CN103584977B - 一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，包括固定在车架上的车把和车座，车架固定在一底座上，底座上设有电机和椭圆轨迹运动装置；椭圆轨迹运动装置包括两套椭圆轨迹实现机构；椭圆轨迹实现机构包括蜗杆蜗轮减速机构和行星齿轮传动机构，电机的输出轴通过联轴器将动力传递给蜗杆；蜗轮轴通过一系杆带动行星轮转动，中心轮与蜗轮轴同轴布置，中心轮与底座固连，中心轮分度圆直径是行星轮分度圆直径的两倍；行星轮上设有一脚蹬，脚蹬过行星轮的中心，脚蹬上设有踏板。可以实现按椭圆轨迹带动患者进行康复，更加符合人正常步态，其结构简单紧凑、所占空间小、实用性强、成本低，能满足医疗机构、家庭等对患者日常下肢康复的需要。

Description

一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人

技术领域

本发明属于一种康复医疗器械领域的机器人，具体涉及一种能够实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人。

背景技术

据调查，我国每年都有相当数量的人由于疾病、交通事故等原因造成下肢功能障碍。临床实践表明，无论是疾病还是肢体损伤造成的运动肌能障碍，良好的下肢康复训练都可以提高下肢活动能力和促进神经功能修复，并且降低并发症发生率。为此，欧美、日本等发达国家都开发了多种下肢康复机器人。但占用空间大、价格昂贵，难以满足普通百姓的日常需求。

通过对现有相关的文献检索发现，中国专利号200620140778.3公开了一种轮椅式行走训练机器人，包括轮椅系统、下肢外骨骼系统、阻尼支撑系统和控制器。该机器人通过控制外骨骼上各关节处电机的转动来实现下肢的训练。该机器人同时对四电机进行控制，成本较高且不易实现。

中国专利号200620021269.9公开了一种立式下肢康复训练机，包括底座、左右2套对称布置的步态机构、左右2套对称布置的踝关节运动机构。其中电机通过传动机构使得带把手的弯曲摇杆绕立柱式摇杆座的上端摆动，进而再带动中部与连杆铰接、端部与滑块铰接的脚踏板做平面运动。由于患者下肢完全或部分丧失行走能力，该机构要求患者站着训练，存在较大危险及负作用。

中国专利号200910075068.5公开了一种截瘫患者用下肢康复医疗机器人，包括底座、康复下肢训练装置和计算机控制系统。该机器人通过控制悬挂在外面的外骨骼机构来达到训练目的。其稳定性较差、算法复杂等，进而导致成本高，不适合广泛应用。

中国专利号201110050479.6公开了一种骑行式下肢康复机器人，包括骑行式座椅、驱动机构、外骨骼机构和支架。该机器人通过伺服电机驱动，带动脚部运动，使患者的整个下肢跟着运动。该机器人带着脚部走圆形轨迹，而人正常步态轨迹为类椭圆，差别较大。发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，根据患者的具体尺寸和医学的康复理论而设计，使其结构简单紧凑、所占空间小、实用性强、成本较低，能够满足医疗机构、家庭等对患者日常下肢康复的需要。

为了解决上述技术问题，本发明一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，包括车架，固定在车架上的车把和车座，所述车架固定在一底座上，所述底座上设有电机和椭圆轨迹运动装置；所述椭圆轨迹运动装置包括两套椭圆轨迹实现机构；所述椭圆轨迹实现机构包括蜗杆蜗轮减速机构和行星齿轮传动机构，所述电机的输出轴通过联轴器将动力传递给所述蜗杆蜗轮减速机构中的蜗杆；所述蜗杆蜗轮减速机构的蜗轮轴通过一系杆带动所述行星齿轮传动机构的行星轮，所述行星齿轮传动机构的中心轮与所述蜗轮轴同轴布置，所述中心轮与所述底座固连，所述中心轮的分度圆直径等于所述行星轮的分度圆直径的两倍；所述行星轮上设有一脚蹬，所述脚蹬过所述行星轮的中心，所述脚蹬上设有踏板。

与现有的圆轨迹的康复机构相比，本发明可以实现按椭圆轨迹带动患者进行康复，更加符合人正常步态，且可根据不同身高患者步态不同进行轨迹调节，本发明结构简单合理、布局紧凑占用空间较小、成本小、操作简单、可根据自身情况调整，所以较适合个人家庭及普通百姓使用。

附图说明

图1是本发明能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人的原理图；

图2是图1所示康复机器人的侧视图；

图3是本发明中人机交互机构示意图；

图4是本发明中椭圆轨迹运动装置结构示意图。

图中：

10-底座，20-椭圆轨迹运动装置，21-上壳，21’-下壳，22-中心轮，23-蜗杆，24-蜗轮轴，25-行星轮，26-踏板，27-脚蹬，28-系杆，29-蜗轮，30-联轴器，40-电机，50-车架，60-车把，61-显示器，62-固定座，70-车座。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图2所示，本发明一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，包括车架50，固定在车架50上的车把60和车座70，所述车架50固定在一底座10上，所述底座10上设有电机40和椭圆轨迹运动装置20。如图2和图4所示，为了安全和外形美观，所述椭圆轨迹运动装置20设置在一壳体中，所述壳体由插装在一起的上壳21和下壳21’构成。

如图1和图4所示，本发明下肢康复机器人以自行车为模型，其中的所述椭圆轨迹运动装置20包括两套椭圆轨迹实现机构，以代替自行车蹬踏部分，从而带动患者脚部走椭圆轨迹，达到康复目的。所述椭圆轨迹实现机构包括蜗杆蜗轮减速机构和行星齿轮传动机构，所述电机40的输出轴通过联轴器30将动力传递给所述蜗杆蜗轮减速机构中的蜗杆23；所述蜗杆蜗轮减速机构的蜗轮轴24通过一系杆28带动所述行星齿轮传动机构的行星轮25，所述行星齿轮传动机构的中心轮22与所述蜗轮轴28同轴布置，所述中心轮22与所述底座10固连，所述中心轮22的分度圆直径等于所述行星轮25的分度圆直径的两倍；所述行星轮25上设有一脚蹬27，所述脚蹬27过所述行星轮25的中心，所述脚蹬27上设有踏板26。

图1示出了椭圆轨迹实现机构的原理图，蜗杆23由电机40驱动，蜗轮29带动系杆28转动。当中心轮22的分度圆直径是行星轮25的分度圆直径两倍时，固连在行星轮25并过其中心的脚蹬27上的任一点A就可以实现椭圆轨迹。

为了掌握康复运动的训练时间和运动的速度，本发明康复机器人还包括有人机交互机构，如图3所示，所述人机交互机构包括显示器61，所述显示器61通过一固定座62与所述车架50固定，所述车把60也是通过固定座62与所述车架50固定，为了适合于不同身高的使用者，所述固定座62与车架50之间、所述车座70与所述车架50之间均分别设有锁紧结构，用来根据使用者的身高来调整显示器61、车把60和车座70的高度。当然，本发明中必然包括有与人机交互机构连接的控制装置，在现有技术中有非常成熟的可供选择的控制装置，本发明不再赘述。

使用安装本发明康复机器人时，首先根据康复患者的身高尺寸，分别松开车架50上位于固定座62和车座70处的锁紧装置，将车把60、显示器61和车座70的位置调节到患者感觉最为舒适的位置后锁紧锁紧装置。根据患者步幅大小调节脚蹬27的长度，使康复机器人运行起来后的椭圆轨迹尽可能符合患者正常步态轨迹。让患者骑坐于康复机器人上，将患者脚部固定在踏板26上。打开电源开关，通过人机交互机构设定训练时间、速度等参数，即可带动患者进行康复训练。遇到紧急情况，如轨迹超出患者可活动范围，看护人员或患者可按下车把处的急停按钮，使康复机器人停止工作，达到保护患者的目的。

图4示出了本发明中椭圆轨迹运动装置20的工作过程，电机40带动蜗杆23转动，通过蜗轮蜗杆减速机构带动系杆28转动，进而使行星轮25运动，最后踏板26带动患者脚部实现椭圆轨迹，脚蹬27可根据不同身高患者的步态不同在一定范围内调整椭圆轨迹，使其更加符合人正常步态轨迹。

综上，本发明康复机器人以自行车为模型，采用能实现椭圆轨迹的轮系机构代替自行车蹬踏部分，带动患者脚部按椭圆轨迹运动，达到康复训练。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，包括车架（50），固定在车架（50）上的车把（60）和车座（70），所述车架（50）固定在一底座（10）上，其特征在于，

所述底座（10）上设有电机（40）和椭圆轨迹运动装置（20）；

所述椭圆轨迹运动装置（20）包括两套椭圆轨迹实现机构；

所述椭圆轨迹实现机构包括蜗杆蜗轮减速机构和行星齿轮传动机构，所述电机（40）的输出轴通过联轴器（30）将动力传递给所述蜗杆蜗轮减速机构中的蜗杆（23）；所述蜗杆蜗轮减速机构的蜗轮轴（24）通过一系杆（28）带动所述行星齿轮传动机构的行星轮（25），所述行星齿轮传动机构的中心轮（22）与所述蜗轮轴（28）同轴布置，所述中心轮（22）与所述底座（10）固连，所述中心轮（22）的分度圆直径等于所述行星轮（25）的分度圆直径的两倍；所述行星轮（25）上设有一脚蹬（27），所述脚蹬（27）过所述行星轮（25）的中心，所述脚蹬（27）上设有踏板（26）。

2.根据权利要求1所述能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，其特征在于，所述椭圆轨迹运动装置（20）设置在一壳体中，所述壳体由插装在一起的上壳（21）和下壳（21’）构成。

3.根据权利要求1所述能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，其特征在于，还包括一人机交互机构，所述人机交互机构包括显示器（61），所述显示器（61）通过一固定座（62）与所述车架（50）固定。

4.根据权利要求1所述能实现椭圆轨迹的骑行式下肢康复机器人，其特征在于，所述车把通过固定座（62）与所述车架（50）固定，所述固定座（62）与车架（50）之间、所述车座（70）与所述车架（50）之间均分别设有锁紧结构。