CN205251965U - 踏步装置及具有该装置的步态康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种踏步装置及具有该装置的步态康复训练机器人，踏步装置包括足底步态驱动结构，足底步态驱动结构包括电机轮、推拉杆、滑道板以及踏板结构，推拉杆一端连接至电机轮，另一端可滑动地连接至滑道板，踏板结构包括踏板连杆、滑动支架以及踏板，踏板连杆一端铰接在推拉杆上，另一端固接滑动支架，滑动支架可在滑道板上滑动，踏板安装在踏板连杆上，通过电机轮的转动带动推拉杆的另一端在滑道板上往复滑动，同时电机轮转动时带动推拉杆与电机轮连接的一端上升或下降，使得推拉杆上升预设高度后抵顶所述踏板连杆一起上升，推拉杆下降预设高度后与所述踏板连杆分离。本实用新型踏板装置可实现脚抬离地面的正常步行运动。

Description

踏步装置及具有该装置的步态康复训练机器人

技术领域

本实用新型涉及一种帮助瘫痪患者恢复步行运动功能的医疗康复设备，尤其涉及一种踏步装置及具有该装置的步态康复训练机器人。

背景技术

中风、脑外伤后偏瘫，脊髓损伤后截瘫、四肢瘫，均因出现步行运动功能障碍，生活不能自理，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。探索改善患者步行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。

随着科技的进步，智能化技术不断融入到康复设备之中。目前医疗市场上一些康复训练机器人的出现，即是其体现。但是，市场上的步行康复训练机器人，一种是足底助力式步行训练机器人，其缺点是脚在地面上(即同一水平面上)往复移动，脚抬离不了地面，与正常步行姿势有差距。另一种为外骨骼架式步行康复训练机器人，其缺点是穿戴麻烦、“上架”费时，且是被动康复和解决不了足下垂的运动问题。

实用新型内容

鉴于以上所述，本实用新型研发一种踏步训练时脚底可抬升的步态康复训练机器人；尤其，本实用新型有必要提供一种应用在该步态康复训练机器人内的踏步装置。

一种踏步装置，包括足底步态驱动结构，足底步态驱动结构包括电机轮、推拉杆、滑道板以及踏板结构，推拉杆一端连接至电机轮，另一端可滑动地连接至滑道板，踏板结构包括踏板连杆、滑动支架以及踏板，踏板连杆一端铰接在推拉杆上，另一端固接滑动支架，滑动支架可滑动地安装在滑道板上，踏板安装在踏板连杆上，通过电机轮的转动带动推拉杆的另一端在滑道板上往复滑动，电机轮转动时同步带动推拉杆的与电机轮连接的一端上升或下降，使得推拉杆上升预设高度时抵顶所述踏板连杆一起上升，推拉杆下降预设高度时与所述踏板连杆分离，分离后推拉杆继续下降，踏板连杆通过滑动支架在滑道板上滑动而支撑。

进一步地，所述踏板结构包括踝关节驱动结构，踝关节驱动结构包括踏板支撑架以及踝关节运动驱动件，踏板支撑架固定地安装在踏板连杆上，踏板支撑架通过关节安装有所述踏板，踝关节运动驱动件一端铰接在踏板连杆上，另一端铰接所述踏板，用以固定踏板或驱动踏板做相对踏板支撑架的摆动。

进一步地，所述踏板支撑架包括一底板及垂直地连接在底板两端的侧板，底板固接所述踏板连杆，两侧板间通过关节安装踏板。

进一步地，所述踏板包括脚套，以及垂直地设置在脚套两侧的连接臂和设置在脚套底面且位于脚套底面一端的铰接座，脚套通过两连接臂分别与踏板支撑架的两侧板铰接，所述踝关节运动驱动件的一端铰接在踏板连杆的一端，另一端与脚套底面的铰接座铰接。

进一步地，所述踏板结构进一步包括抓放装置，所述抓放装置包括活动夹爪，所述活动夹爪安装在踏板连杆的底端且邻近所述滑动支架。

进一步地，所述滑道板上开设有配合推拉杆的导槽、配合滑动支架的滑轨，配合推拉杆的导槽位于滑道板远离电机轮的一端，配合滑动支架的滑轨位于相近电机轮的一端。

进一步地，所述的踏步装置包括滑道板坡度调节结构，安装在滑道板的下方，用以调节滑道板表面的坡度。

进一步地，所述滑道板坡度调节结构包括固定底板、弧形支撑板以及坡度驱动机构，弧形支撑板安装在滑道板下方，弧形支撑板的两端分别支撑在滑道板底面的两端，弧形支撑板的最低弧面处与固定底板可转动地连接，坡度驱动机构包括伸缩缸或电动丝杆，坡度驱动机构的一端铰接在固定底板上，另一端铰接在滑动板底面的一端或弧形支撑板上。

一种步态康复训练机器人，包括底座以及安装在底座上的减重装置，减重装置安装在底座上的一端，步态康复训练机器人还包括安装在底座内所述的踏步装置。

进一步地，所述的步态康复训练机器人包括骨盆运动固定装置以及功能电刺激装置，所述减重装置包括安装在底座上的减重架，骨盆运动固定装置通过带锁关节与减重架连接，骨盆运动固定装置包括固定架和可滑动地安装在固定架上的固定杆，功能电刺激装置固定安装在骨盆运动固定装置的固定架上。

本实用新型的有益效果，本实用新型步态康复训练机器人通过电机轮的转动带动推拉杆的另一端在滑道板上往复滑动，同时电机轮转动时带动推拉杆的与电机轮连接的一端上升或下降，使得推拉杆上升预设高度时抵顶所述踏板连杆一起上升，推拉杆下降预设高度时与所述踏板连杆分离，分离后推拉杆继续下降，踏板连杆通过滑动支架在滑板上滑动而支撑，如此，踏板连杆上的踏板连同踏板连杆上升或下降，可实现电机带动下的一脚底被动抬升，另一脚底在“地面”被动滑动。当电机轮处于空挡，且患者主动抬腿时，通过踏板连杆上的活动夹爪，抓住推拉杆并一同上抬，带动空挡的电机轮转动，实现一脚底主动抬升，另一脚底在“地面”主动滑动。

附图说明

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，描述中的附图仅仅是对应于本实用新型的具体实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，在需要的时候还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型较佳实施例步态康复训练机器人的立体结构示意图；

图2为图1所示的步态康复训练机器人的踏步装置的立体结构示意图；

图3为图2所示的踏步装置的分解示意图(仅示出部分部件)；

图4为图2所示的踏步装置上的抓放装置的示意图；

图5为图1所示的步态康复训练机器人在康复训练时脚部的轨迹图；

图6为图1所示的步态康复训练机器人的骨盆运动固定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了详细阐述本实用新型为达成预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本实用新型的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

请参阅图1及图2，一种步态康复训练机器人，包括底座1、踏步装置2、减重装置3、骨盆运动固定装置4和功能电刺激装置5，踏步装置2安装在底座1内，以促使或配合瘫痪患者进行踏步康复训练，减重装置3安装在底座1上的一端，用以瘫痪患者在进行康复训练时减轻身体对腿部下压的重量。

底座1包括座体11及连接在座体11一端的引导台12，以便于轮椅推入至座体11上。座体11上开设有供轮椅的滚轮卡位的卡位孔111，以便于轮椅推上座体11后固定轮椅。底座11内安装踏步装置2，并且底座11顶面设有配合踏步装置2的配合槽112与踏步空间113。

请参阅图2、图3，踏步装置2包括足底步态驱动结构和滑道板坡度调节结构，足底步态驱动结构包括电机轮21、二推拉杆22、滑道板23以及踏板结构24，电机轮21为通过电机或其他驱动装置驱动而绕其中心旋转的转盘，包括盘体211及两凸柱212，两凸柱212设置在盘体211相对的盘面上并且分别邻近盘体211的圆周面，两凸柱212位于盘体211的直径上的两端。每一凸柱212连接一推拉杆22的一端。电机轮21可设置在一托架上，并且电机轮21转动不受托架的干扰。

推拉杆22的一端套设在凸柱212上，另一端可滑动地连接至滑道板23上。如此，当盘体211绕轴心线旋转时，将带动二推拉杆22的连接在滑道板23上的一端一前一后的滑动，并且，电机轮21转动同时带动推拉杆22的与电机轮21连接的一端上升或下降。进一步地，在推拉杆22连接至滑道板23上的一端设置滚轮221，以便于推拉杆22在滑道板23上的一端的移动，滚轮221可安装在滑道板23的内腔轨道中，从而不易从滑道板23上脱出。

滑道板23上开设有导槽231以及滑轨232，前者位于远离电机轮21的一端，后者位于相近电机轮21的一端，导槽231用以配合推拉杆22的一端，推拉杆22为两条，则滑道板23上开设有平行的两条导槽231，本实用新型具体实施方式中，在滑道板23内对应导槽231的下方进一步形成内腔轨道以配合滚轮221。滑轨232用以配合踏板结构24的滑动支架242的前后滑动。

踏板结构24为两个，分别对应二推拉杆22安装。踏板结构24包括踏板连杆241、滑动支架242以及踏板243。踏板连杆241一端铰接在推拉杆241上远离电机轮21的一端，另一端固接滑动支架242，滑动支架242可滑动地安装在滑道板23上并且位于踏板连杆241的上方。本实施例中，滑动支架242包括二支撑杆及连接在二支撑杆之间的顶梁，二支撑杆设有预设的高度，二支撑杆的底端安装有滑轮，可分别在滑道板23上对应二滑轨232上滑动，并且二支撑杆之间的空间供推拉杆22穿过。踏板243用于收容瘫痪患者的足体，安装在踏板连杆241上。如此，当电机轮21转动带动推拉杆22的另一端在滑道板23上往复滑动时，电机轮21转动同时带动推拉杆22的与电机轮21连接的一端上升或下降，使得推拉杆22上升至预设高度时推拉杆22抵顶滑动支架242的顶梁，从而带动所述踏板连杆241的一端一起上升，推拉杆22下降预设高度时，踏板连杆241的一端的滑动支架242在滑轨232上滑动而支撑，从而推拉杆22与顶持的所述踏板连杆241的一端分离，分离后推拉杆22继续下降，踏板连杆241通过滑动支架242在滑板上继续滑动和支撑。如此，在带动踏板243前后移动时，还可以带动踏板243升降。瘫痪患者在踏步训练时，可实现电机轮21带动下的一脚底被动抬升，另一脚底在“地面”被动滑动，形成诸如图5所描述的模拟正常人步行轨迹。

踏板结构24进一步包括踝关节驱动结构25，用以在带动足底运动时同时驱动踝关节运动。踝关节驱动结构25包括踏板支撑架251以及踝关节运动驱动件252，踏板支撑架251固定地安装在踏板连杆241上且位于踏板连杆241的一端，踏板支撑架251上通过关节安装有所述踏板243，踝关节运动驱动件252一端铰接在踏板连杆241上，另一端铰接所述踏板24上，用以驱动踏板243做相对踏板支撑架251的摆动。本实施例中，踏板支撑架251呈U型，包括一底板及垂直地连接在底板两端的侧板，底板固接踏板连杆241，两侧板间用以安装踏板243。踝关节运动驱动件252可选择气缸或电动丝杆。本实施例中，踏板243包括脚套、垂直地设置在脚套两侧的连接臂，以及设置在脚套底面且位于脚套底面一端的铰接座，踏板243通过两连接臂分别与踏板支撑架251的两侧板铰接，从而踏板243可相对踏板支撑架251摆动。本实施例中踝关节运动驱动件252选择气缸，所述气缸的主体的一端铰接在踏板连杆241的一端，所述气缸的活塞杆的一端与踏板243底面的铰接座铰接，通过气缸活塞杆伸缩，驱动踏板243做相对踏板支撑架251的摆动。踏板243上进一步设置有绳带，用于将脚绑在踏板243上。

踏板结构24进一步包括抓放装置26，用以瘫痪患者在做主动训练时(即无需电机轮21驱动，电机轮空挡，仅通过自身用力踏板)带动所述推拉杆22提升，以驱动电机轮21跟随转动。请参阅图4，抓放装置26包括活动夹爪261，活动夹爪261安装在踏板连杆241的底端且邻近所述滑动支架242，活动夹爪261的高度大致与所述滑动支架242的高度相当。活动夹爪261包括相对的夹持块2611，两夹持块2611上端通过销轴铰接，下端形成夹持口。活动夹爪261可以套在推拉杆22上，且推拉杆22上设有活动夹爪261相配合的夹持槽222。在患者用力上抬脚，带动活动夹爪261上升时，活动夹爪261的上升，使其夹持口处的内侧顶持套设住推拉杆22，且活动夹爪261不会张开，活动夹爪261将带动推拉杆22一起上升。而当踏板243踏回原水平面时，踏板连杆241上的滑动支架242在滑轨232上滑动支撑，通过推拉杆22向下运动的力量，将活动夹爪261突然张开，踏板连杆241与推拉杆22分离，确保踏板243在原水平面上移动。

滑道板坡度调节结构安装在滑道板23的下方，用以调节滑道板23表面的坡度，使得滑道板23表面可呈上坡面、下坡面或者平面。滑道板坡度调节结构包括固定底板271、弧形支撑板272以及坡度驱动机构276，固定底板271安装在滑道板23下方，固定底板271设有第一铰接凸起273和第二铰接凸起274，弧形支撑板272的两端分别支撑在滑道板23底面的两端，弧形支撑板272的最低弧面上形成有转轴275，转轴275与第一铰接凸起273配合，使得弧形支撑板272可相对固定底板271转动。坡度驱动机构276用以驱动弧形支撑板272可绕转轴275转动，坡度驱动机构276可选择伸缩缸，伸缩缸276的一端铰接在第二铰接凸起274上，另一端铰接至滑动板23底面的一端铰接座上，通过伸缩缸的活塞杆伸缩，带动滑道板23绕转轴275转动，从而调节滑道板23表面的坡度。

请再次参阅图1及图6，减重装置3包括减重架31以及安装在减重架31上的减重吊带结构32，减重架31设置在底座1的一端，包括两立杆311及连接在两立杆311顶端且水平设置的弧形杆312。减重吊带结构32垂吊在减重架31的弧形杆312上，用于吊持患者的身体，具体地，可套入瘫痪患者的身体，减轻患者在康复训练时身体对腿部的压力。

步态康复训练机器人进一步包括骨盆运动固定装置4，骨盆运动固定装置4安装在减重架其中一立杆311上，骨盆运动固定装置4包括旋转自锁关节41、固定架42、固定架升降结构43、固定杆底座44和固定杆45，用以在患者训练时相对固定患者的骨盆部位，使得患者骨盆运动限定在一定范围。旋转自锁关节41既有普通关节的旋转结构，又有固定架42工作位时的自锁结构，其中空部位固定地套在减重架的立杆311上，其外周固接固定架升降结构43。所述固定架升降结构43包括安装在旋转自锁关节41上的升降丝杆431、安装在固定架42上的升降丝杆套432以及手摇柄433，升降丝杆431一端固接在旋转自锁关节41的外周，另一端通过螺纹配合套设在升降丝杆套432内，手摇柄433用以驱动升降丝杆套432升降(具体地，在升降丝杆套432内可安装螺纹套，螺纹套可转动地套设在升降丝杆431上，通过手摇柄433转动，带动螺纹套绕丝杆转动，从而驱动升降丝杆套432升降。进一步地，升降丝杆431和升降丝杆套432之间可设置有引导升降丝杆套432升降的槽销结构，使升降丝杆套432只能升降，不能旋转)，从而带动固定架42升降。固定架42固接在升降丝杆套432的外周侧，固定架42呈长方形或正方形，其相对的两表面上分别有固定杆底座44和功能电刺激装置5。固定杆45为2根，呈圆弧形，通过丝杆结构设置在固定杆底座44上，并且通过固定杆底座上的手摇柄转动，带动二固定杆45做相近或相离的运动。

功能电刺激装置5用于电性刺激患者的瘫痪部位，如腿部的相关肌肉，形成腿部行走时的力量。功能电刺激装置5可安装在固定架42远离旋转自锁关节的一边上，且处于与固定杆底座相背的方向。步态康复训练机器人进一步包括虚拟现实装置(图未示)以及总控系统，虚拟现实装置用于呈现瘫痪患者在康复训练时的相关参数信息，如步频、足底助力、踝关节活动角度、电刺激信息、减重信息等，相关信息可以以声、像的形式表现出来。总控制系统用以对足底步态驱动结构、滑道板坡度调节结构、减重装置3以及功能电刺激结构5进行总体控制。

瘫痪患者在进行步态康复训练时，一种方式是电机轮带动下的被动训练，电机轮21转动，带动推拉杆22一前一后在滑道板23上往复滑动，从而带动踏板结构24一前一后在滑道板23上往复滑动，电机轮21转动同时带动推拉杆22的与电机轮21连接的一端上升或下降，使得推拉杆22上升至预设高度时推拉杆22抵顶踏板结构24，带动踏板243上升，推拉杆22下降预设高度时，踏板连杆241的一端受到滑动支架242支撑，从而推拉杆22与顶持的所述踏板连杆241分离，踏板结构24回复至滑道板23上滑动，从而实现半椭圆形的踏板轨迹，使行走轨迹与正常行走的步伐相同(结合参阅图5)。此外，在踏步的时候，通过踝关节驱动结构25驱动踏板243做相对踏板支撑架251的摆动，实现踝关节的活动，使踝的活动符合正常行走时踝关节的活动轨迹，最终完全模拟正常行走时的人的脚部轨迹与踝关节活动情况，从而对步行能力起到有效的康复训练。

瘫痪患者进行步态康复训练时，另一种方式是电机轮停止助力(空档)下的主动训练，此时人的足部主动抬离踏步，踏板结构24的活动夹爪261将带动推拉杆22一起上升，当踏板结构24的踏板连杆241回复至原水平面位时，同以上电机轮21带动下的被动训练时同样的结构和动作，踏板连杆241与推拉杆22分离，确保踏板243在原平面上移动。

综上，本实用新型步态康复训练机器人操作方便，能做脚抬离地面的类似正常人的步行运动，既能被动训练，又能主动训练，且同时能实现踝关节运动，因滑道板下设有坡度调节结构，可帮助该踏步装置实现平地、上坡和下坡3种步行训练模式。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种踏步装置，包括足底步态驱动结构，足底步态驱动结构包括电机轮(21)、推拉杆(22)、滑道板(23)以及踏板结构(24)，推拉杆(22)一端连接至电机轮(21)，另一端可滑动地连接至滑道板(23)，其特征在于：踏板结构(24)包括踏板连杆(241)、滑动支架(242)以及踏板(243)，踏板连杆(241)一端铰接在推拉杆(22)上，另一端固接滑动支架(242)，滑动支架(242)可滑动地安装在滑道板(23)上，踏板(243)安装在踏板连杆(241)上，通过电机轮(21)的转动带动推拉杆(22)的另一端在滑道板(23)上往复滑动，电机轮(21)转动时同步带动推拉杆(22)的与电机轮(21)连接的一端上升或下降，使得推拉杆(22)上升预设高度时抵顶所述踏板连杆(241)一起上升，推拉杆(22)下降预设高度时与所述踏板连杆(241)分离，分离后推拉杆(22)继续下降，踏板连杆(241)通过滑动支架(242)在滑道板(23)上滑动而支撑。

2.根据权利要求1所述的踏步装置，其特征在于：所述踏板结构(24)包括踝关节驱动结构(25)，踝关节驱动结构(25)包括踏板支撑架(251)以及踝关节运动驱动件(252)，踏板支撑架(251)固定地安装在踏板连杆(241)上，踏板支撑架(251)通过关节安装有所述踏板(243)，踝关节运动驱动件(252)一端铰接在踏板连杆(241)上，另一端铰接所述踏板(243)，用以固定踏板(243)或驱动踏板(243)做相对踏板支撑架(251)的摆动。

3.根据权利要求2所述的踏步装置，其特征在于：所述踏板支撑架(251)包括一底板及垂直地连接在底板两端的侧板，底板固接所述踏板连杆(241)，两侧板间通过关节安装踏板(243)。

4.根据权利要求3所述的踏步装置，其特征在于：所述踏板(243)包括脚套，以及垂直地设置在脚套两侧的连接臂和设置在脚套底面且位于脚套底面一端的铰接座，脚套通过两连接臂分别与踏板支撑架(251)的两侧板铰接，所述踝关节运动驱动件(252)的一端铰接在踏板连杆(241)的一端，另一端与脚套底面的铰接座铰接。

5.根据权利要求1或2所述的踏步装置，其特征在于：所述踏板结构(24)进一步包括抓放装置(26)，所述抓放装置(26)包括活动夹爪(261)，所述活动夹爪(261)安装在踏板连杆(241)的底端且邻近所述滑动支架(242)。

6.根据权利要求1所述的踏步装置，其特征在于：所述滑道板(23)上开设有配合推拉杆(22)的导槽(231)、配合滑动支架(242)的滑轨(232)，配合推拉杆(22)的导槽(231)位于滑道板远离电机轮(21)的一端，配合滑动支架(242)的滑轨(232)位于相近电机轮(21)的一端。

7.根据权利要求1所述的踏步装置，其特征在于：包括滑道板坡度调节结构，安装在滑道板(23)的下方，用以调节滑道板(23)表面的坡度。

8.根据权利要求7所述的踏步装置，其特征在于：所述滑道板坡度调节结构包括固定底板(271)、弧形支撑板(272)以及坡度驱动机构(276)，弧形支撑板(272)安装在滑道板(23)下方，弧形支撑板(272)的两端分别支撑在滑道板(23)底面的两端，弧形支撑板(272)的最低弧面处与固定底板(271)可转动地连接，坡度驱动机构(276)包括伸缩缸或电动丝杆，坡度驱动机构(276)的一端铰接在固定底板(271)上，另一端铰接在滑动板(23)底面的一端或弧形支撑板(272)上。

9.一种步态康复训练机器人，包括底座(1)以及安装在底座(1)上的减重装置(3)，减重装置(3)安装在底座(1)上的一端，其特征在于：还包括安装在底座(1)内如权利要求1至8任一项所述的踏步装置(2)。

10.根据权利要求9所述的步态康复训练机器人，其特征在于：包括骨盆运动固定装置(4)以及功能电刺激装置(5)，所述减重装置(3)包括安装在底座(1)上的减重架(31)，骨盆运动固定装置(4)通过带锁关节与减重架(31)连接，骨盆运动固定装置(4)包括固定架(42)和可滑动地安装在固定架(42)上的固定杆(45)，功能电刺激装置(5)固定安装在骨盆运动固定装置(4)的固定架(42)上。