专利名称：减重步行训练机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种医疗康复器械，尤其涉及ー种供偏瘫、截瘫、脑外伤、假肢安装等下肢功能障碍患者使用的减重步行训练机器人。
背景技术：
自上世纪80年代至今,减重步行训练(partialbody weight support treadmilltraining, PBffSTT)相关研究已开展了近二十年，其在临床上的应用也越来越广泛，它主要是用减重吊带使患者步行时下肢负重減少.借助于运动平板进行步行能力训练。但是，在训练时一般需要两名治疗师，一名帮助患者腿摆动、支撑期患足跟着地，防止支撑期膝过伸，另一名帮助患者进行身体重心转移、髋伸展、骨盆旋转，并保持患者躯干的直立，人工成本较高。所以，多家研究机构相继利用机器人技术开展了代替理疗师辅助患者自动完成减重 步行康复训练的设备。其中，典型的设备有瑞士的Lokomat,美国的Motorika Ambulator,Litegait, Robomedica等。利用这种康复训练机器人进行步行康复训练,不仅减轻了治疗师的工作強度。而且步行训练參数重复性好，时相指标可以准确设定，能够有效加快康复进程，提高疗效。然而通过相关文献的查阅和综合研究，发明人发现了其存在的几个共同问题(I)临床应用性不强；(2)成本太高；(3)结构复杂；(4)负担重，操作不便。这在一定的程度上给减重步行训练设备的实际临床应用带来了困难，同时也阻碍了减重康复训练的进ー步推广。所以，现有技术中的设备仍有进ー步改进的必要。基于以上分析，发明人欲提出ー种具有相对灵活性和实际应用性的下肢康复机器人的技术方案。与以往减重步行训练设备相比，其可最大限度的减小护理人员的数量和劳动强度；可以提高减重步行训练的安全性、准确性、舒适性及科学性，可以提高下肢康复机器人的临床应用性。
实用新型内容鉴于以上问题，本实用新型的目的在于提供ー种供偏瘫、截瘫、脑外伤、假肢安装等下肢功能障碍患者使用的减重步行训练机器人，该装置可与医用慢速跑步机结合使用，可实现下肢功能障碍者的临床康复训练。该装置结构简单，使用方便，临床应用性强，左右扶手宽度、高度可调，能够适应不同身高，不同胖瘦的患者使用。该装置扶手可双侧外展90度，利于外骨骼的穿戴及患者轮椅的撤离。同时，穿戴式外骨骼与减重训练架通过减震弹簧和滑轨连接，更利于人行走时的重心调节。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种减重歩行训练机器人，它包括穿戴式外骨骼、减重训练架、悬吊背心、跑台、控制系统；其中该穿戴式外骨骼包括小腿连接块、大腿连接块和臀部连接块；该臀部连接块与该大腿连接块之间铰接且设有大腿丝杠和臀部电机，该大腿连接块与该小腿连接块之间铰接且设有小腿丝杠和膝关节电机；该臀部电机和该膝关节电机均通过传输线与该控制系统连接；[0007]该减重训练架包括由下至上依次设置的支撑装置、高度调节装置和悬吊装置；该悬吊装置包括立柱、带弯立柱和U形吊臂；该立柱上设有靠背，左右设有可调间距的扶手机构；该扶手机构下方设有外骨骼连接装置，该外骨骼连接装置与该穿戴式外骨骼连接；该悬吊背心通过软吊绳与该U形吊臂上的四个吊环相连接；该跑台设于该减重训练架下方。所述穿戴式外骨骼主体采用镁合金材质，穿戴部位设置有软织物及连接粘扣。所述支撑装置包括两侧并排的底架和中间横梁，该底架端部设有脚轮，在该脚轮相邻处设有地脚。所述高度调节装置为电动升降柱。所述扶手机构包括扶手架、支撑弯管、固定套管及扶手调节机构；该扶手架与该支 撑弯管铰接，同时设有定位销用于固定该扶手架的位置；该固定套管一端与所述立柱连接，另一端插入该支撑弯管内，在该扶手调节机构的调节下该支撑弯管相对该固定套管可进行滑动。所述支撑弯管上设有支撑架；所述扶手调节机构包括调节丝杠和设于该调节丝杠上的手轮，该调节丝杠的两端分别为正反丝的螺纹，与左右的该支撑架连接，转动该手轮可使正反螺纹同时转动。所述外骨骼连接机构包括导轨滑块机构、导轨连接座、调整块、外骨骼连接块；该导轨滑块机构固定于所述扶手架下方的连接板，包括导轨和滑块，该滑块可以沿着该导轨滑动；该导轨连接座为ーT形板材，与该滑块固定连接；该调整块为一直角板材，两条直角边分别与该导轨连接座和该外骨骼连接块连接固定。所述调整块与所述外骨骼连接块之间的连接螺栓上装有减震压簧。所述导轨连接座与所述导轨之间可通过一定位螺钉锁紫。所述跑台为医用慢速跑台。本实用新型的有益效果是本实用新型的穿戴式外骨骼主体采用轻质镁合金材质，能减小患者的穿戴负担，提闻灵活性；减重训练架提升闻度可调，能实现不同身闻患者的减重训练；减重训练架扶手宽度、高度可调，同时可外展90度，能实现不同胖瘦患者的使用，且便于外骨骼的穿戴和患者轮椅上下跑台；减重训练架扶手下安装有滑动导轨，便于可穿戴式外骨骼的前后调整；穿戴式外骨骼与减重训练架之间采用柔性弹簧连接，便于人行走时的重心调节，使步态自然流畅；减重训练架底部同时装有脚轮和地脚，便于装置的搬运和使用时的固定；悬吊背心设计基于人体倒三角形态，可使カ均匀分布在人体躯干四周，提高减重悬吊时的舒适度；控制系统可实时监测电机的转速、加速度、扭矩等參数，便于康复训练的定量分析。
图I是本实用新型的总体结构示意图。图2A是本实用新型的穿戴式外骨骼的主视示意图。图2B是本实用新型的穿戴式外骨骼的侧视示意图。图3是本实用新型的减重训练架示意图。图4是本实用新型的减重训练架的支撑装置示意图。[0025]图5是本实用新型的减重训练架的悬吊装置示意图。图6是本实用新型的减重训练架的扶手机构示意图。图7是本实用新型的减重训练架的外骨骼连接装置示意图。附图标号1 :穿戴式外骨骼；2 :悬吊背心；3 :减重训练架；4 :控制系统；5 :跑台；1-1 :膝关节电机；1-2 :小腿丝杠；1_3 :小腿连接块；1_4 :大腿连接块；1_5 :大腿丝杠；1_6 :臀部电机；1_7 :臀部连接块；3-1 :支撑装置；3-2 :高度调节装置；3-3 :悬吊装置；3-4 :靠背；3_5 :扶手机构；3_6 :外骨骼连接装置；3_1_1 :底架；3_1_2 :中间横梁；3_1_3 方管；3-1-4 :地脚；3-1-5 :脚轮；3-3-1 :立柱；3-3-2 :带弯立柱；3-3-3 U形吊臂；3-5-1 扶手架；3-5-2 :支撑弯管；3-5-3 :固定套管；3-5-4 :调节丝杠；3_5_5 :手轮；3_5_6 :支撑架；3-6-1 :导轨滑块机构；3-6-2 :导轨连接座；3-6-3 :调整块；3_6_4 :外骨骼连接块；具体实施方式
以下仅以实施例说明本实用新型的特点和欲达到的技术效果，然而并非用以限制本实用新型所欲保护的范畴，合先叙明。如图I所示，本实用新型提供一种减重歩行训练机器人，它包括穿戴式外骨骼I、悬吊背心2、减重训练架3、控制系统4、跑台5。如图2A和图2B所示，所述的穿戴式外骨骼I是由膝关节电机1_1、小腿丝杠1_2、小腿连接块1-3、大腿连接块1-4、大腿丝杠1-5、臀部电机1-6和臀部连接块1-7组成，主体采用镁合金材质，穿戴部位设置有软织物及连接粘扣。臀部连接块1-7与大腿连接块1-4铰接，另设有大腿丝杠1-5和臀部电机1-6将二者连接，大腿连接块1-4与小腿连接块1-3铰接，另设有小腿丝杠1-2和膝关节电机1-1将二者连接。臀部电机1-6和膝关节电机1-1均通过传输线与控制系统4连接，可以在电脑上显示电机的转速、加速度、扭矩等參数，并通过控制系统4控制上述參数。如图3所示，所述的减重训练架3由支撑装置3-1、高度调节装置3-2、悬吊装置3-3、靠背3-4、扶手机构3-5、外骨骼连接装置3-6组成。如图4所示，所述的支撑装置3-1是由两侧并排的底架3-1-1和中间横梁3-1-2连接组成，两底架与中间横梁之间通过螺栓连接固定，中间横梁的中间设有方管3-1-3，方管3-1-3的上端设有连接方板，连接方板与高度调节装置3-2的底端通过螺栓连接在一起。本实用新型高度调节装置可以通过电动升降立柱来实现。在底架3-1-1端部设有脚轮3-1-5，与底架3-1-1通过螺纹连接片连接固定。在脚轮3-1-5相邻处设有地脚3-1-4，与底架上的螺纹套连接。脚轮3-1-5和地脚3-1-4的高度都可以通过螺纹来调节，以便于进行本实用新型装置的移动和搬运。如图5所示，所述的悬吊装置3-3设于高度调节装置3-2上方，包括立柱3_3_1、带弯立柱3-3-2和U形吊臂3-3-3，所述的立柱3-3-1的下端和上端分别与电动升降柱和带弯立柱3-3-2连接，带弯立柱3-3-2通过螺栓与吊臂3-3-3连接，U形吊臂3_3_3上设置有四个吊环，用于悬挂供患者穿戴的减重吊帯。电动升降柱可以调节立柱3-3-1的高度，进而调节扶手机构3-5和吊臂3-3-3的高度，来适应不同身高的患者使用。如图I所示，所述的悬吊背心2通过软吊绳与U形吊臂3-3-3上的四个吊环相连接。所述的靠背3-4通过螺栓与立柱3-3-1连接，用于患者倚靠。立柱3_3_1的下部设有推手，用于转移时使用。如图6所示，立柱3-3-1的左右侧面设有扶手机构3-5，扶手机构3_5包括扶手架3-5-1、支撑弯管3-5-2、固定套管3-5-3及扶手调节机构，扶手架3_5_1与支撑弯管3_5_2通过铰接的方式连接而可以水平转动，同时设有定位销用于固定扶手架3-5-1的位置，定位销取出时，扶手架3-5-1可向外伸展，固定套管3-5-3 —端与立柱3-3-1通过螺栓连接，另一端插入支撑弯管3-5-2内，在扶手调节机构的调节下支撑弯管3-5-2相对固定套管3-5-3可进行滑动。扶手调节机构包括调节丝杠3-5-4和设于该调节丝杠上的手轮3-5-5，调节丝杠3-5-4的两端分别为正反丝的螺纹，与左右的支撑弯管上设置的支撑架3-5-6连接，转动手轮3-5-5可使正反螺纹同时转动，达到调节两侧扶手架间距的目的。调节好两扶手架的间距后，可由支撑弯管3-5-2下部的螺钉使其与固定套管3-5-3的位置固定，进而固定两扶手架的位置。本实用新型的两扶手架的间距可以调节，以适应不同臂宽的患者，两扶手架可以向外转动伸展，以便于患者乘坐轮椅进入并安装吊具。 如图7所示，扶手机构3-5下方设有外骨骼连接装置3-6，穿戴式外骨骼I与减重训练架3通过该外骨骼连接装置3-6连接，外骨骼连接装置包括导轨滑块机构3-6-1、导轨连接座3-6-2、调整块3-6-3、外骨骼连接块3-6-4。导轨滑块机构3_6_1固定于扶手架3-6-1下方的连接板3-6-7，包括导轨和滑块，滑块可以沿着导轨滑动。导轨连接座3-6-2为一 T形板材，通过螺钉与滑块固定连接。调整块3-6-3为一直角板材，两条直角边分别与导轨连接座3-6-2和外骨骼连接块3-6-4连接固定，调整块3-6-3与外骨骼连接块3_6_4之间的连接螺栓上装有减震压簧3-6-5，用于适应行走训练中人体重心的变化。外骨骼连接块3-6-4与相应的穿戴式外骨骼的臀部连接块1-7连接固定。导轨连接座与导轨之间可通过定位螺钉3-6-6锁紧，用于穿戴式外骨骼调整后和患者训练过程中的定位。所述的跑台5选用医用慢速跑台，设于减重训练架3下方，可与减重训练架3匹配使用，用于患者行走其上。以上所述的各个部件、各装置之间的连接并非限制于螺栓连接，在不影响使用效果的情况下，其可以为本领域技术人员可想到的任何连接方式，如焊接、一体成型等方式。综上所述，本实用新型具有以下优点I.穿戴式外骨骼主体采用镁合金材质，减小了患者的穿戴负担，提高了使用灵活性；2.减重训练架的吊臂和扶手架的高度可调，能适合不同身高的患者使用；3.减重训练架的左右扶手架的间距可以调节，能够适应手臂宽度不同的患者，提高使用舒适度；4.减重训练架的扶手架可以向外转动展开，方便患者乘坐轮椅驶入装置中间穿戴吊具。5.减重训练架的导轨滑块可以前后调节，使患者身体下肢相对于该装置处于舒适的空间位置；6.外骨骼连接装置上的减震压簧可以适应下肢训练过程中人体重心的高度变化，使行走步态自然顺畅。[0048]7.减重训练架的底部支撑架上同时装有脚轮和地脚，便于装置的搬运和使用时的固定。8.悬吊背心的设计基于人体倒三角形态，利于カ的分散，提高使用舒适度；9.控制系统可以实时监测外骨骼电机的转速、加速度、扭矩等參数，利于临床训练的定量化；10.整体结构简单，成本低，应用性强，服务范围广。
权利要求1.一种减重歩行训练机器人，其特征在于它包括穿戴式外骨骼、减重训练架、悬吊背心、跑台、控制系统；其中 该穿戴式外骨骼包括小腿连接块、大腿连接块和臀部连接块；该臀部连接块与该大腿连接块之间铰接且设有大腿丝杠和臀部电机，该大腿连接块与该小腿连接块之间铰接且设有小腿丝杠和膝关节电机；该臀部电机和该膝关节电机均通过传输线与该控制系统连接； 该减重训练架包括由下至上依次设置的支撑装置、高度调节装置和悬吊装置；该悬吊装置包括立柱、带弯立柱和U形吊臂；该立柱上设有靠背，左右设有可调间距的扶手机构；该扶手机构下方设有外骨骼连接装置，该外骨骼连接装置与该穿戴式外骨骼连接； 该悬吊背心通过软吊绳与该U形吊臂上的四个吊环相连接； 该跑台设于该减重训练架下方。
2.如权利要求I所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述穿戴式外骨骼主体采用镁合金材质，穿戴部位设置有软织物及连接粘扣。
3.如权利要求I所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述支撑装置包括两侧并排的底架和中间横梁，该底架端部设有脚轮，在该脚轮相邻处设有地脚。
4.如权利要求I所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述高度调节装置为电动升降柱。
5.如权利要求I所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述扶手机构包括扶手架、支撑弯管、固定套管及扶手调节机构；该扶手架与该支撑弯管铰接，同时设有定位销用于固定该扶手架的位置；该固定套管一端与所述立柱连接，另一端插入该支撑弯管内，在该扶手调节机构的调节下该支撑弯管相对该固定套管可进行滑动。
6.如权利要求5所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述支撑弯管上设有支撑架；所述扶手调节机构包括调节丝杠和设于该调节丝杠上的手轮，该调节丝杠的两端分别为正反丝的螺纹，与左右的该支撑架连接，转动该手轮可使正反螺纹同时转动。
7.如权利要求I所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述外骨骼连接机构包括导轨滑块机构、导轨连接座、调整块、外骨骼连接块；该导轨滑块机构固定于所述扶手架下方的连接板，包括导轨和滑块，该滑块可以沿着该导轨滑动；该导轨连接座为ー T形板材，与该滑块固定连接；该调整块为一直角板材，两条直角边分别与该导轨连接座和该外骨骼连接块连接固定。
8.如权利要求7所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述调整块与所述外骨骼连接块之间的连接螺栓上装有减震压簧。
9.如权利要求8所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述导轨连接座与所述导轨之间可通过一定位螺钉锁紧。
10.如权利要求I所述的减重歩行训练机器人，其特征在于所述跑台为医用慢速跑台。
专利摘要本实用新型公开一种减重步行训练机器人，包括穿戴式外骨骼、减重训练架、悬吊背心、跑台、控制系统。穿戴式外骨骼包括小腿连接块、大腿连接块和臀部连接块；减重训练架包括支撑装置、高度调节装置和悬吊装置；悬吊背心与减重训练架连接。本实用新型可减少体重对患肢的负荷，使患者能早期进行步行训练，能激活运动皮质和脊髓节律性运动中枢，对偏瘫、截瘫、脑外伤、脑瘫、多发硬化、帕金森氏病、下肢骨折、关节成形术后、假肢安装等患者的运动再学习、步态重建、步行能力的提高具有极大临床意义，可用于固定式减重步行训练，可在地面进行移动式行走训练，可与电脑相连接，通过电脑程序实现实时运动监测和反馈，也可通过参数设置来控制机器人运动。
文档编号A63B22/02GK202590240SQ201220107659
公开日2012年12月12日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者李剑, 潘国新, 张秀峰, 陶静 申请人:国家康复辅具研究中心