CN217828331U - 一种多自由度全范围下肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多自由度全范围下肢康复机器人，包括可移动支座和机器人本体；机器人本体包括一号电机、二号电机、第一直连杆,三号电机、弯型连杆、第二直连杆及末端支具；本实用新型的下肢康复机器人具备多种训练姿态、训练关节范围广，不需要病人进行左右侧切换，可完全覆盖下肢髋关节，膝关节，踝关节的关节活动度，并可以在3D空间内完全实现人体关节运动生理空间范围。

Description

一种多自由度全范围下肢康复机器人

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种多自由度全范围下肢康复机器人。

背景技术

现有下肢康复机器人的主要结构有站立外骨骼式、站立足底驱动式、轮椅外骨骼式、床旁悬吊式、床旁脚踏车式等。其中，站立外骨骼式、站立足底驱动式和轮椅外骨骼式下肢康复机器人无法满足重症患者早期的床旁康复训练需求；床旁悬吊式下肢康复机器人及床旁脚踏车式下肢康复机器人的动作单一且关节活动度有限，无法对患者的每个关节进行关节活动度的有效训练。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多自由度全范围下肢康复机器人。

本实用新型采用的技术方案是：

一种多自由度全范围下肢康复机器人，包括可移动支座和机器人本体；机器人本体包括一号电机、二号电机、第一直连杆、三号电机、弯型连杆、第二直连杆及末端支具；一号电机固定安装在可移动支座的顶部，一号电机的电机轴为水平转动的J1轴；二号电机竖直固定在一号电机的电机轴的输出端且可绕J1轴转动，二号电机的电机轴为竖直转动的J2轴；第一直连杆的一端水平连接在二号电机的电机轴的输出端且可绕J2轴转动，三号电机竖直连接在第一直连杆的另一端，三号电机的电机轴为竖直转动的J3轴；弯型连杆一端竖直固定在三号电机的电机轴的输出端且可绕J3轴转动，另一端水平固定连接第二直连杆，末端支具固定在第二直连杆的另一端用于支撑小腿和脚掌。

进一步地，还包括四号电机，四号电机的电机轴为竖直转动的J4轴；四号电机竖直固定连接在第二直连杆的另一端，末端支具固定在四号电机的电机轴的输出端且可绕J4轴转动。

进一步地，还包括五号电机，五号电机水平固定连接在四号电机的电机轴的输出端且可绕J4轴转动，五号电机的电机轴为水平转动的J5轴；末端支具固定在五号电机的电机轴的输出端且可绕J5轴转动。

进一步地，还包括六号电机，六号电机的电机轴为水平转动的J6轴；六号电机水平连接在五号电机的电机轴的输出端且可绕轴J5转动；末端支具固定在六号电机的电机轴的输出端且可绕J6轴转动。

进一步地，末端支具包括腿部支架、脚掌托板和小腿托板，腿部支架同轴固定安装在末端电机的电机轴的输出端，脚掌托板通过脚掌连杆固定连接在腿部支架的外端部；小腿托板通过小腿连杆可转动安装在腿部支架的外端部，小腿托板可相对于脚掌托板转动。

进一步地，脚掌连杆一端与腿部支架同轴连接，另一端垂直连接脚掌托板。

进一步地，小腿连杆一端通过腿托轴承转动套装在腿部支架的外壁，另一端垂直连接小腿托板，小腿托板的腿托轴承设于阻尼机构。

进一步地，弯型连杆呈90°弯曲。

进一步地，可移动支座包括支座本体及设于支座本体内的控制系统，所述控制系统用于控制一号电机、二号电机、三号电机、四号电机、五号电机联动。

进一步地，支座本体的底部设置脚轮及脚轮刹车。

本实用新型的有益效果：本实用新型的的下肢康复机器人，能很好地适应卧姿状态下病人的下肢康复训练，可以在3D空间范围内实现下肢髋关节、膝关节的康复训练，利于下肢运动功能的全方位恢复。进一步地，本实用新型的下肢康复机器人能很好地适应卧姿状态下病人的下肢康复训练，完全覆盖下肢关节活动度，可以任意设定轨迹，并可以在3D空间范围内完全实现下肢关节运动生理空间范围，能有效完成髋关节、膝关节和踝关节的康复训练，利于下肢运动功能的全方位恢复。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的一种多自由度全范围下肢康复机器人3自由度的机器人本体的立体结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的一种多自由度全范围下肢康复机器人4自由度的机器人本体的立体结构示意图。

图3是本实用新型实施例3的一种多自由度全范围下肢康复机器人5自由度的机器人本体的立体结构示意图。

图4是本实用新型实施例4的一种多自由度全范围下肢康复机器人6自由度的用于康复训练时的安装结构示意图。

图5是本实用新型的一种多自由度全范围下肢康复机器人的使用状态图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及一种优选的实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

以下实施例中，为了方便描述，定义一号电机1的电机轴为J1轴，二号电机2的电机轴为J2轴，三号电机4的电机轴为J3轴，四号电机7的电机轴为J4轴，五号电机8的电机轴为J5轴，六号电机12的电机轴为J6轴。

实施例1

参阅图1，本实施例提供一种多自由度床旁下肢康复机器人，包括可移动支座和安装在可移动支座上的机器人本体；机器人本体包括一号电机1、二号电机2、第一直连杆3,三号电机4、弯型连杆5、第二直连杆6及末端支具。

一号电机1水平安装在可移动支座的顶部。二号电机2通过法兰竖直连接在一号电机1 的电机轴输出端，一号电机1转动，带动二号电机2在第一竖直面内绕轴J1前后摆动。

第一直连杆3的一端通过法兰水平连接在二号电机2的电机轴输出端，二号电机2转动，带动第一直连杆3绕轴J2在第一水平面内左右摆动。

三号电机4通过法兰竖直连接在第一直连杆3的另一端。弯型连杆5一端通过法兰固定连接三号电机4，另一端通过法兰水平连接第二直连杆6，第二直连杆6垂直且高于第一直连杆3；三号电机4转动，带动弯型连杆5和第二直连杆6绕轴J3在高于第一水平面的第二水平面内左右摆动。弯型连杆5呈90°弯曲。

末端支具包括腿部支架9、脚掌托板10和小腿托板11。腿部支架9同轴固定安装在第二直连杆6的另一端。

脚掌托板10通过脚掌连杆固定连接在腿部支架9外端部，脚掌连杆一端与腿部支架9同轴连接，另一端垂直连接脚掌托板10；小腿托板11通过小腿连杆可转动安装在腿部支架9 的外端部，小腿连杆一端通过腿托轴承转动套装在腿部支架9的外壁，另一端垂直连接小腿托板11，小腿托板11的中心线与脚掌托板10的中心线相交且位于同一竖直面内，小腿托板 11可相对于脚掌托板10转动从而实现脚踝运动。小腿托板11的腿托轴承采用阻尼机构，从而使得小腿托板11和脚掌托板10形成位置联动及运动范围限制，从而保证脚踝的运动姿态。

可移动支座包括支座本体及设于支座本体内的控制系统，所述控制系统使用现有算法控制一号电机1、二号电机2、三号电机4的联动方式。支座本体的底部设置脚轮及脚轮刹车，方便移动及使用时稳固机器人本体。可移动支座为现有技术，其结构及工作原理这里不做赘述。

实施例1的工作方式是：

使用者平躺，小腿支撑在小腿托板11上，脚掌支撑脚掌托板10上；

运动方式一：通过二号电机2、三号电机4联动实现末端支具在水平面内的左右摆动；

运动方式二：通过一号电机1实现末端支具在垂直面内的前后摆动；

运动方式三：通过一号电机1、二号电机2、三号电机4的联动实现末端支具在X轴、Y轴、Z轴，3D空间范围内的直线移动。

以上运动方式中，脚掌托板10和小腿托板11由通过一号电机1、二号电机2、三号电机 4的联动实现末端支具在X轴、Y轴、Z轴，3D空间范围内的直线移动，无法做姿态旋转。

实施例2

参阅图2，本实施例的结构基本与实施例1相同，不同之处仅在于，还包括四号电机7，四号电机7的电机轴为竖直转动的J4轴；四号电机7竖直固定连接在第二直连杆6的另一端，末端支具固定在四号电机7的电机轴的输出端且可绕J4轴转动。

所述控制系统使用现有算法控制一号电机1、二号电机2、三号电机4、四号电机7的联动方式。

实施例2的工作方式是：

使用者平躺，小腿支撑在小腿托板11上，脚掌支撑脚掌托板10上；

运动方式一：通过二号电机2、三号电机4、四号电机7联动实现末端支具在水平面内的左右摆动；

运动方式二：通过一号电机1实现末端支具在垂直面内的前后摆动；

运动方式三：通过一号电机1、二号电机2、三号电机4、四号电机7的联动实现末端支具在X轴、Y轴、Z轴，3D空间范围内的移动。

以上运动方式中，脚掌托板10和小腿托板11由通过一号电机1、二号电机2、三号电机 4的联动实现末端支具在X轴、Y轴、Z轴，3D空间范围内的直线移动，通过四号电机7带动在水平方向旋转。

实施例3

参阅图3和图5，本实施例的结构基本与实施例2相同，不同之处仅在于，还包括五号电机8，五号电机8通过法兰水平连接在四号电机7的电机轴输出端，四号电机7转动，带动五号电机8在第三水平面内绕轴J4左右摆动；末端支具固定在五号电机8的电机轴的输出端且可绕J5轴转动。

所述控制系统使用现有算法控制一号电机1、二号电机2、三号电机4、四号电机7、五号电机8的联动方式。

本实施例3的工作方式是：

使用者平躺，小腿支撑在小腿托板11上，脚掌支撑脚掌托板10上；

运动方式一：通过二号电机2、三号电机4、四号电机7联动实现末端支具在水平面内的左右摆动；

运动方式二：通过一号电机1、五号电机8的联动实现末端支具在垂直面内的前后摆动；

运动方式三：通过一号电机1、二号电机2、三号电机4、四号电机7、五号电机8的联动实现末端支具在X轴、Y轴、Z轴，3D空间范围内的任意移动。

以上运动方式中，脚掌托板10由五号电机8驱动实现主动运动，小腿托板11被动运动，二者配合实现脚踝运动。

实施例4

参阅图4和图5，本实施例的结构基本与实施例3相同，不同之处仅在于，还包括六号电机12，六号电机12通过法兰水平连接在五号电机8的电机轴输出端，五号电机8转动，带动六号电机12在第三水平面内绕轴J5左右摆动；末端支具固定在六号电机12的电机轴的输出端且可绕J6轴转动。

所述控制系统使用现有算法控制一号电机1、二号电机2、三号电机4、四号电机7、五号电机8、六号电机12的联动方式。

本实施例4的工作方式是：

使用者平躺，小腿支撑在小腿托板11上，脚掌支撑脚掌托板10上；

运动方式一：通过二号电机2、三号电机4、四号电机7联动实现末端支具在水平面内的左右摆动；

运动方式二：通过一号电机1、五号电机8、六号电机12的联动实现末端支具在垂直面内的前后摆动；

运动方式三：通过一号电机1、二号电机2、三号电机4、四号电机7、五号电机8、六号电机12的联动实现末端支具在X轴、Y轴、Z轴，3D空间范围内的任意移动和姿态旋转。

以上运动方式中，脚掌托板10由六号电机12驱动实现主动运动，小腿托板11被动运动，二者配合实现脚踝运动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度全范围下肢康复机器人，包括可移动支座和机器人本体；其特征在于：机器人本体包括一号电机(1)、二号电机(2)、第一直连杆(3)、三号电机(4)、弯型连杆(5)、第二直连杆(6)及末端支具；

一号电机(1)固定安装在可移动支座的顶部，一号电机(1)的电机轴为水平转动的J1轴；二号电机(2)竖直固定在一号电机(1)的电机轴的输出端且可绕J1轴转动，二号电机(2)的电机轴为竖直转动的J2轴；第一直连杆(3)的一端水平连接在二号电机(2)的电机轴的输出端且可绕J2轴转动，三号电机(4)竖直连接在第一直连杆(3)的另一端，三号电机(4)的电机轴为竖直转动的J3轴；弯型连杆(5)一端竖直固定在三号电机(4)的电机轴的输出端且可绕J3轴转动，另一端水平固定连接第二直连杆(6)，末端支具固定在第二直连杆(6)的另一端用于支撑小腿和脚掌。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：还包括四号电机(7)，四号电机(7)的电机轴为竖直转动的J4轴；四号电机(7)竖直固定连接在第二直连杆(6)的另一端，末端支具固定在四号电机(7)的电机轴的输出端且可绕J4轴转动。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：还包括五号电机(8)，五号电机(8)水平固定连接在四号电机(7)的电机轴的输出端且可绕J4轴转动，五号电机(8)的电机轴为水平转动的J5轴；末端支具固定在五号电机(8)的电机轴的输出端且可绕J5轴转动。

4.根据权利要求3所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：还包括六号电机(12)，六号电机(12)的电机轴为水平转动的J6轴；六号电机(12)水平连接在五号电机(8)的电机轴的输出端且可绕轴J5转动；末端支具固定在六号电机(12)的电机轴的输出端且可绕J6轴转动。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：末端支具包括腿部支架(9)、脚掌托板(10)和小腿托板(11)，腿部支架(9)同轴固定安装在末端电机的电机轴的输出端，脚掌托板(10)通过脚掌连杆固定连接在腿部支架(9)的外端部；小腿托板(11)通过小腿连杆可转动安装在腿部支架(9)的外端部，小腿托板(11)可相对于脚掌托板(10)转动。

6.根据权利要求5所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：脚掌连杆一端与腿部支架(9)同轴连接，另一端垂直连接脚掌托板(10)。

7.根据权利要求5所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：小腿连杆一端通过腿托轴承转动套装在腿部支架(9)的外壁，另一端垂直连接小腿托板(11)，小腿托板(11)的腿托轴承设于阻尼机构。

8.根据权利要求1～4任意一项所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：弯型连杆(5)呈90°弯曲。

9.根据权利要求1～4任意一项所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：可移动支座包括支座本体及设于支座本体内的控制系统，所述控制系统用于控制电机联动。

10.根据权利要求1～4任意一项所述的一种多自由度全范围下肢康复机器人，其特征在于：支座本体的底部设置脚轮及脚轮刹车。

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