CN113975096A - 一种全向移动下肢康复训练机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于康复器械技术领域，具体公开了一种全向移动下肢康复训练机器人，包括全向移动底盘组件、立柱支撑组件、以及骨盆辅助运动机构；全向移动底盘组件包括弧形底盘、呈三角形布设于弧形底盘下底面的多个全向轮、布设于相邻两全向轮之间的万向脚轮、设置于弧形底盘两端的配重块、第一驱动电机、超声波传感器、以及架设于弧形底盘的电控装置，超声波传感器及第一驱动电机分别与电控装置电连接。以此结构设计的全向移动下肢康复训练机器人，能够通过全向移动底盘组件的设置，并配合立柱支撑组件和骨盆辅助运动机构，方便灵活的帮助具有下肢运动功能障碍的患者独立完成室内移动训练，帮助其进行下肢康复训练。

Description

一种全向移动下肢康复训练机器人
技术领域
本发明涉及康复器械技术领域，尤其涉及一种全向移动下肢康复训练机器人。
背景技术
近年来，脑卒中患者在术后大都会患有不同程度的运动功能障碍，老年人群中超过40％有不同程度的步行障碍，不仅严重影响其正常生活，需要家属或医护人员进行日常照顾，给家庭带来了沉重的经济负担。研究表明，超过80％的脑损伤患者在进行积极有效的康复运动训练后，运动功能都有显著的提升，大部分老年人经过步行训练也可保持运动功能。
国内外研发了多款康复训练器械，但是多数康复训练器械存在体积较为庞大、价格昂贵和操作困难、且不能方便灵活的实现全向运动等问题，不适合家庭和社区环境使用，难以将其作为日常生活的辅助设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全向移动下肢康复训练机器人，能够通过全向移动底盘组件的设置，并配合立柱支撑组件和骨盆辅助运动机构方便灵活的帮助具有下肢运动功能障碍患者独立完成室内移动训练，帮助其进行下肢康复训练。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种全向移动下肢康复训练机器人，包括全向移动底盘组件、架设于所述全向移动底盘组件的立柱支撑组件、以及与所述立柱支撑组件相配合的骨盆辅助运动机构；
所述全向移动底盘组件包括弧形底盘、呈三角形布设于所述弧形底盘下底面的多个全向轮、布设于相邻两所述全向轮之间的万向脚轮、设置于所述弧形底盘两端的配重块、用于驱动多个全向轮转动的第一驱动电机、布设于所述弧形底盘的壳体外围用于对周围环境中的障碍物进行检测的超声波传感器、以及架设于所述弧形底盘的电控装置，所述超声波传感器及所述第一驱动电机分别与所述电控装置电连接。
其中，所述骨盆辅助运动机构包括沿所述立柱支撑组件竖直方向设置的升降机构、与所述升降机构的转接板相连接的扭矩传感器组件、与所述扭矩传感器组件相连接的横移基座组件、设置于所述横移基座组件两端的两横移模块组件、以及分别与两所述横移模块组件滑动连接的意图识别组件。
其中，所述意图识别组件与所述横移模块组件之间设置有用于调节两所述意图识别组件之间间距的锁紧件；两所述意图识别组件的相对两侧分别设置有快挂机构，所述快挂机构与所述意图识别组件通过阻尼球铰链相铰接。
其中，所述立柱支撑组件竖直架设于所述弧形底盘，所述立柱支撑组件包括立柱、设置于所述立柱两侧的扶手架、以及水平架设于所述立柱上方的操控平台；所述升降机构与所述立柱紧固，所述扶手架的两端分别与所述立柱及所述弧形底盘紧固。
其中，所述升降机构包括沿所述立柱内侧壁长度方向设置的丝杠模组、与所述丝杠模组的滑块紧固的所述转接板、以及设置于所述丝杠模组下端用于驱动所述转接板上下往返运动的第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述电控装置电连接。
其中，所述操控平台包括桌板、设置于所述桌板的急停按钮、驱动遥杆、以及显示器；所述桌板分别与所述立柱及所述扶手架紧固；所述急停按钮、所述驱动遥杆、以及所述显示器分别与所述电控装置电连接。
其中，所述驱动遥杆包括与所述桌板紧固的中轴、套设于所述中轴的握柄、以及设置于所述握柄与所述中轴之间的应变片组件；所述应变片组件包括应变片，以及与所述应变片相贴合的压片，所述压片与所述握柄的内壁相贴合。
其中，所述扭矩传感器组件包括安装座，以及一端与所述安装座紧固的扭矩传感器，所述扭矩传感器沿所述横移基座组件的长度方向设置，所述安装座与所述转接板紧固。
其中，所述横移基座组件包括与所述扭矩传感器的另一端相连接的横移基座、设置于所述横移基座内的横移花键螺母、穿设于所述横移花键螺母的横移花键轴、套设于所述横移花键轴两端的横移压簧、以及套设于所述横移花键轴两端并与所述横移压簧相抵接的横移压力传感器；
所述横移模块组件包括套设于所述横移花键轴端部并与所述横移压力传感器相抵接的花键连接轴、沿所述花键连接轴长度方向设置的导轨、与所述导轨滑动配合的滑座、以及与所述导轨滑动配合并用于锁紧所述滑座的所述锁紧件。
其中，所述意图识别组件包括意图识别座、同轴设置于所述意图识别座的意图花键螺母、穿设于所述意图花键螺母的意图花键轴、套设于所述意图花键轴两端的意图压簧、套设于所述意图花键轴两端并分别与所述意图压簧相抵接的意图压力传感器、两端分别与所述意图压力传感器及所述意图识别座相连接的气动弹簧、以及径向设置于所述意图识别座一侧的所述阻尼球铰链；所述阻尼球铰链与所述快挂机构相铰接。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种全向移动下肢康复训练机器人，包括全向移动底盘组件、架设于全向移动底盘组件的立柱支撑组件、以及与立柱支撑组件相配合的骨盆辅助运动机构；全向移动底盘组件包括弧形底盘、呈三角形布设于弧形底盘下底面的多个全向轮、布设于相邻两全向轮之间的万向脚轮、设置于弧形底盘两端的配重块、用于驱动多个全向轮转动的第一驱动电机、布设于弧形底盘的壳体外围用于对周围环境中的障碍物进行检测的超声波传感器、以及架设于弧形底盘的电控装置，超声波传感器及第一驱动电机分别与电控装置电连接。以此结构设计的全向移动下肢康复训练机器人，能够通过全向移动底盘组件的设置，并配合立柱支撑组件和骨盆辅助运动机构方便灵活的帮助具有下肢运动功能障碍患者独立完成室内移动训练，帮助其进行下肢康复训练。
附图说明
图1是本实施例中一种全向移动下肢康复训练机器人的轴测图。
图2是图1去除外壳后的轴测图。
图3是图2中弧形底盘下底面的轴测图。
图4是图1中骨盆辅助运动机构的轴测图。
图5是图1中驱动遥杆的主视图。
图6是图5中A-A截面的剖视图。
图中：
1、全向移动底盘组件；11、弧形底盘；12、全向轮；13、万向脚轮；14、配重块；15、第一驱动电机；16、超声波传感器；17、电控装置；
2、立柱支撑组件；21、立柱；22、扶手架；23、桌板；24、急停按钮；25、驱动遥杆；251、中轴；252、握柄；253、应变片；254、压片；26、显示器；
3、骨盆辅助运动机构；31、升降机构；311、丝杠模组；312、转接板；313、第二驱动电机；32、扭矩传感器组件；321、安装座；322、扭矩传感器；33、横移基座组件；331、横移基座；332、横移花键螺母；334、横移压簧；335、横移压力传感器；34、横移模块组件；341、花键连接轴；342、导轨；343、滑座；344、锁紧件；35、意图识别组件；351、意图识别座；352、意图花键螺母；353、意图压簧；354、意图压力传感器；355、气动弹簧；356、阻尼球铰链；36、快挂机构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
结合图1至图6所示，本实施例提供了一种全向移动下肢康复训练机器人，旨在帮助具有下肢运动困难的患者进行下肢康复训练以及行走协助，以帮助其实现下肢行走功能的康复训练。
具体的，该全向移动下肢康复训练机器人包括全向移动底盘组件1、立柱支撑组件2和骨盆辅助运动机构3。该全向移动下肢康复训练机器人针对使用者下肢支撑力不足，利用骨盆辅助运动机构3与患者骨盆相连，立柱支撑组件2带动骨盆辅助运动机构3上下运动，通过骨盆辅助运动机构3的扭矩传感器322，检测支撑起使用者所需提升力，协助使用者进行下肢康复训练；在行走过程中，通过骨盆辅助运动机构3中与人体腰部接触的横移压力传感器335及驱动遥杆25上的应变片253，结合该全向移动下肢康复训练机器人内置的运动方向识别算法，检测使用者的运动方向，配合全向移动底盘组件1，实现对使用者运动的协助。
进一步的，作为优选，本实施例中的全向移动底盘组件1包括弧形底盘11、呈三角形布设于弧形底盘11下底面的多个全向轮12、布设于相邻两全向轮12之间的万向脚轮13、设置于弧形底盘11两端的配重块14、用于驱动多个全向轮12转动的第一驱动电机15、布设于弧形底盘11的壳体外围用于对周围环境中的障碍物进行检测的超声波传感器16、以及架设于弧形底盘11的电控装置17，超声波传感器16及第一驱动电机15分别与电控装置17电连接。
作为优选，上述每个主动全向轮12均通过减速器与对应的第一驱动电机15相连接。此外，上述超声波传感器16的设置，能够实现对周围环境中的障碍物进行检测，当与障碍物间超过安全距离时，则进行报警提示医生和患者进行安全避障。
本实施例中的上述三个主动全向轮12用于实现弧形底盘11的全向移动；并用于给弧形底盘11提供多点支撑，增加弧形底盘11的刚性；配重块14布置在弧形底盘11的尾部，用于平衡上述立柱支撑组件2和骨盆辅助运动机构3产生的力矩，保证整机的平衡。
更进一步具体的，本实施例中的骨盆辅助运动机构3包括沿立柱支撑组件2竖直方向设置的升降机构31、与升降机构31的转接板312相连接的扭矩传感器组件32、与扭矩传感器组件32相连接的横移基座组件33、设置于横移基座组件33两端的两横移模块组件34、以及分别与两横移模块组件34滑动连接的意图识别组件35。
作为优选，本实施例中的上述升降机构31包括沿立柱支撑组件2的立柱21内侧壁长度方向设置的丝杠模组311、与丝杠模组311的滑块紧固的转接板312、以及设置于丝杠模组311下端用于驱动转接板312上下往返运动的第二驱动电机313，第二驱动电机313与电控装置17电连接。以此结构设计的升降机构31，驱动与转接板312相连接的上述骨盆辅助运动机构3上下运动，继而带动患者上下运动，或者可以根据患者的需求，跟随骨盆的上下运动。
进一步具体的，作为优选，本实施例中的扭矩传感器组件32包括安装座321，以及一端与安装座321紧固的扭矩传感器322，扭矩传感器322沿横移基座组件33的长度方向设置，安装座321与升降机构31的转接板312紧固。当患者在运动时，扭矩传感器322检测扭矩的正负，判断患者骨盆的运动趋势，从而驱动上述丝杠模组311带动骨盆辅助运动机构3跟随患者骨盆的运动；当患者下肢的支撑力不足时，设定一定的减重力，则扭矩传感器322可以实时检测提供给患者骨盆的减重力大小，实现动态减重。
进一步具体的，本实施例中还在意图识别组件35与横移模块组件34之间设置有用于调节两意图识别组件35之间间距的锁紧件344；此外还在两意图识别组件35的相对两侧分别设置有快挂机构36，快挂机构36与意图识别组件35通过阻尼球铰链356相铰接。采用上述结构设计的锁紧件344用以实现对意图识别组件35的锁紧，不同患者的骨盆宽度不一样，锁紧件344可以根据患者的需求其调整两意图识别组件35之间的间距，并在调整完成后，通过锁紧件344锁紧，保证运动过程中机构的稳定。
进一步具体的，本实施例中的横移基座组件33包括与上述扭矩传感器322的另一端相连接的横移基座331、设置于横移基座331内的横移花键螺母332、穿设于横移花键螺母332的横移花键轴、套设于横移花键轴两端的横移压簧334、以及套设于横移花键轴两端并与横移压簧334相抵接的横移压力传感器335；横移模块组件34包括套设于横移花键轴端部并与横移压力传感器335相抵接的花键连接轴341、沿花键连接轴341长度方向设置的导轨342、与导轨342滑动配合的滑座343、以及与导轨342滑动配合并用于锁紧滑座343的锁紧件344。作为优选，上述横移花键螺母332安装在横移基座331内部中心，连接保持固定不动，横移花键轴穿插在横移花键螺母332中间，两端对称且可以柔顺地滑动，人机相对位移可以通过横移花键轴和横移花键螺母332之间的相对滑动来实现。
进一步优选的，花键连接轴341安装在横移花键轴的两端，横移压力传感器335套在横移花键轴上，固定在横移花键轴的端面上。横移压簧334套在横移花键轴上，压缩在横移压力传感器335和横移花键螺母332之间，当有左右方向的位移时，一侧横移压簧334被进一步压缩，横移压力传感器335检测到压力值的增大，另一侧横移压簧334复位，横移压力传感器335压力值减小，两者压力值大小相等，方向相反。
更进一步具体的，本实施例中的意图识别组件35包括意图识别座351、同轴设置于意图识别座351的意图花键螺母352、穿设于意图花键螺母352的意图花键轴、套设于意图花键轴两端的意图压簧353、套设于意图花键轴两端并分别与意图压簧353相抵接的意图压力传感器354、两端分别与意图压力传感器354及意图识别座351相连接的气动弹簧355、以及径向设置于意图识别座351一侧的阻尼球铰链356；阻尼球铰链356与快挂机构36相连接。
采用上述结构设计的意图识别组件35，当骨盆运动带动意图花键螺母352在意图花键轴上运动时，意图压力传感器354可以检测到意图压簧353的复位力，即人机在前后方向上的交互力。
作为优选，本实施例中的气动弹簧355设置为两个，分别设置于意图花键螺母352的两侧，气动弹簧355的一端固定在意图花键轴的端面，另一端与意图花键螺母352一侧相抵，继而使意图花键螺母352保持在中间位置，当有前后方向的位移时，需要克服意图压簧353和气动弹簧355的复位力。
作为优选，阻尼球铰链356具有球关节，阻尼球铰链356与设置于意图识别座351固定，活动端与快挂机构36连接，两快挂机构36与骨盆的两侧连接。以此方式设置，阻尼球铰链356的活动端可以绕球关节全方位运动，保证人体骨盆与机器间的柔顺性。
更进一步的，本实施例中的上述立柱支撑组件2竖直架设于弧形底盘11，立柱支撑组件2包括立柱21、设置于立柱21两侧的扶手架22、以及水平架设于立柱21上方的操控平台；升降机构31与立柱21紧固，扶手架22的两端分别与立柱21及弧形底盘11紧固。
更进一步的，作为优选，为了方便操控，本实施例中上述操控平台包括桌板23、设置于桌板23的急停按钮24、驱动遥杆25、以及显示器26；桌板23分别与立柱21及扶手架22紧固；急停按钮24、驱动遥杆25、以及显示器26分别与电控装置17电连接。
进一步具体的，驱动遥杆25包括与桌板23紧固的中轴251、套设于中轴251的握柄252、以及设置于握柄252与中轴251之间的应变片组件；应变片组件包括应变片253，以及与应变片253相贴合的压片254，压片254与握柄252的内壁相贴合。
作为优选，本实施例中的中轴251固定在桌板23上，应变片253贴在中轴251的前后及左右位置；压片254贴在应变片253上，并与握柄252贴合，患者手握驱动摇杆，当向前施加力时，后侧应变片253检测到压力变化，则驱动机器向前运动，对应于其它运动状态，应变片253的力信号组合各有不同。以此通过驱动摇杆驱动机器人跟随患者自身的运动，如前进、后退及转向；本实施例中的显示器26主要用于给患者和医生显示康复训练结果和部分游戏训练页面。
作为本实施例的进一步说明，目前的康复机器与患者大多采用刚性连接，即驱动器和患者之间直接连接，用于实现目标的轨迹控制。但最新研究表明，采用刚柔混合连接对实现力控制，避免刚性冲击和运动再学习更为有利。采用本实施例设置的全向移动下肢康复训练机器人整机小巧灵便，成本低，方便家庭环境使用，符合人体运动需求，能够帮助运动功能障碍患者独立完成室内移动、坐站转移、日常生活任务和步行训练，帮助其改善生活质量，替换照护家属，在一定程度上减轻其家庭负担。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，包括全向移动底盘组件(1)、架设于所述全向移动底盘组件(1)的立柱支撑组件(2)、以及与所述立柱支撑组件(2)相配合的骨盆辅助运动机构(3)；所述全向移动底盘组件(1)包括弧形底盘(11)、呈三角形布设于所述弧形底盘(11)下底面的多个全向轮(12)、布设于相邻两所述全向轮(12)之间的万向脚轮(13)、设置于所述弧形底盘(11)两端的配重块(14)、用于驱动多个全向轮(12)转动的第一驱动电机(15)、布设于所述弧形底盘(11)的壳体外围用于对周围环境中的障碍物进行检测的超声波传感器(16)、以及架设于所述弧形底盘(11)的电控装置(17)，所述超声波传感器(16)及所述第一驱动电机(15)分别与所述电控装置(17)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述骨盆辅助运动机构(3)包括沿所述立柱支撑组件(2)竖直方向设置的升降机构(31)、与所述升降机构(31)的转接板(312)相连接的扭矩传感器组件(32)、与所述扭矩传感器组件(32)相连接的横移基座组件(33)、设置于所述横移基座组件(33)两端的两横移模块组件(34)、以及分别与两所述横移模块组件(34)滑动连接的意图识别组件(35)。
3.根据权利要求2所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述意图识别组件(35)与所述横移模块组件(34)之间设置有用于调节两所述意图识别组件(35)之间间距的锁紧件(344)；两所述意图识别组件(35)的相对两侧分别设置有快挂机构(36)，所述快挂机构(36)与所述意图识别组件(35)通过阻尼球铰链(356)相连接。
4.根据权利要求2所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述立柱支撑组件(2)竖直架设于所述弧形底盘(11)，所述立柱支撑组件(2)包括立柱(21)、设置于所述立柱(21)两侧的扶手架(22)、以及水平架设于所述立柱(21)上方的操控平台；所述升降机构(31)与所述立柱(21)紧固，所述扶手架(22)的两端分别与所述立柱(21)及所述弧形底盘(11)紧固。
5.根据权利要求4所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述升降机构(31)包括沿所述立柱(21)内侧壁长度方向设置的丝杠模组(311)、与所述丝杠模组(311)的滑块紧固的所述转接板(312)、以及设置于所述丝杠模组(311)下端用于驱动所述转接板(312)上下往返运动的第二驱动电机(313)，所述第二驱动电机(313)与所述电控装置(17)电连接。
6.根据权利要求4所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述操控平台包括桌板(23)、设置于所述桌板(23)的急停按钮(24)、驱动遥杆(25)、以及显示器(26)；所述桌板(23)分别与所述立柱(21)及所述扶手架(22)紧固；所述急停按钮(24)、所述驱动遥杆(25)、以及所述显示器(26)分别与所述电控装置(17)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述驱动遥杆(25)包括与所述桌板(23)紧固的中轴(251)、套设于所述中轴(251)的握柄(252)、以及设置于所述握柄(252)与所述中轴(251)之间的应变片组件；所述应变片组件包括应变片(253)，以及与所述应变片(253)相贴合的压片(254)，所述压片(254)与所述握柄(252)的内壁相贴合。
8.根据权利要求3所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述扭矩传感器组件(32)包括安装座(321)，以及一端与所述安装座(321)紧固的扭矩传感器(322)，所述扭矩传感器(322)沿所述横移基座组件(33)的长度方向设置，所述安装座(321)与所述转接板(312)紧固。
9.根据权利要求8所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述横移基座组件(33)包括与所述扭矩传感器(322)的另一端相连接的横移基座(331)、设置于所述横移基座(331)内的横移花键螺母(332)、穿设于所述横移花键螺母(332)的横移花键轴、套设于所述横移花键轴两端的横移压簧(334)、以及套设于所述横移花键轴两端并与所述横移压簧(334)相抵接的横移压力传感器(335)；所述横移模块组件(34)包括套设于所述横移花键轴端部并与所述横移压力传感器(335)相抵接的花键连接轴(341)、沿所述花键连接轴(341)长度方向设置的导轨(342)、与所述导轨(342)滑动配合的滑座(343)、以及与所述导轨(342)滑动配合并用于锁紧所述滑座(343)的所述锁紧件(344)。
10.根据权利要求3所述的一种全向移动下肢康复训练机器人，其特征在于，所述意图识别组件(35)包括意图识别座(351)、同轴设置于所述意图识别座(351)的意图花键螺母(352)、穿设于所述意图花键螺母(352)的意图花键轴、套设于所述意图花键轴两端的意图压簧(353)、套设于所述意图花键轴两端并分别与所述意图压簧(353)相抵接的意图压力传感器(354)、两端分别与所述意图压力传感器(354)及所述意图识别座(351)相连接的气动弹簧(355)、以及径向设置于所述意图识别座(351)一侧的所述阻尼球铰链(356)；所述阻尼球铰链(356)与所述快挂机构(36)相铰接。
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