绕小臂回转轴(2403)转动。人体待康复下肢固定于该医疗康复机器人上,通过髋关节三旋转自由度调节和膝关节单自由度调节,实现髋关节、膝关节联动,带动髋关节完成屈髋、外旋、内旋、外展等动作,达到髋关节康复过程的被动式康复的目的。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复设备技术领域,具体涉及一种用于髋关节康复的医疗康复机器人及采用该医疗康复机器人的髋关节康复运动控制方法。
背景技术
目前对于髋关节康复机构的研究,从机构的类型上可分为两种:串联机构和并联机构。串联机构的发展比较早,研究的时间比较长,取得的成果比较丰富,在髋关节康复方面的应用也比较多。而并联机构的研究是从上个世纪50年代开始的,对于并联机构在髋关节康复机构方面的应用相对较少。与国外康复机器人研究相比,我国研究机构对于康复机器人的研究起步较晚,技术相对比较落后。髋关节康复机器人结构以悬吊式或可穿戴式外骨骼为主,对于无法直立的患者使用能力有限。
鉴于此,可以设计一种关节康复机器人,通过对关节的不同角度不同方向做主被动运动,达到改善关节活动范围、提高肌力、缓解肌张力、增加本体感觉输入、提高关节的协调性、灵活性和运动速度,从而提高关节的运动功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于髋关节康复的医疗康复机器人及运动控制方法,人体待康复下肢可以固定于该机器人上,通过髋关节三旋转自由度调节和膝关节单自由度调节,实现髋关节、膝关节联动,带动髋关节完成屈髋、外旋、内旋、外展等动作,达到髋关节康复过程的被动式康复的目的。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
本发明提供的用于髋关节康复的医疗康复机器人,包括床体和回转台,还包括小臂电动缸、小臂、翻转机构、大臂、大臂电动缸、回转电动缸和翻转电动缸;所述医疗康复机器人为双重平行四边形结构;所述床体固定,回转台为第一层转动机构,安装于床体下方,通过回转电动缸驱动,带动回转台、翻转机构、大臂、小臂共同绕回转中心转动;所述翻转机构为第二层转动机构,安装于回转台上,通过翻转电动缸驱动,带动翻转机构、大臂、小臂绕翻转中心转动;所述大臂为第三层转动机构,安装于翻转机构上,通过大臂电动缸驱动,带动大臂、小臂绕大臂回转轴转动;所述小臂为第四层转动机构,安装于大臂末端,通过小臂电动缸驱动,带动小臂绕小臂回转轴转动。
优选的是,所述回转台包括回转支承、回转支座、回转连接轴和电动缸连接半轴,回转电动缸伸缩带动回转支座转动,回转支承内圈一端通过螺栓与床体连接,回转支承外圈一端通过螺栓与回转支座连接,回转电动缸一端通过销轴连接回转支座,回转电动缸另一端通过销轴与床体连接。
在上述任一技术方案中优选的是,所述回转电动缸采用中部半轴连接方式。
在上述任一技术方案中优选的是,所述翻转机构包括翻转支座、翻转连接轴、上连杆、下连杆、回转支座、翻转电动缸连接半轴、随动上连杆和随动下连杆,翻转电动缸伸缩带动翻转机构转动,上连杆、下连杆分别通过销轴连接回转支座,随动上连杆、随动下连杆与上连杆、下连杆通过四个销轴连接,随动上连杆、随动下连杆分别与翻转支座通过销轴连接。
在上述任一技术方案中优选的是,所述翻转电动缸)采用前端半轴连接方式安装在回转支座上,其另一端与下连杆连接。
在上述任一技术方案中优选的是,所述医疗康复机器人还包括连接架、调整机构、大臂翻转支座、大臂电动缸上连接轴、大臂电动缸下连接轴、小臂电动缸后连接轴、小臂电动缸前连接轴。
在上述任一技术方案中优选的是,所述大臂电动缸伸缩带动大臂实现俯仰动作,小臂电动缸伸缩带动小臂实现小臂屈膝动作。
在上述任一技术方案中优选的是,所述大臂通过大臂回转轴与大臂翻转支座连接,通过小臂回转轴与小臂相连。
在上述任一技术方案中优选的是,所述大臂电动缸缸筒采用前端半轴连接方式固定在大臂翻转支座上,其缸杆通过大臂电动缸上连接轴与大臂臂体连接。
在上述任一技术方案中优选的是,所述小臂电动缸缸筒采用后端半轴连接方式通过小臂电动缸后连接轴与小臂连接,小臂电动缸缸杆通过小臂电动缸前连接轴与大臂的连接架连接。
在上述任一技术方案中优选的是,所述大臂臂体与连接架之间通过调整机构连接,调整机构为两侧正反螺纹结构。
本发明还提供一种医疗康复机器人运动控制方法,采用如上任一项所述的医疗康复机器人实现髋关节康复;医疗康复机器人通过连杆转动运动控制方式实现髋关节康复,该运动控制方法包括:
回转台主要用于实现医疗康复机器人绕Z轴旋转运动,翻转机构主要用于实现医疗康复机器人绕X轴旋转运动,大臂、小臂主要用于实现医疗康复机器人模拟大腿俯仰及屈膝动作;利用双重平行四边形构造,使医疗康复机器人绕某Ox轴线转动,以髋关节大转子为中心O点,上连杆、下连杆铰点A、B连线通过O点,随动上连杆、随动下连杆铰点C、D连线也通过O点,上连杆铰点连线AEF线与下连杆铰点连线BGH线以及OCD线平行,随动上连杆连线CEG线与随动下连杆连线DFH线以及OAB线平行,连线交点E、F、G、H为连杆连接铰点;以A、B点为固定点,C点、D点以及翻转支座上所有点必然绕O点旋转;将髋关节大转子转动中心点作为坐标原点O点,由O点指向床体尾部为Ox轴,由O点指向床体侧边为Oy轴,由O点指向床体顶部为Oz轴;翻转机构的翻转中心轴线在Ox轴线上,通过翻转机构电动缸驱动使其绕Ox轴线转动;大臂回转轴中心线在Oy轴线上,通过大臂电动缸驱动使其绕Oy轴线转动;回转部回转中心线在Oz轴线上,通过回转电动缸驱动使其绕Oz轴线转动;通过上述三个转动组合,实现以O点为中心的三个旋转自由度的转动,进而实现机器人带动下肢绕髋关节大转子中心任意方向转动。
在上述任一技术方案中优选的是,所述回转台用于实现机器人绕Z轴旋转运动,包括:回转台由回转支承、回转支座等组成,在回转电动缸的伸缩作用下,带动回转基座转动。回转支承内圈一端通过螺栓与床体连接,外圈一端通过螺栓与回转基座连接,回转电动缸一端通过销轴连接回转基座,另一端通过通过销轴与床体连接。电动缸采用中部半轴连接方式,可以减少机器人对空间的占用。
在上述任一技术方案中优选的是,所述翻转机构主要用于实现机器人绕X轴旋转运动,包括:翻转机构由翻转支座、上连杆、下连杆、随动上连杆、随动下连杆等组成,在翻转电动缸的伸缩作用下,带动翻转机构转动。上连杆、下连杆分别通过销轴连接到回转支座上,随动上连杆、随动下连杆与上连杆、下连杆通过四个销轴连接,随动上连杆、随动下连杆分别与翻转支座通过销轴连接。电动缸采用前端半轴连接方式安装在回转支座上,可以减少电动缸占机器人空间,另一端与下连杆连接。
在上述任一技术方案中优选的是,所述大臂、小臂主要用于实现机器人模拟大腿俯仰及屈膝动作,包括:大臂电动缸伸缩带动大臂实现俯仰动作,小臂电动缸伸缩带动小臂实现小臂屈膝动作。大臂通过大臂回转轴与翻转支座连接,通过小臂回转轴与小臂相连。大臂电动缸缸筒采用前端半轴连接方式固定在翻转支座上,缸杆通过大臂电动缸上连接轴与大臂臂体连接。小臂电动缸缸筒采用后端半轴连接方式通过小臂电动缸后连接轴与小臂连接,小臂电动缸缸杆通过小臂电动缸前连接轴与大臂的连接架连接。大臂臂体与连接架之间通过调整机构连接,调整机构为两侧正反螺纹结构,可实现转动调整机构调整大臂伸长或缩短,以满足不同大腿长度的患者应用。
在上述任一技术方案中优选的是,患者平躺于病床上,术腿与机器人大臂、小臂捆绑连接。腿部无需用力,在机器人控制下,驱动串联机器人各关节运动,实现屈髋、外旋、外展、内收、后伸以及其他髋关节康复动作。
与现有技术相比,本发明的上述技术方案具有如下有益效果:
本发明的医疗康复机器人是通过对关节的不同角度不同方向做主被动运动,达到改善关节活动范围、提高肌力、缓解肌张力、增加本体感觉输入、提高关节的协调性、灵活性和运动速度,从而提高关节的运动功能。采用本发明的医疗康复机器人及运动控制方法,进行髋关节康复的,人体待康复下肢固定于该机器人上,通过髋关节三旋转自由度调节和膝关节单自由度调节,实现髋关节、膝关节联动,带动髋关节完成屈髋、外旋、内旋、外展等动作,达到髋关节康复过程的被动式康复的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的一优选实施例的机器人结构示意图;
图2为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的隐藏床体状态下机器人结构示意图;
图3为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的四旋转中心轴线位置示意图;
图4为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的回转台组成及原理示意图;
图5为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的翻转机构组成示意图;
图6为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的翻转机构原理示意图;
图7为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的大臂、小臂组成及原理示意图;
图8为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的患者平躺时运动控制状态示意图;
图9为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的患者屈髋时运动控制状态示意图;
图10为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的患者外旋时运动控制状态示意图;
图11为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的患者外展时运动控制状态示意图;
图12为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的患者内收时运动控制状态示意图;
图13为按照本发明的用于髋关节康复的医疗康复机器人的图1所示实施例的患者后伸时运动控制状态示意图。
附图标记:
小臂电动缸1,小臂2,翻转机构3,大臂4,床体5,大臂电动缸6,回转台7,回转电动缸8,翻转电动缸9;
回转支承701,回转支座702,回转连接轴704,电动缸连接半轴705;
翻转支座301,翻转连接轴302,下连杆303,随动下连杆304,上连杆305,回转支座306,翻转电动缸连接半轴308,随动上连杆309;小臂回转轴2403,连接架2404,调整机构2405,大臂臂体2406,大臂回转轴2407,大臂翻转支座2408,大臂电动缸上连接轴2409,大臂电动缸下连接轴2410,小臂电动缸后连接轴2412,小臂电动缸前连接轴2413。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
关节康复机器人是通过对关节的不同角度不同方向做主被动运动,达到改善关节活动范围、提高肌力、缓解肌张力、增加本体感觉输入、提高关节的协调性、灵活性和运动速度,从而提高关节的运动功能。鉴于此,本发明实施例提出一种用于髋关节康复的医疗康复机器人及采用该医疗康复机器人的髋关节康复运动控制方法,人体待康复下肢固定于该机器人上,通过髋关节三旋转自由度调节和膝关节单自由度调节,实现髋关节、膝关节联动,带动髋关节完成屈髋、外旋、内旋、外展等动作,达到髋关节康复过程的被动式康复的目的。
以下结合图1至13说明本实施例的医疗康复机器人的结构、技术特点和应用该医疗康复机器人进行患者髋关节康复运动的机器人运动控制实现过程。
本实施例所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,包括小臂电动缸1、小臂2、翻转机构3、大臂4、床体5、大臂电动缸6、回转台7、回转电动缸8和翻转电动缸9;医疗康复机器人为双重平行四边形结构;床体5固定,回转台7为第一层转动机构,安装于床体5下方,通过回转电动缸8驱动,带动回转台7、翻转机构3、大臂4、小臂2共同绕回转中心转动;翻转机构3为第二层转动机构,安装于回转台7上,通过翻转电动缸9驱动,带动翻转机构3、大臂4、小臂2绕翻转中心转动;大臂4为第三层转动机构,安装于翻转机构3上,通过大臂电动缸6驱动,带动大臂4、小臂2绕大臂回转轴2407转动;小臂2为第四层转动机构,安装于大臂4末端,通过小臂电动缸1驱动,带动小臂2绕小臂回转轴2403转动。
在本实施例中,回转台7包括回转支承701、回转支座702、回转连接轴704和电动缸连接半轴705,回转电动缸8伸缩带动回转支座702转动,回转支承701内圈一端通过螺栓与床体5连接,回转支承701外圈一端通过螺栓与回转支座702连接,回转电动缸8一端通过销轴连接回转支座702,回转电动缸8另一端通过销轴与床体5连接,回转电动缸8采用中部半轴连接方式。
在本实施例中,翻转机构3包括翻转支座301、翻转连接轴302、上连杆305、下连杆303、回转支座306、翻转电动缸连接半轴308、随动上连杆309和随动下连杆304,翻转电动缸9伸缩带动翻转机构3转动,上连杆305、下连杆303分别通过销轴连接回转支座306,随动上连杆309、随动下连杆304与上连杆305、下连杆303通过四个销轴连接,随动上连杆309、随动下连杆304分别与翻转支座301通过销轴连接;翻转电动缸9采用前端半轴连接方式安装在回转支座306上,其另一端与下连杆303连接。
在本实施例中,医疗康复机器人还包括连接架2404、调整机构2405、大臂翻转支座2408、大臂电动缸上连接轴2409、大臂电动缸下连接轴2410、小臂电动缸后连接轴2412、小臂电动缸前连接轴2413。大臂电动缸6伸缩带动大臂4实现俯仰动作,小臂电动缸1伸缩带动小臂2实现小臂屈膝动作。大臂4通过大臂回转轴2407与大臂翻转支座2408连接,通过小臂回转轴2403与小臂2相连。大臂电动缸6缸筒采用前端半轴连接方式固定在大臂翻转支座2408上,其缸杆通过大臂电动缸上连接轴2409与大臂臂体2406连接。小臂电动缸1缸筒采用后端半轴连接方式通过小臂电动缸后连接轴2412与小臂2连接,小臂电动缸1缸杆通过小臂电动缸前连接轴2413与大臂4的连接架2404连接。大臂臂体2406与连接架2404之间通过调整机构2405连接,调整机构2405为两侧正反螺纹结构。
采用该医疗康复机器人通过连杆转动运动控制方式实现髋关节康复的过程包括:回转台主要用于实现医疗康复机器人绕Z轴旋转运动,翻转机构主要用于实现医疗康复机器人绕X轴旋转运动,大臂、小臂主要用于实现医疗康复机器人模拟大腿俯仰及屈膝动作;利用双重平行四边形构造,使医疗康复机器人绕某Ox轴线转动,以髋关节大转子为中心O点,上连杆、下连杆铰点A、B连线通过O点,随动上连杆、随动下连杆铰点C、D连线也通过O点,上连杆铰点连线AEF线与下连杆铰点连线BGH线以及OCD线平行,随动上连杆连线CEG线与随动下连杆连线DFH线以及OAB线平行,连线交点E、F、G、H为连杆连接铰点;以A、B点为固定点,C点、D点以及翻转支座上所有点必然绕O点旋转;将髋关节大转子转动中心点作为坐标原点O点,由O点指向床体尾部为Ox轴,由O点指向床体侧边为Oy轴,由O点指向床体顶部为Oz轴;翻转机构的翻转中心轴线在Ox轴线上,通过翻转机构电动缸驱动使其绕Ox轴线转动;大臂回转轴中心线在Oy轴线上,通过大臂电动缸驱动使其绕Oy轴线转动;回转部回转中心线在Oz轴线上,通过回转电动缸驱动使其绕Oz轴线转动;通过上述三个转动组合,实现以O点为中心的三个旋转自由度的转动,进而实现机器人带动下肢绕髋关节大转子中心任意方向转动。
本实施例的机器人是一种具有四个转动自由度的串联机器人,主要由床体、回转台、翻转机构、大臂、小臂、回转电动缸、翻转电动缸、大臂电动缸、小臂电动缸等组成,如图1所示。
床体固定,回转台为第一层转动机构,安装于床体下方,通过回转电动缸驱动,带动回转台、翻转机构、大臂、小臂等共同绕回转中心转动;翻转机构为第二层转动机构,安装于回转台上,通过翻转电动缸驱动,带动翻转机构、大臂、小臂等绕翻转中心转动;大臂为第三层转动机构,安装于翻转机构上,通过大臂电动缸驱动,带动大臂、小臂等绕大臂回转轴转动;小臂为第四层转动机构,安装于大臂末端,通过小臂电动缸驱动,带动小臂绕小臂回转轴转动。图1所示是髋关节康复机器人的整体结构,图2展示了隐藏床体状态时髋关节康复机器人的结构。
四旋转中心轴线位置如图3所示,将髋关节大转子转动中心点作为坐标原点O点,由O点指向床体尾部为Ox轴,由O点指向床体侧边为Oy轴,由O点指向床体顶部为Oz轴。
翻转机构的翻转中心轴线在Ox轴线上,通过翻转机构电动缸驱动使其绕Ox轴线转动;大臂回转轴中心线在Oy轴线上,通过大臂电动缸驱动使其绕Oy轴线转动;回转部回转中心线在Oz轴线上,通过回转电动缸驱动使其绕Oz轴线转动。通过三个转动组合,实现以O点为中心的三个旋转自由度的转动,进而实现机器人带动下肢绕髋关节大转子中心任意方向转动。
将膝关节转动中心点作为坐标原点O′点,由O′点指向床体侧边为O′y轴,小臂回转轴中心线在O′y轴线上,通过小臂电动缸驱动时其绕O′y轴旋转,进而实现机器人带动小腿完成屈膝动作。
回转台具体结构如图4所示,回转台主要用于实现机器人绕Z轴旋转运动,回转台由回转支承、回转支座等组成,在回转电动缸的伸缩作用下,带动回转基座转动。回转支承内圈一端通过螺栓与床体连接,外圈一端通过螺栓与回转基座连接,回转电动缸一端通过销轴连接回转基座,另一端通过通过销轴与床体连接。电动缸采用中部半轴连接方式,可以减少机器人对空间的占用。
翻转机构具体结构如图5所示,翻转机构主要用于实现机器人绕X轴旋转运动,翻转机构由翻转支座、上连杆、下连杆、随动上连杆、随动下连杆等组成,在翻转电动缸的伸缩作用下,带动翻转机构转动。上连杆、下连杆分别通过销轴连接到回转支座上,随动上连杆、随动下连杆与上连杆、下连杆通过四个销轴连接,随动上连杆、随动下连杆分别与翻转支座通过销轴连接。电动缸采用前端半轴连接方式安装在回转支座上,可以减少电动缸占机器人空间,另一端与下连杆连接。
本实施例所述技术方案提出了一种连杆转动方案,利用双重平行四边形构造,实现机器人绕某Ox轴线转动。如图6所示,以髋关节大转子为中心O点,上连杆、下连杆铰点A、B连线通过O点,随动上连杆、随动下连杆铰点C、D连线也通过O点,上连杆铰点连线AEF线与下连杆铰点连线BGH线以及OCD线平行,随动上连杆连线CEG线与随动下连杆连线DFH线以及OAB线平行,连线交点E、F、G、H为连杆连接铰点。以A、B点为固定点,C点、D点以及翻转支座上所有点必然绕O点旋转。
大臂及小臂的具体结构如图7所示,大臂、小臂主要用于实现机器人模拟大腿俯仰及屈膝动作,主要由大臂臂体、调整机构、连接架、小臂以及连接轴等组成,大臂电动缸伸缩带动大臂实现俯仰动作,小臂电动缸伸缩带动小臂实现小臂屈膝动作。大臂通过大臂回转轴与翻转支座连接,通过小臂回转轴与小臂相连。大臂电动缸缸筒采用前端半轴连接方式固定在翻转支座上,缸杆通过大臂电动缸上连接轴与大臂臂体连接。小臂电动缸缸筒采用后端半轴连接方式通过小臂电动缸后连接轴与小臂连接,小臂电动缸缸杆通过小臂电动缸前连接轴与大臂的连接架连接。大臂臂体与连接架之间通过调整机构连接,调整机构为两侧正反螺纹结构,可实现转动调整机构调整大臂伸长或缩短,以满足不同大腿长度的患者应用。
采用本实施例所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人及运动控制方法,辅助患者康复动作,可以如图8至13所示,患者平躺于病床上,术腿与机器人大臂、小臂捆绑连接。腿部无需用力,在机器人控制下,驱动串联机器人各关节运动,实现如图9至图13的屈髋、外旋、外展、内收、后伸以及其他髋关节康复动作。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非是对本发明的范围进行限定;以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围;在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于髋关节康复的医疗康复机器人,包括床体(5)和回转台(7),其特征在于,还包括小臂电动缸(1)、小臂(2)、翻转机构(3)、大臂(4)、大臂电动缸(6)、回转电动缸(8)和翻转电动缸(9),所述回转电动缸采用中部半轴连接方式;所述医疗康复机器人为双重平行四边形结构;所述床体(5)固定,回转台(7)为第一层转动机构,安装于床体(5)下方,通过回转电动缸(8)驱动,带动回转台(7)、翻转机构(3)、大臂(4)、小臂(2)共同绕回转中心转动;所述翻转机构(3)为第二层转动机构,安装于回转台(7)上,通过翻转电动缸(9)驱动,带动翻转机构(3)、大臂(4)、小臂(2)绕翻转中心转动;所述大臂(4)为第三层转动机构,安装于翻转机构(3)上,通过大臂电动缸(6)驱动,带动大臂(4)、小臂(2)绕大臂回转轴(2407)转动;所述小臂(2)为第四层转动机构,安装于大臂(4)末端,通过小臂电动缸(1)驱动,带动小臂(2)绕小臂回转轴(2403)转动。
2.如权利要求1所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述回转台(7)包括回转支承(701)、回转支座(702)、回转连接轴(704)和电动缸连接半轴(705),回转电动缸(8)伸缩带动回转支座(702)转动,回转支承(701)内圈一端通过螺栓与床体(5)连接,回转支承(701)外圈一端通过螺栓与回转支座(702)连接,回转电动缸(8)一端通过销轴连接回转支座(702),回转电动缸(8)另一端通过销轴与床体(5)连接。
3.如权利要求1所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述翻转机构(3)包括翻转支座(301)、翻转连接轴(302)、上连杆(305)、下连杆(303)、回转支座(306)、翻转电动缸连接半轴(308)、随动上连杆(309)和随动下连杆(304),翻转电动缸(9)伸缩带动翻转机构(3)转动,上连杆(305)、下连杆(303)分别通过销轴连接回转支座(306),随动上连杆(309)、随动下连杆(304)与上连杆(305)、下连杆(303)通过四个销轴连接,随动上连杆(309)、随动下连杆(304)分别与翻转支座(301)通过销轴连接。
4.如权利要求1所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述医疗康复机器人还包括连接架(2404)、调整机构(2405)、大臂翻转支座(2408)、大臂电动缸上连接轴(2409)、大臂电动缸下连接轴(2410)、小臂电动缸后连接轴(2412)、小臂电动缸前连接轴(2413)。
5.如权利要求4所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述大臂电动缸(6)伸缩带动大臂(4)实现俯仰动作,小臂电动缸(1)伸缩带动小臂(2)实现小臂屈膝动作。
6.如权利要求5所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述大臂(4)通过大臂回转轴(2407)与大臂翻转支座(2408)连接,通过小臂回转轴(2403)与小臂(2) 相连。
7.如权利要求6所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述大臂电动缸(6)缸筒采用前端半轴连接方式固定在大臂翻转支座(2408)上,其缸杆通过大臂电动缸上连接轴(2409)与大臂臂体(2406)连接。
8.如权利要求7所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述小臂电动缸(1)缸筒采用后端半轴连接方式通过小臂电动缸后连接轴(2412)与小臂(2)连接,小臂电动缸(1)缸杆通过小臂电动缸前连接轴(2413)与大臂(4)的连接架(2404)连接。
9.如权利要求8所述的用于髋关节康复的医疗康复机器人,其特征在于,所述大臂臂体(2406)与连接架(2404)之间通过调整机构(2405)连接,调整机构(2405)为两侧正反螺纹结构。
10.一种医疗康复机器人运动控制方法,采用如权利要求1至9任一项所述的医疗康复机器人实现髋关节康复,其特征在于,所述医疗康复机器人通过连杆转动运动控制方式实现髋关节康复,包括:
回转电动缸采用中部半轴连接方式,回转台由回转支承、回转支座组成,在回转电动缸的伸缩作用下,带动回转基座转动,回转支承内圈一端通过螺栓与床体连接,回转支承外圈一端通过螺栓与回转基座连接,回转电动缸一端通过销轴连接回转基座,回转电动缸另一端通过销轴与床体连接,回转台实现了医疗康复机器人绕Z轴旋转运动;翻转机构主要用于实现医疗康复机器人绕X轴旋转运动,大臂、小臂主要用于实现医疗康复机器人模拟大腿俯仰及屈膝动作;利用双重平行四边形构造,使医疗康复机器人绕某Ox轴线转动,以髋关节大转子为中心O点,上连杆、下连杆铰点A、B连线通过O点,随动上连杆、随动下连杆铰点C、D连线也通过O点,上连杆铰点连线AEF线与下连杆铰点连线BGH线以及OCD线平行,随动上连杆连线CEG线与随动下连杆连线DFH线以及OAB线平行,连线交点E、F、G、H为连杆连接铰点;以A、B点为固定点,C点、D点以及翻转支座上所有点必然绕O点旋转;将髋关节大转子转动中心点作为坐标原点O点,由O点指向床体尾部为Ox轴,由O点指向床体侧边为Oy轴,由O点指向床体顶部为Oz轴;翻转机构的翻转中心轴线在Ox轴线上,通过翻转机构电动缸驱动使其绕Ox轴线转动;大臂回转轴中心线在Oy轴线上,通过大臂电动缸驱动使其绕Oy轴线转动;回转部回转中心线在Oz轴线上,通过回转电动缸驱动使其绕Oz轴线转动;通过上述三个转动组合,实现以O点为中心的三个旋转自由度的转动,进而实现机器人带动下肢绕髋关节大转子中心任意方向转动;
翻转机构实现机器人绕X轴旋转运动,包括:翻转机构由翻转支座、上连杆、下连杆、随动上连杆、随动下连杆组成,在翻转电动缸的伸缩作用下,带动翻转机构转动;上连杆、下连杆分别通过销轴连接到回转支座上,随动上连杆、随动下连杆与上连杆、下连杆通过四个销轴连接,随动上连杆、随动下连杆分别与翻转支座通过销轴连接;电动缸采用前端半轴连接方式安装在回转支座上,减少电动缸占机器人空间,另一端与下连杆连接;
大臂、小臂实现机器人模拟大腿俯仰及屈膝动作,包括:大臂电动缸伸缩带动大臂实现俯仰动作,小臂电动缸伸缩带动小臂实现小臂屈膝动作;大臂通过大臂回转轴与翻转支座连接,通过小臂回转轴与小臂相连;大臂电动缸缸筒采用前端半轴连接方式固定在翻转支座上,缸杆通过大臂电动缸上连接轴与大臂臂体连接;小臂电动缸缸筒采用后端半轴连接方式通过小臂电动缸后连接轴与小臂连接,小臂电动缸缸杆通过小臂电动缸前连接轴与大臂的连接架连接;大臂臂体与连接架之间通过调整机构连接,调整机构为两侧正反螺纹结构,实现转动调整机构调整大臂伸长或缩短,以满足不同大腿长度的患者应用;
患者平躺于病床上,术腿与机器人大臂、小臂捆绑连接;腿部无需用力,在机器人控制下,驱动串联机器人各关节运动,实现屈髋、外旋、外展、内收、后伸髋关节康复动作。
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