CN113226489B - 步行自动化机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的步行自动化机器人系统(1000)的特征在于，包括：可穿戴机器人(1‑1)，通过位于再现步行速度的跑步机(1‑5)的前方位置来产生步行动作，将上述跑步机(1‑5)的整体长度用作机器人穿戴移动路线；减重支撑器(BWS)(1)，配置在可穿戴机器人(1‑1)的侧面，通过装具(50)和重锤(27)的力均衡调节来对重量进行补偿；以及双自由度手动机构装置(120)，配置在可穿戴机器人(1‑1)的后侧，对上述步行动作执行上下移动、左右移动方式的平移运动和维持平衡，通过缩短穿戴机器人的移动距离移动路线并减少系统所占空间来提高建筑物的空间利用率，从而在用户层面上进行改善，尤其，通过使用摄像头、扭矩传感器、力传感器来掌握训练效果，并通过自动调节机器人的长度、高度、宽度来实现符合体型，从而实现系统改善。

Description

步行自动化机器人系统
技术领域
本发明涉及用于步行康复训练的机器人系统，尤其，涉及如下的步行自动化机器人系统，即，可大幅提高对于可穿戴机器人的靠近性及对于设备设置的操作性并减少系统运行所需的空间。
背景技术
通常，步行自动化机器人系统通过组合可穿戴机器人、减重支撑器(BWS，BodyWeight Support)、跑步机(Treadmill)、显示器等来综合辅助步行训练者的步行训练。
具体地，上述可穿戴机器人通过脱去/穿戴功能来向步行训练者提供穿戴性，同时通过致动器动力生成步行动作，上述减重支撑器通过改变步行训练者所承受的负荷来调节训练强度，上述跑步机生成与可穿戴机器人的步行动作相对应的步行速度，上述显示器在训练过程中提供视觉画面。
因此，上述步行自动化机器人系统通过可穿戴机器人和减重支撑器的组合来有效获得对借助大脑可塑性进行的步行训练有帮助的双足步行姿势体验效果。
发明内容
所要解决的技术问题
但是，现有的步行自动化机器人系统包括如下的改善事项。
尤其，在现有的步行自动化机器人系统中，由于从跑步机靠近可穿戴机器人的移动路线较长，这给步行训练者带来了不便，不仅如此，穿戴操作需要使可穿戴机器人朝向步行训练者进行移动，因此，需要系统操作人员(例如，康复治疗师)进行很多手动操作。
而且，由于现有的步行自动化机器人系统需要具备很大的空间，以便可穿戴机器人以适合步行训练者的方式进行移动，因此，不利于设置在医院等很难确保空间的建筑物。
例如，代表性的步行自动化机器人系统有Hocoma公司的LokomatTM或P&SMechanics公司的WalkBotTM，这些步行自动化机器人系统存在如下问题，即，对于步行训练者及系统操作人员(例如，康复治疗师)带来诸多不便，由于可穿戴机器人的移动需要很大的空间，因而难以设置。
考虑到如上所述的问题，本发明的目的在于，提供如下的步行自动化机器人系统，即，通过减重支撑器、跑步机、显示器的集中化来减少系统的空间占有率，并大幅提高可穿戴机器人的靠近性及设备设置操作性，尤其，通过利用由附加于减重支撑器的绞盘和重锤的组合产生的重量平衡效应(Weight Balance Effect)实现的步行复合补偿来调节步行训练者的步行训练强度，通过利用与步行动作的上下移动相关的平衡效应(Counter-Balancing Effect)和与步行动作的左右移动相关的弹簧平移运动效果来实现可穿戴机器人的稳定移动，通过调节可穿戴机器人的高度来设置髋关节位置，利用多种传感器获得训练信息、学习效果，从而可在日后用于大数据构建及人工智能(AI，ArtificialIntelligence)。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种步行自动化机器人系统，本发明的步行自动化机器人系统的特征在于，包括：可穿戴机器人，在左右侧分别设置关节连杆，用于生成步行动作；设置系统，以使得上述关节连杆朝向再现步行速度的跑步机的入口侧的方式支撑上述可穿戴机器人；训练系统，以能够持续进行上述步行动作的方式通过上下运动或左右运动执行步行动作辅助；以及附加系统，通过将上述步行动作检测并存储成步行训练数据来积累训练信息。
根据优选实施例，本发明的特征在于，在上述可穿戴机器人中，上述关节连杆包括髋关节接头和膝关节接头。
根据优选实施例，本发明的特征在于，上述设置系统和上述训练系统位于上述跑步机的入口相反侧。
根据优选实施例，上述设置系统包括机器人高度调节器，上述机器人高度调节器与上述动作辅助框架相连接，上述机器人高度调节器用于调节上述可穿戴机器人的垂直高度，上述机器人高度调节器将马达的旋转力用作滚珠螺杆的直线移动力来向上提升上述动作辅助框架的单轴框架支架。
根据优选实施例，上述设置系统包括机器人引出调节器，上述机器人引出调节器通过上述动作辅助框架与上述训练系统相连接，上述机器人引出调节器用于调节上述可穿戴机器人的引出长度，随着上述训练系统的引导块通过上述动作辅助框架的机器人引出引导件进行移动，上述机器人引出调节器调节上述可穿戴机器人的引出长度。
根据优选实施例，上述训练系统包括：减重支撑器，通过利用绞盘和重锤的组合实现的重量平衡效应来对施加于装具的装具附加重量进行补偿；机器人重量支撑器，通过利用由弹簧构成的单轴弹性部件的平衡效应实现的上下运动来执行上述步行动作辅助；以及双轴运动支撑器，通过利用由弹簧构成的双轴弹性部件的左右平移运动实现的左右运动来执行上述步行动作辅助。
根据优选实施例，上述附加系统包括P形杆、机器人控制器、显示器、遥控器及摄像头中的一种以上，在上述可穿戴机器人的前方，上述P形杆位于上述跑步机的左右两侧，在上述可穿戴机器人的前方，上述机器人控制器位于上述跑步机的一侧，在上述可穿戴机器人的前方，上述显示器和上述摄像头位于脱离上述跑步机的位置。
根据优选实施例，上述P形杆被用作负荷支撑单元，包括用于检测负荷强度的力传感器。
根据优选实施例，上述机器人控制器通过控制上述显示器、上述跑步机、上述摄像头、上述可穿戴机器人的步行动作、上述设置系统的机器人高度调节器、用于上述训练系统的减重支撑器的绞盘来检测及存储上述步行训练数据。上述遥控器通过有线或无线的操作信号来控制上述显示器的工作、上述跑步机的工作、上述摄像头的工作、上述可穿戴机器人的致动器工作、机器人高度调节器的马达工作、减重支撑器的绞盘工作。
发明的效果
如上所述的本发明的步行自动化机器人系统具有以下作用及效果。
第一，通过采用使得可穿戴机器人符合步行训练者位置的以前方机器人穿戴方式排列的操作中心型系统结构来提高对于可穿戴机器人的靠近性及对于设备设置的操作性并可减少系统所占空间，从而解决现有的以后方机器人穿戴方式排列的设备中心型系统结构(例如，Hocoma公司的LokomatTM或P&S Mechanics公司的WalkBotTM)所具有的所有缺点。第二，可通过向减重支撑器施加由绞盘和重锤的组合产生的重量平衡效应(WeightBalance Effect)来借助对于步行训练者的可变性步行负荷补偿对步行训练强度进行调节。第三，由于用于对步行动作的上下移动产生弹簧平衡效应的机器人重量支撑器(RWS，Robot Weight Support)与可穿戴机器人相连接，因此，可对可穿戴机器人进行机器人重量补偿并通过固定的可穿戴机器人提高训练者的上下运动稳定性。第四，由于用于对步行动作的左右移动产生弹簧平移运动效果的双轴运动支撑器与可穿戴机器人相连接，因此，可使得可穿戴机器人稳定地实现重心移动并通过固定的可穿戴机器人提高训练者的左右运动稳定性。第五，由于用于调节高度的高度调节器与可穿戴机器人相连接，因此，可轻松实现可穿戴机器人的髋关节位置设置。第六，由于由摄像头、扭矩传感器、力传感器构成的多种传感器与系统设备相连接，因此，不仅可实现步行训练反馈(feedback)控制，还可将训练信息及效果学习积累成信息，从而可在日后用于大数据构建及人工智能。第七，通过大幅减少系统使用人员的手动操作来大幅提高与系统运行或操作相关的使用人员便利性。
附图说明
图1为示出由设置系统、训练系统及附加系统构成的本发明的步行自动化机器人系统的例示图；
图2为示出构成本发明的设置系统的机器人高度调节器的结构图；
图3为示出通过本发明的机器人高度调节器来实现的可穿戴机器人髋关节位置设置的例示图；
图4为示出构成本发明的设置系统的机器人引出调节器的结构及工作状态的图；
图5为示出构成本发明的训练系统的减重支撑器的例示图；
图6为示出由机器人重量支撑器和双轴运动支撑器构成的本发明的训练系统中的双自由度手动机构装置的例示图；
图7为示出本发明的机器人重量支撑器的布局的例示图；
图8为本发明的减重支撑器的工作状态图；
图9为示出本发明的机器人重量支撑器及双轴运动支撑器的上下动作、左右动作的状态图
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例，这种实施例仅作为一例，本发明所属技术领域的普通技术人员可通过多种不同的实施方式来实现本发明，因此，本发明并不限定于在此说明的实施例。
参照图1，步行自动化机器人系统1000以可穿戴机器人1-1作为中心，将机器人高度调节器1-6、机器人引出调节器1-8作为设置系统，将由减重支撑器1、机器人重量支撑器130以及双轴运动支撑器140构成的双自由度手动机构装置120作为训练系统，将P形杆1-2、机器人控制器1-3、显示器1-4、跑步机1-5、遥控器1-7、摄像头1-9、用户界面2000作为附加系统。
尤其，上述步行自动化机器人系统1000的特征在于，通过采用使得可穿戴机器人1-1符合训练者100位置的以前方机器人穿戴方式排列的结构，来消除了步行自动化机器人系统1000的以后方机器人穿戴方式排列的设备中心型系统结构的Hocoma公司的LokomatTM或P&S Mechanics公司的WalkBotTM所具有的所有缺点。
以下，在上述可穿戴机器人1-1、上述机器人高度调节器1-6、上述机器人引出调节器1-8、上述减重支撑器1、上述机器人重量支撑器130、上述双轴运动支撑器140、上述P形杆1-2、上述机器人控制器1-3、上述显示器1-4、上述跑步机1-5、上述摄像头1-9等的位置方面，当采用XYZ坐标系时，将训练者100的移动沿着X轴方向移动的方向定义为可穿戴机器人1-1的前方，相反，将其相反方向定义为可穿戴机器人1-1的后方。即，“前方”为穿戴着可穿戴机器人1-1的训练者100所注视的方向。
作为一例，由于采用使得上述可穿戴机器人1-1符合训练者100位置的以前方机器人穿戴方式排列的结构，因此，对于系统使用人员(例如，康复治疗师)而言，可最大限度减少将穿戴式机器人穿戴在训练者100身上时所需的手动操作。
为此，上述可穿戴机器人1-1位于跑步机1-5的前方(即，进入后移动的XYZ坐标的X方向)，作为结构要素包括：关节连杆3，分别与接合在机器人重量支撑器130的左侧机器人重量支撑器130A、右侧机器人重量支撑器130B的支撑连杆2相连接；以及髋关节接头3A、膝关节接头3B，将上述关节连杆3区分为髋关节和膝关节。而且，在上述髋关节接头3A和上述膝关节接头3B分别设置有用于生成步行动作的致动器，通过遥控器1-7操作上述致动器，尤其，还可包括扭矩传感器或编码器，以便用作与训练者100的步行训练相关的反馈(feedback)数据。
作为一例，对于系统使用人员(例如，康复治疗师)而言，上述设置系统可最大限度减少将可穿戴机器人1-1穿戴在训练者100身上时所需的手动操作。
为此，上述设置系统可利用机器人高度调节器1-6来调节高度，以使得可穿戴机器人1-1的垂直高度与训练者100的髋关节相对应，可利用机器人引出调节器1-8来调节长度，以使得可穿戴机器人1-1的水平长度与训练者100的位置相对应。
作为一例，对于系统使用人员(例如，康复治疗师)而言，上述训练系统可最大限度增加训练者100在步行训练中所需的可穿戴机器人1-1的步行动作稳定性，从而可在此状态下进行步行训练。
为此，上述训练系统可通过减重支撑器1的约0～80kg的重量平衡效应来调节训练者100的步行训练强度，可通过机器人重量支撑器130对于上下运动的平衡效应来不向训练者100施加机器人重量，可通过双轴运动支撑器140对于左右运动的平移运动来向训练者100提供重心移动稳定性。
作为一例，对于系统使用人员(例如，康复治疗师)而言，上述附加系统可将积累成训练者100的步行训练信息的步行训练过程及效果检测成数据，可通过积累检测数据来在日后用于大数据构建及人工智能。
为此，上述附加系统区分为训练者系统和使用人员系统，上述训练者系统包括P形杆1-2、显示器1-4、跑步机1-5及摄像头1-9，上述使用人员系统包括机器人控制器1-3、遥控器1-7及用户界面2000。
作为一例，上述P形杆1-2由可用手抓握的支撑框架5构成，用作安全杆。上述显示器1-4利用显示屏或TV并通过机器人控制器1-3的控制来再生画面。上述跑步机1-5通过机器人控制器1-3的控制进行驱动，或者，通过单独驱动来产生多种步行速度。上述摄像头1-9确认、拍摄、存储进行步行训练时的状态，并向机器人控制器1-3提供。
尤其，在上述P形杆1-2设置有力传感器7，上述力传感器7位于使得支撑框架5固定在动作辅助框架150的单轴安装框架150-1(参照图2)的末端部位，从而检测训练者100在进行步行训练过程中按压轴杆5的压力，并向机器人控制器1-3传输。在此情况下，上述力传感器7可使用包括负荷传感器(Load Cell)在内的压力传感器。
作为一例，上述机器人控制器1-3由微控制装置(Micro Controller Unit)或计算机构成。上述用户界面3000通过将训练者100的信息(例如，身体尺寸值)设定及变更为输入值来向机器人控制器1-3提供。上述遥控器1-7以有线或无线(例如，蓝牙(Bluetooth))的方式产生操作信号。
尤其，上述机器人控制器1-3装载有逻辑或程序，设置有各种控制对象的匹配图，存储训练者100的信息(例如，身体尺寸值)，上述逻辑或程序用于进行减重支撑器1的金属线张力调节、跑步机1-5的步行速度的差别再现、画面再生控制、致动器控制、可穿戴机器人的上升高度及引出长度的调节控制等。
并且，上述遥控器1-7可执行减重支撑器1的绞盘控制、基于可穿戴机器人1-1的制动器控制来实现的步行模式变化、显示器1-4的画面再生、跑步机1-5的步行速度调节、机器人高度调节器1-6的高度调节等。
另一方面，图2至图4示出了构成设置系统的机器人高度调节器1-6及机器人引出调节器1-8的详细结构。
参照图2及图3中的机器人高度调节器1-6，上述机器人高度调节器1-6与动作辅助框架150的单轴安装框架150-1和单轴框架支架153相连接，以使得可穿戴机器人1-1将可穿戴机器人髋关节位置H作为初始状态。由此，上述机器人高度调节器1-6可通过使得可穿戴机器人1-1的整体高度上升或下降来以与训练者100的身体尺寸无关的方式使可穿戴机器人1-1的髋关节接头3A位于髋关节部位。
具体地，上述机器人高度调节器1-6包括马达7、带7A、滚珠螺杆8、一对引导杆8A、8B、调节框架9及指示灯9-1。
作为一例，上述马达7产生旋转动力，上述带7A向滚珠螺杆8传递马达7的旋转力。上述滚珠螺杆8将旋转力变换为直线移动并通过直线移动方面的上升或下降来使得单轴框架支架153向上上升或向下下降，从而可使得可穿戴机器人1-1通过单轴安装框架150-1上升/下降。
作为一例，上述一对引导杆8A、8B由位于滚珠螺杆8的两侧的左侧引导杆8A和右侧引导杆8B构成，与单轴安装框架150-1相连接，由此，稳定支撑单轴安装框架150-1的上升/下降移动。上述调节框架9提供用于组装及结合马达7、带7A、滚珠螺杆8、一对引导杆8A、8B、指示灯9-1等的空间，上述指示灯9-1通过发光二极管(LED)亮灯来表示滚珠螺杆8的上升/下降距离变化。
因此，上述机器人高度调节器1-6的动作使得动作辅助框架150的单轴安装框架150-1上升至可穿戴机器人调节高度K(参照图3)，上述单轴安装框架150-1可通过抬高可穿戴机器人1-1来使得可穿戴机器人1-1的髋关节接头3A从可穿戴机器人髋关节位置H(参照图2)上升可穿戴机器人髋关节范围h(参照图3)。
最终，即使在训练者100的身体尺寸存在差异的情况下，也通过将可穿戴机器人髋关节范围h(参照图3)作为髋关节设置距离，来始终将可穿戴机器人1-1设置在髋关节位置。
参照图4中的机器人引出调节器1-8，上述机器人引出调节器1-8包括机器人锁扣4、机器人引出引导件151及引导件块152。由此，上述机器人引出调节器1-8通过连接左侧机器人重量支撑器130A、右侧机器人重量支撑器130B与动作辅助框架150的单轴安装框架150-1来在解除机器人锁扣4后将可穿戴机器人1-1拉向训练者100侧并配置在前方。
作为一例，上述机器人锁扣4适用杆或钩来贯通动作辅助框架150的单轴安装框架150-1，从而限制左侧机器人重量支撑器130A和/或右侧机器人重量支撑器130B的移动。由于上述机器人引出引导件151为具有空心空间的四边形框架，因此，沿着长度方向设置在单轴安装框架150-1。上述引导件块152突出形成于左侧机器人重量支撑器130A和/或右侧机器人重量支撑器130B，在机器人引出引导件151的四边形框架空间中与四边形框架相结合。
因此，在上述机器人引出调节器1-8中，若系统使用人员在拔出机器人锁扣4后抓住可穿戴机器人1-1或左侧机器人重量支撑器130A和/或右侧机器人重量支撑器130B并拉动，则引导件块152通过拉力沿着机器人引出引导件151被拉出。
最终，可穿戴机器人1-1将配置在训练者100侧的前方，随后，可穿戴机器人1-1将通过系统使用人员的推入动作来重新回到初始位置。
另一方面，图5至图7示出了减重支撑器1及双自由度手动机构装置120的机器人重量支撑器130与双轴运动支撑器140的局部结构。
参照图5中的减重支撑器1，上述减重支撑器1包括辅助框架10-1、绞盘补偿牵引装置10-2及装具50(Harness)。由此，上述减重支撑器1可将约0～80kg作为与因训练者100(Trainee)(例如，步行训练者)而施加于装具50的装具附加重量相关的补偿负荷范围，通过绞盘补偿牵引装置10-2的重量平衡效应来将训练者100受到的负荷调节至补偿负荷范围的约60％，从而可调节步行训练强度。
作为一例，上述辅助框架10-1具有桁架结构，包括挂置有绞盘金属线21-1的金属线辊10A。上述装具50与暴露在辅助框架10-1的绞盘金属线21-1的装具连接端21-1A相连接，包括训练者100可穿戴的穿戴垫。对于绞盘金属线21-1所承受的装具附加重量，上述绞盘补偿牵引装置10-2将约0～80kg作为补偿负荷范围，实现利用重锤27的重量平衡效应的负荷补偿，消除与用于步行训练强度调节的重锤27的变更/固定相关的手动操作，可积累扩展到大数据及人工智能领域的训练性和分析/改善方面的个人数据。
具体地，上述绞盘补偿牵引装置10-2包括自重补偿绞盘20、绞盘动作引导件30及绞盘传感器40。
作为一例，上述自重补偿绞盘20包括：电动绞盘21(Winch)，用于松开或缠绕绞盘金属线21-1；绞盘平衡器23(Winch Balancer)，利用绞盘平衡器金属线23-1朝向与绞盘21相反的方向移动来抵消绞盘结构物的总重量(重量)；以及重锤27，在通过重锤连接杆29来与绞盘21相连接的状态下，利用单位重锤的组合来以重量平衡效应对训练者100施加于装具50的装具附加重量进行负荷补偿。
作为一例，上述绞盘动作引导件30包括：主柱31，以四个为一组，用于稳定地引导与绞盘金属线21-1相连接的绞盘21的上下移动；绞盘板33，用于安装绞盘21，与主柱31一同上下移动；传感器板35，固定在辅助框架10-1；副柱37，用于稳定地引导绞盘平衡器23的上下移动；以及侧板39，包括固定有副柱37的柱支架37-1。
作为一例，上述绞盘传感器40包括：绞盘上端位置传感器40-1，设置在传感器板35，用作主柱31向上移动的挡止部，用于限制绞盘21的向上移动状态；绞盘下端位置传感器40-2，设置在传感器板35，用作主柱31向下移动的挡止部，用于限制绞盘21的向下移动状态；以及重量检测传感器40-3，由红外线传感器45与反射板47构成，检测因重锤27的数量增加而引起的距离变化。
尤其，上述绞盘上端位置传感器40-1和上述绞盘下端位置传感器40-2分别将位置传感器靶41和光传感器43作为结构要素。上述位置传感器靶41以轴杆(Rod Bar)的形态形成直线，上述光传感器43通过位置传感器靶41的上下移动路径释放光。并且，上述位置传感器靶41固定在绞盘板33并与绞盘板33一同移动，相反，上述光传感器43固定在传感器板35。
因此，上述位置传感器靶41上升至绞盘设置位置b(例如，绞盘上端位置传感器40-1)或下降至绞盘训练位置c(例如，绞盘下端位置传感器40-2)，在上述光传感器43到达绞盘设置位置b(例如，绞盘上端位置传感器40-1)或到达绞盘训练位置c(例如，绞盘下端位置传感器40-2)之前，处于未通过位置传感器靶41阻隔光的状态，随后，转换为通过以到达绞盘设置位置b的方式向上移动的位置传感器靶41阻隔光的状态，由此，系统使用人员(例如，康复治疗师)可识别到绞盘21从绞盘初始位置a或绞盘设置位置b向绞盘训练位置c移动。在此情况下，可反向设定上述位置传感器靶41，即，使得其在绞盘初始位置a阻隔光传感器43的光。
参照图6、图7中的机器人重量支撑器130和双轴运动支撑器140，上述机器人重量支撑器130与机器人引出调节器1-8(参照图4)相连接，由此调节可穿戴机器人1-1的引出位置，上述双轴运动支撑器140通过可穿戴机器人1-1的左右运动的反方向左右平移运动来产生重心移动的稳定性。
具体地，上述机器人重量支撑器130包括：固定支架131，通过与单轴安装框架150-1相结合来提供部件组装空间，形成“匚”字形状；垂直引导杆133，以垂直于固定支架131的方式与上下移动块137相结合，由成对的第一杆133a和第二杆133b构成；单轴弹性部件135，以包围垂直引导杆133并提供基于上下运动的弹性斥力的方式由成对的第一弹性部件133a和第二弹性部件133b构成；以及上下移动块137，使得通过支撑连杆2连接的可穿戴机器人1-1进行单轴动作。
尤其，上述机器人重量支撑器130可被区分为左侧机器人重量支撑器130A和右侧机器人重量支撑器130B，上述左侧机器人重量支撑器130A和上述右侧机器人重量支撑器130B将固定支架131、垂直引导杆133、单轴弹性部件135及上下移动块137作为相同结构要素来产生对于上下运动的平衡效应。
如上所述，上述机器人重量支撑器130将以单轴动作提供的上下运动联系到通过支撑连杆2连接的可穿戴机器人1-1的步行动作，由此通过利用平衡效应的机器人重量补偿来使得机器人重量无法起到负荷的作用。
具体地，上述双轴运动支撑器140包括：水平引导杆141，与双轴安装框架150-2相结合；双轴弹性部件143，通过与水平引导杆141相结合来引起左右平移运动；左右移动块145，通过支撑双轴弹性部件143的一侧并与水平引导杆141相结合来向左右移动方向运动；身体调节器147，通过支撑双轴弹性部件143的另一侧并与水平引导杆141相结合来向左右移动方向运动；挡止部148，与身体调节器147相连接，当左右移动时，通过与可穿戴机器人1-1的支撑连杆2相接触来限制移动；以及辅助弹簧149，向身体调节器147提供弹簧反力。
尤其，上述身体调节器147在与移动杆141a相结合的状态下，以
Figure BDA0003140328980000111
形状沿着可穿戴机器人1-1的内侧空间突出，以支撑双轴弹性部件143的另一侧。上述挡止部148在固定于身体调节器147的移动杆141a的结合部位的状态下，以超出身体调节器147的长度突出。
因此，上述左侧水平运动支撑器140A的
Figure BDA0003140328980000112
形状的身体调节器147与上述右侧水平运动支撑器140B的
Figure BDA0003140328980000113
形状的身体调节器147相向，从而以
Figure BDA0003140328980000114
形状占据可穿戴机器人1-1的内侧空间，在可穿戴机器人1-1的内侧空间中用于吸收训练者100的尺寸差异。
尤其，上述双轴运动支撑器140可被区分为左侧水平运动支撑器140A和右侧水平运动支撑器140B，上述左侧水平运动支撑器140A和右侧水平运动支撑器140B将水平引导杆141、双轴弹性部件143、左右移动块145、身体调节器147、挡止部148及辅助弹簧149作为相同的结构要素。
如上所述，在可穿戴机器人1-1的内侧空间中，上述双轴运动支撑器140通过产生朝向相反方向对步行动作的左右移动进行辅助的平移运动来稳定地实现因不稳定的左右移动而引起的训练者的重心移动，从而通过可穿戴机器人1-1的稳定的重心移动来提供自发性步行训练并提供高步行训练效果。
另一方面，图1中的操作中心型步行自动化机器人系统1000的运行具有如下系统运行步骤，即，可穿戴机器人1-1的系统使用人员(例如，康复治疗师)通过用户界面2000和机器人控制器1-3输入训练者100的信息(例如，身体尺寸值)并设定步行训练强度→解除机器人高度调节器1-6及机器人锁扣4并操作机器人长度调节器1-8来对训练者100进行设置最优化作业(参照图3至图5)→操作减重支撑器1的绞盘补偿牵引装置10-2来准备训练者100的步行训练→利用机器人重量支撑器130和双轴运动支撑器140结束训练者100的步行训练准备→利用减重支撑器1、机器人重量支撑器130、双轴运动支撑器140来使训练者100进行步行训练→通过附加系统收集训练者的训练信息。其中，“→”表示工作顺序的流程步骤。
在此情况下，上述系统运行步骤仅为示例，可根据系统使用人员(例如，康复治疗师)或系统设置状态等来省略步骤或变更顺序。
图8及图9为示出在上述系统运行步骤中通过减重支撑器1、机器人重量支撑器130、双轴运动支撑器140来进行的步行训练准备、结束步行训练准备、进行步行训练等步骤的例示图。
参照图8的(A)中的减重支撑器1的绞盘初始位置a，在绞盘补偿牵引装置10-2的绞盘21未进行工作的绞盘初始位置a上，绞盘21下降至最低位置，相反，绞盘平衡器23处于上升至最高位置的状态，重锤27的单位重锤组合处于由反射板47进行固定的状态。在此情况下，测定反射板47的距离的红外线传感器45的信息将存储于数据处理器49的重锤重量数据图，以作为训练者的训练强度信息。
参照图8的(B)中的减重支撑器1的绞盘设置位置b，随着训练者100的负荷施加于与装具50相连接的绞盘金属线21-1，绞盘补偿牵引装置10-2的绞盘21进行工作的绞盘设置位置b因绞盘板33与传感器板35相隔开而使得绞盘21上升至最高位置，相反，绞盘平衡器23处于下降至最低位置的状态。
参照图8的(C)中的减重支撑器1的绞盘训练位置c，在使得绞盘补偿牵引装置10-2的绞盘21工作后停止的绞盘训练位置c上，在通过由重锤27的训练者重量补偿产生的重量平衡效应(Weight Balance Effect)来处于脚着地的状态下实现训练者100的步行动作。在此情况下，绞盘21将从绞盘初始位置a到绞盘训练位置c作为上下移动区域来与对训练者100的步行动作产生反应的主柱31一同上下移动，相反，绞盘平衡器23通过沿着绞盘21的反方向进行移动来抵消有可能施加于训练者100的包括绞盘21在内的绞盘结构体的重量。
参照图9，上述机器人重量支撑器130的左侧机器人重量支撑器130A、右侧机器人重量支撑器130B提供如下作用，即，对于可穿戴机器人1-1产生的平衡效应和基于上下运动的反力最小化，上述双轴运动支撑器140的左侧水平运动支撑器140A、右侧水平运动支撑器140B提供如下作用，即，通过将可穿戴机器人1-1的左右运动转换成平移运动来实现重心移动稳定化，调节训练者身体尺寸。
作为一例，上述平衡作用体现为左侧机器人重量支撑器130A、右侧机器人重量支撑器130B的单轴弹性部件135通过弹力缓冲、吸收可穿戴机器人1-1所施加的重量。上述反力最小化作用通过左侧机器人重量支撑器130A、右侧机器人重量支撑器130B追踪可穿戴机器人1-1的上下运动时的构成单轴弹性部件135的第一弹性部件135a、第二弹性部件135b的压缩/拉伸变化来体现。
作为一例，上述尺寸调节通过张开或缩小左侧水平运动支撑器140A、右侧水平运动支撑器140B的
Figure BDA0003140328980000131
形状来体现，可通过双轴弹性部件143的压缩/拉伸变化来吸收左侧水平运动支撑器140A、右侧水平运动支撑器140B的间隔的增加或减少。
如上所述，本实施例的步行自动化机器人系统1000包括：可穿戴机器人1-1，通过位于再现步行速度的跑步机1-5的前方位置来产生步行动作，将上述跑步机1-5的整体长度用作机器人穿戴移动路线；减重支撑器1，配置在可穿戴机器人1-1的侧面，通过装具50和重锤27的力均衡调节来对重量进行补偿；以及双自由度手动机构装置120，配置在可穿戴机器人1-1的后侧，对上述步行动作执行上下移动、左右移动方式的平移运动和维持平衡，通过缩短穿戴机器人的移动距离移动线路并减小系统所占空间来提高建筑物的空间利用率，从而在用户层面上进行改善，尤其，通过使用摄像头、扭矩传感器、力传感器来掌握训练效果，并通过自动调节机器人的长度、高度、宽度来实现符合体型，从而实现系统改善。

Claims (15)

1.一种步行自动化机器人系统，其特征在于，包括：
可穿戴机器人，在左右侧分别设置关节连杆，用于生成步行动作；
设置系统，以使得上述关节连杆朝向再现步行速度的跑步机的入口侧的方式支撑上述可穿戴机器人；
训练系统，以能够持续进行上述步行动作的方式通过上下运动或左右运动执行步行动作辅助；
附加系统，通过将上述步行动作检测并存储成步行训练数据来积累训练信息；以及
双轴运动支撑器，上述双轴运动支撑器包括：水平引导杆，与双轴安装框架相结合；双轴弹性部件，通过与水平引导杆相结合来引起左右平移运动；左右移动块，通过支撑双轴弹性部件的一侧并与水平引导杆相结合来向左右移动方向运动；身体调节器，通过支撑双轴弹性部件的另一侧并与水平引导杆相结合来向左右移动方向运动；挡止部，与身体调节器相连接，当左右移动时，通过与可穿戴机器人的支撑连杆相接触来限制移动；以及辅助弹簧，向身体调节器提供弹簧反力。
2.根据权利要求1所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，在上述可穿戴机器人中，上述关节连杆包括髋关节接头和膝关节接头。
3.根据权利要求1所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述设置系统和上述训练系统位于上述跑步机的入口相反侧。
4.根据权利要求1所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述设置系统通过动作辅助框架与上述可穿戴机器人相连接。
5.根据权利要求4所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，
上述设置系统包括机器人高度调节器，上述机器人高度调节器与上述动作辅助框架相连接，
上述机器人高度调节器用于调节上述可穿戴机器人的垂直高度。
6.根据权利要求5所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述机器人高度调节器将马达的旋转力用作滚珠螺杆的直线移动力来向上提升上述动作辅助框架的单轴框架支架。
7.根据权利要求4所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述设置系统包括机器人引出调节器，上述机器人引出调节器通过上述动作辅助框架与上述训练系统相连接，上述机器人引出调节器用于调节上述可穿戴机器人的引出长度。
8.根据权利要求7所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，随着上述训练系统的引导块通过上述动作辅助框架的机器人引出引导件进行移动，上述机器人引出调节器调节上述可穿戴机器人的引出长度。
9.根据权利要求1所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述训练系统包括减重支撑器，上述减重支撑器通过利用绞盘和重锤的组合实现的重量平衡效应来对施加于装具的装具附加重量进行补偿。
10.根据权利要求1所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述训练系统包括机器人重量支撑器，上述机器人重量支撑器通过利用由弹簧构成的单轴弹性部件的平衡效应实现的上下运动来执行上述步行动作辅助。
11.根据权利要求1所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述附加系统包括P形杆、机器人控制器、显示器、遥控器及摄像头中的一种以上。
12.根据权利要求11所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，
在上述可穿戴机器人的前方，上述P形杆位于上述跑步机的左右两侧，
在上述可穿戴机器人的前方，上述机器人控制器位于上述跑步机的一侧，
在上述可穿戴机器人的前方，上述显示器和上述摄像头位于脱离上述跑步机的位置。
13.根据权利要求11所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述P形杆被用作负荷支撑单元，包括用于检测负荷强度的力传感器。
14.根据权利要求11所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述机器人控制器通过控制上述显示器、上述跑步机、上述摄像头、上述可穿戴机器人、上述设置系统、上述训练系统来检测及存储上述步行训练数据。
15.根据权利要求11所述的步行自动化机器人系统，其特征在于，上述遥控器以有线或无线的方式产生操作信号。
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