CN113069322B - 一种空间多自由度下肢康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于康复训练装置技术领域，具体涉及一种空间多自由度下肢康复机器人。本发明包括底架、升降座椅组件以及下肢康复训练组件；下肢康复训练组件包括：第一电机、第二电机、与第一电机的输出轴同轴连接的第一线性模组、固定在第一线性模组滑块上的第一下肢旋转副、第一方管、与第二电机的输出轴同轴连接的第二线性模组、固定在第二线性模组滑块上的第二下肢旋转副、第二方管以及固定在脚部旋转副上的踏板组件。通过第一电机和第二电机，同时带动第一方管和第二方管前后运动，能够带动患者的膝关节和髋关节做屈曲/伸展运动；当第一方管和第二方管的运动速度不同时，能带动患者的髋关节做内收/外展运动，而且能够自动调节座椅的高度。

Description

一种空间多自由度下肢康复机器人
技术领域
本发明属于康复设备技术领域，具体涉及一种空间多自由度下肢康复机器人。
背景技术
医学理论和临床医学证明，对于意外伤害、手术后遗症以及中风偏瘫等引起的下肢运动功能损伤的患者，需通过必要的前期手术治疗，以及药物的配合治疗，后期仍然需要使用科学的肢体训练方法才能更好的使患者肢体恢复到较好的状态。传统的康复训练治疗活动大多需要治疗师对患者进行一对一式康复疗法，这种方法不仅费用昂贵、训练效率和强度难以保证，而且治疗师的劳动强度大，限制了患者的训练时间。为此发展一种空间多自由度下肢康复机器人对患者的康复进程有着极大的推动作用。
一方面，目前市面上已经存在的具有下肢锻炼功能的机器大多数训练动作单一固定，另一方面，现有的康复机器人普遍是大型设备，不方便移动，使用场景受限，不能完全满足康复训练的要求，而一些小型康复机器人主要依靠两支辅助杆来维持患者身体平衡，这类机器人平衡性较差。除此之外，市面上的康复训练机器的座椅的高度往往需要手动调节，大大的增加了患者的负担。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的训练动作单一固定、不便于移动、平衡性差以及座椅需手动调节等缺陷，提供一种能够实现多种康复动作训练、能够使患者在训练过程中始终保持平衡、能够随意移动而且能够通过操作界面实现座椅升降的空间多自由度下肢康复机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：包括底架、设置在所述底架上的升降座椅组件以及对称安装在所述底架上的位于所述升降座椅组件两侧的下肢康复训练组件；所述下肢康复训练组件包括：并列固定在所述底架一端的第一电机和第二电机、与所述第一电机的输出轴同轴连接的第一线性模组、固定在所述第一线性模组的滑块上的第一下肢旋转副、与所述第二电机的输出轴同轴连接的第二线性模组以及固定在所述第二线性模组的滑块上的第二下肢旋转副；所述第一下肢旋转副的旋转部与第一方管的一端固定连接，所述第一方管的另一端与脚部旋转副的固定部固定连接；所述第二下肢旋转副的旋转部与第二方管的一端固定连接，所述第二方管的另一端与所述脚部旋转副的旋转部固定连接；所述脚部旋转副的旋转部上固定有踏板组件；所述第一下肢旋转副、所述第二下肢旋转副和脚部旋转副的旋转部均绕竖直轴转动。
进一步地，所述踏板组件包括对称固定在所述脚部旋转副上的立耳以及与所述立耳顶部同轴连接的踏板；所述立耳底部与气弹簧的一端同轴连接，所述气弹簧的另一端与所述踏板固定连接。
进一步地，所述底架上设置有用来支撑所述升降座椅组件的座椅支撑架，所述座椅支撑架的顶端固定有直线轴承固定板。
进一步地，所述升降座椅组件包括固定端固定在所述底架上的电动推杆、固定在所述电动推杆伸缩端上的座椅、以及一端固定在所述座椅底部起支撑作用的两个光轴；所述光轴的另一端穿过所述直线轴承固定板并通过套设在所述光轴上的直线轴承与所述直线轴承固定板固定连接；所述座椅两侧均设置有扶手。
进一步地，所述第一下肢旋转副和第二下肢旋转副均包括：旋转副支撑底座、固定在所述旋转副支撑底座上的旋转副支撑柱、依次套设在所述旋转副支撑柱上的两个角接触球轴承和用来固定所述角接触球轴承的轴用弹性挡圈、套设在所述角接触球轴承外的圆形外壳、用来固定所述圆形外壳的孔用弹性挡圈以及固定在所述圆形外壳上的端盖，所述第一下肢旋转副和第二下肢旋转副的旋转部均绕所述旋转副支撑柱旋转。
进一步地，所述第二下肢旋转副的旋转副支撑底座上设置有用来对所述第二方管限位的限位螺钉。
进一步地，所述脚部旋转副包括：底柱、依次套设在所述底柱上的两个角接触球轴承和用来固定所述角接触球轴承的轴用弹性挡圈、套设在所述角接触球轴承外的外壳、用来固定所述外壳的孔用弹性挡圈以及固定在所述外壳上的端盖；所述脚部旋转副的旋转部绕所述底柱旋转。
进一步地，所述第一方管的一端与所述底座固定连接，另一端与所述第一下肢旋转副的圆形外壳固定连接；所述第二方管的一端与所述外壳固定连接，另一端与所述第二下肢旋转副的圆形外壳固定连接。
进一步地，所述底架的四个角均设置有便于移动的福马轮。
更进一步地，所述旋转副支撑底座与所述第一线性模组的滑块和所述第二线性模组的滑块之间均设置有用来垫高的垫片。
本发明的一种空间多自由度下肢康复机器人的有益效果是：
1、本发明通过第一电机和第二电机，同时带动第一方管和第二方管前后运动，能够带动患者的膝关节和髋关节做屈曲/伸展运动；当第一方管和第二方管的运动速度不同时，能够带动患者的髋关节做内收/外展运动。
2、本发明通过通过控制面板控制电动推杆工作，能够根据患者的身高自动调节座椅的高度，座椅符合人体工学，能够使患者坐上去感到舒适放松，从而达到最理想的训练效果；并且座椅的两侧设置有扶手，能够确保患者在训练过程中始终保持平衡，提高了安全性。
3、本发明结构简单，通过设置在机架四个角上的福马轮，能够根据使用场景，随意移动，能够实现随时随地的训练，增加了患者训练积极性，提高了康复效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的整体结构图；
图2是本发明实施例的底架结构图；
图3是本发明实施例的座椅支撑架结构图；
图4是本发明实施例的下肢康复训练组件结构图；
图5是本发明实施例的升降座椅组件结构图；
图6是本发明实施例的第二下肢旋转副剖视图；
图7是本发明实施例的脚部旋转副剖视图；
图8是本发明实施例的踏板组件结构图；
图9是本发明实施例的踏板结构图。
图中:1、底架，2、升降座椅组件，20、电动推杆，21、座椅，22、扶手，23、光轴，24、光轴紧固件，25、直线轴承，3、下肢康复训练组件，30、第一电机，31、第二电机，32、第一线性模组，33、第一下肢旋转副，34、第一方管，35、第二线性模组，36、第二下肢旋转副，360、限位螺钉，37、第二方管，38、脚部旋转副，380、底柱，381、外壳，39、踏板组件，390、立耳，391、踏板，392、气弹簧，393、长轴，394、法兰轴，310、旋转副支撑底座，311、旋转副支撑柱，312、角接触球轴承，313、轴用弹性挡圈，314、圆形外壳、315、端盖，316、轴套，317、垫片，318、孔用弹性挡圈，319、连接件，4、座椅支撑架，5、福马轮，6、直线轴承固定板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图9所示的本发明的一种空间多自由度下肢康复机器人的具体实施例，包括底架1、设置在底架1上的升降座椅组件2以及对称安装在底架1上的位于升降座椅组件2两侧的下肢康复训练组件3；下肢康复训练组件3包括：并列固定在底架1上远离升降座椅组件2一端的第一电机30和第二电机31、与第一电机30的输出轴同轴连接的第一线性模组32、固定在第一线性模组32的滑块上的第一下肢旋转副33、与第二电机31的输出轴同轴连接的第二线性模组35以及固定在第二线性模组35的滑块上的第二下肢旋转副36；第一下肢旋转副33的旋转部通过连接件319与第一方管34的一端固定连接，所述第一方管34的另一端通过连接件319与脚部旋转副38的固定部固定连接；所述第二下肢旋转副36的旋转部通过连接件319与第二方管37的一端固定连接，所述第二方管37的另一端通过连接件319与所述脚部旋转副38的旋转部固定连接；所述脚部旋转副38的旋转部上固定有踏板组件39；所述第一下肢旋转副33、所述第二下肢旋转副36和脚部旋转副38的旋转部均绕竖直轴转动。通过第一电机30和第二电机31同时带动第一方管34和第二方管37前后运动，能够带动患者的膝关节和髋关节做屈曲/伸展运动；当第一方管34和第二方管37的运动速度不同时，能够带动患者的髋关节做内收/外展运动。
如图6-图7所示，第一下肢旋转副33和第二下肢旋转副36均包括：固定在滑块上的旋转副支撑底座310、固定在旋转副支撑底座310上的旋转副支撑柱311、依次套设在旋转副支撑柱311上的两个角接触球轴承312和用来固定角接触球轴承312的轴用弹性挡圈313、套设在角接触球轴承312外的圆形外壳314、用来固定圆形外壳314的孔用弹性挡圈318以及固定在圆形外壳314上的端盖315。第一下肢旋转副33和第二下肢旋转副36的旋转部均绕所述旋转副支撑柱311旋转，两个角接触球轴承312之间通过轴套316隔开。脚部旋转副38包括：底柱380、依次套设在底柱380上的两个角接触球轴承312和用来固定角接触球轴承312的轴用弹性挡圈313、套设在角接触球轴承312外的外壳381、用来固定外壳381的孔用弹性挡圈318以及固定在外壳381上的端盖315；脚部旋转副38的旋转部绕所述底柱380旋转，第一方管34的一端通过与其过盈配合的连接件319与底柱380固定连接，另一端通过连接件319与第一下肢旋转副33的圆形外壳314固定连接；第二方管37的一端通过与其过盈配合的连接件319与外壳381固定连接，另一端通过连接件319与第二下肢旋转副36的圆形外壳314固定连接。
参见图4，为了避免第一下肢旋转副在运动时与第一线性模组产生摩擦以及第二下肢旋转副在运动时与第二线性模组产生摩擦，旋转副支撑底座310与第一线性模组32的滑块和第二线性模组35的滑块之间均设置有用来垫高的垫片317。
参见图8和图9，踏板组件39包括对称固定在脚部旋转副38上的立耳390以及与立耳390顶部同轴连接的踏板391；所述立耳390底部与气弹簧392的一端同轴连接，所述气弹簧392的另一端与所述踏板391固定连接。踏板391通过长轴393与两个立耳的顶部同轴连接，气弹簧392的一端通过法兰轴394与立耳390的底部同轴连接，立耳390与气弹簧392之间的法兰轴394上套设有轴套，气弹簧392外侧通过轴用弹性挡圈固定，气弹簧392的另一端与踏板391固定连接，通过气弹簧392根据患者腿部的运动来调节踏板的高度和角度，能够保证患者在锻炼时的安全，提高舒适度。
参见图6，第二下肢旋转副36的旋转副支撑底座310上设置有用来对第二方管限位的限位螺钉360。为了防止脚部旋转副38旋转过度，在第二下肢旋转副36的旋转副支撑底座310上设置了限位螺钉360，能够有效地避免对患者造成不必要的伤害，有效地提高了在康复训练时的安全性。
如图1，图3和图5所示，底架1上设置有用来支撑座椅21的座椅支撑架4，座椅支撑架4的顶端固定有直线轴承固定板6。升降座椅组件2包括固定端固定在底架1上的电动推杆20、固定在电动推杆20伸缩端上的座椅21以及一端通过光轴紧固件24固定在座椅21底部起支撑作用的两个光轴23；光轴23的另一端穿过直线轴承固定板6并通过套设在光轴23上的直线轴承25与直线轴承固定板6固定连接；座椅21的两侧均设置有扶手22。通过控制面板控制电动推杆20工作，能够根据患者的身高自动调节座椅21的高度，座椅21符合人体工学，能够使患者坐上去感到舒适放松，从而达到最理想的训练效果；并且座椅21的两侧设置有扶手22，能够确保患者在训练过程中始终保持平衡，提高了安全性。
参见图2，底架1的四个角均固定有便于移动的福马轮5。通过设置在机架四个角上的福马轮5，能够根据使用场景，随意移动，能够实现随时随地的训练，增加了患者训练积极性，提高了康复效率。
本实施例的机器人，使用时患者坐在座椅21上，然后将左脚和右脚分别放置在两个踏板391上，通过控制面板将座椅21调整到合适的高度，通过第一电机30与第二电机31同时带动第一方管34和第二方管37做前后运动时，能够实现患者的膝关节和髋关节做屈曲/伸展运动；当第一方管34和第二方管37的运动速度不同时，能够实现患者的髋关节做内收/外展运动，能够实现辅助患者对下肢进行被动式的多自由度康复训练，进而完成下肢康复训练。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：包括底架（1）、设置在所述底架（1）上的升降座椅组件（2）以及对称安装在所述底架（1）上的位于所述升降座椅组件（2）两侧的下肢康复训练组件（3）；所述下肢康复训练组件（3）包括：并列固定在所述底架（1）一端的第一电机（30）和第二电机（31）、与所述第一电机（30）的输出轴同轴连接的第一线性模组（32）、固定在所述第一线性模组（32）的滑块上的第一下肢旋转副（33）、与所述第二电机（31）的输出轴同轴连接的第二线性模组（35）以及固定在所述第二线性模组（35）的滑块上的第二下肢旋转副（36）；所述第一下肢旋转副（33）的旋转部与第一方管（34）的一端固定连接，所述第一方管（34）的另一端与脚部旋转副（38）的固定部固定连接；所述第二下肢旋转副（36）的旋转部与第二方管（37）的一端固定连接，所述第二方管（37）的另一端与所述脚部旋转副（38）的旋转部固定连接；所述脚部旋转副（38）的旋转部上固定有踏板组件（39）；所述第一下肢旋转副（33）、所述第二下肢旋转副（36）和脚部旋转副（38）的旋转部均绕竖直轴转动；所述第一下肢旋转副（33）和第二下肢旋转副（36）均包括：旋转副支撑底座（310）、固定在所述旋转副支撑底座（310）上的旋转副支撑柱（311）、依次套设在所述旋转副支撑柱（311）上的两个角接触球轴承（312）和用来固定所述角接触球轴承（312）的轴用弹性挡圈（313）、套设在所述角接触球轴承（312）外的圆形外壳（314）、用来固定所述圆形外壳（314）的孔用弹性挡圈（318）以及固定在所述圆形外壳（314）上的端盖（315），所述第一下肢旋转副（33）和第二下肢旋转副（36）的旋转部均绕所述旋转副支撑柱（311）旋转。
2.根据权利要求1所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述踏板组件（39）包括对称固定在所述脚部旋转副（38）上的立耳（390）以及与所述立耳（390）顶部同轴连接的踏板（391）；所述立耳（390）底部与气弹簧（392）的一端同轴连接，所述气弹簧（392）的另一端与所述踏板（391）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述底架（1）上设置有用来支撑所述升降座椅组件（2）的座椅支撑架（4），所述座椅支撑架（4）的顶端固定有直线轴承固定板（6）。
4.根据权利要求3所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述升降座椅组件（2）包括固定端固定在所述底架（1）上的电动推杆（20）、固定在所述电动推杆（20）伸缩端上的座椅（21）以及一端固定在所述座椅（21）底部起支撑作用的两个光轴（23）；所述光轴（23）的另一端穿过所述直线轴承固定板（6）并通过套设在所述光轴（23）上的直线轴承（25）与所述直线轴承固定板（6）固定连接；所述座椅（21）的两侧均设置有扶手（22）。
5.根据权利要求1所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述第二下肢旋转副（36）的旋转副支撑底座（310）上设置有用来对所述第二方管（37）限位的限位螺钉（360）。
6.根据权利要求1所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述脚部旋转副（38）包括：底柱（380）、依次套设在所述底柱（380）上的两个角接触球轴承（312）和用来固定所述角接触球轴承（312）的轴用弹性挡圈（313）、套设在所述角接触球轴承（312）外的外壳（381）、用来固定所述外壳（381）的孔用弹性挡圈（318）以及固定在所述外壳（381）上的端盖（315）；所述脚部旋转副（38）的旋转部绕所述底柱（380）旋转。
7.根据权利要求6所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述第一方管（34）的一端与所述底柱（380）固定连接，另一端与所述第一下肢旋转副（33）的圆形外壳（314）固定连接；所述第二方管（37）的一端与所述外壳（381）固定连接，另一端与所述第二下肢旋转副（36）的圆形外壳（314）固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述底架（1）的四个角均设置有便于移动的福马轮（5）。
9.根据权利要求5所述的一种空间多自由度下肢康复机器人，其特征在于：所述旋转副支撑底座（310）与所述第一线性模组（32）的滑块和所述第二线性模组（35）的滑块之间均设置有用来垫高的垫片（317）。
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