CN220070104U - 多模式步态训练下肢康复装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及医疗康复器械技术领域,尤其是涉及多模式步态训练下肢康复装置,包括腰部组件、大腿组件、小腿组件、脚部组件、稳定调节组件、绑缚组件;其中腰部组件、大腿组件、小腿组件、脚部组件依次相连,所述稳定调节组件和小腿组件相连,所述绑缚组件分别与腰部组件、大腿组件、小腿组件相连;所述脚部组件包括膝关节调节机构和脚部空间位置调节机构,所述脚部空间调节机构包括底架、脚板、驱动单元,所述底架和脚板之间通过六个相同驱动单元并联相连,其中,所述六个驱动单元的控制端与外部控制器信号连接,以实现所述六个驱动单元并联相连的同步控制,所述驱动单元可驱动所述脚板运动,并实现所述脚板的空间六自由度的运动。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复器械技术领域,尤其是涉及多模式步态训练下肢康复装置。
背景技术
脑卒中和脑外伤的病人常常引起肢体功能障碍,此类病人也可由于长期卧床引起肢体肌肉萎缩、足下垂、足内翻、足外翻或肌肉痉挛等,给疾病的恢复和日后的康复训练增加了困难。患者的康复通常要进过多种步态模式,如平地走、上下坡、上下楼梯等训练。所以患者在康复时,应当尽量模拟设置患者以后走向家庭和社会可能遇到的多步态模式如平地走、上下坡、上下楼梯等情况。脑卒中患者步行能力的恢复与患侧下肢运动功能的康复密切相关,下肢运动康复训练使用能保持和恢复患者的关节运动幅度,有利于恢复肢体的主要运动功能。目前已经有商业化的步态康复训练装置。如英国MikeTopping公司1987年研制的Handy1。其次另一种成功进入市场的康复机器人是荷兰Exact Dynamics公司开发的MANUS康复机器人,美国的NUSTEP康复器、德国的THERA.Vital智能康复训练机器人,瑞士的WORTEC公司研发的MOTINMAKER。但是,现有的步态康复训练产品因具有以下缺点:(1)不能满足对患有足下垂、足内翻和足外翻患者的调节,保证下肢康复训练的肢体功能位的摆放和矫正的需要;(2)不能满足穿戴下肢外骨骼机器人患者康复训练时保存良好的平衡性;(3)不能满足对需要多步态模式如平地走、上下坡、上下楼梯等情况患者更安全、更便携康复训练(目前已有的下肢外骨骼机器人在真实的斜坡、楼梯等场景进行多步态模式的康复训练,存在一定的危险性和复杂性)。因此,我们有必要研发一种在平地上可进行多种不同的步态模式且更安全、更稳定的下肢外骨骼康复训练设备。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的是提供多模式步态训练下肢康复装置,包括腰部组件、大腿组件、小腿组件、脚部组件、稳定调节组件、绑缚组件;其中腰部组件、大腿组件、小腿组件、脚部组件依次相连,所述稳定调节组件和小腿组件相连,所述绑缚组件分别与腰部组件、大腿组件、小腿组件相连;所述脚部组件包括膝关节调节机构和脚部空间位置调节机构,所述脚部空间调节机构包括底架、脚板、驱动单元,所述底架和脚板之间通过六个相同驱动单元并联相连,其中,所述六个驱动单元的控制端与外部控制器信号连接,以实现所述六个驱动单元并联相连的同步控制,所述驱动单元可驱动所述脚板运动,并实现所述脚板的空间六自由度的运动。
本发明的多模式步态训练下肢康复装置引入稳定调节组件,可以实现稳定极限面积的增加,满足训练者在步行训练时平衡性;引入脚部空间位置调节机构,采用并联结构可以实现脚板空间六自由度(上、下、左、右、前、后)的角度调节,以实现患有足下垂、足内翻和足外翻患者的矫正,确保下肢康复训练的肢体功能位的摆放和矫正;引入踝关节调节机构和脚部空间位置调节机构,可实现多种步态模式调节,满足训练者在平地上进行平地、上下坡、上下楼梯等多种模式步态的康复训练。
本发明的多模式步态训练下肢康复装置可以实现正常人平地行走的步行训练、也可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走等不同的步态模式,使患者可以在不同的步态环境下进行有针对性的更安全、更稳定步态训练,获得丰富的步态康复训练内容,从而获得更加全面的步行技能,帮助患者回归家庭、回归社会。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
本发明提供多模式步态训练下肢康复装置,包括腰部组件、大腿组件、小腿组件、脚部组件、稳定调节组件和绑缚组件,
所述腰部组件与所述大腿组件转动连接,所述大腿组件与所述小腿组件固定连接,所述小腿组件与所述脚部组件固定连接,所述稳定调节组件与所述小腿组件固定连接,所述绑缚组件分别与所述腰部组件、所述大腿组件、所述小腿组件、所述脚部组件固定相连,
所述腰部组件用于调节腰部宽度;包括腰部电源控制盒、腰部调节机构和下肢连接机构,沿所述腰部电源控制盒中心两侧,各设置一与其活动连接的腰部调节机构,腰部调节机构远离腰部电源控制盒的端部与下肢连接机构相连接;
所述大腿组件用于连接腰部组件和小腿组件,并调节大腿长度;沿腰部组件中心轴左右对称设置,包括髋关节执行机构和大腿调节机构,所述髋关节执行机构与下肢连接机构相连接,髋关节执行机构远离下肢连接机构的端部与大腿调节机构上部活动连接;
所述小腿组件用于连接大腿组件和脚部组件,并调节小腿长;沿腰部组件中心轴左右对称设置,包括膝关节执行机构和小腿调节机构,所述膝关节执行机构上部与大腿调节机构下部相连接,膝关节执行机构下部与小腿调节机构上部相连接;
所述脚部组件用于调节脚空间位置;沿腰部组件中心轴左右对称设置,包括踝关节调节机构和脚部空间位置调节机构,所述踝关节调节机构上部与小腿调节机构下部相连接,踝关节调节机构内侧与脚部空间位置调节机构相连接;
所述稳定调节组件用于调节平衡度;沿腰部组件中心轴左右对称设置,包括前部稳定调节机构、后部稳定调节机构和稳定固定机构,所述稳定固定机构与小腿调节机构下部相连接,还设置有前固定部和后固定部,并通过前固定部与前部稳定调节机构相连接,通过后固定部与后部稳定调节机构相连接;
所述绑缚组件用于固定和矫正腰部、大腿部和小腿部;沿腰部组件中心轴左右对称设置,包括腰部绑缚机构、大腿绑缚机构和小腿绑缚机构,所述腰部绑缚组件设置有两个,并分别设置于第一腰部连接件、第二腰部连接件远离腰部电源控制盒的端部;所述大腿绑缚机构设置有两个,并设置于大腿调节机构中部内侧;所述小腿绑缚机构设置有两个,并设置于小腿调节机构中部内侧。
在本发明的一个实施方式中,所述腰部电源控制盒用于安装下肢康复装置的电源和控制件,包括腰部电源控制盒主体和腰部电源控制盒盖,所述腰部电源控制盒盖设置于腰部电源控制盒主体外侧;
所述腰部调节机构用于调节下肢康复装置的腰部宽度,包括第一腰部连接件、第二腰部连接件和调节连接件,第一腰部连接件和第二腰部连接件沿调节连接件对称设置,且,第一腰部连接件与第二腰部连接件均与调节连接件活动连接,调节连接件允许第一腰部连接件和第二腰部连接件同时相向或相背运动;
调节连接件与腰部电源控制盒盖相连接,腰部电源控制盒盖上设置有与调节连接件相匹配的凹槽;
所述下肢连接机构设置有两组,沿腰部电源控制盒左右对称设置,分别与第一腰部连接件和第二腰部连接件相连接,包括轴、第一轴支撑座和第二轴支撑座,所述轴固定于第一轴支撑座和第二轴支撑座上,且第一轴支撑座与第二轴支撑座固定于第一腰部连接件及第二腰部连接件下方。
在本发明的一个实施方式中,所述调节连接件上设置有第一滑动部和第二滑动部,所述第一滑动部和第二滑动部沿调节连接件中心对称;
所述第一腰部连接件包括第一固定部、第一弧形连接部和第三固定部,所述第一固定部通过第一滑动部与调节连接件活动连接,第一固定部通过第一弧形连接部与第三固定部相连接,第三固定部下方与第一轴支撑座与第二轴支撑座相连接;
所述第二腰部连接件包括第二固定部、第二弧形连接部和第四固定部,所述第二固定部通过第二滑动部与调节连接件活动连接,第二固定部通过第二弧形连接部与第四固定部相连接,第四固定部下方与第一轴支撑座与第二轴支撑座相连接;
所述第一滑动部和第二滑动部使所述第一腰部连接件和第二腰部连接件同时相向或相背运动,从而调节所述腰部调节机构的宽度。
在本发明的一个实施方式中,所述髋关节执行机构包括髋关节电机连接板、髋关节电机连接法兰、第一盘式无刷电机、第一谐波减速器和髋关节支撑板,
所述髋关节电机连接板上端部与轴相连接,下端部设置有第一孔洞,第一孔洞的内侧设置有第一凹槽,第一凹槽大于第一孔洞的直径,且与第一孔洞中轴线相同;髋关节电机连接板外侧依次有髋关节支撑板、第一谐波减速器和第一盘式无刷电机,第一凹槽与髋关节电机连接法兰的外圈相连接;
其中,所述髋关节支撑板与第一谐波减速器的外圈固定连接,所述第一谐波减速器与第一盘式无刷电机固定连接,所述髋关节电机连接法兰的内圈穿过第一孔洞与第一谐波减速器的内圈固定连接,允许所述髋关节电机连接板和所述髋关节支撑板相对转动,用于调节所述大腿组件与所述腰部组件相对转动;
所述大腿调节机构用于调节下肢康复装置的大腿长度,包括大腿固定件、第一大腿连接件、第二大腿连接件和第三大腿连接件,大腿固定件一个端部与髋关节支撑板底部相连接,另一个端部与第一大腿连接件顶部相连接,第一大腿连接件上沿其高度方向设置有第三滑动部,第二大腿连接件和第三大腿连接件的上端部分别设置于第一大腿连接件两侧,并穿过第三滑动部固定连接,从而与第一大腿连接件活动连接;允许所述第一大腿连接件和所述第三大腿连接件同时相向或相背运动,从而调节所述大腿组件的长度。
在本发明的一个实施方式中,所述第一盘式无刷电机和所述第一谐波减速器为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为所述第一盘式无刷电机和所述第一谐波减速器的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述膝关节执行机构包括膝关节电机连接板、膝关节电机连接法兰、第二盘式无刷电机、第二谐波减速器和膝关节支撑板,
所述膝关节电机连接板上端部与第三大腿连接件的下端部固定连接,下端部设置有第二孔洞,第二孔洞的两侧设置有第二凹槽,第二凹槽大于第二孔洞的直径,且与第二孔洞中轴线相同;膝关节电机连接板外侧依次有膝关节支撑板、第二谐波减速器和第二盘式无刷电机,第二凹槽与膝关节电机连接法兰的外圈相连接;
其中,所述膝关节支撑板与第二谐波减速器的外圈固定连接,所述第二谐波减速器与第二盘式无刷电机固定连接,所述膝关节电机连接法兰的内圈穿过第二孔洞与第二谐波减速器的内圈固定连接,允许膝关节电机连接板和膝关节支撑板相对转动,用于调节所述大腿组件与小腿组件相对转动;
所述小腿调节机构用于调节下肢康复装置的小腿长度,包括小腿固定件、第一小腿连接件、第二小腿连接件和第三小腿连接件,小腿固定件一个端部与膝关节支撑板底部相连接,另一个端部与第一小腿连接件顶部相连接,第一小腿连接件上沿其高度方向设置有第四滑动部,第二小腿连接件和第三小腿连接件的上端部分别设置于第一小腿连接件两侧,并穿过第四滑动部固定连接,从而与第一小腿连接件活动连接;允许所述第一小腿连接件和所述第三小腿连接件同时相向或相背运动,从而调节所述小腿组件的长度。
在本发明的一个实施方式中,所述第二盘式无刷电机和所述第二谐波减速器为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为所述第二盘式无刷电机和所述第二谐波减速器的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述踝关节调节机构用于调节下肢康复装置的脚高度,包括踝关节丝杆组件和踝关节连接件,踝关节丝杆组件分别与第三小腿连接件底端及踝关节连接件顶端相连接;
所述脚部空间位置调节机构用于调节下肢康复装置的脚的高度和倾斜度,包括脚板组件、驱动单元和底架组件,底架组件端部的侧面与踝关节底部相连接,上表面通过若干相同的并联的驱动单元与脚板组件相连接,使所述脚板组件和所述底架组件相对空间位置移动,从而调节脚板组件的高度、倾斜度。
在本发明的一个实施方式中,所述若干驱动单元的控制端与外部控制器信号连接,以实现所述六个驱动单元并联相连的同步控制,所述驱动单元可驱动所述脚板组件运动,并实现所述脚板组件的空间六自由度的运动。
在本发明的一个实施方式中,外部控制器为位置控制器,位置控制器为PID控制器,控制器为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为控制器的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述踝关节丝杆组件包括踝关节电机支座、踝关节电机、踝关节丝杆支座、踝关节左杆、踝关节丝杆、踝关节右杆和踝关节丝杆固定座,
所述踝关节电机设置于踝关节电机支座内部,顶端与踝关节丝杆底端相连接,踝关节电机支座内侧与踝关节连接件上端部相连接,顶端与平行于踝关节丝杆并设置于踝关节丝杆两侧的踝关节左杆和踝关节右杆相连接,踝关节丝杆、踝关节左杆和踝关节右杆穿过踝关节丝杆支座并与其活动连接(踝关节丝杆与踝关节丝杆支座螺纹活动连接,踝关节左杆和踝关节右杆与踝关节丝杆支座滑动连接),顶端与踝关节丝杆固定座固定连接;所述踝关节丝杆支座和所述踝关节连接件相对滑动,从而调节所述踝关节连接件的高度;
所述底架组件包括底架和脚部固定件,所述底架的侧边端部与脚部固定件固定连接,并通过脚部固定件与踝关节连接件下端部固定连接;使所述脚部组件和所述小腿组件相对空间位置移动,从而可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走的脚部空间位置变化;
其中,底架用于固定连接所述驱动单元并提供支撑,驱动单元用于为所述脚板组件提供支撑和驱动力;
所述脚板组件包括脚板、脚板绑缚板和脚踏板,所述脚板上表面通过脚板绑缚板与脚踏板相连接;
所述驱动单元并联设置有若干组,所述驱动单元包括第一驱动连接件、第二驱动连接件和线性驱动件,所述线性驱动件的一个端部通过第一驱动连接件与底架上表面相连接,另一个端部通过第二驱动连接件与脚板下表面相连接;
线性驱动件运动过程中,通过第一驱动连接件和第二驱动连接件带动脚板组件调到指定空间位置。
在本发明的一个实施方式中,若干第一驱动连接件距离底架中心的距离均相同,且第一驱动连接件两两靠近;若干第二驱动连接件距离脚板中心的距离均相同,且第二驱动连接件两两靠近;第一驱动连接件距离底架中心的距离大于第二驱动连接件距离脚板中心的距离。
在本发明的一个实施方式中,所述第一驱动连接件和所述第二驱动连接件均为转动副,且均具有两个转动端,可以为万向节或球铰,考虑到万向节相比于球铰可以提供更高的刚度和精度,保证安装于外部结构时工作高效可靠,运行稳定,所述第一驱动连接件与第二驱动连接件分别为万向节与球铰,所述线性驱动件通过万向节与球铰可实现变角度传递动力,其中所述第一驱动连接件和所述第二驱动连接件为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为所述第一驱动连接件和所述第二驱动连接件的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述线性驱动件包括驱动电机支座、驱动电机、驱动丝杆支座、驱动左杆、驱动右杆、驱动丝杆、驱动前杆、驱动后杆、驱动丝杆固定座和驱动运动杆固定座,
所述驱动电机设置于驱动电机支座内部,顶端与驱动丝杆底端相连接,驱动电机支座底端与第一驱动连接件相连接,顶端与平行于驱动丝杆并设置于驱动丝杆左右两侧的驱动左杆和驱动右杆相连接,驱动丝杆、驱动左杆和驱动右杆穿过驱动丝杆支座并与其活动连接(驱动丝杆与驱动丝杆支座螺纹活动连接,驱动左杆和驱动右杆与驱动丝杆支座滑动活动连接),顶端与驱动丝杆固定座固定连接,驱动丝杆支座与平行于驱动丝杆并设置于驱动丝杆前后两侧的驱动前杆和驱动后杆固定连接,驱动前杆和驱动后杆穿过驱动丝杆固定座并与其滑动活动连接,顶端与驱动运动杆固定座固定连接,驱动运动杆固定座顶端与第二驱动连接件相连接;所述驱动运动杆固定座和所述驱动电机支座相对滑动,从而调节所述线性驱动件的长度。
在本发明的一个实施方式中,所述踝关节电机为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为所述踝关节电机的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述驱动电机为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为所述驱动电机的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述稳定固定机构包括稳定固定主体和稳定固定盖,所述稳定固定盖设置于稳定固定主体外侧,所述稳定固定主体与第三小腿连接件上端部外侧相连接,使所述前部稳定调节机构和所述后部稳定调节机构与所述小腿组件相对动作关系变化,从而可以实现对穿戴下肢外骨骼机器人患者康复训练时保存良好的稳定平衡性的需要。
稳定固定主体还设置有前固定部和后固定部,所述前部稳定调节机构与所述后部稳定调节机构分别与所述前固定部与后固定部固定相连,使所述前部稳定调节机构和所述后部稳定调节机构与所述稳定固定机构相对动作关系变化,从而可以实现所述前部稳定调节机构和所述后部稳定调节机构空间位置变化;
所述前部稳定调节机构与后部稳定调节机构结构相同、安装方式相同,且前后对称;
所述前部稳定调节机构包括第一稳定调节电机、第一连杆、第二连杆、第二稳定调节电机和电机连接法兰,第一稳定调节电机与前固定部相连接,下端部依次设与内部中空的第一连杆上端部相连接,第一连杆下端部的一个侧面设置有第三孔洞,另一个相对的侧面设置有第四孔洞,第三孔洞和第四孔洞之间包覆有固定连接的第二连杆和第二稳定调节电机(第二稳定调节电机的T型输出轴与第二连杆一端固定连接),第三孔洞远离第四孔洞的一侧设置有第一电机连接法兰,第四孔洞远离第三孔洞的一侧设置有第二法兰,第一电机连接法兰的外圈与第三孔洞的内圈相嵌合,并与第二连杆的内圈固定连接,第二电机连接法兰的外圈与第四孔洞的内圈相嵌合,并与第二稳定调节电机固定连接。
在本发明的一个实施方式中,所述第一稳定调节电机和所述第二稳定调节电机均为T型电机并为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为第一稳定调节电机和所述第二稳定调节电机的内部结构进行详细说明。
在本发明的一个实施方式中,所述腰部绑缚组件为腰部绑缚件,所述腰部绑缚件呈弧形,且凸起侧设置于外侧,端部分别与第三固定部或第四固定部相连接;
所述大腿绑缚机构包括大腿绑缚固定块和大腿绑缚件,所述大腿绑缚件呈弧形,大腿绑缚固定块设置于大腿绑缚件凸起侧,所述大腿绑缚件固定块与第二大腿连接件内侧相连接;
所述小腿绑缚机构包括小腿绑缚固定块和小腿绑缚件,所述小腿绑缚件呈弧形,小腿绑缚固定块设置于小腿绑缚件凸起侧,所述小腿绑缚件固定块与第二小腿连接件内侧相连接。
本发明的多模式步态训练下肢康复装置通过控制和/或协调脚部组件的脚部空间位置调节机构,利用六个驱动单元的控制端与控制器信号连接,以实现所述六个驱动单元并联相连的同步控制,驱动单元可驱动脚板运动,并实现脚板的空间六自由度的运动,可以实现患有足下垂、足内翻和足外翻患者的调节,保证下肢康复训练的肢体功能位的摆放和矫正的需要。
本发明的多模式步态训练下肢康复装置通过控制和/或协调前部稳定调节机构和后部稳定调节机构(二连杆结构),实现稳定极限面积的增加,从而实现对穿戴下肢外骨骼机器人患者康复训练时保存良好的稳定平衡性的需要。
本发明的多模式步态训练下肢康复装置通过控制和/或协调大腿组件、小腿组件、脚部组件的踝关节调节结构和脚部空间位置调节机构之间的动作关系,可以实现正常人平地行走的步行轨迹、也可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走的步行轨迹。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的多模式步态训练下肢康复装置引入脚部组件的脚部空间位置调节机构,可以实现脚板组件空间六自由度(上、下、左、右、前、后)的角度调节,平衡下肢康复训练中足部的受力情况,以实现患有足内翻、足外翻和足下垂患者的调节,保证下肢康复训练的肢体功能位的摆放和矫正的需要。
(2)本发明的多模式步态训练下肢康复装置引入稳定调节组件,可以通过前部稳定调节机构和后部稳定调节机构的调节,实现稳定极限面积的增加,从而实现对穿戴下肢外骨骼机器人患者康复训练时保存良好的稳定平衡性的需要,保证了患者的训练安全,从而解放了患者双手。
(3)本发明的多模式步态训练下肢康复装置引入脚部组件的踝关节调节结构和脚部空间位置调节机构,通过协调大腿组件、小腿组件、脚部组件的踝关节调节结构和脚部空间位置调节机构之间的动作关系,可以实现正常人平地行走的步行轨迹、也可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走等不同的步态模式,使患者可以在不同的步态环境下进行有针对性的更安全、更稳定步态训练,获得丰富的步态康复训练内容,从而获得更加全面的步行技能,帮助患者回归家庭、回归社会。
附图说明
图1为实施例1的多模式步态训练下肢康复装置的立体结构示意图;
图2为实施例1的多模式步态训练下肢康复装置中腰部组件的立体结构示意图;
图3为腰部组件中腰部电源控制盒的立体结构示意图;
图4为腰部组件中腰部调节机构和下肢连接机构的立体结构示意图;
图5为实施例1的多模式步态训练下肢康复装置中大腿组件的立体结构示意图;
图6为实施例1的多模式步态训练下肢康复装置中小腿组件的立体结构示意图;
图7为实施例1的提多模式步态训练下肢康复装置中脚部组件的立体结构示意图;
图8为脚部组件中踝关节调节机构的立体结构示意图;
图9为脚部组件中脚部空间位置调节机构的立体结构示意图;
图10为脚部空间位置调节机构中驱动单元的立体结构示意图;
图11为实施例1的多模式步态训练下肢康复装置中稳定调节组件的立体结构示意图;
图12为绑缚组件中腰部绑缚机构的立体结构示意图;
图13为绑缚组件中大腿绑缚机构的立体结构示意图;
图14为绑缚组件中小腿绑缚机构的立体结构示意图;
图中标号所示:
1、腰部组件;101腰部电源控制盒;101_1腰部电源控制盒盖;101_2腰部电源控制盒主体;102腰部调节机构;102_1第一腰部连接件;102_1_1第一固定部;102_1_2第一弧形连接部;102_1_3第三固定部;102_2第二腰部连接件;102_2_1第二固定部;102_2_2第二弧形连接部;102_2_3第四固定部;102_3调节连接件;102_3_1第一滑动部;102_3_2第二滑动部;103下肢连接机构;103_1第一轴支撑座;103_2轴;103_3第二轴支撑座;
2、大腿组件;201髋关节执行机构;201_1髋关节电机连接板;201_1_1第一凹槽;201_2髋关节电机连接法兰;201_3第一盘式无刷电机;201_4第一谐波减速器;201_5髋关节支撑板;202大腿调节机构;202_1大腿固定件;202_2第一大腿连接件;202_2_1第三滑动部;202_3第二大腿连接件;202_4第三大腿连接件;
3、小腿组件;301膝关节执行机构;301_1膝关节电机连接板;301_1_1第二凹槽;301_2膝关节电机连接法兰;301_3第二盘式无刷电机;301_4第二谐波减速器;301_5膝关节支撑板;302小腿调节机构;302_1小腿固定件;302_2第一小腿连接件;302_2_1第四滑动部;302_3第二小腿连接件;302_4第三小腿连接件;
4、脚部组件;401踝关节调节机构;401_1踝关节丝杆组件;401_1_1踝关节电机支座;401_1_2踝关节电机;401_1_3踝关节丝杆支座;401_1_4踝关节左杆;401_1_5踝关节丝杆;401_1_6踝关节右杆;401_1_7踝关节丝杆固定座;401_2踝关节连接件;402脚部空间位置调节机构;402_1底架组件;402_1_1脚部固定件;402_1_2底架;402_2驱动单元;402_2_1第一驱动连接件;402_2_2第二驱动连接件;402_2_3线性驱动件;402_2_3_1驱动电机支座;402_2_3_2驱动电机;402_2_3_3驱动丝杆支座;402_2_3_4驱动左杆;402_2_3_5驱动右杆;402_2_3_6驱动丝杆;402_2_3_7驱动前杆;402_2_3_8驱动后杆;402_2_3_9驱动丝杆固定座;402_2_3_10驱动运动杆固定座;402_3脚板组件;402_3_1脚板;402_3_2脚板绑缚板;402_3_3脚踏板;
5、稳定调节组件;501前部稳定调节机构;501_1第一稳定调节电机;501_2第一连杆;501_3第二连杆;501_4第二稳定调节电机;501_5第二电机连接法兰;502后部稳定调节机构;503稳定固定机构;503_1稳定固定主体;503_1_1前固定部;503_1_2后固定部;503_2稳定固定盖;
6、绑缚组件;601腰部绑缚机构;602大腿绑缚机构;602_1大腿绑缚件;602_2大腿绑缚固定块;603小腿绑缚机构;603_1小腿绑缚件;603_2小腿绑缚固定块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显,下面将结合附图对本发明分技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术远离,并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
本发明中,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接,还可以是物理连接或无线通信连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供多模式步态训练下肢康复装置。
多模式步态训练下肢康复装置,如图1所示,包括腰部组件1、大腿组件2、小腿组件3、脚部组件4、稳定调节组件5和绑缚组件6,腰部组件1与大腿组件2转动连接,大腿组件2与小腿组件3固定连接,小腿组件3与脚部组件4固定连接,稳定调节组件5与小腿组件3固定连接,绑缚组件6分别与腰部组件1、大腿组件2、小腿组件3、脚部组件4固定相连,
如图2-4所示,腰部组件1用于调节腰部宽度;包括腰部电源控制盒101、腰部调节机构102和下肢连接机构103,沿腰部电源控制盒101中心两侧,各设置有与其活动连接的腰部调节机构102,腰部调节机构102远离腰部电源控制盒101的端部与下肢连接机构103相连接;
如图5所示,大腿组件2用于连接腰部组件1和小腿组件3,并调节大腿长度;沿腰部组件1中心轴左右对称设置,包括髋关节执行机构201和大腿调节机构202,髋关节执行机构201与下肢连接机构103相连接,髋关节执行机构201远离下肢连接机构103的端部与大腿调节机构202上部活动连接;
如图6所示,小腿组件3用于连接大腿组件2和脚部组件4,并调节小腿长;沿腰部组件1中心轴左右对称设置,包括膝关节执行机构301和小腿调节机构302,膝关节执行机构301上部与大腿调节机构202下部相连接,膝关节执行机构301下部与小腿调节机构302上部相连接;
如图7-10所示,脚部组件4用于调节脚空间位置;沿腰部组件1中心轴左右对称设置,包括踝关节调节机构401和脚部空间位置调节机构402,踝关节调节机构401上部与小腿调节机构302下部相连接,踝关节调节机构401内侧与脚部空间位置调节机构402螺栓连接;
如图11所示,稳定调节组件5用于调节平衡度;沿腰部组件1中心轴左右对称设置,包括前部稳定调节机构501、后部稳定调节机构502和稳定固定机构503,稳定固定机构503与小腿调节机构302下部相连接,还设置有前固定部503_1_1和后固定部503_1_2,并通过前固定部503_1_1与前部稳定调节机构501相连接,通过后固定部503_1_2与后部稳定调节机构502相连接;
如图12-14所示,绑缚组件6用于固定和矫正腰部、大腿部和小腿部;包括腰部绑缚机构601、大腿绑缚机构602和小腿绑缚机构603,腰部绑缚组件6设置有两个,并分别设置于第一腰部连接件102_1、第二腰部连接件102_2远离腰部电源控制盒101的端部;大腿绑缚机构602设置有两个,并设置于大腿调节机构202中部内侧;小腿绑缚机构603设置有两个,并设置于小腿调节机构302中部内侧。
进一步的,如图2-4所示,腰部电源控制盒101用于安装下肢康复装置的电源和控制件,包括腰部电源控制盒盖101_1和腰部电源控制盒主体101_2,腰部电源控制盒盖101_1设置于腰部电源控制盒主体101_2外侧,并通过螺栓连接;
腰部调节机构102用于调节下肢康复装置的腰部宽度,包括第一腰部连接件102_1、第二腰部连接件102_2和调节连接件102_3,第一腰部连接件102_1和第二腰部连接件102_2沿调节连接件102_3对称设置,且,第一腰部连接件102_1与第二腰部连接件102_2均与调节连接件102_3活动连接,调节连接件102_3允许第一腰部连接件102_1和第二腰部连接件102_2同时相向或相背运动;调节连接件102_3与腰部电源控制盒主体101_2通过螺栓相连接,腰部电源控制盒主体101_2上设置有与调节连接件102_3相匹配的凹槽;
下肢连接机构103设置有两组,沿腰部电源控制盒101左右对称设置,分别与第一腰部连接件102_1和第二腰部连接件102_2相连接,包括轴103_2、第一轴支撑座103_1和第二轴支撑座103_3,轴103_2通过过盈配合与第一轴支撑座103_1和第二轴支撑座103_3转动连接,且第一轴支撑座103_1与第二轴支撑座103_3通过螺栓与第一腰部连接件102_1和第二腰部连接件102_2相连接。
更进一步的,调节连接件102_3上设置有第一滑动部102_3_1和第二滑动部102_3_2,第一滑动部102_3_1和第二滑动部102_3_2沿102_3中心对称;
第一腰部连接件102_1包括第一固定部102_1_1、第一弧形连接部102_1_2和第三固定部102_1_3,第一固定部102_1_1通过第一滑动部102_3_1(第一固定部102_1_1与第一滑动部102_3_1螺栓连接)与调节连接件102_3活动连接,第一固定部102_1_1通过第一弧形连接件102_1_2(弧形弯折设置于远离腰部电源控制盒101的一侧)与第三固定部102_1_3相连接,第三固定部102_1_3下方与第一轴支撑座103_1与第二轴支撑座103_3相连接;
第二腰部连接件102_2包括第二固定部102_2_1、第二弧形连接部102_2_2和第四固定部102_2_3,第二固定部102_2_1通过第二滑动部102_3_2(第二固定部102_2_1与第二滑动部102_3_2螺栓连接)与调节连接件102_3活动连接,第二固定部102_2_1通过第二弧形连接部102_2_2(弧形弯折设置于远离腰部电源控制盒101的一侧)与第四固定部102_2_3相连接,第四固定部102_2_3下方与第一轴支撑座103_1与第二轴支撑座103_3相连接;
第一滑动部102_3_1和第二滑动部102_3_2使第一腰部连接件102_1和第二腰部连接件102_2同时相向或相背运动,从而调节腰部调节机构102的宽度。
进一步的,如图5所示,髋关节执行机构201包括髋关节电机连接板201_1、髋关节电机连接法兰201_2、第一盘式无刷电机201_3、第一谐波减速器201_4和髋关节支撑板201_5,髋关节电机连接板201_1上端部与轴103_2通过紧定螺钉连接,下端部设置有第一孔洞,第一孔洞的内侧设置有第一凹槽201_1_1,第一凹槽201_1_1大于第一孔洞的直径,且与第一孔洞中轴线相同;第一凹槽外侧依次有髋关节支撑板201_5、第一谐波减速器201_4和第一盘式无刷电机201_3相连接,第一凹槽201_1_1圆弧端设置有圆周阵列分布的内螺纹孔,与髋关节电机连接法兰201_2的外圈圆周阵列的螺纹孔相配合,通过螺栓固定连接;其中,髋关节支撑板201_5与第一谐波减速器201_4的外圈固定连接,第一谐波减速器201_4与第一盘式无刷电机201_3固定连接(利用外围圆周阵列的螺纹孔通过螺栓固定连接,现有技术中,商家将第一谐波减速器201_4与第一盘式无刷电机201_3集成后售卖),第一谐波减速机201_4中心部分还有圆周阵列的螺纹孔,这些螺纹孔与髋关节电机连接法兰201_2中心部分的圆周阵列的螺纹孔相配合,然后通过螺栓将髋关节电机连接板201_1、髋关节电机连接法兰201_2、第一盘式无刷电机201_3、第一谐波减速机201_4、髋关节支撑板201_5连接成一个整体;髋关节电机连接法兰201_2的内圈穿过第一孔洞与第一谐波减速器201_4的内圈固定连接(利用螺纹孔通过螺栓固定连接);在第一盘式无刷电机201_3转动的过程中,会通过第一谐波减速器201_4、髋关节支撑板201_5带动髋关节电机连接板201_1、髋关节电机连接法兰201_2往复转动,使髋关节电机连接板201_1和髋关节支撑板201_5相对转动,从而调节大腿组件2与腰部组件1相对转动;
大腿调节机构202用于调节下肢康复装置的大腿长度,包括大腿固定件202_1、第一大腿连接件202_2、第二大腿连接件202_3和第三大腿连接件202_4,大腿固定件202_1一个端部与髋关节支撑板201_5底部螺栓连接,另一个端部与第一大腿连接件202_2顶部螺栓连接,第一大腿连接件202_2上沿其高度方向设置有第三滑动部202_2_1,第二大腿连接件202_3和第三大腿连接件202_4的上端部分别设置于第一大腿连接件202_2两侧,并穿过第三滑动部202_2_1通过螺纹固定连接,从而与第一大腿连接件202_2活动连接;允许第一大腿连接件202_2和第三大腿连接件202_4同时相向或相背运动,从而调节大腿组件2的长度。
进一步的,如图6所示,膝关节执行机构301包括膝关节电机连接板301_1、膝关节电机连接法兰301_2、第二盘式无刷电机301_3、第二谐波减速器301_4和膝关节支撑板301_5,膝关节电机连接板301_1上端部与第三大腿连接件202_4的下端部固定连接,下端部设置有第二孔洞,第二孔洞的内侧设置有第二凹槽301_1_1,第二凹槽301_1_1大于第二孔洞的直径,且与第二孔洞中轴线相同;第二凹槽外侧依次有膝关节支撑板301_5、第二谐波减速器301_4和第二盘式无刷电机301_3相连接,第二凹槽301_1_1与膝关节电机连接法兰301_2的外圈相连接;其中,膝关节支撑板301_5与第二谐波减速器301_4的外圈固定连接,第二谐波减速器301_4与第二盘式无刷电机301_3固定连接(利用外围圆周阵列的螺纹孔通过螺栓固定连接,现有技术中,商家将第二谐波减速器301_4与第二盘式无刷电机301_3集成后售卖),第二谐波减速机301_4中心部分还有圆周阵列的螺纹孔,这些螺纹孔与膝关节电机连接法兰301_2中心部分的圆周阵列的螺纹孔相配合,然后通过螺栓将膝关节电机连接板301_1、膝关节电机连接法兰301_2、第二盘式无刷电机301_3、第二谐波减速机301_4、膝关节支撑板301_5连接成一个整体;膝关节电机连接法兰301_2的内圈穿过第二孔洞与第二谐波减速器301_4的内圈固定连接(利用螺纹孔通过螺栓固定连接);在第二盘式无刷电机301_3转动的过程中,会通过第二谐波减速器301_4、膝关节支撑板301_5带动膝关节电机连接板301_1、膝关节电机连接法兰301_2往复转动,使膝关节电机连接板301_1和膝关节支撑板301_5相对转动,从而调节大腿组件2与小腿组件3相对转动;
小腿调节机构302用于调节下肢康复装置的小腿长度,包括小腿固定件302_1、第一小腿连接件302_2、第二小腿连接件302_3和第三小腿连接件302_4,小腿固定件302_1一个端部与膝关节支撑板301_5底部螺栓连接,另一个端部与第一小腿连接件302_2顶部螺栓连接,第一小腿连接件302_2上沿其高度方向设置有第四滑动部302_2_1,第二小腿连接件302_3和第三小腿连接件302_4的上端部分别设置于第一小腿连接件302_2两侧,并穿过第四滑动部302_2_1螺栓连接,从而与第一小腿连接件302_2活动连接;允许第一小腿连接件302_2和第三小腿连接件302_4同时相向或相背运动,从而调节小腿组件3的长度。
进一步的,如图7-10所示,踝关节调节机构401用于调节下肢康复装置的脚高度,包括踝关节丝杆组件401_1和踝关节连接件401_2,踝关节丝杆组件401_1分别与第三小腿连接件302_4底端及踝关节连接件401_2顶端螺栓连接;
脚部空间位置调节机构402用于调节下肢康复装置的脚的高度和倾斜度,包括脚板组件402_3、驱动单元402_2和底架组件402_1,底架组件402_1端部的侧面与踝关节底部相连接,上表面通过六个相同的并联的驱动单元402_2与脚板组件402_3相连接,使脚板组件402_3和底架组件402_1相对空间位置移动,从而调节脚板组件402_3的高度、倾斜度;六个驱动单元402_2的控制端与外部控制器信号连接,以实现六个驱动单元402_2并联相连的同步控制,驱动单元402_2可驱动脚板组件402_3运动,并实现脚板组件402_3的空间六自由度的运动;
更进一步的,踝关节丝杆组件401_1包括踝关节电机支座401_1_1、踝关节电机401_1_2、踝关节丝杆支座401_1_3、踝关节左杆401_1_4、踝关节丝杆401_1_5、踝关节右杆401_1_6和踝关节丝杆固定座401_1_7,踝关节电机401_1_2设置于踝关节电机支座401_1_1内部,并与其螺栓连接,顶端与踝关节丝杆401_1_5底端相连接,踝关节电机支座401_1_1内侧与踝关节连接件401_2上端部通过螺栓连接,顶端与平行于踝关节丝杆401_1_5并设置于踝关节丝杆401_1_5两侧的踝关节左杆401_1_4和踝关节右杆401_1_6螺纹连接,踝关节丝杆401_1_5、踝关节左杆401_1_4和踝关节右杆401_1_6穿过踝关节丝杆支座401_1_3并与其活动连接(踝关节丝杆401_1_5与踝关节丝杆支座401_1_3螺纹活动连接,踝关节左杆401_1_4和踝关节右杆401_1_6与踝关节丝杆支座401_1_3滑动连接),顶端与踝关节丝杆固定座401_1_7固定连接;
在踝关节电机401_1_2转动的过程中,会通过踝关节丝杆401_1_5、踝关节左杆401_1_4、踝关节右杆401_1_6带动踝关节丝杆支座401_1_3往复转动,使踝关节丝杆支座401_1_3和踝关节电机支座401_1_1相对竖直移动,从而使踝关节丝杆支座401_1_3和踝关节连接件401_2相对竖直移动,从而调节踝关节连接件401_2的高度。
底架组件402_1包括底架402_1_2和脚部固定件402_1_1,底架402_1_2的侧边端部与脚部固定件402_1_1螺栓连接,并通过脚部固定件402_1_1与踝关节连接件401_2下端部固定连接;使脚部组件4和小腿组件3相对空间位置移动,从而可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走的脚部空间位置变化;其中,底架402_1_2用于固定连接驱动单元402_2并提供支撑,驱动单元402_2用于为脚板组件402_3提供支撑和驱动力;
脚板组件402_3包括脚板402_3_1、脚板绑缚板402_3_2和脚踏板402_3_3,脚板402_3_1上表面通过脚板绑缚板402_3_2与脚踏板402_3_3相连接(螺栓连接);
驱动单元402_2并联设置有若干组,驱动单元402_2包括第一驱动连接件402_2_1、第二驱动连接件402_2_2和线性驱动件402_2_3,线性驱动件402_2_3的一个端部通过第一驱动连接件402_2_1与底架402_1_2上表面相连接,另一个端部通过第二驱动连接件402_2_2与脚板402_3_1下表面相连接;线性驱动件402_2_3运动过程中,通过第一驱动连接件402_2_1和第二驱动连接件402_2_2带动脚板组件402_3调到指定空间位置;其中,六个第一驱动连接件402_2_1距离底架402_1_2中心的距离均相同,且第一驱动连接件402_2_1两两靠近;六个第二驱动连接件402_2_2距离脚板402_3_1中心的距离均相同,且第二驱动连接件402_2_2两两靠近;第一驱动连接件402_2_1距离底架402_1_2中心的距离大于第二驱动连接件402_2_2距离脚板402_3_1中心的距离。
更进一步的,线性驱动件402_2_3包括驱动电机支座402_2_3_1、驱动电机402_2_3_2、驱动丝杆支座402_2_3_3、驱动左杆402_2_3_4、驱动右杆402_2_3_5、驱动丝杆402_2_3_6、驱动前杆402_2_3_7、驱动后杆402_2_3_8、驱动丝杆固定座402_2_3_9和驱动运动杆固定座402_2_3_10,驱动电机402_2_3_2设置于驱动电机支座402_2_3_1内部,并与其螺栓连接,顶端与驱动丝杆402_2_3_6底端相连接,驱动电机支座402_2_3_1底端与第一驱动连接件402_2_1相连接,顶端与平行于驱动丝杆402_2_3_6并设置于驱动丝杆402_2_3_6左右两侧的驱动左杆402_2_3_4和驱动右杆402_2_3_5相连接,驱动丝杆402_2_3_6、驱动左杆402_2_3_4和驱动右杆402_2_3_5穿过驱动丝杆支座402_2_3_3并与其活动连接(驱动丝杆402_2_3_6与驱动丝杆支座402_2_3_3螺纹活动连接,驱动左杆402_2_3_4和驱动右杆402_2_3_5与驱动丝杆支座402_2_3_3滑动活动连接),顶端与驱动丝杆固定座402_2_3_9固定连接,驱动丝杆支座402_2_3_3与平行于驱动丝杆402_2_3_6并设置于驱动丝杆402_2_3_6前后两侧的驱动前杆402_2_3_7和驱动后杆402_2_3_8固定连接,驱动前杆402_2_3_7和驱动后杆402_2_3_8穿过驱动丝杆固定座402_2_3_9并与其滑动活动连接,顶端与驱动运动杆固定座402_2_3_10固定连接,驱动运动杆固定座402_2_3_10顶端与第二驱动连接件402_2_2相连接;
在驱动电机402_2_3_2转动的过程中,会通过驱动丝杆402_2_3_6、驱动左杆402_2_3_4、驱动右杆402_2_3_5带动驱动丝杆支座402_2_3_3、驱动前杆402_2_3_7、驱动后杆402_2_3_8、驱动运动杆固定座402_2_3_10相对竖直移动,从而使驱动运动杆固定座402_2_3_10和驱动电机支座402_2_3_3相对竖直移动,使在线性驱动件402_2_3运动过程中,会通过第一驱动连接件402_2_1和第二驱动连接件402_2_3带动脚板组件402_3调到指定空间位置,从而调节脚板组件402_3的高度、倾斜度,从而调节使脚部组件4和小腿组件3相对空间位置移动,可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走的脚部空间位置变化。
进一步的,如图11所示,前部稳定调节机构501与后部稳定调节机构502结构相同、安装方式相同,且前后对称;前部稳定调节机构501包括第一稳定调节电机501_1、第一连杆501_2、第二连杆501_3、第二稳定调节电机501_4和电机连接法兰,第一稳定调节电机501_1与前固定部503_1_1相连接,下端部依次设与内部中空的第一连杆501_2上端部相连接,第一连杆501_2下端部的一个侧面设置有第三孔洞,另一个相对的侧面设置有第四孔洞,第三孔洞和第四孔洞之间包覆有固定连接的第二连杆501_3和第二稳定调节电机501_4(第二稳定调节电机501_4的T型输出轴与第二连杆501_3一端螺栓连接),第三孔洞远离第四孔洞的一侧设置有第一电机连接法兰,第四孔洞远离第三孔洞的一侧设置有第二法兰,第一电机连接法兰的外圈与第三孔洞的内圈相嵌合,并与第二连杆501_3的内圈螺纹连接,第二电机连接法兰501_5的外圈与第四孔洞的内圈相嵌合,并与第二稳定调节电机501_4固定连接;在第一稳定调节电机501_1转动的过程中,带动第一连杆501_2往复转动,同时,在第二稳定调节电机501_4和第二连杆501_3转动的过程中,会通过第二电机连接法兰501_5带动第一连杆501_2往复转动,使第一连杆501_2和第二连杆501_3相对往复转动,从而调节前部稳定调节装置501的动作关系变化。
稳定固定机构503包括稳定固定主体503_1和稳定固定盖503_2,稳定固定盖503_2设置于稳定固定主体503_1外侧,稳定固定主体503_1与第三小腿连接件302_4上端部外侧相连接,使前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502与小腿组件3相对动作关系变化,从而可以实现对穿戴下肢外骨骼机器人患者康复训练时保存良好的稳定平衡性的需要;稳定固定主体503_1还设置有前固定部503_1_1和后固定部503_1_2,前部稳定调节机构501与后部稳定调节机构502分别与前固定部503_1_1与后固定部503_1_2螺栓固定相连,使前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502与稳定固定机构503相对动作关系变化,从而可以实现前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502空间位置变化。
进一步的,如图12-14所示,腰部绑缚组件6为腰部绑缚件,腰部绑缚件呈弧形,且凸起侧设置于外侧,端部分别与第三固定部102_1_3或第四固定部102_3_3螺栓连接;
大腿绑缚机构602包括大腿绑缚固定块602_2和大腿绑缚件602_1,大腿绑缚件602_1呈弧形,大腿绑缚固定块602_2设置于大腿绑缚件602_1凸起侧,大腿绑缚件602_1固定块与第二大腿连接件202_3内侧螺栓连接;
小腿绑缚机构603包括小腿绑缚固定块603_2和小腿绑缚架603_1,小腿绑缚架603_1呈弧形,小腿绑缚固定块603_2设置于小腿绑缚架603_1凸起侧,小腿绑缚架603_1固定块与第二小腿连接件302_3内侧螺栓连接。
其中,第一驱动连接件402_2_1和第二驱动连接件402_2_2均为转动副,且均具有两个转动端,可以为万向节或球铰,考虑到万向节相比于球铰可以提供更高的刚度和精度,保证安装于外部结构时工作高效可靠,运行稳定,第一驱动连接件402_2_1与第二驱动连接件402_2_2分别为万向节与球铰,线性驱动件402_2_3通过万向节与球铰可实现变角度传递动力;外部控制器为位置控制器(PID控制器);第一稳定调节电机501_1和第二稳定调节电机501_4均为T型电机。
上述第一驱动连接件402_2_1、第二驱动连接件402_2_2、第一盘式无刷电机201_3、第一谐波减速器201_4、第二盘式无刷电机301_3、第二谐波减速器301_4、外部控制器、踝关节电机401_1_2、驱动电机402_2_3_2、第一稳定调节电机501_1和第二稳定调节电机501_4均为本领域技术人员所熟知的结构,故在此不再为其内部结构进行详细说明。
本实施例的多模式步态训练下肢康复装置的工作原理如下:
(S1)分析患者的异常步态是足内翻、足外翻或足下垂。通过脚部空间位置调节机构402中的六个驱动单元402_2同时运动即在线性驱动件402_2_3同时运动过程中,会通过第一驱动连接件402_2_1、第二驱动连接件402_2_2带动脚板组件402_3调到指定空间位置,从而调整脚板组件402_3中的脚踏板402_3_3到指定空间位置,平衡下肢康复训练足部的受力情况;将患者的脚放在脚部空间位置调节机构402中的脚踏板402_3_3上,用绑带将其固定;在整个下肢康复训练中,由于平衡下肢康复训练中足部的受力情况,从而调整在下肢康复训练时的异常步态,训练一段时间养成正确的步态习惯,达到对患者足内翻、足外翻和足下垂的矫正作用。
例如,当用户步态矫正训练为足内翻时,足外侧先着地且受力较大,足内侧后着地且受力较小,长时间会导致足外侧磨损严重,导致用户足内翻更加严重,以左脚为例,此时可以将脚部空间位置调节机构402中的脚板组件402_3空间位置调整为脚踏板402_3_3平面相对于水平面左(外)倾斜的角度,从而降低脚踏板402_3_3左(外)侧高度,增加脚踏板402_3_3右(内)侧高度,平衡用户足部内外两侧的受力,起到足内翻矫正的作用;对于足外翻和足下垂通过相应足部受力情况,脚踏板402_3_3做出相应调整,平衡用户足部的受力,起到足外翻和足下垂矫正作用。
(S2)通过控制系统选择需要的步态模式如平地走、上下坡、上下楼梯等,然后在大腿组件2、小腿组件3和脚部组件4的驱动机构作用下,进一步,在大腿组件2中,髋关节执行机构201带动大腿调节机构202、小腿组件3和脚部组件4往复转动,进一步,在小腿组件3中,膝关节执行机构301带动小腿调节机构302、脚部组件4往复转动,更进一步,在脚部组件4中,踝关节调节机构401带动脚部空间位置调节机构402竖直直线往复运动,同时协调,在脚部空间位置调节机构402中,六个驱动单元402_2同时运动即在线性驱动件402_2_3同时运动过程中,会通过第一驱动连接件402_2_1、第二驱动连接件402_2_2带动脚板组件402_3调到指定空间位置,从而调整脚部组件4中的脚踏板402_3_3到指定空间位置变化即高度、倾斜度。(由于在脚部空间位置调节机构402的调节下,使脚板组件402_3升高(降低)、升高倾斜(降低倾斜),但同时脚部空间位置调节机构402在踝关节调节机构401的调节下整体升高(降低),可以满足脚离地面的距离的升高(降低)同时脚到踝关节、膝关节、髋关节的固定距离保持不变,从而可以实现在平地上模拟上下斜坡行走和上下楼梯行走)通过大腿组件2、小腿组件3和脚部组件4动作关系变化,带动下肢康复装置完成多步态模式运动。
例如,当用户进行下肢康复训练时,首先,通过控制系统选择初始姿态模式(穿戴模式),将身体肢体摆放正确分别对腰部、大腿部、小腿部和脚部进行绑带固定,穿戴完毕后,通过控制系统选择站立姿态模式(起始模式),站立姿态完成后,通过控制系统选择需要的步态模式如平地走、上下坡、上下楼梯等,以上楼梯为例:
首先,左腿处于支撑阶段,右腿进行摆动阶段,此时右腿的动作变化为前期摆动阶段,在大腿组件2控制下,大腿转动抬起(与腰部形成一定角度),同时协调小腿组件3,在小腿组件3控制下,小腿转动(与大腿形成一定角度),同时协调脚部组件4,在脚部组件4控制下,提高脚到地面的一定高度同时保持脚到踝关节的距离不变,然后后期摆动阶段,在大腿组件2、小腿组件3的控制下,大腿、小腿转动,接触地面完成摆动阶段(相当于真实上楼梯,右脚踏到第一节楼梯,第一节楼梯高度即脚部组件4模拟的楼梯高度);然后右腿由摆动阶段变为支撑阶段,左腿由支撑阶段变为摆动阶段,此时左腿的动作变化前期摆动阶段和后期摆动阶段与上一阶段右腿的摆动阶段动作变化相同,但左腿的摆动阶段进行时,要与控制右腿的动作变化,达到身体整体动作协调,右腿接触地面完成摆动阶段(相当于真实上楼梯,右脚踏到第一节楼梯,紧接着左脚也踏到第一节楼梯,此时左右脚的脚部组件4模拟的楼梯高度相同即第一节楼梯高度),这样完成了上一节楼梯的一个整体动作组合即完整的上一节楼梯动作,根据脚部组件4的设计可调整高度范围,进一步完成第二节楼梯动作,形成一个可持续动作;最后当达到脚部组件4的设计可调整范围的最大高度,完成了上楼梯可持续动作,通过脚部组件4控制下,降低双脚的高度为初始高度,进而上楼梯康复模式结束。
对于平地走、上下坡、上下楼梯步态模式,大腿组件2、小腿组件3和脚部组件4做出相应调整,调节人体的步态轨迹,起到平地走、上下坡、上下楼梯步态的康复训练作用。
(S3)对于稳定调节机构的动作原理,需要说明的是第二连杆501_3的一端底部设有压力传感器和底架402_1_2底部也设有压力传感器,在稳定调节机构中前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502的驱动机构作用下,通过前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502的动作关系协调控制变化,实现稳定极限面积的增加,从而实现下肢康复装置康复训练时保持稳定平衡,释放患者双手。(前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502中第一稳定调节电机501_1带动第一连杆501_2、第二稳定调节电机501_4和第二连杆501_3往复转动,进一步,第一连杆501_2带动第二稳定调节电机501_4和第二连杆501_3往复转动,第二稳定调节电机501_4与第二连杆501_3固定连接)
例如,当用户进行下肢康复训练时,首先,初始时在平地上脚部组件4与稳定调节机构中的前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502构成三角稳定状态,当脚部抬起时,感应到底部压力传感器压力消失的信号,然后,在前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502的驱动机构控制下,使前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502末端返回初始位置(距离底架402_1_2一定距离即距离地面一定距离),再然后,脚部降落到地面时,感应到底部压力传感器压力的信号,控制前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502的驱动机构,使前部稳定调节机构501和后部稳定调节机构502末端下降,知道感受到末端压力传感器压力信号,停止驱动机构,再次形成三角稳定状态。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的解释,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,包括腰部组件(1)、大腿组件(2)、小腿组件(3)、脚部组件(4)、稳定调节组件(5)和绑缚组件(6),
所述腰部组件(1)用于调节腰部宽度;包括腰部电源控制盒(101)、腰部调节机构(102)和下肢连接机构(103),沿所述腰部电源控制盒(101)中心两侧,各设置有与其活动连接的腰部调节机构(102),腰部调节机构(102)远离腰部电源控制盒(101)的端部与下肢连接机构(103)相连接;
所述大腿组件(2)用于调节大腿长度;包括髋关节执行机构(201)和大腿调节机构(202),所述髋关节执行机构(201)与下肢连接机构(103)相连接,髋关节执行机构(201)远离下肢连接机构(103)的端部与大腿调节机构(202)上部活动连接;
所述小腿组件(3)用于调节小腿长;包括膝关节执行机构(301)和小腿调节机构(302),所述膝关节执行机构(301)上部与大腿调节机构(202)下部相连接,膝关节执行机构(301)下部与小腿调节机构(302)上部相连接;
所述脚部组件(4)用于调节脚空间位置;包括踝关节调节机构(401)和脚部空间位置调节机构(402),所述踝关节调节机构(401)上部与小腿调节机构(302)下部相连接,踝关节调节机构(401)内侧与脚部空间位置调节机构(402)相连接;
所述稳定调节组件(5)用于调节平衡度;包括前部稳定调节机构(501)、后部稳定调节机构(502)和稳定固定机构(503),所述稳定固定机构(503)与小腿调节机构(302)下部相连接,还设置有前固定部(503_1_1)和后固定部(503_1_2),并通过前固定部(503_1_1)与前部稳定调节机构(501)相连接,通过后固定部(503_1_2)与后部稳定调节机构(502)相连接;
所述绑缚组件(6)用于固定和矫正腰部、大腿部和小腿部;包括腰部绑缚机构(601)、大腿绑缚机构(602)和小腿绑缚机构(603),所述腰部绑缚组件(6)设置有两个,并分别设置于腰部调节机构(102)远离腰部电源控制盒(101)的端部;所述大腿绑缚机构(602)设置有两个,并设置于大腿调节机构(202)中部内侧;所述小腿绑缚机构(603)设置有两个,并设置于小腿调节机构(302)中部内侧。
2.根据权利要求1所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述腰部电源控制盒(101)包括腰部电源控制盒盖(101_1)和腰部电源控制盒主体(101_2),所述腰部电源控制盒盖(101_1)设置于腰部电源控制盒主体(101_2)外侧;
所述腰部调节机构(102)包括第一腰部连接件(102_1)、第二腰部连接件(102_2),以及,与腰部电源控制盒主体(101_2)相连接的调节连接件(102_3),第一腰部连接件(102_1)和第二腰部连接件(102_2)沿调节连接件(102_3)对称设置,且,第一腰部连接件(102_1)与第二腰部连接件(102_2)均与调节连接件(102_3)活动连接,调节连接件(102_3)允许第一腰部连接件(102_1)和第二腰部连接件(102_2)同时相向或相背运动;
所述下肢连接机构(103)设置有两组,分别与第一腰部连接件(102_1)和第二腰部连接件(102_2)相连接,包括轴(103_2)、第一轴支撑座(103_1)和第二轴支撑座(103_3),所述轴(103_2)固定于第一轴支撑座(103_1)和第二轴支撑座(103_3)上,且第一轴支撑座(103_1)与第二轴支撑座(103_3)固定于第一腰部连接件(102_1)及第二腰部连接件(102_2)下方。
3.根据权利要求2所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述调节连接件(102_3)上设置有第一滑动部(102_3_1)和第二滑动部(102_3_2),所述第一滑动部(102_3_1)和第二滑动部(102_3_2)沿调节连接件(102_3)中心对称;
所述第一腰部连接件(102_1)包括第一固定部(102_1_1)、第一弧形连接部(102_1_2)和第三固定部(102_1_3),所述第一固定部(102_1_1)通过第一滑动部(102_3_1)与调节连接件(102_3)活动连接,第一固定部(102_1_1)通过第一弧形连接部(102_1_2)与第三固定部(102_1_3)相连接,第三固定部(102_1_3)下方与第一轴支撑座(103_1)与第二轴支撑座(103_3)相连接;
所述第二腰部连接件(102_2)包括第二固定部(102_2_1)、第二弧形连接部(102_2_2)和第四固定部(102_2_3),所述第二固定部(102_2_1)通过第二滑动部(102_3_2)与调节连接件(102_3)活动连接,第二固定部(102_2_1)通过第二弧形连接部(102_2_2)与第四固定部(102_2_3)相连接,第四固定部(102_2_3)下方与第一轴支撑座(103_1)与第二轴支撑座(103_3)相连接。
4.根据权利要求3所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述髋关节执行机构(201)包括髋关节电机连接板(201_1)、髋关节电机连接法兰(201_2)、第一盘式无刷电机(201_3)、第一谐波减速器(201_4)和髋关节支撑板(201_5),
所述髋关节电机连接板(201_1)上端部与轴(103_2)相连接,下端部外侧依次有髋关节支撑板(201_5)、第一谐波减速器(201_4)和第一盘式无刷电机(201_3),内侧与髋关节电机连接法兰(201_2)的外圈相连接;
其中,所述髋关节支撑板(201_5)与第一谐波减速器(201_4)的外圈固定连接,所述第一谐波减速器(201_4)与第一盘式无刷电机(201_3)固定连接,所述髋关节电机连接法兰(201_2)的内圈与第一谐波减速器(201_4)的内圈固定连接,允许所述髋关节电机连接板(201_1)和所述髋关节支撑板(201_5)相对转动,用于调节所述大腿组件(2)与所述腰部组件(1)相对转动;
所述大腿调节机构(202)包括大腿固定件(202_1)、第一大腿连接件(202_2)、第二大腿连接件(202_3)和第三大腿连接件(202_4),大腿固定件(202_1)一个端部与髋关节支撑板(201_5)底部相连接,另一个端部与第一大腿连接件(202_2)顶部相连接,第一大腿连接件(202_2)上沿其高度方向设置有第三滑动部(202_2_1),第二大腿连接件(202_3)和第三大腿连接件(202_4)的上端部分别设置于第一大腿连接件(202_2)两侧,并穿过第三滑动部(202_2_1)固定连接,从而与第一大腿连接件(202_2)活动连接。
5.根据权利要求4所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述膝关节执行机构(301)包括膝关节电机连接板(301_1)、膝关节电机连接法兰(301_2)、第二盘式无刷电机(301_3)、第二谐波减速器(301_4)和膝关节支撑板(301_5),
所述膝关节电机连接板(301_1)上端部与第三大腿连接件(202_4)的下端部固定连接,下端部内侧依次有膝关节支撑板(301_5)、第二谐波减速器(301_4)和第二盘式无刷电机(301_3),外侧与膝关节电机连接法兰(301_2)的外圈相连接;
其中,所述膝关节支撑板(301_5)与第二谐波减速器(301_4)的外圈固定连接,所述第二谐波减速器(301_4)与第二盘式无刷电机(301_3)固定连接,所述膝关节电机连接法兰(301_2)的内圈与第二谐波减速器(301_4)的内圈固定连接,允许膝关节电机连接板(301_1)和膝关节支撑板(301_5)相对转动,用于调节所述大腿组件(2)与小腿组件(3)相对转动;
所述小腿调节机构(302)包括小腿固定件(302_1)、第一小腿连接件(302_2)、第二小腿连接件(302_3)和第三小腿连接件(302_4),小腿固定件(302_1)一个端部与膝关节支撑板(301_5)底部相连接,另一个端部与第一小腿连接件(302_2)顶部相连接,第一小腿连接件(302_2)上沿其高度方向设置有第四滑动部(302_2_1),第二小腿连接件(302_3)和第三小腿连接件(302_4)的上端部分别设置于第一小腿连接件(302_2)两侧,并穿过第四滑动部(302_2_1)固定连接,从而与第一小腿连接件(302_2)活动连接。
6.根据权利要求5所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述踝关节调节机构(401)包括踝关节丝杆组件(401_1)和踝关节连接件(401_2),踝关节丝杆组件(401_1)分别与第三小腿连接件(302_4)底端及踝关节连接件(401_2)顶端相连接;
所述脚部空间位置调节机构(402)包括脚板组件(402_3)、驱动单元(402_2)和底架组件(402_1),底架组件(402_1)端部的侧面与踝关节底部相连接,上表面通过驱动单元(402_2)与脚板组件(402_3)相连接。
7.根据权利要求6所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述踝关节丝杆组件(401_1)包括踝关节电机支座(401_1_1)、踝关节电机(401_1_2)、踝关节丝杆支座(401_1_3)、踝关节左杆(401_1_4)、踝关节丝杆(401_1_5)、踝关节右杆(401_1_6)和踝关节丝杆固定座(401_1_7),
所述踝关节电机(401_1_2)设置于踝关节电机支座(401_1_1)内部,顶端与踝关节丝杆(401_1_5)底端相连接,踝关节电机支座(401_1_1)内侧与踝关节连接件(401_2)上端部相连接,顶端与平行于踝关节丝杆(401_1_5)并设置于踝关节丝杆(401_1_5)两侧的踝关节左杆(401_1_4)和踝关节右杆(401_1_6)相连接,踝关节丝杆(401_1_5)、踝关节左杆(401_1_4)和踝关节右杆(401_1_6)穿过踝关节丝杆支座(401_1_3)并与其活动连接,顶端与踝关节丝杆固定座(401_1_7)固定连接;
所述底架组件(402_1)包括底架(402_1_2)和脚部固定件(402_1_1),所述底架(402_1_2)的侧边端部与脚部固定件(402_1_1)固定连接,并通过脚部固定件(402_1_1)与踝关节连接件(401_2)下端部固定连接;
所述脚板组件(402_3)包括脚板(402_3_1)、脚板绑缚板(402_3_2)和脚踏板(402_3_3),所述脚板(402_3_1)上表面通过脚板绑缚板(402_3_2)与脚踏板(402_3_3)相连接;
所述驱动单元(402_2)并联设置有若干组,所述驱动单元(402_2)包括第一驱动连接件(402_2_1)、第二驱动连接件(402_2_2)和线性驱动件(402_2_3),所述线性驱动件(402_2_3)的一个端部通过第一驱动连接件(402_2_1)与底架(402_1_2)上表面相连接,另一个端部通过第二驱动连接件(402_2_2)与脚板(402_3_1)下表面相连接。
8.根据权利要求7所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述线性驱动件(402_2_3)包括驱动电机支座(402_2_3_1)、驱动电机(402_2_3_2)、驱动丝杆支座(402_2_3_3)、驱动左杆(402_2_3_4)、驱动右杆(402_2_3_5)、驱动丝杆(402_2_3_6)、驱动前杆(402_2_3_7)、驱动后杆(402_2_3_8)、驱动丝杆固定座(402_2_3_9)和驱动运动杆固定座(402_2_3_10),
所述驱动电机(402_2_3_2)设置于驱动电机支座(402_2_3_1)内部,顶端与驱动丝杆(402_2_3_6)底端相连接,驱动电机支座(402_2_3_1)底端与第一驱动连接件(402_2_1)相连接,顶端与平行于驱动丝杆(402_2_3_6)并设置于驱动丝杆(402_2_3_6)左右两侧的驱动左杆(402_2_3_4)和驱动右杆(402_2_3_5)相连接,驱动丝杆(402_2_3_6)、驱动左杆(402_2_3_4)和驱动右杆(402_2_3_5)穿过驱动丝杆支座(402_2_3_3)并与其活动连接,顶端与驱动丝杆固定座(402_2_3_9)固定连接,驱动丝杆支座(402_2_3_3)与平行于驱动丝杆(402_2_3_6)并设置于驱动丝杆(402_2_3_6)前后两侧的驱动前杆(402_2_3_7)和驱动后杆(402_2_3_8)固定连接,驱动前杆(402_2_3_7)和驱动后杆(402_2_3_8)穿过驱动丝杆固定座(402_2_3_9)并与其活动连接,顶端与驱动运动杆固定座(402_2_3_10)固定连接,驱动运动杆固定座(402_2_3_10)顶端与第二驱动连接件(402_2_2)相连接。
9.根据权利要求8所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述稳定固定机构(503)包括稳定固定主体(503_1)和稳定固定盖(503_2),所述稳定固定盖(503_2)设置于稳定固定主体(503_1)外侧,所述稳定固定主体(503_1)与第三小腿连接件(302_4)上端部外侧相连接,稳定固定主体(503_1)还设置有前固定部(503_1_1)和后固定部(503_1_2);
所述前部稳定调节机构(501)与后部稳定调节机构(502)结构相同;
所述前部稳定调节机构(501)包括第一稳定调节电机(501_1)、第一连杆(501_2)、第二连杆(501_3)、第二稳定调节电机(501_4)和电机连接法兰,第一稳定调节电机(501_1)与前固定部(503_1_1)相连接,下端部依次设与内部中空的第一连杆(501_2)上端部相连接,第一连杆(501_2)下端部的一个侧面设置有第三孔洞,另一个相对的侧面设置有第四孔洞,第三孔洞和第四孔洞之间包覆有固定连接的第二连杆(501_3)和第二稳定调节电机(501_4),第三孔洞远离第四孔洞的一侧设置有第一电机连接法兰,第四孔洞远离第三孔洞的一侧设置有第二电机连接法兰(501_5),第一电机连接法兰的外圈与第三孔洞的内圈相嵌合,并与第二连杆(501_3)的内圈固定连接,第二电机连接法兰(501_5)的外圈与第四孔洞的内圈相嵌合,并与第二稳定调节电机(501_4)固定连接。
10.根据权利要求9所述的多模式步态训练下肢康复装置,其特征在于,所述腰部绑缚组件(6)为腰部绑缚件,所述腰部绑缚件呈弧形,且凸起侧设置于外侧,端部分别与第三固定部(102_1_3)或第四固定部(102_2_3)相连接;
所述大腿绑缚机构(602)包括大腿绑缚固定块(602_2)和大腿绑缚件(602_1),所述大腿绑缚件(602_1)呈弧形,大腿绑缚固定块(602_2)设置于大腿绑缚件(602_1)凸起侧,所述大腿绑缚件(602_1)固定块与第二大腿连接件(202_3)内侧相连接;
所述小腿绑缚机构(603)包括小腿绑缚固定块(603_2)和小腿绑缚件(603_1),所述小腿绑缚件(603_1)呈弧形,小腿绑缚固定块(603_2)设置于小腿绑缚件(603_1)凸起侧,所述小腿绑缚件(603_1)固定块与第二小腿连接件(302_3)内侧相连接。
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