一种并联式下肢外骨骼康复训练装置的制作方法

本发明涉及一种医疗康复系统，尤其涉及一种并联式下肢外骨骼康复训练装置。

背景技术：
目前偏瘫和中风患者的下肢康复训练已经得到国内外研究人员的关注，随着该类患者以及下肢运动障碍患者的日益增多，恢复这类人群的生活能力以及康复训练已成为迫切需要。因此，设计一款可以对残疾下肢各关节和肌肉机群进行康复训练和神经功能恢复的机器人系统具有重要意义。目前国内外相关专利很多，功能也相似。穿戴式下肢外骨骼康复机器人(中国专利：专利号201310572075.2)，提出了一种基于电机直驱关节式机构，该机构仅能实现髋关节屈伸、膝关节屈伸两种简单的动作；一种穿戴式下肢外骨骼助行机器人(201310034245.1)，提出了一种采用丝杠螺母传动的下肢外骨骼机构，该机构单腿采用两个电机丝杠螺母副，实现髋关节屈伸及膝关节屈伸，不具有髋关节伸展及回转运动功能；一种外骨骼可穿戴式下肢康复训练机器人装置(201210168601.4)，提出一种基于3-RPS并联机构的下肢康复训练装置，可实现髋关节屈伸、收展，膝关节屈伸运动，但驱动方式为气动，在训练时不能实时控制气缸伸缩量比较危险，且不具备有髋关节回转运动，该调整机构安装和调整比较复杂。

技术实现要素：
本发明的目的是为了能实现屈曲、伸展、内收、外展、内旋、外旋及环转，膝关节屈曲、伸展而提供一种并联式下肢外骨骼康复训练装置。本发明的目的是这样实现的：腰部支撑架的两端对称设置有训练主体结构，每个训练主体结构都包括髋关节回旋还转单元、髋关节内收外展单元、髋关节屈伸单元和膝关节屈伸单元，所述髋关节回旋还转单元包括通过回转电机座安装在腰部支撑架上的回转电机、安装在回转电机输出轴上的第一带轮、具有轴段的虎克铰上支架、安装在虎克铰轴段上的第二带轮和设置在第一带轮与第二带轮之间的皮带；所述髋关节内收外展单元包括安装在虎克铰上支架之间的十字轴、铰接安装在十字轴上的大腿框架、固定安装在大腿框架外侧的收展电动缸下端支架、铰接安装在收展电动缸下端支架上的髋关节收展电动缸和安装在腰部支撑架下端面上的收展推杆头支架，所述髋关节收展电动缸的推杆头通过收展销轴、收展球面轴承与收展推杆头支架铰接连接；所述髋关节屈伸单元包括固定安装在大腿框架后侧的屈伸电动缸下端支架、铰接安装在屈伸电动缸下端支架上的髋关节屈伸电动缸和安装在腰部支撑架下端面上的屈伸推杆头支架，所述髋关节屈伸电动缸的推杆头通过屈伸销轴、屈伸球面轴承与屈伸推杆头支架铰接连接；所述膝关节屈伸单元包括安装在大腿框架内部的膝关节电动缸下端支架、铰接安装在膝关节电动缸下端支架上的膝关节屈伸电动缸和与膝关节屈伸电动缸的推杆头铰接的小腿，所述小腿上还设置有轴，轴的两端通过两对轴承安装在两个轴承座中，两个轴承座对称安装在大腿框架上，所述大腿框架上设置有大腿护具，小腿上设置有小腿护具。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用并联结构，利用虎克铰可绕两轴线的转动实现了髋关节的屈伸和收展运动，同时利用驱动电机和同步带实现了虎克铰绕自身轴线的旋转，本发明巧妙的在连接处使用球面轴承连接，结合虎克铰十字轴两旋转轴线使得髋关节可实现回旋和环转运动；精密而紧凑的结构实现了强大的下肢康复功能。也即本发明利用巧妙的机械机构可实现下肢所有基本动作的康复训练，具体包括髋关节绕三个基本轴的运动，其基本运动方向有：屈曲、伸展、内收、外展、内旋、外旋及环转，膝关节屈曲、伸展。附图说明图1是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的髋关节及膝关节同时仅屈伸动作示意图。图3是本发明的髋关节及膝关节同时仅屈伸动作单腿示意图。图4是本发明的髋关节内收示意图。图5是本发明的髋关节外展示意图。图6是本发明的髋关节回转示意图的主视图。图7是本发明的髋关节回转示意图的三维视图。图8是本发明的髋关节虎克铰及推杆头支架轴线平面剖视图。图9是本发明的大腿框架与小腿框架连接的示意图。图10是本发明的膝关节屈伸电动缸与膝关节电动缸支架的连接示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。本发明目的在于提供一种并联式下肢外骨骼康复训练装置，其包括腰部支撑架、髋关节回旋环转单元、髋关节内收外展单元、髋关节屈伸单元，膝关节屈伸单元。髋关节回旋环转单元主要由肩回转电机、回转电机座、带轮及皮带、虎克铰上支架构成，在回转电机的驱动下可以实现髋关节旋内、旋外及环转的动作；髋关节内收外展单元主要由髋关节收展电动缸、球面轴承、电动缸下端支架及推杆头支架，髋关节虎克铰构成，通过控制收展电动缸推杆伸缩量实现髋关节的内收和外展动作；髋关节屈伸单元主要包括髋关节屈伸电动缸、球面轴承、电动缸下端支架及推杆头支架，髋关节虎克铰构成，通过控制屈伸电动缸推杆伸缩量实现髋关节的屈曲和伸展动作；膝关节屈伸单元主要由膝关节屈伸电动缸、深沟球轴承、电动缸下支架及小腿构成，通过控制膝关节屈伸电动缸推杆伸缩量实现膝关节的屈曲和伸展运动。特点在于本发明所提出的一种基于2-RPS并联机构的下肢外骨骼康复训练装置，可实现下肢所有基本动作的康复训练即：髋关节绕三个基本轴的运动，其基本运动方向有：屈曲、伸展、内收、外展、内旋、外旋及环转，膝关节屈曲、伸展。结合图1～10，所述的髋关节回旋环转单元安装在腰部支撑架1上，髋关节内收外展单元通过髋关节收展电动缸13下端支架16和推杆头支架10分别安装在大腿框架22和腰部支撑架1上，髋关节屈伸单元通过髋关节屈伸电动缸12下端支架15和推杆头支架6分别安装在大腿框架22和腰部支撑架1上，膝关节屈伸单元通过膝关节屈伸电动缸19下端支架28和小腿20分别安装在大腿框架22和小腿20上。大腿框架22通过虎克铰上支架8和十字轴9和腰部支撑架1相连，小腿20通过轴承座23和轴24和大腿框架22相连，大腿框架22上设置有大腿框架护具18，小腿上设置有小腿护具25。结合图1、图2、图3和图8，所述的髋关节屈伸单元主要包括髋关节屈伸电动缸12、球面轴承、电动缸下端支架15及推杆头支架6，髋关节虎克铰上支架8等构成，髋关节屈伸电动缸12下端通过THK公司的球面轴承及销轴14、套筒与电动缸下端支架15连接，电动缸下端支架15通过内六角螺钉固定在大腿框架22上，髋关节屈伸电动缸12推杆头通过THK公司的球面轴承37及销轴7、套筒35与推杆头支架6相连，所述球面轴承37通过孔用挡圈36和轴肩固结在推杆头中，通过套筒35将推杆头固定在推杆头支架6的中心，所述销轴7与球面轴承37及套筒35配合，并通过轴用挡圈38和轴肩固结在推杆头支架6中，推杆头支架6通过内六角螺钉固结在腰部支撑架1上。髋关节屈伸电动缸12推杆伸出时，大腿框架22绕与髋关节虎克铰上支架8相连的十字轴9轴线转动，实现大腿框架伸展，当髋关节屈伸电动缸12推杆收缩时，大腿框架22绕与髋关节虎克铰上支架8相连的十字轴9轴线转动，实现大腿框架收缩。结合图4、图5和图8，所述的所述髋关节内收外展单元主要由髋关节收展电动缸13、球面轴承33、电动缸下端支架16及推杆头支架10，髋关节虎克铰上支架8构成；髋关节收展电动缸13下端通过THK公司的球面轴承及销轴17、套筒与电动缸下端支架连接16相连，电动缸下端支架16通过内六角螺钉固定在大腿框架22上，髋关节收展电动缸13推杆头通过THK公司的球面轴承33及销轴11、套筒32与推杆头支架10相连，所述球面轴承33通过孔用挡圈34和轴肩固结在推杆头中，通过套筒32将推杆头固定在推杆头支架10的中心，所述销轴11与球面轴承33及套筒32配合，并通过轴用挡圈31和轴肩固结在推杆头支架10中，推杆头支架10通过内六角螺钉固结在腰部支撑架1上。髋关节收展电动缸13推杆伸出时，大腿框架22绕与髋关节虎克铰上支架8相连的十字轴9轴线转动，实现大腿框架内收，当髋关节屈伸电动缸13推杆收缩时，大腿框架22绕与髋关节虎克铰上支架8相连的十字轴9轴线转动，实现大腿框架外展。结合图6、图7，所述的髋关节回旋环转单元主要由回转电机2、回转电机座5、第一带轮27、第二带轮3及皮带4、虎克铰上支架8构成，回转电机2通过回转电机座5固定在腰部支撑架1上，第一带轮27带轮通过普通平键和紧钉螺钉固定回转电机2的输出轴上，通过同步带将第一带轮27与第二带轮3连接，虎克铰上支架8通过一对角接触球轴承和防松螺母固定在腰部支撑架1上，并通过普通平键及紧定螺钉和第二带轮3连接，虎克铰上支架8的形状设计成方形限制了回转角度，当回转角度超过一定值时，虎克铰上支架8的侧边会碰到推杆头支架10或推杆头支架6而停止旋转。结合结合图1、图3、图9及图10，膝关节屈伸单元主要由膝关节屈伸电动缸19、深沟球轴承、电动缸下端支架28及小腿20构成，膝关节屈伸电动缸19下端通过一对深沟球轴承及销轴29、套筒42与电动缸下端支架28连接，所述销轴29与深沟球轴承及套筒42配合，通过轴用卡圈和轴肩固定在支架28中，所述深沟球轴承通过轴肩和孔用挡圈41固定在推杆头中，并通过套筒42两端定位固定在电动缸下端支架28中，电动缸下端支架28通过内六角螺钉固定在大腿框架22上，膝关节屈伸电动缸19上端推杆头通过两对深沟球轴承及销轴21与小腿20相连，所述轴24通过轴用挡圈39固定在小腿上，并与两端两对轴承配合通过轴肩和轴用挡圈40固定在大腿框架22上，所述两对轴承安装在轴承座23中，所述轴承座通过内六角螺钉固结在大腿框架上。膝关节屈伸电动缸19推杆伸出时，小腿20绕与轴24轴线转动，实现小腿伸展，膝关节屈伸电动缸19推杆收缩时，小腿20绕与轴24轴线转动，实现小腿屈曲。一种并联式下肢外骨骼康复训练装置，它主要由腰部支撑架、髋关节回旋环转单元、髋关节内收外展单元、髋关节屈伸单元，膝关节屈伸单元等构成。本发明的目的是这样实现的：1.所述髋关节回旋环转单元主要由回转电机、回转电机座、带轮及皮带、虎克铰上支架构成，回转电机通过电机座固定在腰部支撑架上，小带轮通过普通平键和紧钉螺钉固定回转电机的输出轴上，通过同步带将两个带轮连接，虎克铰上支架通过一对角接触球轴承和防松螺母固定在腰部支撑架上，并通过普通平键及紧定螺钉和小带轮连接。2.所述髋关节内收外展单元主要由髋关节收展电动缸、球面轴承、电动缸下支架及推杆头支架，髋关节虎克铰构成；髋关节收展电动缸下端通过THK公司的球面轴承及销轴、套筒与电动缸下支架连接，电动缸下支架通过内六角螺钉固定在大腿框架上，髋关节收展电动缸上端推杆头通过THK公司的球面轴承及销轴、套筒与推杆头支架相连，推杆头支架通过内六角螺钉固定在腰部支撑支架上，髋关节虎克铰上支架固结在腰部支撑支架上，虎克铰上支架通过十字轴和大腿框架上方的支架相连。3.所述髋关节屈伸单元主要包括髋关节屈伸电动缸、球面轴承、电动缸下支架及推杆头支架，髋关节虎克铰构成，髋关节屈伸电动缸下端通过THK公司的球面轴承及销轴、套筒与电动缸下支架连接，电动缸下支架通过内六角螺钉固定在大腿框架上，髋关节收展电动缸上端推杆头通过THK公司的球面轴承及销轴、套筒与推杆头支架相连，推杆头支架通过内六角螺钉固定在腰部支撑支架上。4.所述膝关节屈伸单元主要由膝关节屈伸电动缸、深沟球轴承、电动缸下支架及小腿构成，膝关节屈伸电动缸下端通过一对深沟球轴承及销轴、套筒与电动缸下支架连接，电动缸下支架通过内六角螺钉固定在大腿框架上，膝关节屈伸电动缸上端推杆头通过一对深沟球轴承及销轴、套筒与小腿相连，膝关节电动缸处于大腿框架内部节省大量空间的同时提高了膝关节的运动性能。5.所述髋关节收展电动缸推杆头支架及髋关节屈伸电动缸推杆头支架以髋关节虎克铰上支架为中心正交等距离分布。6.所述髋关节收展电动缸推杆头支架及髋关节屈伸电动缸推杆头支架、髋关节虎克铰上支架的轴孔中心线在同一水平面内，所述髋关节收展电动缸下端支架及髋关节屈伸电动缸下端支架的轴孔中心线在同一水平面内。1.一种并联式下肢外骨骼康复训练装置，其特征是：它主要包括腰部支撑架、髋关节回旋环转单元、髋关节内收外展单元、髋关节屈伸单元，膝关节屈伸单元。其中，髋关节回旋环转单元主要由回转电机、回转电机座、带轮及皮带、虎克铰上支架构成，回转电机通过电机座固定在腰部支撑架上，小带轮通过普通平键和紧钉螺钉固定回转电机的输出轴上，通过同步带将两个带轮连接，虎克铰上支架通过一对角接触球轴承和防松螺母固定在腰部支撑架上，并通过普通平键及紧定螺钉和小带轮连接。髋关节内收外展单元主要由髋关节收展电动缸、球面轴承、电动缸下端支架及推杆头支架，髋关节虎克铰构成；髋关节收展电动缸下端通过球面轴承及销轴、套筒与电动缸下支架连接，电动缸下端支架通过内六角螺钉固定在大腿框架上，髋关节收展电动缸上端推杆头通过球面轴承及销轴、套筒与推杆头支架相连，推杆头支架通过内六角螺钉固定在腰部支撑支架上，髋关节虎克铰上支架固结在腰部支撑支架上，虎克铰上支架通过十字轴和大腿框架上方的支架相连。髋关节屈伸单元主要包括髋关节屈伸电动缸、球面轴承、电动缸下端支架及推杆头支架，髋关节虎克铰构成，髋关节屈伸电动缸下端通过球面轴承及销轴、套筒与电动缸下支架连接，电动缸下支架通过内六角螺钉固定在大腿框架上，髋关节收展电动缸上端推杆头通过球面轴承及销轴、套筒与推杆头支架相连，推杆头支架通过内六角螺钉固定在腰部支撑支架上。膝关节屈伸单元主要由膝关节屈伸电动缸、深沟球轴承、电动缸下支架及小腿构成，膝关节屈伸电动缸下端通过一对深沟球轴承及销轴、套筒与电动缸下支架连接，电动缸下支架通过内六角螺钉固定在大腿框架上，膝关节屈伸电动缸上端推杆头通过一对深沟球轴承及销轴、套筒与小腿相连，膝关节电动缸处于大腿框架内部节省大量空间的同时提高了膝关节的运动性能。2.根据权利要求1所述的一种并联式下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于：所述髋关节收展电动缸推杆伸缩结合髋关节虎克铰和球轴承一起实现髋关节内收外展运动。3.根据权利要求1所述的一种并联式下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于：所述回转电机通过皮带和带轮驱动髋关节虎克铰绕连接轴轴线旋转，同时结合球轴承、髋关节内收外展单元、髋关节屈伸单元一起实现髋关节回旋环转运动。4.根据权利要求1所述的一种并联式下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于：大腿框架及小腿通过绷带支架和绷带与患者下肢连接固定，绷带支架可以在大腿框架及小腿上下移动调整，同时可绕连接轴轴线旋转。