CN215350439U - 一种机械臂的限位保护装置及康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械臂的限位保护装置及康复训练机器人，限位保护装置包括：固定基座；前进机构，固定连接在固定基座上，包括第一直线运动模组，第一直线运动模组固定设置在固定基座上；第一限位开关，设置在第一直线运动模组的两端；升降机构，包括第二直线运动模组，第二直线运动模组的一端通过一安装座与第一直线运动模组连接；第二限位开关，设置在第二直线运动模组的两端；旋转机构，其通过转接板固定连接在第二直线运动模组上，且旋转机构的输出轴连接有足底连接板；第三限位开关，设置在足底连接板底部的两端。本实用新型能够防止发生过大或异常的步长、步高或踝关节转角，从而提高其康复训练的效果和安全性。

Description

一种机械臂的限位保护装置及康复训练机器人

技术领域

本实用新型属于康复训练器械技术领域，具体涉及了一种机械臂的限位保护装置及康复训练机器人。

背景技术

近年由于脑卒中、脊髓损伤、外伤、脊髓性肌萎缩、多发性硬化症等疾病使患者出现偏瘫的人数不断增多。医学理论和临床医学实践证明，患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外。正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高具有非常重要的作用。

研究表明，通过锻炼患者下肢运动有助于患者脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建，骨盆是连接躯干和下肢的枢纽，锻炼患者骨盆运动控制对患者下肢运动能力的恢复具有明显效果。康复训练器械主要是辅助患者的肢体模拟正常的运动过程，而传统的康复训练器械在进行康复训练过程中容易发生动作异常，导致达不到康复训练的效果或在进行康复训练过程中因为其结构强度不足和稳定性不足从而影响康复的效果。

因此针对于上述患者设计一种康复训练机器人有着比较重要的意义。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种机械臂的限位保护装置及康复训练机器人，限位保护装置包括：

前进机构，所述前进机构包括第一直线运动模组，所述第一直线运动模组固定设置在所述固定基座上；

第一限位开关，设置在所述第一直线运动模组的两端；

升降机构，包括第二直线运动模组，所述第二直线运动模组的一端通过一安装座与所述第一直线运动模组连接；

第二限位开关，设置在所述第二直线运动模组的两端；

旋转机构，其通过转接板固定连接在所述第二直线运动模组上，且所述旋转机构的输出轴连接有足底连接板；

第三限位开关，设置在所述足底连接板底部的两端。

在本实用新型的一个实施例中，所述前进机构还包括第一驱动电机和第一联轴器，所述第一直线运动模组固定连接在所述固定基座上，所述第一驱动电机的输出轴通过所述第一联轴器与所述第一直线运动模组连接，且所述第一升降模组上设置有第一滑块，所述安装座的底部与所述第一滑块固定连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一滑块的两侧上分别设置有缓冲件，且所述第一直线运动模组的两端分别设置有缓冲件。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一限位开关包括两个微动开关，分别设置在所述第一直线运动模组的两端。

在本实用新型的一个实施例中，所述升降机构还包括第二驱动电机、第一直角减速机、第二联轴器和法兰，所述第一直角减速机固连在所述法兰上，所述法兰固定连接在所述第二直线运动模组的下方，所述第二直角减速机的输出轴与所述第二直线运动模组通过所述第二联轴器连接，所述转接板固定在所述第二直线运动模组的第二滑块上。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二滑块的两侧上分别设置有缓冲件，且所述第二直线运动模组的两端分别设置有缓冲件。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二限位开关包括两个微动开关，分别设置在所述第二直线运动模组的两端。

在本实用新型的一个实施例中，所述旋转机构包括第三驱动电机、第二直角减速机，所述第二直角减速机固连在所述转接板上，通过所述第三驱动电机驱动。

在本实用新型的一个实施例中，还包括控制系统，所述控制系统内预设有所述前进机构和所述升降机构运动距离的预警值、以及旋转机构旋转角度的预警值。

本实用新型还提出一种康复训练机器人，包括：如实施例中任意一项所述的一种机械臂的限位保护装置。

本实用新型通过在前进机构、升降机构和旋转机构上分别安装限位开关，以防止发生过大或异常的步长、步高或踝关节转角，从而提高其康复训练的效果和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提出的一种康复训练机器人的结构示意图。

图2为本实用新型于一实施例中机械臂的结构示意图。

图3为本实用新型于一实施例中第一直线运动模组与安装座的装配示意图。

图4为本实用新型于一实施例中升降机构与旋转机构的装配示意图。

图5为本实用新型于一实施例中第二直线运动模组与转接板的装配示意图。

图6为本实用新型于一实施例中升降机构的结构示意图。

图7为本实用新型于一实施例中安装座的结构示意图。

图8为本实用新型于一实施例中旋转机构的结构示意图。

图9为本实用新型于一实施例中旋转机构的主视图。

图10为本实用新型于一实施例中输出轴与双足末端执行机构的装配示意图。

图11为本实用新型于一实施例中旋转机构的仰视图。

图12为本实用新型于一实施例中转接板的结构示意图。

图13为本实用新型于一实施例中足底连接板的结构示意图。

图14为本实用新型于一实施例中骨盆支撑机构的部分结构示意图。

图15为本实用新型于一实施例中旋转套筒与安全带连接板的装配示意图。

标号说明：

底座支撑机构100；多个机械臂200；双足末端执行机构300；骨盆支撑机构400；骨盆安全带装置500；底座部分1；头部部分2；尾部部分3；脚轮4；斜面滑台5；固定基座6；第一直线运动模组7；安装座8；转接板9；第二直线运动模组10；第一直角减速机11；第一驱动电机12；第一联轴器13；第一滑块14；第一限位开关15；缓冲件16；第二驱动电机17；第二联轴器18；第二滑块20；升降机构安装槽21；第二限位开关22；第三驱动电机23；第二直角减速机24；圆形安装槽25；矩形通槽26；密封板27；足底连接板28；压力传感器29；踩踏板30；圆形挡片31；芯轴安装槽32；芯轴33；输出轴34；免键轴衬35；支架36；第三限位开关37；立柱38；加强筋板39；安全带连接板40；旋转套筒41；水平平台42。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实用新型提供一种康复训练机器人，包括底座支撑机构100、多个机械臂200、双足末端执行机构300、骨盆支撑机构400、骨盆安全带装置500和控制系统(未在说明书附图中进行标识)。所述机械臂200固定连接在所述底座支撑机构100的两侧，所述双足末端执行机构300连接在所述机械臂200的旋转机构的输出轴上，所述骨盆支撑机构400通过支撑钢架机构固定连接在所述底座支撑机构100上，所述骨盆安全带装置500连接在所述骨盆支撑机构400的旋转机构上。

如图2所示，底座支撑机构100是整个下肢康复训练机器人的基座，目的是为了稳固下肢康复训练机器人的机械臂200、双足末端执行机构300、骨盆支撑机构400和骨盆安全带装置500。如图2所示，在本实施例中，所述底座支撑结构100包括底座部分1、头部部分2和尾部部分3。为了描述清楚，本实施例的底座支撑结构100均按照如图2-4中所示的X轴和Y轴进行解释说明。在本实施例中，所述尾部部分3端为轮椅或患者进入所述康复训练机器人的进入端，所述头部部分2为患者面部正对的方向，底座部分1、头部部分2和尾部部分3设置为拆分式结构，固定安装在一起。

在本实施例中，所述底座支撑机构100上安装有电气系统，且所述电气系统均安装在底座部分1或头部部分2上，在尾部部分3上不安装任何电气系统的组件，避免因为电气系统的走线问题使得尾部部分3与底座部分1之间不便于拆卸，即尾部部分3与其他部分可随时进行拆卸，以便于运输。在本实施例中，所述头部部分2和尾部部分3均设置为钣金焊接形成的框架结构。

如图1所示，在本实施例中，所述底座支撑机构100上安装有多个脚轮4，以便于移动。所述尾部部分3远离所述底座部分1的一端上连接有一斜面滑台5，所述斜面滑台5的上端与所述钣金焊接形成的框架结构齐平，便于轮椅的上下，且所述斜面滑台5可以与其他底座支撑机构100的其他部分之间进行拆除，以便于运输和安装。

如图1及图2所示，在本实施例中，所述底座部分1的两侧上还分别固定连接有固定基座6，且所述固定基座6设置为“L”型结构，所述固定基座6的其中一边与所述底座部分1固定连接，且所述固定基座6上固定连接有第一直线运动模组7。

进一步地，本实施例的下肢康复训练机器人的机械臂200如图2-11所示，其结构简单、使用方便、成本较低且安全性高，是为了实现下肢的三自由度活动，即：下肢的前进和后退、下肢的抬升和下降、以及脚踝转动。所述机械臂200设置在所述底座支撑机构100上，帮助重度患者修复周围神经损伤来恢复下肢功能，有助于脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建。由于人的下肢为2个，因此，下肢康复训练机器人的机械臂同样包括两个对称布置在底座支撑机构上的机械臂，单个机械臂带动患者下肢前进、后退、抬升、下降以及踝关节的转动等运动。两个机械臂协作两个机械臂可以帮助患者实现下肢步态训练。所述三自由度机械臂，包括固定基座6、前进机构、升降机构、旋转机构、双足末端执行机构。

如图2及图3所示，在本实施例中，前进机构，侧向固定在固定基座6上，用以带动人体下肢前进后后退方向上的运动；升降机构，通过一安装座8安装在所述前进机构的第一直线运动模组7上，其用于带动腿部关节的抬升；旋转机构，其通过一转接板9安装在所述升降机构的第二直线运动模组10上，用以实现行走时踝关节的转动；双足末端执行机构，固连于旋转机构的第一直角减速机11输出轴上。

在本实施例中，使用时，患者单足固定在双足末端执行机构的踩踏板上，通过控制系统驱动带动患者下肢完成正常行走所需的腿部前进运动、腿部抬升运动和踝关节的转动，从而进行恢复性训练。

如图2及图3所示，在本实施例中，前进机构具有多种方式，只要能达到前进功能即可。本实施例中，前进机构包括第一驱动电机12、第一直线运动模组7和第一联轴器13，所述第一直线运动模组7固定连接在所述固定基座6上，所述固定基座6安装在所述底座支撑机构100上的底座部分1上，第一联轴器13用以连接第一驱动电机12输出轴与第一直线运动模组7来传递扭矩，驱动前进机构沿X轴方向直线运动。

如图3至图5所示，本实施例中，升降机构通过安装座8固定在前进机构第一直线运动模组7的第一滑块14上。

如图3及图4所示，在本实施例中，所述前进机构上还设置有第一限位开关15，所述第一限位开关15设置在所述前进机构的第一直线运动模组7上。具体的，所述第一限位开关15至少包括两个微动开关，两个微动开关间隔设置在所述第一直线运动模组7上，且位于所述第一直线运动模组7上的第一滑块14的两侧。在本实施例中，第一驱动电机12驱动所述第一滑块14运动，从而带动升降机构和旋转机构沿第一直线运动模组7作直线运动，当运动到限定位置时，触碰到微动开关从而触发开关使得电机断电，以防止发生过大或异常的步长，从而避免影响康复训练的效果或发生危险。需要说明的是，两个微动开关之间的距离可以根据康复训练的需要进行调整，以达到最合适的距离。

如图3至图5所示，在本实施例中，所述第一直线运动模组7的两端上安装有缓冲件16，所述第一滑块14的两端也同样安装有缓冲件16，当第一限位开关15失效时，触碰到所述第一限位开关15不能触发使得电机断电，从而使得升降机构和旋转机构继续沿第一直线运动模组7作直线运动，直到与第一直线运动模组7的一端碰撞，使得电机过载从而触发警报，并断电，从而使得其停止运动。在本实施例中，所述缓冲件16优选为冲击吸收凝胶，以防止刚性碰撞，从而使得机构被损坏，以提高装置的使用寿命的同时提高其安全性。

如图5至图8所示，本实施例中，升降机构包括第二驱动电机17、第一直角减速机11、第二直线运动模组10、转接板9、第二联轴器18、第一法兰，具体的，第一直角减速机11固定在第一法兰上并在其后端直连第二驱动电机17，第一法兰固定在第二直线运动模组10的下方，第一直角减速机11的输出轴与第二直线运动模组10通过第二联轴器18连接，在第二驱动电机16驱动下完成升降运动，转接板9固定在第二直线运动模组10的第二滑块20上，用于与旋转机构连接。

如图5至图8所示，在本实施例中，所述升降机构的第二直线运动模组10通过一安装座8与所述第一直线运动模组7上的第一滑块14固定连接。如图6所示，具体的，所述安装座8的底部与所述第一滑块14固定连接，且所述安装座8远离所述第一滑块14的一面上设置有多个升降机构安装槽21，所述第二直线运动模组10安装在所述升降机构安装槽21上，并通过螺栓进行固定连接，以将安装座8和第二直线运动模组10合为一体结构，从而增大该机构的负载能力，从而提高其安全性。

如图5至图7所示，在本实施例中，所述升降机构上还设置有第二限位开关22，所述第二限位开关22设置在所述前进机构的第二直线运动模组10上。具体的，所述第二限位开关22至少包括两个微动开关，两个微动开关间隔设置在所述第二直线运动模组10上，且位于所述第二直线运动模组10上的第二滑块20的两侧。在本实施例中，第二驱动电机17驱动所述第二滑块20运动，从而带动旋转机构沿第二直线运动模组10作升降运动，当运动到限定位置时，触碰到微动开关从而触发开关使得电机断电，以防止发生过大或异常的步高，从而避免影响康复训练的效果或发生危险。需要说明的是，两个微动开关之间的距离可以根据康复训练的需要进行调整，以达到最合适的距离。

如图5至图7所示，在本实施例中，所述第二直线运动模组10的两端上安装有缓冲件16，所述第二滑块20的两端也同样安装有缓冲件16，当第二限位开关22失效时，触碰到所述第二限位开关22不能触发使得电机断电，从而使得旋转机构继续沿第二直线运动模组10作升降运动，直到与第二直线运动模组10的一端碰撞，使得电机过载从而触发警报，并断电，从而使得其停止运动。在本实施例中，所述缓冲件16优选为冲击吸收凝胶，以防止刚性碰撞，从而使得机构被损坏，以提高装置的使用寿命的同时提高其安全性。

如图8至图13所示，为了实现行走时踝关节的转动，本实施例中，旋转机构包括第三驱动电机23和第二直角减速机24。具体的，第二直角减速机24固定在转接板9上，并由第三驱动电机23驱动，第三驱动电机23直连第二直角减速机24，上罩壳与下罩壳分别通过螺钉固定在减速机上，通过所述第三驱动电机23驱动可使得所述双足末端执行机构300转动。

如图8至图13所示，在本实施例中，所述旋转机构通过所述转接板9与所述第二直线运动模组10上的第二滑块20固定连接，所述转接板9采用直板形式，且所述转接板9连接所述升降机构一面的上设有一圆形安装槽25，所述第二直角减速机24通过电机法兰安装在所述圆形安装槽25内，并通过螺栓固定连接，本实用新型中该部分结构通过法兰承重，并通过螺栓固定，以增加其结构强度和负载能力，以降低康复训练过程中的形变。在本实施例中，所述转接板9上设置有一矩形通槽26，且所述第二直线运动模组10上安装有一密封板27，所述密封板27的两端与所述第二直线运动模组10的两端固定连接，且穿过所述矩形通槽26，以对该部分结构进行密封。

如图8至图13所示，本实施例中，双足末端执行机构300包括足底连接板28、4个压力传感器29、踩踏板30和圆形挡片31，具体的，足底连接板28与旋转机构的输出轴连接，通过旋转机构带动双足末端执行机构的转动，圆形挡片31通过螺钉固定在电机轴上用以抑制双足末端执行机构的轴向运动，4个压力传感器29安装在所述踩踏板30上，直接与足底接触，提高信号传输的稳定性，其数量不局限于4个，本领域的一般技术人员可根据需要设置数量。

如图8至图13所示，在本实施例中，所述足底连接板28底部设置有一芯轴安装槽32，所述芯轴安装槽32内安装有芯轴33，所述旋转机构的输出轴34位于所述芯轴33内，且所述芯轴33的两端安装有免键轴衬35，所述免键轴衬35位于所述芯轴33和所述输出轴34之间，且所述足底连接板28的底部还安装有支架36，所述支架36的两侧与所述足底连接板28固定连接，且部分覆盖在所述芯轴33上，并通过螺栓进行固定连接，通过芯轴33和免键轴衬35的配合作用，固定安装输出轴34，以避免使用键进行安装，从而避免了键与键槽冲击造成的晃动，并且增强了该结构的机械强度，增加了其负载能力，同时方便进行拆卸和安装。

如图8至图13所示，在本实施例中，所述旋转机构上设置有第三限位开关37，所述第三限位开关37设置在所述足底连接板28底部的两端，当旋转机构驱动所述双足末端执行机构300转动时，所述足底连接板28底部的第三限位开关37触发到障碍物时，使得其电机断电，从而使得双足末端执行机构300停止转动，避免发送危险或过渡旋转对关节造成损伤。

在本实施例中，所述康复训练机器人钟还包括控制系统，所述控制系统内预设有所述前进机构和所述升降机构运动距离的预警值、以及旋转机构旋转角度的预警值，当达到预警值时，使得相应部分的电机断电从而停止运动。当上述控制系统失效或出错时，还可以通过限位开关提高安全保障，当限位开关也失效时，还可以通过缓冲件进行机械限位，从而提供安全保障。

如图14所示，在本实施例中，所述骨盆支撑机构400通过一立柱38安装在所述底座支撑机构100上，所述底座支撑机构100与所述立柱38的两侧之间分别安装有加强筋板39，并且在其侧边安装扶手，减小了骨盆支撑机构400中的丝杆运动模组与立柱38之间的距离，使得立柱38与丝杆运动模组一同抵抗弯矩，从而减小了末端形变。

如图15所示，在本实施例中，所述康复训练机器人还包括骨盆安全带500，所述骨盆安全带500通过安全带连接板40与所述骨盆支撑机构400的旋转套筒41连接，且所述旋转套筒41与所述安全带连接板40连接处设置有水平平台42，所述安全带连接板40安装在所述水平平台42上，并通过螺栓固定连接，以使得水平平台42处承载大部分负载，改善了其受力情况，从而提高了其安全系数。

本实用新型机械臂能够帮助患者进行下肢运动康复训练，可帮助解决临床上神经移位术后康复的脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建等重大临床问题；由于三自由度机械臂完全能满足带动人体下肢运动地需求，可对三个驱动电机分别控制以带动人体下肢行走训练。

本实用新型通过芯轴和免键轴衬的配合作用将输出旋转机构的输出轴和双足末端执行机构固定连接在一起，以避免使用键进行安装，从而避免了键与键槽冲击造成的晃动，并且增强了该结构的机械强度，增加了其负载能力，同时方便进行拆卸和安装。

本实用新型通过将采用在安装座上开始安装槽，将升降机构安装在前进机构上，以将安装座和第二直线运动模组合为一体结构，从而增大该机构的负载能力，从而提高其安全性。

本实用新型通过采用直板转接板，并在转接板底部设置圆形安装槽，将所述第二直角减速机通过电机法兰安装在所述圆形安装槽内，并通过螺栓固定连接，使得通过法兰承重，并通过螺栓固定，以增加其结构强度和负载能力，以降低康复训练过程中的形变。

本实用新型通过在所述底座支撑机构与所述立柱的两侧之间分别安装有加强筋板以及在所述旋转套筒与所述安全带连接板连接处设置有水平平台，所述安全带连接板安装在所述水平平台上，并通过螺栓固定连接，以使得水平平台处承载大部分负载，增加其负责能力，改善了其受力情况，从而提高了其安全系数。

本实用新型还通过在前进机构、升降机构和旋转机构上分别安装限位开关，以防止发生过大或异常的步长、步高或踝关节转角，从而提高其康复训练的效果和安全性。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，包括：

前进机构，所述前进机构包括第一直线运动模组，所述第一直线运动模组固定设置在所述机械臂的固定基座上；

第一限位开关，设置在所述第一直线运动模组的两端；

升降机构，包括第二直线运动模组，所述第二直线运动模组的一端通过一安装座与所述第一直线运动模组连接；

第二限位开关，设置在所述第二直线运动模组的两端；

旋转机构，其通过转接板固定连接在所述第二直线运动模组上，且所述旋转机构的输出轴连接有足底连接板；

第三限位开关，设置在所述足底连接板底部的两端。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述前进机构还包括第一驱动电机和第一联轴器，所述第一直线运动模组固定连接在所述固定基座上，所述第一驱动电机的输出轴通过所述第一联轴器与所述第一直线运动模组连接，且所述第一直线运动模组上设置有第一滑块，所述安装座的底部与所述第一滑块固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述第一滑块的两侧上分别设置有缓冲件，且所述第一直线运动模组的两端分别设置有缓冲件。

4.根据权利要求1所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述第一限位开关包括两个微动开关，分别设置在所述第一直线运动模组的两端。

5.根据权利要求1所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述升降机构还包括第二驱动电机、第一直角减速机、第二联轴器和法兰，所述第一直角减速机固连在所述法兰上，所述法兰固定连接在所述第二直线运动模组的下方，所述第一直角减速机的输出轴与所述第二直线运动模组通过所述第二联轴器连接，所述转接板固定在所述第二直线运动模组的第二滑块上。

6.根据权利要求5所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述第二滑块的两侧上分别设置有缓冲件，且所述第二直线运动模组的两端分别设置有缓冲件。

7.根据权利要求1所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述第二限位开关包括两个微动开关，分别设置在所述第二直线运动模组的两端。

8.根据权利要求1所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，所述旋转机构包括第三驱动电机、第二直角减速机，所述第二直角减速机固连在所述转接板上，通过所述第三驱动电机驱动。

9.根据权利要求1所述的一种机械臂的限位保护装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统内预设有所述前进机构和所述升降机构运动距离的预警值、和旋转机构旋转角度的预警值。

10.一种康复训练机器人，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任意一项所述的一种机械臂的限位保护装置。

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