CN113274255A - 一种高精度下肢步态康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医用机器人技术领域，尤其涉及一种高精度下肢步态康复机器人，包括腿部运动构件、体重支撑构件、机架；所述腿部运动构件包括曲柄、连杆组件1、连杆组件2、连杆组件3、连杆组件4、连杆组件5、滑杆、脚蹬构件；所述重量支撑构件包括上支架、下支架、支撑杆1、支撑杆2、座椅滑块、座椅；所述机架包括一层主横梁、角铁、一层副横梁、一层竖梁、二层主横梁、二层竖梁、二层副横梁、轴承套件、主轴装置、电机装置；本发明通过设置腿部运动构件，包含单自由度八杆机构，可实现步态轨迹复现；本发明通过设置体重支撑构件，可提供Y方向的移动和重量支撑，通过安装适当刚度的弹簧获得所需的重量支撑力。同时该发明结合不同体重的人群设置了多种调节机构，可以配合不同高度、宽度跑步机使用，成本可控应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及医用机器人技术领域，尤其涉及一种高精度下肢步态康复机器人。
背景技术
下肢步态康复机器人是一种在下肢运动性功能障碍人群中广泛使用的康复型机器人，可在康复阶段辅助患者进行常规的康复训练。现如今国内外科研机构所研制开发的机器人种类有很多，但受限于研制成本高、设备体积大等因素，导致下肢步态康复机器人的一部分应用无法实现，而且患者所承担的康复成本过高，导致一部分患者会选择去专门的医疗机构。本论文致力于开发一种可以在多场景使用，而且灵活、便于安装、安全性强的下肢步态康复机器人。
首先根据正常行走时各关节角度数据，推导出正常步态轨迹图；然后对单自由八杆机构进行运动学建模、确定模型约束、确定目标函数，通过GA-BFGS算法进行优化求解，依据正常步态轨迹求解，获得最佳的单自由度八连杆优化尺寸；最后，考虑到运动性障碍的人自主能力较差，无法完全支撑自己的体重，设计了一种体重支撑结构，以减弱体重对于康复训练时的影响。整个康复机器人采用成本较低的铝材作为框架，在模型的校核过程中，对齿轮和轴进行了校核，已验证了该机器的可靠性，同时采用ADAMS软件对该机器人进行仿真，机器人实际末端的轨迹与理想轨迹的误差很小。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足以及上述方法设计出一种可以在多场景使用，而且灵活、便于安装、安全性强的下肢步态康复机器人。可以更好的辅助患者进行下肢康复训练。
本发明实现发明目的采用如下技术方案：
一种高精度下肢步态康复机器人，包括腿部运动构件、体重支撑构件、机架；所述腿部运动构件的一端通过螺栓在所述机架，所述体重支撑构件固定在所述机架。
进一步的，所述腿部运动构件包括曲柄、连杆组件1、连杆组件2、连杆组件3、连杆组件4、连杆组件5、滑杆、脚蹬构件，所述曲柄末端加工有键槽，所述连杆组件5末端加工有长键槽，所述脚蹬构件一端加工有成型键，所述脚蹬构件另一端加工有承载脚蹬板。
进一步的，所述重量支撑构件包括上支架、下支架、支撑杆1、支撑杆2、座椅滑块、座椅。
进一步的，所述机架包括一层主横梁、角铁、一层副横梁、一层竖梁、二层主横梁、二层竖梁、二层副横梁、轴承套件、主轴装置、电机装置。
进一步的，所述上支架、下支架可通过支撑杆1和支撑杆2相连接，所述下支架的一段加工有交叉键槽，所述座椅可嵌入座椅滑块中，所述座椅滑块可与交叉键槽键合。
进一步的，所述下支架和所述一层竖梁通过角铁连接，所述上支架和所述二层副横梁连接。
进一步的，所述轴承套件包括轴承支板、轴承，所述轴承套件一端开有轴承座孔、轴承支板另一端开有螺纹孔、所述轴承和轴承支板过盈配合。
进一步的，所述主轴装置包括主轴、大齿轮，所述电机装置(310)包括小齿轮、电机、电机支架，所述电机安装在所述电机支架上，所述电机驱动小齿轮。
进一步的，所述大齿轮带动主轴，主轴带动曲柄转动。
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：
本发明通过设计腿部运动构件，模拟正常步态运动轨迹，使得患者腿部运动更加舒适灵活；本发明通过设计了马鞍式座椅体重支撑结构，考虑不同用户的体型不一，设计了许多可调节机构，并验证其末端轨迹符合步态轨迹，适应了不同体重体型人群的需求；本发明通过设计升降结构，可以配合不同高度、宽度的跑步机使用，同时通过降低升降机的高度，可以实现无跑步机也能进行康复训练。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2本发明的沿Z轴移动的体重支撑结构的正视图；
图3本发明的绕Y轴转动的腿部运动结构的正视图；
图4本发明的机架的结构示意图；
图5本发明的轴承套件正视图；
图6本发明的电机组件结构示意图；
图7本发明的主轴组件的结构示意图。
图中1-腿部运动构件；2-体重支撑构件；3-机架；图2中21-上支架；22-下支架；23-支撑杆1；24-支撑杆2；26-座椅；221-交叉键槽；图3中11-曲柄；12-连杆组件1；13-连杆组件2；14-连杆组件3；15-连杆组件4；16-连杆组件5；17-滑杆；18-脚蹬构件；111-键槽；161-长键槽；181-成型键；182-承载脚蹬板；图4中31-主横梁；32-角铁；33-一层副横梁；34-一层竖梁；35-二层主横梁；36-二层竖梁；37-二层副横梁；38-轴承套件；39-主轴装置；310-电机装置；图5中381-轴承支板；382-轴承；3811-轴承座孔；图6中3812-螺纹孔；3101-小齿轮；3102-电机；3103-电机支架；图7中391-主轴；392-大齿轮。
具体实施方式
下面结合附图1至附图7对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1至图7所示，本发明所述的一种高精度下肢步态康复机器人包括腿部运动构件(1)、体重支撑构件(2)、机架(3)；所述腿部运动构件(1)的一端通过螺栓固定在所述机架(3)，所述体重支撑构件(2)固定在所述机架(3)；所述腿部运动构件(1)包括曲柄(11)、连杆组件1(12)、连杆组件2(13)、连杆组件3(14)、连杆组件4(15)、连杆组件5(16)、滑杆(17)、脚蹬构件(18)，所述曲柄(11)末端加工有键槽(111)，所述连杆组件5(16)末端加工有长键槽(161)，所述脚蹬构件(18)一端加工有成型键(181)，所述脚蹬构件(18)另一端加工有承载脚蹬板(182)。
具体的，所述重量支撑构件(2)包括上支架(21)、下支架(22)、支撑杆1(23)、支撑杆2(24)、座椅滑块(25)、座椅(26)。
具体的，所述机架(3)包括一层主横梁(31)、角铁(32)、一层副横梁(33)、一层竖梁(34)、二层主横梁(35)、二层竖梁(36)、二层副横梁(37)、轴承套件(38)、主轴装置(39)、电机装置(310)。
具体的，所述上支架(21)、下支架(22)可通过支撑杆1(23)和支撑杆2(24)相连接，所述下支架(22)的一段加工有交叉键槽(221)，所述座椅(26)可嵌入座椅滑块(25)中，所述座椅滑块(25)可与交叉键槽(221)键合。
具体的，所述下支架(22)和所述一层竖梁(32)通过角铁(32)连接，所述上支架(21)和所述二层副横梁(37)连接。
具体的，所述轴承套件(38)包括轴承支板(381)、轴承(382)，所述轴承套件一端开有轴承座孔(3811)、轴承支板(381)另一端开有螺纹孔(3812)、所述轴承(382)和轴承支板过盈配合。
具体的，所述主轴装置(39)包括主轴(391)、大齿轮(392)，所述电机装置(310)包括小齿轮(3101)、电机(3102)、电机支架(3103)，所述电机(3102)安装在所述电机支架(3103)上，所述电机(3102)驱动小齿轮(3101)。
具体的，所述大齿轮(392)带动主轴(391)，主轴(391)带动曲柄(11)转动。
下面说明一种高精度下肢步态康复机器人的动作实施过程。
工作时，电机(3102)带动驱动齿轮(3101)转动，驱动齿轮(3101)通过啮合关系带动齿轮(392)转动，齿轮(392)通过键合关系驱动主轴(391)转动，主轴(391)通过花键关系带动曲柄(11)转动，腿部运动构件(1)在曲柄(11)的带动下使脚蹬构件(18)做类步态运动；
座椅(26)通过配合关系在座椅滑块(25)中沿Z轴运动，滑块(25)通过键合关系在上支架(21)沿X轴运动，同时上支架(21)借助支撑杆1(23)和支撑杆2(24)可在下支架(22)中实现沿Z轴方向的运动。
机架采用滑块构件与角铁(32)实现连接，可实现不同尺寸的调节。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限于定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超过本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：包括腿部运动构件(1)、体重支撑构件(2)、机架(3)；所述腿部运动构件(1)的一端通过螺栓固定在所述机架(3)，所述体重支撑构件(2)固定在所述机架(3)；所述腿部运动构件(1)包括曲柄(11)、连杆组件1(12)、连杆组件2(13)、连杆组件3(14)、连杆组件4(15)、连杆组件5(16)、滑杆(17)、脚蹬构件(18)，所述曲柄(11)末端加工有键槽(111)，所述连杆组件5(16)末端加工有长键槽(161)，所述脚蹬构件(18)一端加工有成型键(181)，所述脚蹬构件(18)另一端加工有承载脚蹬板(182)。
2.根据权利要求1所述的一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述重量支撑构件(2)包括上支架(21)、下支架(22)、支撑杆1(23)、支撑杆2(24)、座椅滑块(25)、座椅(26)。
3.根据权利要求1所述的一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述机架(3)包括一层主横梁(31)、角铁(32)、一层副横梁(33)、一层竖梁(34)、二层主横梁(35)、二层竖梁(36)、二层副横梁(37)、轴承套件(38)、主轴装置(39)、电机装置(310)。
4.根据权利要求2所述一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述上支架(21)、下支架(22)可通过支撑杆1(23)和支撑杆2(24)相连接，所述下支架(22)的一段加工有交叉键槽(221)，所述座椅(26)可嵌入座椅滑块(25)中，所述座椅滑块(25)可与交叉键槽(221)键合。
5.根据权利要求2所述一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述下支架(22)和所述一层竖梁(32)通过角铁(32)连接，所述上支架(21)和所述二层副横梁(37)连接。
6.根据权利要求3所述一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述轴承套件(38)包括轴承支板(381)、轴承(382)，所述轴承套件一端开有轴承座孔(3811)、轴承支板(381)另一端开有螺纹孔(3812)、所述轴承(382)和轴承支板过盈配合。
7.根据权利要求3所述一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述主轴装置(39)包括主轴(391)、大齿轮(392)，所述电机装置(310)包括小齿轮(3101)、电机(3102)、电机支架(3103)，所述电机(3102)安装在所述电机支架(3103)上，所述电机(3102)驱动小齿轮(3101)。
8.根据权利要求3到7任一所述一种高精度下肢步态康复机器人，其特征在于：所述大齿轮(392)带动主轴(391)，主轴(391)带动曲柄(11)转动。
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Publications (1)
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2021
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