一种支持全向移动的下肢康复助行机器人及控制方法与流程

本发明涉及康复医疗器械技术领域，特别是涉及一种支持全向移动的下肢康复助行机器人。

背景技术：

据资料统计，我国现有脑卒中患者约为1000多万人，每年新增患者超过250余万人，且随着老龄化的加剧，患者人数会不断增加。在这些患者中，有70％～80％的患者会留有不同程度的下肢运动障碍。但医学研究显示，这种神经损伤引起的运动功能障碍是可以通过针对肢体的特定功能进行主动或者被动的重复性训练来进行治疗的。

在传统的康复运动训练治疗过程中，患者通常需要由医生辅助进行各单项或综合项目的运动训练，但这存在一定的局限性：1、相对于庞大的患者群，医生的人数极其不足；2、医生的劳动强度大，难以长时间帮助患者进行康复训练，容易导致训练时间少于取得最佳治疗效果所必需的时间；3、训练时医生常需要采取不合理的站坐姿，这会对医生的健康产生不利影响；4、不能进行重复训练和治疗效果的实时监测，没有对患者的直接反馈，不利于根据恢复效果调整训练计划。基于以上几点，因此急需开发下肢康复机器人来辅助医生进行康复训练。

目前主流的下肢康复机器人类型为外骨骼式、把手扶持式及绳索驱动式三种。

专利cn102670379a公开了一种移动式可穿戴下肢康复机器人，该机器人包括外骨骼支架和下肢外骨骼，其中：下肢外骨骼用于患者行走，并提供步态分析和康复训练；外骨骼支架则用来固定患者和康复机器人，支架底座四个端部均安装有支架滚轮。

专利cn101803988公开了一种多功能助立助行康复机器人。该机器人包括机械助立装置、底盘移动装置、监测控制装置。机械助立装置通过电动推杆带动扶手装置，辅助病人摆动双臂。底盘通过四个麦克纳姆轮和四个电机实现全方位移动。监控装置包括视觉传感器、测距传感器、六维力传感器和压力传感器阵列。

专利cn101862255a公开了一种绳索牵引下肢步态康复机器人，该机器人包括框架、跑步机、绳索牵引系统、连杆系统和角度传感器。该机器人通过绳索牵引方式帮助使用者进行康复训练。

外骨骼式康复机器人主要针对完全没有行走能力或行走能力极其低下的患者。由于采 用外骨骼假肢机构强制带动病人进行运动这种康复方式，其对患者行走中骨盆和下肢的活动自由度会有很大的限制作用，从而容易使肌肉的运动发力模式与正常人不一样。

把手扶持式康复机器人要求病人依靠手部力量支撑身体，对病人体力要求较高，且不适用于手部受伤或手部力量较弱的病人。对正常步行康复，难于进行手脚协调康复训练。

绳索驱动式康复机器人结构简单，但体积一般较大，通常适用于跑步机等底盘固定式康复器械，在应用于移动式康复器械时，由于绳索上分力的存在，减重控制难以较高的精度。

此外，上述专利中提到的康复机器人，均不具备帮助病人做横向、旋转、斜向等运动时的康复训练。如专利cn102670379a，没有闭环反馈，缺乏对病人步行状态的自适应调整功能。专利cn101803988，采用测距传感器监测病人步态，不能对病人的横向运动，斜向运动或者旋转等进行检测，不能使机器人做相应运动，从而配合病人进行康复治疗。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，能跟随病人进行全方位移动，使病人在真实的步行条件下进行康复运动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，包括车体模块、升降模块、支持模块、拉力模块和快接模块，其特征在于，所述车体模块用于机器人的全向移动以实现与使用者的协同运动；所述升降模块连接在所述车体模块上，用于扶持与减轻使用者负载；所述支撑模块连接在所述升降模块上，具有三个被动自由度，用于给使用者一定自由运动空间，实现使用者和机器人的柔性连接，并检测使用者的位移信息；所述拉力模块连接在所述支撑模块上，用于检测使用者与机器人之间的相互作用力，并为机器人的车体模块和升降模块的控制提供反馈信息；所述快接模块与拉力模块相连，用于使用者和机器人之间的快速连接与分离。

所述车体模块包括车架、麦克纳姆轮、传动机构、驱动机构、安装平台和控制箱；所述车架下端安装有麦克纳姆轮、上端安装有用于安装升降模块的安装平台；所述车架上还设有控制箱；所述控制箱控制所述驱动机构带动传动机构驱动所述麦克纳姆轮形成不同的运动组合，实现全方位运动。

所述传动机构为同步带及同步带轮；所述驱动机构为伺服电机和行星减速器；所述伺服电机与行星减速器相连并安装在车架两侧的中间位置；所述麦克纳姆轮和行星减速器通过同步带及同步带轮相连；所述控制箱安装在车架后侧，所述安装平台连接在车架后侧的 中间位置。

所述升降模块包括导轨架、第一直线导轨、第一滑块、升降机构和执行机构；所述直线导轨安装在导轨架上，所述第一滑块安装在第一直线导轨上；所述支撑模块通过升降机构与第一滑块相连；所述执行机构带动升降机构上的支撑模块沿着所述第一直线导轨上下移动。

所述升降机构包括滚珠丝杠和安装在滚珠丝杠上的丝杠螺母，所述执行机构为齿轮箱；所述导轨架由多个方钢焊接而成，底部焊接一块平板作为导轨架底部安装板；所述齿轮箱安装在导轨架底部安装板的上侧；所述第一直线导轨安装在导轨架两侧；所述滚珠丝杠安装在导轨架中间位置，滚珠丝杠通过第一联轴器与所述齿轮箱的输出轴相连；所述齿轮箱上的电机转动带动滚珠丝杠转动，从而使得螺母上下运动。

所述支撑模块包括升降连接板、下导轨安装板、上导轨安装板、旋转机构和旋转支撑臂；所述升降连接板与升降模块连接在一起；所述下导轨安装板通过第一夹层机构叠在所述升降连接板上，所述上导轨安装板通过第二夹层机构叠在所述下导轨安装板上；所述第一夹层机构和第二夹层机构用于实现前后左右四个方向的运动自由度的调整；所述旋转支撑臂通过旋转机构安装在所述上导轨安装板上，并能在所述上导轨安装板所在的周面上旋转；所述旋转支撑臂的末端用于连接所述拉力模块。

所述旋转机构包括交叉滚子轴承和连接轴；所述交叉滚子轴承外圈与所述上导轨安装板螺纹连接，内圈与所述连接轴螺纹连接；所述连接轴套入所述旋转支撑臂的孔中，并在旋转支撑臂的上表面处固定连接。

所述支撑模块还包括限位机构，所述限位机构包括限位销和限位挡块；所述限位销安装在所述支撑臂的下表面，所述限位挡块安装在所述上导轨安装板上，所述限位销一端受限于所述限位挡块，实现对旋转支撑臂的旋转角度进行限位。

所述第一夹层机构包括第二滑块、第二直线导轨和第一直线位移测量装置；所述第二直线导轨安装在所述升降连接板上，所述第二滑块安装在所述第二直线导轨上，并与所述下导轨安装板的下表面相连；所述第一直线位移测量装置用于检测第二滑块的位移量。

所述第一夹层机构还包括第一弹簧导向杆、第一弹簧安装支座和第一弹簧导杆支座；所述第一弹簧安装支座安装在升降连接板上，第一弹簧导杆支座与下导轨安装板的下表面相连，所述第一弹簧导向杆依次穿入第一弹簧安装支座和第一弹簧导杆支座的孔中；所述第一弹簧导向杆上套有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧一端抵着第一弹簧导杆支座，另 一端抵着第一弹簧调节轴，所述第一弹簧调节轴连接在第一弹簧安装支座的孔中。

所述第一直线位移测量装置包括第一位移测量装置安装座和第一位移测量装置，所述第一位移测量装置安装座连接在所述下导轨安装板的下表面，所述第一位移测量装置安装座的孔中安装有第一位移测量装置，所述第一位移测量装置末端与第一位移测量装置支架连接在一起，所述第一位移测量装置支架连接在升降连接板上。

所述第二夹层机构包括第三滑块、第三直线导轨、第二直线位移测量装置和角度测量装置；所述第三直线导轨安装在下导轨安装板上，所述第三滑块与上导轨安装板的下表面相连；所述第二直线位移测量装置安装座连接在下导轨安装板的上表面，所述第二直线位移测量装置用于检测第三滑块的位移量；所述角度测量装置用于检测所述旋转支撑臂的旋转角度。

所述第二夹层机构包括第二弹簧导向杆、第二弹簧安装支座和第二弹簧导杆支座；所述第二弹簧安装支座安装在上导轨安装板的下表面处，所述第二弹簧导杆支座与下导轨安装板的上表面相连，所述第二弹簧导向杆依次穿入第二弹簧安装支座和第二弹簧导杆支座的孔中；所述第二弹簧导向杆上套有第二压缩弹簧，所述第二压缩弹簧一端抵着第二弹簧导杆支座，另一端抵着第二弹簧调节轴，所述第二弹簧调节轴连接在第二弹簧安装支座的孔中。

所述第二直线位移测量装置包括第二位移测量装置安装座和第二位移测量装置，所述第二位移测量装置安装座连接在所述上导轨安装板的下表面，所述第二位移测量装置安装座的孔中安装有第二位移测量装置，所述第二位移测量装置末端与第二位移测量装置支架连接在一起，所述第二位移测量装置支架连接在下导轨安装板上。

所述角度测量装置包括联轴器连接轴、第二联轴器、角度测量支架和角度测量器；所述角度测量器支架安装在上导轨安装板的下表面，所述角度测量器与角度测量器支架通过螺纹连接；所述角度测量器的轴与联轴器连接轴通过第二联轴器相连。

所述角度测量器为角度传感器、旋转编码器、扭矩传感器或测速编码器。

所述拉力模块包括固定连接机构、力传递机构、第一力传感器和第二力传感器；所述固定连接机构用于安装第一力传感器和第二力传感器，并与所述支撑模块和所述快接模块连接；所述固定机构受到上下前后四个方向的力时，所述第二力传感器能检测到两个方向的力，力同时通过所述力传递机构传递到所述第一力传感器处，使得第一力传感器能检测到另外两个方向的力。

所述固定连接机构包括侧板、上侧板和四块外侧板；所述力传递机构包括导轨安装板和第四直线导轨；所述四块外侧板中的两块外侧板与支撑模块的旋转支撑臂连接，并与所述侧板的侧面相连；所述上侧板与另外两块外侧板的上侧面相连，两块外侧板连接侧板的相对面与另外两块外侧板相连；所述四块外侧板的内侧面安装有位于第四直线导轨上的第四滑块，所述第四直线导轨安装在所述导轨安装板上；所述第一力传感器一端与侧板固定，另一端与导轨安装板连接，所述第二力传感器一端与上侧板固定，另一端与导轨安装板连接；当上侧板在上下方向和前后方向上受力时，第二力传感器能检测到上下方向的力，而力同时通过导轨安装板传递到第一力传感器处，从而使第一力传感器能检测到前后方向上的力。

所述快接模块包括夹紧机构、压板、连接板和半身腰带；所述夹紧机构与所述拉力模块相连；所述夹紧机构夹紧时能够固定所述连接板；所述半身腰带被压在所述压板与连接板之间。

所述夹紧机构包括夹紧块、凸轮把手和连接销；所述夹紧块固定在拉力模块上；所述凸轮把手安装在夹紧块的螺纹孔中；所述连接销插入夹紧块的中心孔中，并与所述连接板连接；当所述凸轮把手转至与其安装面垂直时，则夹紧块的缝隙会增大至连接销能够拔出的大小；当所述凸轮把手转至与其安装面平行时，则夹紧块的缝隙会减小，使得插入中心孔的连接销卡在孔中无法拔出从而使得连接板固定在夹紧块与连接销的端面之间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种上述的支持全向移动的下肢康复助行机器人的控制方法，其中，所述支撑模块检测使用者和下肢康复助行机器人之间的相对位移量，并根据检测到的相对位移量控制车体模块以保证使用者和下肢康复助行机器人之间的相对位移距离处于支撑模块能够提供的自由运动范围；所述拉力模块检测使用者和下肢康复助行机器人之间的相对作用力，并根据检测到的相对作用力控制车体模块以保证车体模块能够具有随动性，控制升降模块以保证减轻使用者负载。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明对整个机器人的设计采用模块化思想，各个模块之间均相互独立，方便安装、维护和模块升级。特别是机器人与病人之间的连接采用快插方式，一方面便于医生为病人穿戴训练外套，另一方面可以通过升级与病人相连的连接件来扩展机器人的应用范围，满足病人的不同需求，如体格、训练项目等。

本发明采用惯性传感器得到病人的步态。惯性传感器被直接安置于训练外套上，并通过病人穿戴被固定在各关节臂上，随各关节的运动而运动，因此能真实反映病人在训练中各关节的状态。其相比于测距传感器，更直观、准确，且对于病人原地晃动、转身、斜向与横向移动等意图也能准确识别。

本发明的支撑模块采用两组导轨和一个旋转轴设计，配以弹簧和阻尼块，提供的三个被动自由度让使用者和机器人之间形成一种柔性连接，在提供支撑的同时，给予使用者在安全范围内足够的运动自由度，不会让使用者产生束缚感。在导轨以及旋转轴上配以位移传感器和角度传感器，使机器人能实时地获取病人的位置信息，既可以用于估计病人的中心轨迹、步速等训练效果参数，也可以作为底部运动平台的反馈控制信息。

本发明采用髋关节支撑，解放了病人的双手，使病人在做行走康复训练时更接近真实情况，且能够辅助完成一些上下肢协调康复训练项目。

本发明的减重模块采用伺服电机控制，配合力传感器和惯性传感器，使机器人能够根据设定的参数支撑使用者的体重，帮助其减轻负重，并在病人不慎失稳时，能够平稳地将其托住，防止使用者摔落或者受到过大冲击，使其可以安心、循序渐进地完成康复训练。

本发明设计的力传感模块，既改善了传统力传感器抗拉性能不佳的缺点；又通过组合多个一维力传感器，实现了多维力传感的功能；整个模块还对力传感器进行了封装，减少了外部环境变化对力传感器传感电路的影响。

本发明的供电系统采用蓄电池与逆变器，使该康复机器人能不受供电限制，适用于各种康复环境。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的车体模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的升降模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的支撑模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的支撑模块中第一夹层机构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的支撑模块中第二夹层机构的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的支撑模块中角度测量装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的拉力模块的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的拉力模块的内部结构示意图；

图10为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的快接模块的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的快接模块中夹紧机构的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人控制方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明涉及一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，包括车体模块、升降模块、支持模块、拉力模块和快接模块，所述车体模块用于机器人的全向移动以实现与使用者的协同运动；所述升降模块竖直地连接在所述车体模块上，用于扶持与减轻使用者负载；所述支撑模块横向地连接在所述升降模块上，具有三个被动自由度，用于给使用者一定自由运动空间，实现使用者和机器人的柔性连接，并检测使用者的位移信息；所述拉力模块连接在所述支撑模块上，用于检测使用者与机器人之间的相互作用力，并为机器人的车体模块和升降模块的控制提供反馈信息；所述快接模块与拉力模块相连，用于使用者和机器人之间的快速连接与分离。

该机器人能够跟随使用者进行全方位移动，并且给使用者的关节提供足够大的活动自由度和活动空间，使得使用者能够在不受到运动干涉和真实的步行条件下进行康复训练。该机器人还能减轻使用者一定的负载，并且在使用者失稳跌倒时，机器人能够以柔性的方式将其托住，使其不会摔倒且不会受到过大冲击。同时该机器人也能够实时记录使用者各项信息、用来指导康复效果的判定和康复策略的制定。

如图1所示，基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人共有五个模块，分别为：车体模块1、升降模块2、支撑模块3、拉力模块4、快接模块5。快接模块5与拉力模块4相连，拉力模块4与支撑模块3相连，支撑模块3与升降模块2相连，升降模块2与车体模块1相连，模块与模块之间能够方便的进行安装或者拆卸。

如图2所示，基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的车体模块1包括：车架11、第一同步带轮141、螺栓座151、同步带142、张紧螺栓152、第二同步带轮143、麦克纳姆轮121、轮座122、车体伺服电机131、行星减速器132、电机座133、安装平台16。其中：麦克纳姆轮121安装在轮座122的凹口之中，轮座122通过螺栓连接在车架11四个端部的下表面；车体伺服电机131与行星减速器132相连，并且两者均安装在电机座133上，电机座133安装在车架11上表面；第一同步带轮141在电机座133外侧面与行星减速器132相连，第二同步带轮143在轮座122外侧面与麦克纳姆轮121相连，第一同步带轮141和第二同步带轮143通过同步带142相连形成传动装置；张紧螺栓151安装在螺栓座152中，螺栓座152安装在车体11的上表面，张紧螺栓151的一端顶住电机座133，通过旋动张紧螺栓151，可以调整电机座133的位置，从而张紧同步带142；车架11的后侧还设有稳定模块6，通过稳定模块6的设置能够稳定整个下肢康复机器人的重心，使得使用者在使用时能够更为方便，防止使用者失稳跌倒。安装平台16安装在车架11后侧的中心位置，该位置能够更好的为患者提供支撑；升降模块2与安装平台16通过螺栓连接从而安装在车体模块1上。

如图3所示，基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的升降模块2包括：第一直线导轨241、丝杠座上垫板216、第一轴承座254、第一滑块242、丝杠螺母252、滚珠丝杠251、导轨架211、导轨压板215、螺母座253、丝杠座下垫板217、导轨支撑座214、第二轴承座255、轴端螺母256、第一联轴器26、齿轮箱22、侧支撑支架23、导轨垫板213、底部安装板212。其中：导轨架211是由多段方钢焊接而成，并且与底部安装板212也焊接成一体；导轨垫板213焊接在导轨架211两侧方钢正面，导轨支撑座214焊接在导轨压板215的下方位，其螺纹孔中穿有螺栓抵住第一直线导轨241的下侧面；第一直线导轨241通过螺纹连接在导轨垫板213上，第一滑块242嵌在第一直线导轨241上，可以顺滑的进行直线运动；导轨压板215通过螺钉与导轨垫板213连接，并且抵住第一直线导轨241的侧面，防止第一直线导轨241的位置松动；丝杠座上垫板216焊接在导轨架241上端横置方钢正面中心处，丝杠座下垫板217焊接在导轨架241下端横置方钢正面中心处；第一轴承座254通过螺钉与丝杠座上垫板216连接，第二轴承座255通过螺钉与丝杠座下垫板217连接；滚珠丝杠251的上下两端分别安装在第一轴承座254与第二轴承座255的孔中；螺母座253与丝杠螺母252螺纹连接，并且支撑模块3通过丝杠螺母252和两侧的第一滑块242与升降模块2相连；侧支撑支架23与底部安装板212螺纹连接，齿轮箱22安装在两侧支撑支架23之间，齿轮箱22输出轴与滚珠丝杠251下端通过第一联轴器26连接。

图3中，采用滚珠丝杠251和丝杠螺母252作为可以实现减重传动的升降机构，值得一提的是，还可以通过同步带等其他装置实现减重传动的功能。其中，齿轮箱22内部既可以采用齿轮的传动方式实现将伺服电机的动力传递给滚珠丝杠，也可以采用同步带的传动方式实现将伺服电机的动力传递给滚珠丝杠，具体可根据实际应用环境进行选择。

如图4所示，基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的支撑模块3包括：升降连接板31、下导轨安装板32、上导轨安装板33、交叉滚子轴承381、连接轴382、旋转支撑臂383、限位销391、限位挡块392、升降连接板31和下导轨安装板32之间的第一夹层机构301、下导轨安装板32和上导轨安装板33之间的第二夹层机构302。其中：升降连接板31通过螺钉与升降模块2中的螺母座253和第一滑块242连接在一起，下导轨安装板32通过夹层机构叠在升降连接板31之上，上导轨安装板33通过夹层机构叠在下导轨安装板32之上；交叉滚子轴承381外圈与上导轨安装板33螺纹连接，内圈与连接轴382螺纹连接；连接轴382套入旋转支撑臂383的孔中，在旋转支撑臂383的上表面处通过螺钉进行连接；旋转支撑臂383的末端与拉力模块4螺纹连接在一起；限位销391安装在旋转支撑臂383下表面，限位挡块392安装在上导轨安装板33，限位销391一端处于两个限位挡块392之间，起到旋转支撑臂383旋转角度限位的作用。

如图5所示，第一夹层机构301包括：第二滑块342、压缩弹簧361、第二直线导轨341、弹簧调节轴362、弹簧导向杆363、弹簧安装支座364、聚氨酯垫365、弹簧导杆支座366、直线电位计安装座352、直线电位计351、电位计连接支架353。其中，第二直线导轨341安装在升降连接板31上，第二滑块342与下导轨安装板32的下表面相连；弹簧安装支座364安装在升降连接板31上，弹簧导杆支座366与下导轨安装板32的下表面相连，弹簧导向杆363依次穿入弹簧安装支座364和弹簧导杆支座366的孔中；压缩弹簧361套在弹簧导向杆363上，一端抵着弹簧导杆支座366，另一端抵着弹簧调节轴362，弹簧调节轴362连接在弹簧安装支座364的孔中；直线电位计安装座352连接在下导轨安装板32的下表面，直线电位计351安装在电位计安装座352的孔中，直线电位计351末端与电位计支架353通过螺母连接在一起，电位计支架353连接在升降连接板31上。

如图6所示，第二夹层机构302包括：第二滑块342、压缩弹簧361、第二直线导轨341、弹簧调节轴362、弹簧导向杆363、弹簧安装支座364、聚氨酯垫365、弹簧导杆支座366、直线电位计安装座352、直线电位计351、电位计连接支架353、角度测量装置37。其中，第二直线导轨341安装在下导轨安装板32上，第二滑块342与上导轨安装板33的下表面相连；弹簧安装支座364安装在上导轨安装板33的下表面处，弹簧导杆支座366 与下导轨安装板32的上表面相连，弹簧导向杆363依次穿入弹簧安装支座364和弹簧导杆支座366的孔中；压缩弹簧361套在弹簧导向杆363上，一端抵着弹簧导杆支座366，另一端抵着弹簧调节轴362，弹簧调节轴362连接在弹簧安装支座364的孔中；直线电位计安装座352连接在下导轨安装板32的上表面，直线电位计351安装在电位计安装座352的孔中，直线电位计351末端与电位计支架353通过螺母连接在一起，电位计支架353连接在上导轨安装板33下表面处；角度测量装置与上导轨安装平面33相连。

如图7所示，角度测量装置37包括：联轴器连接轴374、第二联轴器373、角位移传感器支架372、角位移传感器371。其中，角位移传感器支架372安装在上导轨安装板33的下表面，角位移传感器371与角位移传感器支架372通过螺纹连接；角位移传感器371的轴与联轴器连接轴374通过第二联轴器373相连，联轴器连接轴374与连接轴382相连。

本实施方式中采用直线电位计作为直线位移测量装置，值得一提的是，还可以使用其它的直线位移测量装置用来测量位移，如光栅尺、磁栅尺、激光位移传感器；也可以采用间接测量位移的设备，例如速度传感器、加速度传感器等。本实施方式中采用角度传感器作为角度测量装置，值得一提的是，还可以使用其他的角度测量装置用来测量角度，如旋转编码器；也可以采用间接测量角度的设备，例如扭矩传感器、测速编码器等。

在下肢康复助行机器人中，不管是扭矩传感器，还是角度位移传感器，都是用来测量病人相对机器人的一个旋转方向，进而控制机器人跟随病人进行旋转。当采用角度位移传感器时，病人绕机器人旋转会带动旋转支撑臂383绕连接轴382发生旋转，从而带动角度位移传感器旋转，实时测量病人相对机器人的旋转角度，根据旋转角度和旋转角速度来控制机器人的方向和运动速度来跟随病人旋转。当采用扭据传感器时，由于扭矩传感器的轴是固定不动的，因此病人绕机器人旋转不会带动旋转支撑臂383绕连接轴382发生旋转，但会把旋转的扭矩传递给扭矩传感器，由此可以得到病人相对机器人的旋转方向和力的大小，进而可以根据旋转方向和力的大小来控制机器人的运动方向和运动速度，跟随病人运动。

如图8和图9所示，基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的拉力模块4包括：第一拉力传感器431、导轨安装板40、侧板411、第一外侧板412、第二外侧板413、第三直线导轨及滑块44、上侧板421、第二拉力传感器432、第三外侧板422、第四外侧板423。其中，侧板411和上侧板421的两侧位置均设有两条凸棱，第一外侧板412和第二外侧板413分别安装在侧板411的两边，并且紧贴侧板411的两侧凸棱的外侧边；同样的，第三外侧板422和第四外侧板423安装在上侧板421两边，并且紧贴上侧板421的两侧凸棱的外侧边， 利用两侧的凸棱能够确保第一外侧板412和第二外侧板413以及第三外侧板422和第四外侧板423的平行；两组第三直线导轨及滑块44分别安装在导轨安装板40的凹槽中以及第一外侧板412、第二外侧板413、第三外侧板422、第四外侧板423的内侧面上；第一拉力传感器431旋入导轨安装板40侧边的螺纹孔中，其轴线沿水平方向，另一端穿过侧板411的孔，并且通过螺母与侧板411固定；同样，第二拉力传感器432旋入导轨安装板40侧边的螺纹孔中，其轴线沿竖直方向，另一端穿过上侧板421的孔，并且通过螺母与上侧板421固定。

如图10所示，基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人的快接模块5包括：连接销523、凸轮把手522、夹紧块521、连接板513、半身腰带511、压板512。其中，连接销523、凸轮把手522、夹紧块521构成了如图11所示的夹紧机构，夹紧块521通过螺钉固定在上侧板421上，凸轮把手522的轴通过螺纹连接固定在夹紧块521侧面的孔中；连接销523通过螺钉固定在连接板513的上面，连接销523插入夹紧块521的中心孔中，当凸轮把手522的把手旋紧时，连接销523会卡在夹紧块521的孔中，从而使得连接板513也固定在夹紧块521和连接销523端面之间；半身腰带511被压在压板512与连接板513之间，压板512和连接板513通过短头螺钉连接在一起；连接板513与半身腰带511之间也可以增加其他机构，以适应不同的康复训练需求。本实施方式中快接模块5通过螺钉固定在上侧板421的正上方，值得一提的是，快接模块5还可以安装在上侧板421的前方，其安装位置和固定方式均可以根据实际需要进行调整。

本实施方式提供的基于麦克纳姆轮的下肢康复机器人在使用时，先将半身腰带511穿在使用者身上，扣紧。使用者坐在座椅上，机器人移动至合适的位置，升降模块2带动支撑模块3下降到合适高度，然后将快接模块5的连接销523插入夹紧块521的中心孔中，旋紧凸轮把手522，则将使用者和康复机器人连接在一起，升降模块2带动支撑模块3抬高到适合高度，则可以开始进行康复训练运动。康复训练时，升降模块2将提供使用者需要的减重力以减轻使用者自身受到的负载，支撑模块3给使用者提供一定范围内的运动自由度，使用者和机器人的相对位移在此运动范围内时，其相对运动的阻力很小，提高了使用者和机器人连接的柔性。同时，如图12所示，支撑模块3的直线电位计351以及角位移传感器371可以检测使用者和机器人之间的相对位移量，检测到的位移数据也用于控制车体模块1的麦克纳姆轮进行全向运动，以保证使用者和机器人之间的相对位移距离处于支撑模块3能够提供的自由运动范围。也就是说，当支撑模块3的直线电位计351以及角位移传感器371检测到的相对位移量超过了支撑模块3能够提供的自由运动范围时，控制 单元通过对车体模块进行控制，驱动麦克纳姆轮实现全方位运动以使使用者和机器人之间的相对位移距离处于支撑模块3能够提供的自由运动范围。拉力模块4也能够检测使用者和机器人之间的相对作用力，检测到的相对作用力信息也用于控制车体模块1的随动效果和升降模块2减重效果。也就是说，当拉力模块4检测到使用者与机器人之间的前后方向的力过大时，控制单元通过对车体模块1进行控制，驱动麦克纳姆轮实现全方位运动从而实现随动；当拉力模块4检测到使用者与机器人之间的上下方向的力过大时，控制单元通过对升降模块2进行控制，驱动齿轮箱22工作实现减轻负载的效果。位移信息检测和力信息检测两者使得机器人在康复训练时不会给使用者带来较大的束缚感，同时提供使用者一定的自由运动空间，使其康复训练更加贴近正常人走路的状态。训练完成后，升降模块2带动支撑模块3降下，使用者回到座位上，松开凸轮把手522，将连接销523从夹紧块521的中心孔中抽出，完成机器人和使用者的分离。解开半身腰带511，整个康复训练过程结束。