CN114642567A - 多体位开放式下肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多体位开放式下肢康复机器人，其包括底座单元、腿部支架单元、脚踏板单元、座椅单元和人体减重调节单元，腿部支架单元对称设于底座单元两侧，脚踏板单元设于腿部支架单元上，座椅单元设于底座单元的座椅支撑架上，且座椅单元中靠背上设有人体减重调节单元。本发明腿部支架单元设置于座椅的两侧，避免了患者在康复训练过程中人体与机械腿的干涉，且通过腿部腿与脚踏板的协调运动，使得腿部腿末端工作轨迹多样，大大增加了患者康复训练的工作空间，同时脚踏板上设有压力传感器，可以实时动态反馈调节，以达到减重力恒定的效果，此外该机器人还可以实现患者在不同姿态下的康复训练，具有运动平稳、承载力大、安全性高等优点。

Description

多体位开放式下肢康复机器人

技术领域

本发明属于智能装置技术领域，特别涉及一种多体位开放式下肢康复机器人。

背景技术

近年来，由于脑部损伤、脊柱损伤、神经性损伤、肌肉损伤和骨科疾病等原因造成患者下肢瘫痪的案例逐渐增多，这不仅给患者带来了巨大的心理、生理上的伤害，更给患者家庭带来了精神、经济负担。目前，大多数医院的康复训练都是依靠专业康复医师徒手为患者进行康复治疗，但这种训练方式的缺点表现在：专业康复医师的数量少；对于专业康复医师而言，劳动强度大，无法连续为多名患者进行康复训练；这种康复训练模式依靠专业康复医师的主观判断，无法保证康复力度、准度；康复训练过程乏味，缺乏趣味性，无法提起患者康复兴趣。为了缓解社会医疗压力，众多高校、研究所、企业都以降低劳动力、提高康复效率为目的，积极研究开发各种下肢康复机器人。下肢康复机器人的出现可以帮助患者早期就开始进行步行训练，从而帮助患者下肢肌力恢复、避免肌肉萎缩、维持及扩大关节活动度、预防痉挛出现，并促进步行能力恢复。对完全性损伤患者来说，可以使患者体验到正常步行，改善下肢肌肉萎缩，并提高心肺及胃肠功能。

目前康复机器人主要存在的缺点是：1、结构固定，不能满足患者多姿态康复训练；2、机械腿的长度无法调节，适用人群范围较窄；3、由于机构布置的限制，导致康复工作空间较小；4、设备体积庞大，不易移动，一般只适用于固定场所的康复训练。因此，设计一种新型的康复机器人显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的康复机器人的姿态少，不能调节机械腿长度，康复工作空间较小，设备不易移动且康复训练场所固定等问题，本发明提供了一种多体位开放式下肢康复机器人，可以根据患者需要实现多位姿下肢康复训练，具有运动平稳、承载力大、安全性高等优点。

本发明采用的技术方案是一种多体位开放式下肢康复机器人，其包括底座单元、腿部支架单元、脚踏板单元、座椅单元和人体减重调节单元，所述腿部支架单元对称设于所述底座单元中腿部支撑架的两侧，且所述腿部支架单元包括电机箱体、伺服电机、方形连接件、机械腿、第一腿部电动推缸和第二腿部电动推缸，所述电机箱体设于所述方形连接件的第一端，且所述伺服电机设于所述电机箱体内，所述伺服电机的输出轴通过直角减速器及联轴器与所述脚踏板单元中脚踏板的脚踏轴连接，所述方形连接件的第二端滑动设于所述机械腿的第一端，且所述第一腿部电动推缸设于所述机械腿中，所述第一腿部电动推缸的固定端与所述机械腿固定连接，且所述第一腿部电动推缸的伸缩端与所述方形连接件固定连接，所述第二腿部电动推缸设于所述机械腿下方，且所述第二腿部电动推缸的伸缩端与所述机械腿转动连接，所述第二腿部电动推缸的固定端与所述基座转动连接，所述机械腿的第二端与所述腿部支撑架转动连接；所述脚踏板单元设于所述腿部支架单元上，且所述脚踏板单元包括脚踏板、箱盖、液压导向板、自润滑铜板、压力传感器、液压油囊和液压箱，所述液压箱中设有所述液压油囊、压力传感器以及液压导向板，且所述液压油囊与所述底座单元中的囊式蓄能器相连通，所述压力传感器设于所述液压油囊上方，所述液压导向板设于所述压力传感器上方，所述自润滑铜板设于所述液压箱顶端的内侧面，且所述液压导向板与所述自润滑铜板滑动连接，所述箱盖盖合于所述液压箱上，且所述液压导向板中的连接凸台穿过所述箱盖与所述脚踏板连接；所述座椅单元设于所述底座单元的座椅支撑架上，且所述座椅单元中靠背上设有所述人体减重调节单元。

进一步地，所述底座单元包括基座、万向脚轮、电控箱、躺姿缓冲块、行走车轮、座椅高度限位块、腿部限位块、座椅角度限位块和囊式蓄能器，所述万向脚轮分别对称设于所述基座的前端和后端，且所述行走车轮对称设于所述基座的中间部，所述电控箱设于所述基座的后端，且所述躺姿缓冲块设于所述电控箱上，所述基座前端的两侧对称设有所述座椅支撑架，且所述腿部限位块和座椅角度限位块分别设于所述座椅支撑架的外侧和内侧，所述电控箱与所述座椅支撑架之间设有所述腿部支撑架，且所述座椅高度限位块设于所述腿部支撑架与所述座椅支撑架之间，所述囊式蓄能器设于所述基座上。

进一步地，所述座椅单元包括靠背电推杆、座椅电推杆、三角形构架、靠背座椅限位块、座椅、站姿扶手、靠背和座椅靠背连接轴，所述座椅两侧对称设有所述三角形构架，且所述座椅与所述三角形构架固定连接，所述座椅的前端与所述座椅支撑架转动连接，所述座椅的后端通过所述座椅靠背连接轴与所述靠背的底部转动连接，且所述座椅电推杆设于所述座椅底部的中间处，且所述座椅电推杆的伸缩端与所述座椅底部转动连接，所述座椅电推杆的固定端与所述基座转动连接，所述靠背两侧对称设有所述站姿扶手，且所述靠背的背面对称设有所述靠背电推杆，所述靠背电推杆的伸缩端通过第三销轴与所述靠背固定座转动连接，且所述靠背固定座固定于所述靠背上，所述靠背电推杆的固定端通过第四销轴与所述三角形构架及靠背推杆支架转动连接，且所述靠背推杆支架的一端与所述座椅固定连接，所述靠背座椅限位块对称设于所述靠背底端的两侧，通过所述靠背座椅限位块与所述三角形构架的相互接触对所述座椅和靠背进行相对角度限制。

进一步地，所述人体减重调节单元包括滑轮、绳索、电动推缸、推缸底座、悬吊背心和靠背支撑架，所述靠背支撑架设于所述靠背的背部，且所述靠背支撑架的第一端和第二端均设有所述滑轮，所述电动推缸设于所述靠背的背部，且所述电动推缸的固定端与所述推缸底座固定连接，所述推缸底座与所述靠背固定连接，所述电动推缸的伸缩端与所述绳索的第一端相连接，且所述绳索的第二端穿过所述滑轮与所述悬吊背心相连接。

优选地，所述靠背座椅限位块呈V形结构状，当所述座椅单元处于坐姿状态时，所述靠背座椅限位块的第一端面与所述三角形构架的第一端面接触，当所述座椅单元处于站姿状态时，所述靠背座椅限位块的第二端面与所述三角形构架的第二端面接触。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的一种多体位开放式下肢康复机器人，腿部支架单元设置于座椅的两侧，避免了患者在康复训练过程中人体与机械腿的干涉，机械腿下侧第二腿部电动推缸的伸缩、机械腿内部第一腿部电动推缸的伸缩以及脚踏板的转动，使得腿部支架单元末端工作轨迹多样，大大增加了患者康复训练的工作空间。

2、本发明提供的一种多体位开放式下肢康复机器人，脚踏板单元中脚踏板上设有压力传感器，通过设置压力传感器可以动态反馈调节，进而减小患者在进行康复训练时重心在垂直方向上的移动，达到减重力恒定的效果。

3、本发明提供的一种多体位开放式下肢康复机器人，通过设置在座椅下方的座椅电推杆，可以实时调节座椅的角度与高度，同时通过靠背电推杆可以调节靠背与座椅之间的相对角度，并辅助有靠背座椅限位块，配合座椅两侧的三角形构架，完成患者在坐姿、躺姿以及站姿状态下的康复训练。

4、本发明提供的一种多体位开放式下肢康复机器人，腿部支架单元安装在腿部支撑架一侧的转轴上，且通过卡簧进而套筒进行轴向定位，同时机械腿与第二腿部电动推缸之间利用销轴和开口销连接，有利于腿部支架单元的整体拆卸和运输。

5、本发明提供的一种多体位开放式下肢康复机器人，底座单元上设有座椅高度限位块、腿部限位块、座椅角度限位块、靠背座椅限位块以及躺姿缓冲块等机械限位结构，在座椅单元进行不同位姿变换时，即能满足患者在不同时期的康复需求，设置在底座单元上的限位块又能保证患者在康复训练过程中的安全性。

附图说明

图1是本发明坐姿康复训练状态下的整体结构示意图；

图2是本发明躺姿康复训练状态下的整体结构示意图；

图3是本发明站姿康复训练状态下的整体结构示意图；

图4是本发明底座单元的结构示意图；

图5是本发明腿部支架单元的结构示意图；

图6是本发明腿部支架单元的俯视图；

图7是本发明腿部支架单元安装于底座单元上的安装示意图；

图8是本发明图7中A的局部放大图；

图9是本发明图7中B的局部放大图；

图10是本发明图7中C的局部放大图；

图11是本发明脚踏板单元的正视图；

图12是本发明座椅单元的结构示意图；

图13是本发明图12中D的局部放大图；

图14是本发明图12中F的局部放大图；

图15是本发明人体减重调节单元安装于座椅单元上的安装示意图；

图16是本发明图15中G的局部放大图。

主要附图标记：

底座单元001；基座101；万向脚轮102；电控箱103；躺姿缓冲块104；行走车轮105；座椅高度限位块106；腿部限位块107；座椅角度限位块108；囊式蓄能器109；座椅支撑架110；腿部支撑架111；腿部支架单元002；电机箱体201；联轴器202；直角减速器203；伺服电机204；方形连接件205；机械腿206；第一腿部电动推缸207；第二腿部电动推缸208；第一销轴209；第一开口销210；套筒211；卡簧212；滚动轴承213；第二销轴214；第二开口销215；第二固定端座216；脚踏板单元003；脚踏板301；箱盖302；液压导向板303；自润滑铜板304；压力传感器305；液压油囊306；液压箱307；座椅单元004；靠背电推杆401；座椅电推杆402；三角形构架403；靠背座椅限位块404；座椅405；站姿扶手406；靠背407；靠背固定座408；第三开口销 409；第三销轴410；座椅靠背连接轴413；第四开口销414；第四销轴415；靠背推杆支架416；人体减重调节单元005；滑轮501；绳索502；电动推缸 503；推缸底座504；悬吊背心505；靠背支撑架506。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种多体位开放式下肢康复机器人，如图1～图3所示，其包括底座单元001、腿部支架单元002、脚踏板单元003、座椅单元004、人体减重调节单元005。

如图4所示，底座单元001包括基座101、万向脚轮102、电控箱103、躺姿缓冲块104、行走车轮105、座椅高度限位块106、腿部限位块107、座椅角度限位块108和囊式蓄能器109，万向脚轮102分别对称设于基座101的前端和后端，且行走车轮105对称设于基座101的中间部，可实现移动轮椅和停靠病床两种模式，电控箱103设于基座101的后端，为整个下肢康复机器人提供能源与控制，且躺姿缓冲块104设于电控箱103上，既能缓和座椅单元004 由坐姿/站姿向躺姿转换时靠背407对电控箱103的冲击，保护患者的安全，又能限制靠背407在躺姿下的极限位置，基座101前端的两侧对称设有座椅支撑架110，且腿部限位块107和座椅角度限位块108分别设于座椅支撑架110 的外侧和内侧，其中腿部限位块107可以限制机械腿206的摆动范围，避免其与基座101发生碰撞，座椅角度限位块108通过与三角形构架403的接触可以对座椅405的角度进行限制，电控箱103与座椅支撑架110之间设有腿部支撑架111，且座椅高度限位块106设于腿部支撑架111与座椅支撑架110之间，座椅高度限位块106对座椅405起支撑与高度限制作用，囊式蓄能器109设于基座101上，可以起到辅助动力、泄露补偿、减震的作用。

如图5～图7所示，腿部支架单元002对称设于底座单元001中腿部支撑架111的两侧，且腿部支架单元002包括电机箱体201、伺服电机204、方形连接件205、机械腿206、第一腿部电动推缸207和第二腿部电动推缸208，电机箱体201设于方形连接件205的第一端，且伺服电机204设于电机箱体 201内，伺服电机204的输出轴通过直角减速器203及联轴器202与脚踏板单元003中脚踏板301的脚踏轴连接，其中伺服电机204为脚踏板301的转动提供动力，方形连接件205的第二端滑动设于机械腿206的第一端，且第一腿部电动推缸207设于机械腿206中，第一腿部电动推缸207的固定端与机械腿 206固定连接，且第一腿部电动推缸207的伸缩端与方形连接件205固定连接，第一腿部电动推缸207能推动方形连接件205在机械腿206中做伸缩运动，第二腿部电动推缸208设于机械腿206下方，且第二腿部电动推缸208的伸缩端与机械腿206转动连接，第二腿部电动推缸208的固定端与基座101转动连接，机械腿206的第二端与腿部支撑架111转动连接，其中第一腿部电动推缸207、第二腿部电动推缸208及脚踏板单元003配合运动，可以大大增加患者康复训练的工作空间。

如图8～图10所示，第二腿部电动推缸208的伸缩端通过第一销轴209铰接于机械腿206的下部，第一开口销210固定第一销轴209，第二腿部电动推缸208的固定端通过第二销轴209铰接于设置于基座101上的第二固定端座 216上，第二开口销215固定第二销轴214，且机械腿206的第二端与腿部支撑架111通过滚动轴承213转动连接，并利用卡簧212和套筒211进行轴向定位。

如图11所示，脚踏板单元003设于腿部支架单元002上，且脚踏板单元 003包括脚踏板301、箱盖302、液压导向板303、自润滑铜板304、压力传感器305、液压油囊306和液压箱307，液压箱307中设有液压油囊306、压力传感器305以及液压导向板303，且液压油囊306与底座单元001中的囊式蓄能器109相连通，压力传感器305设于液压油囊306上方，液压导向板303 设于压力传感器305上方，自润滑铜板304包括四片自润滑铜板304，自润滑铜板304设于液压箱307顶端的内侧面，且液压导向板303与自润滑铜板304 滑动连接，保证液压导向板303的运动始终垂直于足底以保证压力传感器受力均匀，箱盖302盖合于液压箱307上，且液压导向板303中的连接凸台穿过箱盖302与脚踏板301连接。当人踩在脚踏板301上时，脚踏板301受到的力通过液压导向板303的连接凸台传递到液压油囊306，安装于液压油囊306上的压力传感器305将力信号反馈到囊式蓄能器108，囊式蓄能器108调节液压油进给，从而给人的脚底提供一个稳定的力，保证了患者在康复过程中的舒适性和安全性。

如图12～图14所示，座椅单元004设于底座单元001的座椅支撑架110 上，座椅单元004包括靠背电推杆401、座椅电推杆402、三角形构架403、靠背座椅限位块404、座椅405、站姿扶手406、靠背407和座椅靠背连接轴 413，座椅405两侧对称设有三角形构架403，且座椅405与三角形构架403 固定连接，座椅405的前端与座椅支撑架110转动连接，座椅405的后端通过座椅靠背连接轴413与靠背407的底部转动连接，且座椅电推杆402设于座椅 405底部的中间处，且座椅电推杆402的伸缩端与座椅405底部转动连接，座椅电推杆402的固定端与基座101转动连接，靠背407两侧对称设有站姿扶手 406，且靠背407的背面对称设有靠背电推杆401，靠背电推杆401的伸缩端通过第三销轴410与靠背固定座408转动连接，其中通过第三开口销409固定第三销轴410，且靠背固定座408固定于靠背407上，靠背电推杆401的固定端通过第四销轴415与三角形构架402及靠背推杆支架416转动连接，其中通过第四开口销414固定第四销轴415，且靠背推杆支架416的一端与座椅405 固定连接，靠背座椅限位块404对称设于靠背407底端的两侧，通过靠背座椅限位块404与三角形构架403的相互接触对座椅405和靠背407进行相对角度限制。

如图15和图16所示，座椅单元004中靠背407上设有人体减重调节单元 005，人体减重调节单元005包括滑轮501、绳索502、电动推缸503、推缸底座504、悬吊背心505和靠背支撑架506，靠背支撑架506设于靠背407的背部，且靠背支撑架506的第一端和第二端均设有滑轮501，电动推缸503设于靠背407的背部，且电动推缸401的固定端与推缸底座504固定连接，推缸底座504与靠背407固定连接，电动推缸401的伸缩端与绳索502的第一端相连接，且绳索502的第二端穿过滑轮501与悬吊背心505相连接。

本发明的具体操作步骤如下：

如图1～图16所示，本发明的一种多体位开放式下肢康复机器人，其包括底座单元001、腿部支架单元002、脚踏板单元003、座椅单元004、人体减重调节单元005，腿部支架单元002对称设于底座单元001中腿部支撑架111的两侧，脚踏板单元003设于腿部支架单元002上，座椅单元004设于底座单元 001的座椅支撑架110上，且座椅单元004中靠背407上设有人体减重调节单元005。

在具体使用时，患者穿着悬吊背心505后坐于座椅405上，绳索502一端连接悬吊背心505，另一端连接电动推缸503，通过控制电动推缸503拉伸绳索502进而调节人体吊起程度达到减重目的；当靠背电推杆401收缩时，靠背 407逐渐被拉下，康复模式由坐姿转换为躺姿，当座椅电推杆402伸展时，座椅逐渐被抬起，康复模式由躺姿转换为站姿；当患者进行康复训练时，第二腿部电动推缸208的拉伸可以训练患者髋关节的转动，第一腿部电动推缸207 的拉伸可以训练患者膝关节的转动，电机箱体201内直角减速器203与伺服电机204的旋转可以训练患者踝关节的转动，三部分可协调工作，模拟正常人的步态进行减重步行训练。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多体位开放式下肢康复机器人，其特征在于，其包括底座单元、腿部支架单元、脚踏板单元、座椅单元和人体减重调节单元，

所述腿部支架单元对称设于所述底座单元中腿部支撑架的两侧，且所述腿部支架单元包括电机箱体、伺服电机、方形连接件、机械腿、第一腿部电动推缸和第二腿部电动推缸，所述电机箱体设于所述方形连接件的第一端，且所述伺服电机设于所述电机箱体内，所述伺服电机的输出轴通过直角减速器及联轴器与所述脚踏板单元中脚踏板的脚踏轴连接，所述方形连接件的第二端滑动设于所述机械腿的第一端，且所述第一腿部电动推缸设于所述机械腿中，所述第一腿部电动推缸的固定端与所述机械腿固定连接，且所述第一腿部电动推缸的伸缩端与所述方形连接件固定连接，所述第二腿部电动推缸设于所述机械腿下方，且所述第二腿部电动推缸的伸缩端与所述机械腿转动连接，所述第二腿部电动推缸的固定端与所述基座转动连接，所述机械腿的第二端与所述腿部支撑架转动连接；

所述脚踏板单元设于所述腿部支架单元上，且所述脚踏板单元包括脚踏板、箱盖、液压导向板、自润滑铜板、压力传感器、液压油囊和液压箱，所述液压箱中设有所述液压油囊、压力传感器以及液压导向板，且所述液压油囊与所述底座单元中的囊式蓄能器相连通，所述压力传感器设于所述液压油囊上方，所述液压导向板设于所述压力传感器上方，所述自润滑铜板设于所述液压箱顶端的内侧面，且所述液压导向板与所述自润滑铜板滑动连接，所述箱盖盖合于所述液压箱上，且所述液压导向板中的连接凸台穿过所述箱盖与所述脚踏板连接；

所述座椅单元设于所述底座单元的座椅支撑架上，且所述座椅单元中靠背上设有所述人体减重调节单元。

2.根据权利要求1所述的多体位开放式下肢康复机器人，其特征在于，所述底座单元包括基座、万向脚轮、电控箱、躺姿缓冲块、行走车轮、座椅高度限位块、腿部限位块、座椅角度限位块和囊式蓄能器，所述万向脚轮分别对称设于所述基座的前端和后端，且所述行走车轮对称设于所述基座的中间部，所述电控箱设于所述基座的后端，且所述躺姿缓冲块设于所述电控箱上，所述基座前端的两侧对称设有所述座椅支撑架，且所述腿部限位块和座椅角度限位块分别设于所述座椅支撑架的外侧和内侧，所述电控箱与所述座椅支撑架之间设有所述腿部支撑架，且所述座椅高度限位块设于所述腿部支撑架与所述座椅支撑架之间，所述囊式蓄能器设于所述基座上。

3.根据权利要求1所述的多体位开放式下肢康复机器人，其特征在于，所述座椅单元包括靠背电推杆、座椅电推杆、三角形构架、靠背座椅限位块、座椅、站姿扶手、靠背和座椅靠背连接轴，所述座椅两侧对称设有所述三角形构架，且所述座椅与所述三角形构架固定连接，所述座椅的前端与所述座椅支撑架转动连接，所述座椅的后端通过所述座椅靠背连接轴与所述靠背的底部转动连接，且所述座椅电推杆设于所述座椅底部的中间处，且所述座椅电推杆的伸缩端与所述座椅底部转动连接，所述座椅电推杆的固定端与所述基座转动连接，所述靠背两侧对称设有所述站姿扶手，且所述靠背的背面对称设有所述靠背电推杆，所述靠背电推杆的伸缩端通过第三销轴与所述靠背固定座转动连接，且所述靠背固定座固定于所述靠背上，所述靠背电推杆的固定端通过第四销轴与所述三角形构架及靠背推杆支架转动连接，且所述靠背推杆支架的一端与所述座椅固定连接，所述靠背座椅限位块对称设于所述靠背底端的两侧，通过所述靠背座椅限位块与所述三角形构架的相互接触对所述座椅和靠背进行相对角度限制。

4.根据权利要求1所述的多体位开放式下肢康复机器人，其特征在于，所述人体减重调节单元包括滑轮、绳索、电动推缸、推缸底座、悬吊背心和靠背支撑架，所述靠背支撑架设于所述靠背的背部，且所述靠背支撑架的第一端和第二端均设有所述滑轮，所述电动推缸设于所述靠背的背部，且所述电动推缸的固定端与所述推缸底座固定连接，所述推缸底座与所述靠背固定连接，所述电动推缸的伸缩端与所述绳索的第一端相连接，且所述绳索的第二端穿过所述滑轮与所述悬吊背心相连接。

5.根据权利要求1所述的多体位开放式下肢康复机器人，其特征在于，所述靠背座椅限位块呈V形结构状，当所述座椅单元处于坐姿状态时，所述靠背座椅限位块的第一端面与所述三角形构架的第一端面接触，当所述座椅单元处于站姿状态时，所述靠背座椅限位块的第二端面与所述三角形构架的第二端面接触。

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