CN115501542B - 一种康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种康复训练机器人，包括：机架、训练组件和肢体连接组件，所述训练组件设置在所述机架上，所述训练组件与所述肢体连接组件连接；所述训练组件包括第一旋转驱动组件、传动轴和力矩传感器；在第一训练状态下，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第一驱动力矩以使所述肢体连接组件绕所述传动轴转动，所述第一旋转驱动组件基于所述第一驱动力矩对所述传动轴施加第一辅助力矩，以使所述传动轴以预设速度做匀速运动。相对于现有技术，本发明的康复训练机器人能够根据患者运动过程中的施力变化，相应调节外加阻力或提供辅助助力，使得康复训练机器人在运动过程为患者提供适合患者肌肉的最大阻力，提高了康复训练的安全性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗、康复训练技术领域，具体涉及一种康复训练机器人。
背景技术
脑卒中、脑外伤、脑肿瘤、周围神经系统疾病等神经损伤等原因引起的偏瘫、截瘫或上下肢功能障碍、骨伤科疾病或者其它一些运动功能障碍，都会使得患者生活难以自理，严重影响患者的生活质量，也给患者家庭和社会造成沉重的负担。对于这些患者通常需要进行康复训练，综合、协调地应用各种措施，消除或减轻病、伤、残者身心及社会功能障碍，增强其自立能力，改变其生活状态，使其最终重返社会、提高生活质量。其中，探索改善患者运动功能障碍的康复技术和设备，一直是康复工作者努力研发的方向。
目前的康复训练设备通常仅仅是让患者操作运动臂进行转动，运动臂转动的阻力主要来自运动臂的自重和运动臂的转轴的摩擦力，难以根据患者的情况来提供适合的阻力，患者的肌肉操作运动臂时，运动臂转动的阻力可能会超出患者肌肉能够承受的最大肌力，安全性低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种康复训练机器人。
本发明的一个实施例提供一种康复训练机器人，包括：机架、训练组件和肢体连接组件，所述训练组件设置在所述机架上，所述训练组件与所述肢体连接组件连接；
所述训练组件包括第一旋转驱动组件、传动轴和力矩传感器，所述第一旋转驱动组件设置在所述机架上，其通过所述传动轴与所述肢体连接组件传动连接，所述力矩传感器与所述第一旋转驱动组件信号连接，所述力矩传感器与所述传动轴连接，所述力矩传感器用于检测所述肢体连接组件对所述传动轴施加的力矩；
所述肢体连接组件用于与患者的肢体连接配合；
在第一训练状态下，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第一驱动力矩以使所述肢体连接组件绕所述传动轴转动，所述第一旋转驱动组件基于所述第一驱动力矩对所述传动轴施加第一辅助力矩，以使所述传动轴以预设速度做匀速运动。
相对于现有技术，本发明的康复训练机器人能够根据患者运动过程中的施力变化，相应调节外加阻力或提供辅助助力，使患者预先设定的速度匀速运动，使得康复训练机器人在运动过程为患者提供适合患者肌肉的最大阻力，且不会超过其运动负荷的极限，提高了康复训练的安全性和效率。
在一些可选的实施方式中，在第二训练状态下，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第二驱动力矩，所述第一旋转驱动组件基于所述第二驱动力矩对所述传动轴施加第二辅助力矩，以使所述肢体连接组件不转动。
在一些可选的实施方式中，在第三训练状态下，所述第一旋转驱动组件对所述传动轴施加第三辅助力矩，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第三驱动力矩，以使所述肢体连接组件转动。
在一些可选的实施方式中，所述肢体连接组件和所述传动轴可拆卸连接。
在一些可选的实施方式中，所述训练组件包括安装壳体，所述安装壳体与所述机架转动连接，所述第一旋转驱动组件、所述传动轴和所述力矩传感器设置在所述安装壳体上。
在一些可选的实施方式中，所述机架上设置有第二旋转驱动组件，所述第二旋转驱动组件与所述安装壳体传动连接，驱动所述安装壳体转动。
在一些可选的实施方式中，所述第一旋转驱动组件为伺服电机，其输出轴与所述传动轴传动连接。
在一些可选的实施方式中，所述肢体连接组件包括运动臂和若干肢体装配部，所述运动臂与所述传动轴连接，所述肢体装配部设置在所述运动臂上。
在一些可选的实施方式中，所述肢体装配部与所述运动臂可拆卸连接。
在一些可选的实施方式中，所述运动臂上设置有调节轨道，所述调节轨道在远离所述传动轴的方向上延伸，所述运动臂与所述调节轨道连接。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明一个实施例的康复训练机器人的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的康复训练机器人的一侧的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的训练组件的爆炸图；
图4是本发明一个实施例的第二旋转驱动组件的结构示意图。
附图标记说明：
10、机架；11、第二旋转驱动组件；111、电机；112、连杆；113、移动块； 114、丝杆；115、同步带机构；12、控制器；13、底座；14、支撑架；141、安装槽；15、多轴调节机械臂；16、行走轮；
20、训练组件；21、第一旋转驱动组件；22、传动轴；221、快拆连接器的母头；23、力矩传感器；24、安装壳体；
30、肢体连接组件；31、运动臂；311、调节轨道；312、螺栓；32、肢体装配部。
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，除非另有说明，“若干”的含义是1个或1个以上。
请参阅图1和图2，图1是本发明一个实施例的康复训练机器人的结构示意图，图2是本发明一个实施例的康复训练机器人的一侧的结构示意图，该康复训练机器人，包括：机架10、训练组件20和肢体连接组件30，训练组件20设置在机架10上，训练组件20与肢体连接组件30连接。
请参阅图3，其是本发明一个实施例的训练组件的爆炸图，训练组件20包括第一旋转驱动组件21、传动轴22和力矩传感器23，第一旋转驱动组件21设置在机架10上，其通过传动轴22与肢体连接组件30传动连接，力矩传感器23 与第一旋转驱动组件21信号连接，力矩传感器23与传动轴22连接，力矩传感器23用于检测肢体连接组件30对传动轴22施加的力矩；肢体连接组件30用于与患者的肢体连接配合。
在第一训练状态下，需要患者操作肢体连接组件30进行匀速运动，患者通过肢体连接组件30对传动轴22施加第一驱动力矩以使肢体连接组件30绕传动轴22转动，由于需要对传动轴22施加预设力矩才能够使得传动轴22以预设速度做匀速运动，第一旋转驱动组件21基于第一驱动力矩对传动轴22施加第一辅助力矩，其中，第一辅助力矩与第一驱动力矩之和等于预设力矩，这样才能够使得传动轴22以预设速度做匀速运动；在患者对传动轴22施加第一驱动力矩大于预设力矩时，说明患者施加的力较大，患者能够承受的负荷极限较高，第一辅助力矩与第一驱动力矩方向相反，第一旋转驱动组件21提供阻力，从而提高患者的负荷，提高康复训练的效率；在患者对传动轴22施加第一驱动力矩小于预设力矩时，说明患者施加的力较小，第一辅助力矩与第一驱动力矩方向相同，第一旋转驱动组件21提供助力，从而使得患者所需要承受的负荷降低，避免患者承受过高负荷而受伤，提高安全性。
在一些可选的实施方式中，第二训练状态主要在患者难以运动或者不方便运动等情况下为患者提供训练，在第二训练状态下，患者通过肢体连接组件30 对传动轴22施加第二驱动力矩，第一旋转驱动组件21基于第二驱动力矩对传动轴22施加第二辅助力矩，以使肢体连接组件30不转动，第二辅助力矩与第二驱动力矩大小相等方向相反，由于患者的肌肉对肢体连接组件30施加力时，第一旋转驱动组件21提供相反的力来对抗患者，从而适应患者所能施加的肌力的极限。
在一些可选的实施方式中，第三训练状态主要用于让患者在克服一定的阻力下进行运动，在第三训练状态下，第一旋转驱动组件21对传动轴22施加第三辅助力矩，患者通过肢体连接组件30对传动轴22施加第三驱动力矩，以使肢体连接组件30转动。由于患者需要带动肢体连接组件30本身便需要克服一定的阻力，才能使得肢体连接组件30转动，如果患者肌力不足以带动肢体连接组件30转动，由第一旋转驱动组件21提供助力，第三辅助力矩与第三驱动力矩的方向相同；在患者能够依靠自身的肌力带动肢体连接组件30转动时，可以让第一旋转驱动组件21提供阻力，第三辅助力矩与第三驱动力矩的方向相反，患者需要克服第一旋转驱动组件21所施加的第三辅助力矩来带动肢体连接组件 30运动。第三辅助力矩的大小可以根据患者的情况来增大或者缩小，在患者运动时，第三辅助力矩保持不变。
在一些可选的实施方式中，肢体连接组件30和传动轴22可拆卸连接，从而方便更换不同的肢体连接组件30，进而适应不同的应用场景。肢体连接组件 30和传动轴22可拆卸连接可以根据实际需要选择合适的设计，例如在本实施方式中，传动轴22上设置有快拆连接器的母头221，肢体连接组件30上设置有快拆连接器的公头，传动轴22通过快拆连接器的母头221和公头来与肢体连接组件30可拆卸连接。当然，肢体连接组件30和传动轴22也可以通过卡扣、螺纹连接的方式来实现可拆卸连接，不限此例。
肢体连接组件30的结构可以根据实际需要选择合适的设计，例如，在患者的下肢需要康复训练时，肢体连接组件30包括摆臂和脚踏，摆臂与传动轴22 连接，脚踏设置在摆臂上，摆臂位于机架10的一侧，患者踩在脚踏上，带动摆臂来回摆动；在患者的碗部需要康复训练时，肢体连接组件30包括握把，握把与传动轴22连接，患者的手抓住握把，然后扭动碗部，进而带动握把转动。在一些可选的实施方式中，肢体连接组件30包括运动臂31和若干肢体装配部32，运动臂31与传动轴22连接，肢体装配部32设置在运动臂31上，患者的肢体与肢体装配部32连接，进而带动运动臂31转动。
为了方便更换不同的肢体装配部32，进而适应患者不同的肢体部位进行训练，在一些可选的实施方式中，肢体装配部32与运动臂31可拆卸连接。肢体装配部32与运动臂31可拆卸连接方式可以根据实际需要选择合适的设计，例如，肢体装配部32与运动臂31通过螺纹连接件或者卡扣等方式来实现可拆卸连接。
在本实施方式中，肢体装配部32为握把，患者握住握把，整个手臂上下摆动，进而带动运动臂31上下摆动，当然，肢体装配部32的结构并不局限于此，本领域技术人员也可以根据本发明的教导选择其他合适的结构，例如，肢体装配部32为手臂绑带，手臂绑带绑住手臂后，患者的手臂可以绕肘部摆动，进而康复训练。
在一些可选的实施方式中，运动臂31上设置有调节轨道311，调节轨道311 在远离传动轴22的方向上延伸，运动臂31与调节轨道311连接。在本实施方式中，调节轨道311为条形通槽，运动臂31上设置有螺栓312，螺栓312穿过条形通槽与肢体装配部32螺纹连接，通过螺栓312将肢体装配部32锁紧在运动臂31上，在需要沿条形通槽调节肢体装配部32的位置时，扭动螺栓312，使得螺栓312松开肢体装配部32即可；在需要拆下肢体装配部32时，将螺栓312 扭动至脱离肢体装配部32即可。当然，调节轨道311的结构结构并不局限于此，本领域技术人员也可以根据本发明的教导选择其他合适的结构，例如调节轨道 311为导轴，导轴穿过肢体装配部32，肢体装配部32沿导轴调节位置，导轴的端部设置有活动的限位块，限位块将肢体装配部32限制在导轴上，在需要取下肢体装配部32时，取下限位块，然后将肢体装配部32便可从导轴的端部脱离导轴，实现肢体装配部32与运动臂31的可拆卸连接。
为了方便调节肢体连接组件30的角度，方便患者以合适的姿态操作肢体连接组件30，尤其是在肢体连接组件30可以拆卸更换的时候，便于适用于不同的应用场景，在一些可选的实施方式中，训练组件20包括安装壳体24，安装壳体 24与机架10转动连接，第一旋转驱动组件21、传动轴22和力矩传感器23设置在安装壳体24上。在本实施方式中，安装壳体24可以上下摆动，在肢体连接组件30为适用于患者下肢运动的时候，安装壳体24转动后使得传动轴22朝向安装壳体24的一侧，而肢体连接组件30位于安装壳体24的一侧，肢体连接组件30可在竖直平面上摆动，这样可以方便患者的下肢在竖直平面上操作肢体连接组件30摆动；而肢体连接组件30为适用于患者上肢运动的时候，安装壳体24转动后使得传动轴22朝向安装壳体24上方，肢体连接组件30在水平面上转动，患者的手臂可带动肢体连接组件30在水平面上转动。当然，安装壳体 24的转动角度不限于此，由于患者适合的姿态不同，也存在需要在小范围内略微调节角度的情况。
请参阅图4，其是本发明一个实施例的第二旋转驱动组件的结构示意图，为了方便带动安装壳体24转动，在一些可选的实施方式中，机架10上设置有第二旋转驱动组件11，第二旋转驱动组件11与安装壳体24传动连接，驱动安装壳体24转动。第二旋转驱动组件11可以根据实际需要选择合适的设计，例如，第二旋转驱动组件11为电动缸、气缸或者液压缸，第二旋转驱动组件11的输出轴与安装壳体24转动连接，电动缸的输出轴伸缩后推动安装壳体24转动。在本实施方式中，第二旋转驱动组件11包括驱动电机111、连杆112、移动块 113、丝杆114和同步带机构115，驱动电机111设置在机架10上，驱动电机 111的输出轴通过同步带机构115与丝杆114传动连接，丝杆114设置在机架 10上，移动块113与丝杆114螺纹连接，连杆112的两端分别与移动块113和安装壳体24转动连接，驱动电机111通过同步带机构115带动丝杆114转动，进而使得移动块113移动，移动块113移动时通过传动杆来驱动安装壳体24传动。当然，第二旋转驱动组件11也可以采用电机111，其输出轴与安装壳体24 传动连接。为了方便安装壳体24拆装，连杆112与安装壳体24可拆卸连接，安装壳体24与机架10可拆卸连接。
在一些可选的实施方式中，第一旋转驱动组件21为伺服电机111或者其它类型的电机111，第一旋转驱动组件21的输出轴与传动轴22传动连接。另外，为了方便确定传动轴22的转动速度，可以在机架10上设置速度检测器，速度检测器与传动轴22连接，与伺服电机111信号连接，用于检测传动轴22的转速。
在一些可选的实施方式中，康复训练机器人还包括控制器12，控制器12分别与第一旋转驱动组件21、力矩传感器23和第二旋转驱动组件11信号连接。在本实施方式中，控制器12内置有处理器，控制器12用于接收力矩传感器23 的力矩数据，对力矩数据处理分析后，再发送调节信号给第一旋转驱动组件21，进而调节第一旋转驱动组件21的输出力度，进而辅助力矩的大小和方向，当然，在其它一些实施方式中，也可在力矩传感器23内设置处理器。在本实施方式中，控制器12为带有CPU的电脑，当然，处理器并不局限于此，本领域技术人员也可以根据本发明的教导选择其他合适的结构，中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)等。
在一些可选的实施方式中，所述机架10包括底座13、支撑架14和多轴调节机械臂15，底座13的底部设置有行走轮16，支撑架14设置在底座13上，支撑架14上设置有安装槽141，安装壳体24设置在安装槽141内，与支撑架 14转动连接，多轴调节机械臂15与支撑架14连接，多轴调节机械臂15的端部设置有上述的控制器12。多轴调节机械臂15可以根据实际需要来设计，例如多轴调节机械臂15采用六自由度的机械臂，可以多轴调节角度，其原理为本领域技术人员所公知的技术，因此在此不进行赘述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种康复训练机器人，其特征在于，包括：机架、训练组件和肢体连接组件，所述训练组件设置在所述机架上，所述训练组件与所述肢体连接组件连接；
所述训练组件包括第一旋转驱动组件、传动轴和力矩传感器，所述第一旋转驱动组件设置在所述机架上，其通过所述传动轴与所述肢体连接组件传动连接，所述力矩传感器与所述第一旋转驱动组件信号连接，所述力矩传感器与所述传动轴连接，所述力矩传感器用于检测所述肢体连接组件对所述传动轴施加的力矩；
所述肢体连接组件用于与患者的肢体连接配合；
在第一训练状态下，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第一驱动力矩以使所述肢体连接组件绕所述传动轴转动，所述第一旋转驱动组件基于所述第一驱动力矩对所述传动轴施加第一辅助力矩，以使所述传动轴以预设速度做匀速运动；
所述训练组件包括安装壳体，所述安装壳体与所述机架转动连接，所述第一旋转驱动组件、所述传动轴和所述力矩传感器设置在所述安装壳体上；
所述机架上设置有第二旋转驱动组件，所述第二旋转驱动组件与所述安装壳体传动连接，驱动所述安装壳体转动；
所述第二旋转驱动组件包括驱动电机、连杆、移动块、丝杆和同步带机构，所述驱动电机设置在所述机架上，所述驱动电机的输出轴通过所述同步带机构与所述丝杆传动连接，所述丝杆设置在所述机架上，所述移动块与所述丝杆螺纹连接，所述连杆的两端分别与所述移动块和所述安装壳体转动连接，所述驱动电机通过所述同步带机构带动所述丝杆转动，进而使得所述移动块移动，所述移动块移动时通过传动杆来驱动所述安装壳体传动。
2.根据权利要求1所述的一种康复训练机器人，其特征在于：在第二训练状态下，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第二驱动力矩，所述第一旋转驱动组件基于所述第二驱动力矩对所述传动轴施加第二辅助力矩，以使所述肢体连接组件不转动。
3.根据权利要求1所述的一种康复训练机器人，其特征在于：在第三训练状态下，所述第一旋转驱动组件对所述传动轴施加第三辅助力矩，患者通过所述肢体连接组件对所述传动轴施加第三驱动力矩，以使所述肢体连接组件转动。
4.根据权利要求1所述的一种康复训练机器人，其特征在于：所述肢体连接组件和所述传动轴可拆卸连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种康复训练机器人，其特征在于：所述第一旋转驱动组件为伺服电机，其输出轴与所述传动轴传动连接。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种康复训练机器人，其特征在于：所述肢体连接组件包括运动臂和若干肢体装配部，所述运动臂与所述传动轴连接，所述肢体装配部设置在所述运动臂上。
7.根据权利要求6所述的一种康复训练机器人，其特征在于：所述肢体装配部与所述运动臂可拆卸连接。
8.根据权利要求6所述的一种康复训练机器人，其特征在于：所述运动臂上设置有调节轨道，所述调节轨道在远离所述传动轴的方向上延伸，所述运动臂与所述调节轨道连接。
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