CN113679567B - 一种基于步态感知技术的下肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，属于下肢康复机器人领域，通过在承托座上设置一对下肢绑件，用于与患者下肢相绑定，下肢绑件由康复绑环、受力带等结构构成，上下不同直径大小且翻转磁吸设置的康复绑环便于对患者下肢的大腿部、小腿部进行柔性绑定，同时易于大小、长度的调节，材料轻便适用范围广，一对康复绑环牵引受力带随大腿、小腿运动，依靠受力带来判断形态变化，并对比已有步态模型，在患者出现康复动作不正确时，将机械臂与康复绑环相连接，利用机械臂带动康复绑环进行正确康复运动，再借助人机交互面板，以便于分析、纠正并展现正确的步态康复操作，具有参照可比性，利于患者的康复。

Description

一种基于步态感知技术的下肢康复机器人

技术领域

本发明涉及下肢康复机器人领域，更具体地说，涉及一种基于步态感知技术的下肢康复机器人。

背景技术

下肢康复机器人在应用和市场方面代表了本类产品的发展趋势，其发展已经进入一个瓶颈阶段，现阶段国内外设备采用康复外骨骼引导患者进行基本的自然步态训练，基本可以满足对于康复治疗师在体力上大部分的替代工作。

步态感知技术就是借助多种传感器研究步行规律的检查方法，旨在通过生物力学和运动学手段，揭示步态异常的关键环节及影响因素，从而指导康复评估和治疗，有助于临床诊断、疗效评估及机理研究等。

现有的下肢康复机器人康复运动控制策略，主要是通过力与位置的反馈， 获得人体下肢的运动状态以及人体与机器人的相互作用关系，然后应用相应的控制算法使机器人驱动或者改变患者肢体的运动，达到康复训练的目的。

目前，现有的下肢康复机器人多采用硬性运动结构与患者肢体相绑定连接，机械机构复杂，质量较大，从而导致系统惯量大，佩戴繁琐，对于患者来说具有一定的负重压力。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，通过在承托座上设置一对下肢绑件，用于与患者下肢相绑定，上下不同直径且翻转磁吸设置的康复绑环便于对患者下肢的大腿部、小腿部进行柔性绑定，同时易于大小、长度的调节，适用范围广，一对康复绑环牵引受力带随大腿、小腿运动，依靠受力带来判断形态变化，并对比已有步态模型，在患者出现康复动作不正确时，将机械臂与康复绑环相连接进行正确康复运动，再借助人机交互面板，以便于分析、纠正并展现正确的步态康复操作，具有参照可比性，利于患者的康复。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，包括承托座，承托座的左右两侧均通过一对支架连接有定位板，一对定位板的上端均通过一对电动伸缩杆固定有扶架，一对定位板上均嵌设有一对操控板，一对操控板的外端壁上均设有受力带，一对受力带外端均设有下肢绑件，下肢绑件包括套设衔接的衔接管和定位片，定位片上连接有康复绑环，衔接管另一端与受力带相连接，康复绑环包括与定位片相连接的定位瓣，定位瓣左右端均转动连接有旋转瓣，定位瓣、旋转瓣内壁上均贴附有中空缓冲瓣，相邻两个中空缓冲瓣内部连通设置，且远离定位瓣一侧的中空缓冲瓣相对贴面磁吸设置，上下设置的一对衔接管之间设有软管，衔接管上端部通过导管贯穿定位片、定位瓣并与中空缓冲瓣内部相连通，承托座一侧设有气泵，气泵进气端通过气管与位于下方的衔接管相连通设置，操控板内侧安装有力传感器以及控制器，受力带内端与力传感器相连接，定位板上下端均设有机械臂，机械臂与控制器相连接，机械臂远离定位板一端与定位片可拆卸式连接，承托座一端设有人机交互系统，人机交互系统上设有人机交互面板。

进一步的，位于上方的康复绑环的内直径大于下方康复绑环的内直径，上下设置的一对康复绑环的轴心沿同竖直方向设置，位于上方的康复绑环用于对大腿部相应位置进行绑定，而位于下方的康复绑环则用于对小腿部相应位置进行柔性绑定。

进一步的，衔接管位于定位片上下端均套设有螺帽，螺帽与衔接管螺纹连接，且一对螺帽相抵于定位片上下端壁上。

进一步的，康复绑环、衔接管以及定位片均采用轻质材料制成，中空缓冲瓣采用弹性材料制成，中空缓冲瓣的内端壁设有防滑凸起。

进一步的，远离定位瓣一侧的一对中空缓冲瓣的端壁上均嵌设有透气磁吸片，相对设置的一对透气磁吸片采用相互磁吸的磁性材料制成，且透气磁吸片上开设有透气孔。

进一步的，衔接管与受力带相连接一端设有调节座，调节座内部设有与受力带相连接的转辊，受力带贯穿调节座并套设于转辊上，转辊一端设有延伸至调节座外的转轴。

进一步的，转轴与调节座端口处通过啮合连接的齿轮相连接，易于对受力带的长度进行调节至伸直状态，从而适用不同患者对一对康复绑环的佩戴。

进一步的，定位板上设有与机械臂底端相连接的旋转电机，机械臂远离定位板的一端设有与定位片结构相匹配的衔接部。

进一步的，衔接部与定位片磁吸设置，衔接部以及定位片外端壁均采用相互磁吸的磁性材料制成。

进一步的，扶架的底端中部处设有把手，扶架顶端设有向下凹陷的肘部承托部，肘部承托部上包覆有柔性垫。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过在承托座上设置一对下肢绑件，用于与患者下肢相绑定，下肢绑件由康复绑环、受力带等结构构成，上下不同直径且翻转磁吸设置的康复绑环便于对患者下肢的大腿部、小腿部进行柔性绑定，同时易于大小、长度的调节，材料轻便适用范围广，一对康复绑环牵引受力带随大腿、小腿运动，依靠受力带来判断形态变化，并对比已有步态模型，在患者出现康复动作不正确时，将机械臂与康复绑环相连接，利用机械臂带动康复绑环进行正确康复运动，再借助人机交互面板，以便于分析、纠正并展现正确的步态康复操作，具有参照可比性，利于患者的康复。

（2）本方案将位于上方的康复绑环的内直径大于下方康复绑环的内直径，上下设置的一对康复绑环的轴心沿同竖直方向设置，位于上方的康复绑环用于对大腿部相应位置进行绑定，而位于下方的康复绑环则用于对小腿部相应位置进行柔性绑定，上下设置的一对康复绑环反应大腿、小腿的步态运动，并依靠与康复绑环相连接的受力带来判断力的大小以及角度，从而得到步态数据。

（3）本方案在衔接管位于定位片上下端均套设有螺帽，螺帽与衔接管螺纹连接，且一对螺帽相抵于定位片上下端壁上，利用螺纹连接，一方面以便于将康复绑环与衔接管相连接，便于将康复绑环拆卸下来进行清洁，另一方面便于调节康复绑环的竖直高度。

（4）本方案在远离定位瓣一侧的一对中空缓冲瓣的端壁上均嵌设有透气磁吸片，相对设置的一对透气磁吸片采用相互磁吸的磁性材料制成，且透气磁吸片上开设有透气孔，设置可旋转磁吸连接，便于将旋转瓣向外翻转打开，易于将康复绑环固定套设于患者的下肢体上，而设置于内侧的中空缓冲瓣在充气的情况下膨胀，既提供缓冲性，又扩大适用范围，适用于不同粗细的下肢绑定。

（5）本方案在衔接管与受力带相连接一端设有调节座，调节座内部设有与受力带相连接的转辊，受力带贯穿调节座并套设于转辊上，转辊一端设有延伸至调节座外的转轴，转轴与调节座端口处通过啮合连接的齿轮相连接，易于对受力带的长度进行调节至伸直状态，从而适用不同高度患者对康复绑环的佩戴需要，受力带处于初始伸直状态，在进行动态变化后，更能准确反应患者下肢的步态变化。

附图说明

图1为本发明的立体图一；

图2为本发明的立体图二；

图3为本发明其中一组下肢绑件与定位板相结合处的结构示意图一；

图4为本发明其中一组下肢绑件与定位板相结合处的结构示意图二；

图5为本发明下肢绑件与定位板相脱离时的结构示意图；

图6为本发明其中一组下肢绑件与操控板相结合处部分内视图；

图7为本发明其中一组下肢绑件与受力带结合处的结构示意图；

图8为本发明其中一组下肢绑件处的结构示意图；

图9为为本发明其中一组下肢绑件的康复绑环旋转打开后的结构示意图；

图10为本发明康复绑环处的拆分示意图。

图中标号说明：

1承托座、2定位板、3电动伸缩杆、4扶架、401把手、402肘部承托部、5操控板、6受力带、7调节座、8衔接管、9定位片、10康复绑环、101定位瓣、102旋转瓣、103中空缓冲瓣、1031透气磁吸片、11机械臂、12气泵、13气管。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-7，一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，包括承托座1，承托座1的左右两侧均通过一对支架连接有定位板2，一对定位板2的上端均通过一对电动伸缩杆3固定有扶架4，电动伸缩杆3的伸缩端连接于扶架4底端，扶架4的底端中部处设有把手401，扶架4顶端设有向下凹陷的肘部承托部402，肘部承托部402上包覆有柔性垫，肘部承托部402便于患者在康复运动时对肘部承托，而设置把手401，则利于患者在运动至握住把手401，不同设置均起到辅助稳定作用，一对定位板2上均嵌设有一对操控板5，一对操控板5的外端壁上均设有受力带6，一对受力带6外端均设有下肢绑件，下肢绑件包括套设衔接的衔接管8和定位片9，定位片9上连接有康复绑环10，衔接管8另一端与受力带6相连接，位于上方的康复绑环10的内直径大于下方康复绑环10的内直径，上下设置的一对康复绑环10的轴心沿同竖直方向设置，位于上方的康复绑环10用于对大腿部相应位置进行绑定，而位于下方的康复绑环10则用于对小腿部相应位置进行柔性绑定，上下设置的一对康复绑环10反应大腿、小腿的步态运动，并依靠与康复绑环10相连接的受力带6来判断力的大小以及角度，从而得到步态数据，康复绑环10、衔接管8以及定位片9均采用轻质材料制成，材料轻质且便于佩戴，有利于患者做康复运动，技术人员不仅可将康复绑环10设置成匹配腿部的结构形状，还可设置成匹配膝关节处的结构形状，根据实际需要进行设定，以更好的体现步态运动。

衔接管8位于定位片9上下端均套设有螺帽，螺帽与衔接管8螺纹连接，且一对螺帽相抵于定位片9上下端壁上，以便于将康复绑环10于衔接管8相连接，也便于将康复绑环10拆卸下来进行清洁，

康复绑环10包括与定位片9相连接的定位瓣101，定位瓣101左右端均转动连接有旋转瓣102，定位瓣101、旋转瓣102内壁上均贴附有中空缓冲瓣103，相邻两个中空缓冲瓣103内部连通设置，且远离定位瓣101一侧的中空缓冲瓣103相对贴面磁吸设置，上下设置的一对衔接管8之间设有软管，衔接管8上端部通过导管贯穿定位片9、定位瓣101并与中空缓冲瓣103内部相连通，承托座1一侧设有气泵12，气泵12进气端通过气管13与位于下方的衔接管8相连通设置。

远离定位瓣101一侧的一对中空缓冲瓣103的端壁上均嵌设有透气磁吸片1031，相对设置的一对透气磁吸片1031采用相互磁吸的磁性材料制成，且透气磁吸片1031上开设有透气孔，设置可旋转磁吸连接，便于将旋转瓣102向外翻转打开，易于将康复绑环10固定套设于患者的下肢体上，而设置于内侧的中空缓冲瓣103在充气的情况下膨胀，既提供缓冲性，又扩大适用范围，中空缓冲瓣103采用弹性材料制成，中空缓冲瓣103的内端壁设有防滑凸起，提高绑定的稳固性。

操控板5内侧安装有力传感器以及控制器，力传感器选用角位移传感器感以及拉力传感器，受力带6内端与力传感器相连接，衔接管8与受力带6相连接一端设有调节座7，调节座7内部设有与受力带6相连接的转辊，受力带6贯穿调节座7并套设于转辊上，转辊一端设有延伸至调节座7外的转轴，转轴与调节座7端口处通过啮合连接的齿轮相连接，设置齿轮易于转轴被调节后的稳定性，图中未明确标出，不做赘述，设置调节座7易于对受力带6的长度进行调节至伸直状态，从而适用不同患者对一对康复绑环10的佩戴，上下设置的一对康复绑环10牵引受力带6随大腿、小腿运动，并依靠受力带6来判断形态变化，从而得到步态运动状态数据，并对比已有的步态模型进行分析。

定位板2上下端均设有机械臂11，机械臂11与控制器相连接，机械臂11远离定位板2一端与定位片9可拆卸式连接，承托座1一端设有人机交互系统，人机交互系统上设有人机交互面板，人机交互面板内预先存储有步态模型，定位板2上设有与机械臂11底端相连接的旋转电机，机械臂11远离定位板2的一端设有与定位片9结构相匹配的衔接部，衔接部与定位片9磁吸设置，衔接部以及定位片9外端壁均采用相互磁吸的磁性材料制成，在进行对比步态模型之前，机械臂11与康复绑环10相脱离，以实现患者的自主康复运动，在患者运动出现康复动作不正确时，将机械臂11与康复绑环10相连接，利用控制器操控机械臂11带动康复绑环10进行正确的步态恢复，有效提高患者的康复质量，而借助人机交互面板，以便于分析、纠正并展现正确的步态康复操作，具有参照可比性，利于患者的康复。

本装置通过在上设置一对下肢绑件，用于与患者下肢相绑定，下肢绑件包括相互连接的康复绑环10与受力带6等结构构成，上下不同直径大小且翻转磁吸设置的康复绑环10以便于分别对患者下肢的大腿部、小腿部进行柔性绑定，材料轻便且便于便于调节大小、程度，适用范围广；

上下设置的一对康复绑环10牵引受力带6随大腿、小腿运动，并依靠受力带6来判断形态变化，从而得到步态运动状态数据，并对比已有的步态模型，在患者运动出现康复动作不正确时，此时将机械臂11与康复绑环10相连接，利用控制器操控机械臂11带动康复绑环10进行正确的步态恢复，有效提高患者的康复质量，而借助人机交互面板，以便于分析、纠正并展现正确的步态康复操作，具有参照可比性，利于患者的康复。

本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

Claims (10)

1.一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，包括承托座（1），所述承托座（1）的左右两侧均通过一对支架连接有定位板（2），一对所述定位板（2）的上端均通过一对电动伸缩杆（3）固定有扶架（4），其特征在于：一对所述定位板（2）上均嵌设有一对操控板（5），一对所述操控板（5）的外端壁上均设有受力带（6），一对所述受力带（6）外端均设有下肢绑件；

所述下肢绑件包括套设衔接的衔接管（8）和定位片（9），所述定位片（9）上连接有康复绑环（10），所述衔接管（8）另一端与受力带（6）相连接，所述康复绑环（10）包括与定位片（9）相连接的定位瓣（101），所述定位瓣（101）左右端均转动连接有旋转瓣（102），所述定位瓣（101）、旋转瓣（102）内壁上均贴附有中空缓冲瓣（103），相邻两个所述中空缓冲瓣（103）内部连通设置，且远离定位瓣（101）一侧的中空缓冲瓣（103）相对贴面磁吸设置，上下设置的一对所述衔接管（8）之间设有软管，所述衔接管（8）上端部通过导管贯穿定位片（9）、定位瓣（101）并与中空缓冲瓣（103）内部相连通，所述承托座（1）一侧设有气泵（12），所述气泵（12）进气端通过气管（13）与位于下方的衔接管（8）相连通设置；

所述操控板（5）内侧安装有力传感器以及控制器，所述受力带（6）内端与力传感器相连接，所述定位板（2）上下端均设有机械臂（11），所述机械臂（11）与控制器相连接，所述机械臂（11）远离定位板（2）一端与定位片（9）可拆卸式连接，所述承托座（1）一端设有人机交互系统，所述人机交互系统上设有人机交互面板；所述的操控板（5）内侧安装有力传感器以及控制器，力传感器选用角位移传感器感以及拉力传感器，受力带（6）内端与力传感器相连接，一对康复绑环（10）牵引受力带随大腿、小腿运动，依靠受力带（6）来判断形态变化，并对比已有步态模型，在患者出现康复动作不正确时，将机械臂（11）与康复绑环（10）相连接，利用机械臂（11）带动康复绑环（10）进行正确康复运动，再借助人机交互面板，以便于分析、纠正并展现正确的步态康复操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：位于上方的所述康复绑环（10）的内直径大于下方康复绑环（10）的内直径，上下设置的一对康复绑环（10）的轴心沿同竖直方向设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述衔接管（8）位于定位片（9）上下端均套设有螺帽，所述螺帽与衔接管（8）螺纹连接，且一对螺帽相抵于定位片（9）上下端壁上。

4.根据权利要求1所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述中空缓冲瓣（103）采用弹性材料制成，所述中空缓冲瓣（103）的内端壁设有防滑凸起。

5.根据权利要求4所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：远离所述定位瓣（101）一侧的一对中空缓冲瓣（103）的端壁上均嵌设有透气磁吸片（1031），相对设置的一对所述透气磁吸片（1031）采用相互磁吸的磁性材料制成，且透气磁吸片（1031）上开设有透气孔。

6.根据权利要求1所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述衔接管（8）与受力带（6）相连接一端设有调节座（7），所述调节座（7）内部设有与受力带（6）相连接的转辊，所述受力带（6）贯穿调节座（7）并套设于转辊上，所述转辊一端设有延伸至调节座（7）外的转轴。

7.根据权利要求6所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述转轴与调节座（7）端口处通过啮合连接的齿轮相连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述定位板（2）上设有与机械臂（11）底端相连接的旋转电机，所述机械臂（11）远离定位板（2）的一端设有与定位片（9）结构相匹配的衔接部。

9.根据权利要求8所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述衔接部与定位片（9）磁吸设置，所述衔接部以及定位片（9）外端壁均采用相互磁吸的磁性材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种基于步态感知技术的下肢康复机器人，其特征在于：所述扶架（4）的底端中部处设有把手（401），所述扶架（4）顶端设有向下凹陷的肘部承托部（402）。

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