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CN106236512B - 一种实现行走足部位姿的步态康复机器人 - Google Patents

一种实现行走足部位姿的步态康复机器人 Download PDF

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CN106236512B CN201610815106.6A CN201610815106A CN106236512B CN 106236512 B CN106236512 B CN 106236512B CN 201610815106 A CN201610815106 A CN 201610815106A CN 106236512 B CN106236512 B CN 106236512B
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Abstract

本发明公开了一种实现行走足部位姿的步态康复机器人，包括机架、动力装置、传动装置，机架上设有悬吊装置，所述机架左右两侧分别设有结构相同、且运动相位角为180°末端执行机构；动力装置通过传动装置同时驱动两套末端执行机构；悬吊装置对患者进行部分减重，末端执行机构通过踏板带动患者足部运动，进而带动下肢完成步态康复训练。本发明末端执行机构由轨迹发生单元和姿态控制单元组成，轨迹发生单元用于生成踝关节运动轨迹，姿态控制单元用于控制足部姿态。本发明中的末端执行机构通过凸轮与连杆形成的组合机构精确实现人在正常行走时的足部位姿，且仅需一台匀速电机即可实现机器人控制，康复训练效果较好，制造成本低，适合于一般家庭使用。

Description

一种实现行走足部位姿的步态康复机器人
技术领域
本发明涉及一种康复医疗器械领域的机器人，具体涉及一种能够实现人在正常行走时足部位姿的步态康复机器人。
背景技术
脑卒中是一种高发病率的世界范围疾病，它的存在严重影响了人类的生命与健康。脑卒中对行走功能有着严重的影响，有分析表明，接近2/3的脑卒中幸存者将失去行走能力。因此，重获行走能力，恢复站立平衡功能是脑卒中患者康复治疗的关键环节。经临床研究表明，重复而精确的康复训练能够有效缓解病症。针对这一目标，欧美等发达国家研制出了Lokomat，ALEX，LOPES等机器人，以帮助患者完成康复训练。然而，此类机器人系统复杂，造价高昂，一般家庭难以承担高额的医疗费用，且该类设备多用于康复中心，患者锻炼时间有限，效果难以得到保证。因此，有必要研制一种小型、家庭用下肢康复机器人。
经过对现有技术文献的检索发现，中国专利号201410073019.9公开了“一种家用小型的下肢康复锻炼机器人”，该机器人能够生成一种与人体步态类似的类椭圆轨迹，但与正常步态有较大区别。中国专利号201210277695.9公开了“一种通过绑缚脚与小腿带动人进行步态训练的装置”借助平面连杆组合机构生成了较接近正常步态的运动轨迹，但未能实现行走时的足部姿态。中国专利号201110160875.4公开了“踏板式步态康复训练器趾骨关节的康复机构”，该机构具有大腿、小腿、脚踝和趾骨的驱动能力，但与人在正常行走时的姿态仍有较大差别。美国专利号WO2013033855A3公开了“Gait training apparatus forgenerating a natural gait pattern”，该机器人能够很好的实现正常足部位姿，但仍需设计复杂的控制系统实现机器人速度控制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种实现行走足部位姿的步态康复机器人。根据患者的身体特征及康复师的指导设计，设计与患者相匹配的目标足部位姿，使用本发明可以设计出针对特定患者或特定目标群体的康复机器人机构，通过机器人带动患者足部，进一步带动患者下肢完成相应康复训练。本发明的特征是，本发明机构能够精确实现人在正常行走时的足部位姿，且仅需使用匀速电机即可完成机器人速度控制，因而制造成本低、控制系统简单，能够满足一般家庭使用需求。
为解决上述技术问题，本发明提出的一种实现行走足部位姿的步态康复机器人，包括机架、动力装置、传动装置，所述机架上端为悬吊装置，所述机架下端设有左右两套相同的、均与所述传动装置相连的末端执行机构，所述机架的底部设有底座；所述动力装置安装在所述机架上，所述传动装置同时驱动两套末端执行机构；所述悬吊装置包括固定在所述机架上方的支架，所述支架的前端设有悬挂，所述支架的后端设有承重块，所述悬挂通过绳缆与承重块相连；所述机架两端分别设有一固定架，两套末端执行机构分别与两套固定架一一对应相连；每套末端执行机构包括轨迹发生单元和姿态控制单元；所述轨迹发生单元包括由所述传动装置依次带动的第一曲柄、设置在所述第一曲柄上的转动槽凸轮和安装在所述转动槽凸轮内的第一凸轮滚子，所述第一凸轮滚子与一推杆的一端铰接，所述推杆的另一端固连有滑块，所述滑块与固定在所述固定架上的一滑槽互动配合，所述滑块依次铰接有第一连杆、第二连杆、第三连杆和第一摆杆，所述第二连杆同时与所述第一曲柄铰接；所述姿态控制单元包括由所述传动装置带动的第二曲柄，所述第二曲柄上套装有第二凸轮滚子，所述固定架上设有固定槽凸轮，所述第二凸轮滚子嵌装在所述固定槽凸轮内，所述第二凸轮滚子铰接有一导块，所述导块依次铰接有第四连杆、第二摆杆、第五连杆和踏板；所述导块在所述第二凸轮滚子的带动下在所述第二曲柄上滑动；所述第二摆杆与所述第一摆杆和所述第三连杆同时铰接于一铰接点；所述踏板同时与所述第三连杆铰接；左右侧两套末端执行机构中的第一曲柄或第二曲柄相应的以180°相位差安装；所述传动装置将动力装置的动力同时传递给第一曲柄和第二曲柄。
本发明相对现有技术具有如下优点：本发明所述的下肢康复机器人机构能够生成正常人体步态轨迹，同时能够实现人在正常行走时的足部姿态，克服了现有技术不能精确实现人在正常行走时的足部位姿的不足。此外，本发明只需使用一台匀速电机进行机器人速度控制，简化了机器人控制系统，降低了制造成本，进而适用于一般家庭使用。较外骨骼机器人而言，本发明解除了机器人对患者腿部的约束，舒适性更佳。
附图说明
图1是本发明的总体装配结构示意图。
图2是本发明的左侧末端执行机构示意图右视图。
图3是本发明的左侧末端执行机构示意图左视图。
图中：
1-左侧末端执行机构 2-传动装置 3-动力装置
4-机架 51-承重块 52-绳缆
53-支架 54-悬挂 6-固定架
7-右侧末端执行机构 8-底座 101-第一曲柄
102-转动槽凸轮 103-第一凸轮滚子 104-推杆
105-滑块 106-滑槽 107-第一连杆
108-第一摆杆 109-第三连杆 110-第二连杆
111-踏板 112-第五连杆 113-第二摆杆
114-第四连杆 115-固定槽凸轮 116-第二曲柄
117-第二凸轮滚子 118-导块
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细描述。
如图1所示，本发明提出的一种实现行走足部位姿的步态康复机器人，包括机架4、动力装置3、传动装置2，所述机架4上端为悬吊装置，所述机架4下端设有左右两套相同的、均与所述传动装置2相连的末端执行机构1、7，所述机架4的底部设有底座8；所述动力装置3安装在所述机架4上，通常为了安全起见，在机架4上安装有安全护罩，通过所述传动装置2，同时驱动所述两套末端执行机构1、7；所述动力装置3所用电机选用匀速电机。所述悬吊装置包括固定在所述机架4上方的支架53，所述支架53的前端设有悬挂54，所述支架53的后端设有承重块51，所述悬挂54通过绳缆52与承重块51相连；所述机架4两端分别设有一固定架6，两套末端执行机构分别与两套固定架6一一对应相连。
如图2和图3所示，所述末端执行机构1包括轨迹发生单元和姿态控制单元。
所述轨迹发生单元包括由所述传动装置2依次带动的第一曲柄101、设置在所述第一曲柄101上的转动槽凸轮102和安装在所述转动槽凸轮102内的第一凸轮滚子103，所述第一凸轮滚子103与一推杆104的一端铰接，所述推杆104的另一端固连有滑块105，所述滑块105与固定在所述固定架6上的一滑槽106互动配合，所述滑块105依次铰接有第一连杆107、第二连杆110、第三连杆109和第一摆杆108，所述第二连杆110同时与所述第一曲柄101铰接。
所述姿态控制单元包括由所述传动装置2带动的第二曲柄116，所述第二曲柄116上套装有第二凸轮滚子117，所述固定架6上设有固定槽凸轮115，所述第二凸轮滚子117嵌装在所述固定槽凸轮115内，所述第二凸轮滚子117铰接有一导块118，所述导块118依次铰接有第四连杆114、第二摆杆113、第五连杆112和踏板111；所述导块118在所述第二凸轮滚子117的带动下在所述第二曲柄116上滑动。
所述第二摆杆113与所述第一摆杆108和所述第三连杆109同时铰接于一铰接点，即所述第二摆杆113上具有三个铰接点分别与所述第四连杆114、第五连杆112和第一摆杆108与第三连杆109的铰接点铰接。所述踏板111同时与所述第三连杆109铰接；即所述第三连杆109上具有三个铰接点分别与所述第一摆杆108、第二连杆110和所述踏板111铰接。
本发明中，左右侧两套末端执行机构中的第一曲柄101或第二曲柄116均相应的以180°相位差安装。所述传动装置2将动力装置3的动力同时传递给第一曲柄101和第二曲柄116。
尽管上面结合附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，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种实现行走足部位姿的步态康复机器人，包括机架(4)、动力装置(3)、传动装置(2)，所述机架(4)上端为悬吊装置，所述机架(4)下端设有左右两套相同的、均与所述传动装置(2)相连的末端执行机构(1、7)，所述机架(4)的底部设有底座(8)；所述动力装置(3)安装在所述机架(4)上，所述传动装置(2)同时驱动两套末端执行机构(1、7)；其特征在于：
所述悬吊装置包括固定在所述机架(4)上方的支架(53)，所述支架(53)的前端设有悬挂(54)，所述支架(53)的后端设有承重块(51)，所述悬挂(54)通过绳缆(52)与承重块(51)相连；所述机架(4)两端分别设有一固定架(6)，两套末端执行机构分别与两套固定架(6)一一对应相连；
每套末端执行机构包括轨迹发生单元和姿态控制单元；
所述轨迹发生单元包括由所述传动装置(2)依次带动的第一曲柄(101)、设置在所述第一曲柄(101)上的转动槽凸轮(102)和安装在所述转动槽凸轮(102)内的第一凸轮滚子(103)，所述第一凸轮滚子(103)与一推杆(104)的一端铰接，所述推杆(104)的另一端固连有滑块(105)，所述滑块(105)与固定在所述固定架(6)上的一滑槽(106)互动配合，所述滑块(105)依次铰接有第一连杆(107)、第二连杆(110)、第三连杆(109)和第一摆杆(108)，所述第二连杆(110)同时与所述第一曲柄(101)铰接；
所述姿态控制单元包括由所述传动装置(2)带动的第二曲柄(116)，所述第二曲柄(116)上套装有第二凸轮滚子(117)，所述固定架(6)上设有固定槽凸轮(115)，所述第二凸轮滚子(117)嵌装在所述固定槽凸轮(115)内，所述第二凸轮滚子(117)铰接有一导块(118)，所述导块(118)依次铰接有第四连杆(114)、第二摆杆(113)、第五连杆(112)和踏板(111)；所述导块(118)在所述第二凸轮滚子(117)的带动下在所述第二曲柄(116)上滑动；
所述第二摆杆(113)与所述第一摆杆(108)和所述第三连杆(109)同时铰接于一铰接点；
所述踏板(111)同时与所述第三连杆(109)铰接；
左右侧两套末端执行机构中的第一曲柄(101)或第二曲柄(116)相应的以180°相位差安装；所述传动装置(2)将动力装置(3)的动力同时传递给第一曲柄(101)和第二曲柄(116)。
2.根据权利要求1所述一种实现行走足部位姿的步态康复机器人，其特征在于：所述动力装置(3)为匀速电机。
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