踏步装置及步行康复训练机器人的制作方法

本发明涉及步态康复训练设备，特别涉及踏步装置及步行康复训练机器人。

背景技术

众多瘫痪患者因下肢无力而不能行走，严重影响其生活质量。步行训练是恢复瘫痪患者步行功能的主要方式。步行训练目前主要是人工训练和设备训练，前者不能用于瘫痪较重的患者且人力成本高，后者主要是步行康复训练机器人，目前最有代表性的是2001年苏黎世联邦工业大学研发的下肢康复机器人lokomat，其是通过机器辅助大腿、小腿的转动来实现行走姿态的模拟，无法模拟人类行走时踝关节的运动轨迹，且仅提供平地行走模式，步行训练环境单调，患者上机时穿戴麻烦，费时较多。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明提供一种踏步装置，该踏步装置使得步行训练更接近正常步行模式和正常步态，具体通过机器带动踏板模拟人类平地、上下坡、上下楼梯时足踝正常运动轨迹，同时通过腿部支架将来源于脚踏的力量转化为大小腿抬步的力量，从而有益于提高患者步行功能的康复效果。

本发明涉及的技术解决方案：

一种踏步装置，包括底板、成对设置于底板上的踏板运动组件以及设置于每一踏板运动组件上的腿部支架；

踏板运动组件包括滑动板、支撑板、踏板、前后滑动机构、摆转升降机构以及踝关节驱动机构，滑动板滑动设置于底板上，支撑板的底端铰接于滑动板的一端，支撑板的顶端铰接于踏板的底面中部稍后的位置，前后滑动机构安装于底板上，用于驱动滑动板前后往复滑动，摆转升降机构安装于滑动板上，用于驱动支撑板相对于滑动板上的铰接端摆转以实现踏板升降；

腿部支架用于将人腿部支撑于踏板上，并在腿部支架中确保人腿部关节具有正常活动自由度，腿部支架包括成对设置的连接杆及成对设置的小腿下杆，两连接杆的底端分别固定安装于踏板的两侧并靠近脚踝处，每一连接杆与每一小腿下杆铰接，踝关节驱动机构安装于支撑板上，用于驱动踏板转动以模拟人的踝关节转动。

进一步地，所述腿部支架还包括成对设置的小腿上杆、成对设置的大腿支撑杆、小腿绑带及大腿绑带，每一小腿上杆与每一小腿下杆连接，每一大腿支撑杆与每一小腿上杆铰接，以便膝关节转动，小腿绑带设有两条，分别捆绑于小腿下杆和小腿上杆上，大腿绑带捆绑于大腿支撑杆上。

进一步地，每一小腿上杆与每一小腿下杆连接处设置有伸缩调节装置，用于调节每一小腿上杆与每一小腿下杆的总长度。

进一步地，伸缩调节装置包括至少一个手拧螺帽及至少一个螺杆，每一螺杆固接于每一小腿上杆外侧，每一小腿下杆竖向开设有调节槽，每一螺杆从每一小腿下杆的内侧穿过调节槽，每一手拧螺帽螺接于每一螺杆的伸出端，每一手拧螺帽的端壁抵持于每一小腿下杆上，从而将每一小腿下杆与每一小腿上杆相对固定。

进一步地，每一大腿支撑杆与每一小腿上杆的铰接处设置有角度锁定结构，每一小腿上杆的铰接端位于腿前进方向的一侧具有抵持面，角度锁定结构包括一个限位块，限位块固接于每一大腿支撑杆的铰接端，小腿上杆相对于大腿支撑杆的铰接端向腿前方向转动过程中，抵持面抵持于限位块上而限制小腿上杆相对于大腿支撑杆的转动角度。

进一步地，所述踏板分为三块，分别为前左块、前右块以及后端块，并通过弹性材料连接在一起，以弹性支撑脚底的三个着力点，前左块、前右块以及后端块分别设有压力传感器。

进一步地，所述踝关节驱动机构包括推杆电机一、两根导轨一、滑块铰接座以及连杆，推杆电机一安装于支撑板底端处，两根导轨一平行固接于支撑板上，滑块铰接座滑动设置于两根导轨一上，推杆电机一的推杆端与滑块铰接座连接，连杆的底端铰接于滑块铰接座上，连杆的顶端铰接于踏板底面靠近后跟处。

进一步地，所述前后滑动机构包括两根导轨二、电机、带轮，带轮座及传动带，两根导轨二相互平行地固接于底板上，电机与带轮座固接于底板上且位于两根导轨二的一侧，带轮可转动地安装于带轮座上，传动带绕设于电机的主动轮与带轮上，传动带的上行段的局部与滑动板固接，以供传动带带动滑动板往复滑动。

进一步地，所述摆转升降机构包括推杆电机二、两个丝杆座、丝杆、两根导轨三、滑动座及摆杆，推杆电机二安装于滑动板上与支撑板相对的一端，两个丝杆座相对固定于滑动板上位于推杆电机二的输出轴方向上，丝杆的一端与推杆电机二的输出轴连接并可转动穿设于一个丝杆座内，丝杆的另一端可转动穿设于另一个丝杆座内，两根导轨三相对平行地固接于滑动板上且位于丝杆的一侧，滑动座的一侧套设于丝杆上，另一侧可滑动地安装于两根导轨三上，摆杆的底端铰接于滑动座上，摆杆顶端铰接于支撑板上且靠近支撑板的顶端。

一种步行康复训练机器人，包括底座，所述步行康复训练机器人设置有所述踏步装置，所述踏步装置设置于底座上。

综上，本发明踏步装置于通过在每一踏板运动组件上设置腿部支架，腿部支架的连接杆与小腿下杆铰接形成踝关节转动结构，在踝关节驱动机构的驱动下，使得患者的踝关节得到充分的锻炼，在前后滑动机构及摆转升降机构的配合下，实现患者更逼真的跨步动作，符合人体工学设计，穿戴方便快捷，患者体验更佳；通过压力传感器可探测患者的步行信息，使患者在该步行康复训练机器人上的步行训练更接近正常步行模式和正常步态；通过踝关节驱动机构、前后滑动机构及摆转升降机构带动踏板模拟人类平地、上下坡、上下楼梯时足踝正常运动轨迹，同时通过腿部支架将来源于脚踏的力量转化为大小腿抬步的力量，从而有益于提高患者步行功能的康复效果。

附图说明

图1为本发明踏步装置较佳实施例的立体结构图；

图2为本发明踏步装置的踏板运动组件及腿部支架的组装图；

图3为图2的主视图；

图4为本发明踏步装置的腿部支架的立体结构图；

图5为本发明设置有踏步装置的步行康复训练机器人的立体结构图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护范围。

请参阅图1，本发明提供一种踏步装置，包括底板1、成对设置于底板1上的踏板运动组件2以及设置于每一踏板运动组件2上的腿部支架3；

请参阅图2，踏板运动组件2包括滑动板21、支撑板22、踏板23、前后滑动机构24、摆转升降机构25以及踝关节驱动机构26，底板1固定设置，滑动板21滑动设置于底板1上，支撑板22的底端铰接于滑动板21的一端，支撑板22的顶端铰接于踏板23的底面中部稍后的位置，前后滑动机构24安装于底板1上，用于驱动滑动板21前后往复滑动，摆转升降机构25安装于滑动板21上，用于驱动支撑板22相对于滑动板21上的铰接端摆转以实现踏板23升降；

请参阅图3，腿部支架3用于将人腿部支撑于踏板23上，并使得人腿部关节具有活动自由度，腿部支架3包括成对设置的连接杆31及成对设置的小腿下杆32，两连接杆31的底端分别固定安装于踏板23的两侧并靠近脚踝处，每一连接杆31与每一小腿下杆32铰接，踝关节驱动机构26安装于支撑板22上，用于驱动踏板23转动以模拟人的踝关节转动。

本实施例中，请参阅图4，腿部支架3还包括成对设置的小腿上杆33、成对设置的大腿支撑杆34、小腿绑带35及大腿绑带36，每一小腿上杆33与每一小腿下杆32连接，每一大腿支撑杆34与每一小腿上杆33铰接，以便膝关节转动，小腿绑带35设有两条，分别捆绑于小腿下杆32和小腿上杆33上，大腿绑带36捆绑于大腿支撑杆34上。

进一步地，每一小腿上杆33与每一小腿下杆32连接处设置有伸缩调节装置，用于调节每一小腿上杆33与每一小腿下杆32的总长度，以便不同腿长的人使用。伸缩调节装置包括至少一个手拧螺帽37及至少一个螺杆38，每一螺杆38固接于每一小腿上杆33外侧，较佳地，本实施例中，每一小腿上杆33上设有两个螺杆38，每一小腿下杆32竖向开设有调节槽321，每一螺杆38从每一小腿下杆32的内侧穿过调节槽321，每一手拧螺帽37螺接于每一螺杆38的伸出端，每一手拧螺帽37的端壁抵持于每一小腿下杆32上，从而将每一小腿下杆32与每一小腿上杆33相对固定，通过旋转手拧螺帽37，可实现每一小腿下杆32与每一小腿上杆33相对滑动的伸缩并将两者相对固定。

进一步地，每一大腿支撑杆34与每一小腿上杆33的铰接处设置有角度锁定结构，用以限制小腿绕膝关节的旋转角度，以防止膝过伸，膝过伸也就是膝反张,是偏瘫患者在站立步行过程中,膝关节伸展超过正常范围的现象。每一小腿上杆33的铰接端位于腿前进方向的一侧具有抵持面331，角度锁定结构包括一个限位块341，限位块341固接于每一大腿支撑杆34的铰接端，小腿上杆33相对于大腿支撑杆34的铰接端向腿前进方向转动过程中，抵持面331抵持于限位块341上而限制小腿上杆33相对于大腿支撑杆34的转动角度。

请参阅图2，踏板23分为三块，分别为前左块、前右块以及后端块，并通过弹性材料连接在一起，以弹性支撑脚底的三个着力点，符合人体工学设计，提高患者使用的舒适度，前左块、前右块以及后端块分别设有压力传感器，用以监测实时脚底压力，分析人的步态。

请参阅图2及图3，踝关节驱动机构26包括推杆电机一261、两根导轨一262、滑块铰接座263以及连杆264，推杆电机一261安装于支撑板22底端处，两根导轨一262平行固接于支撑板22上，滑块铰接座263滑动设置于两根导轨一262上，推杆电机一261的推杆端与滑块铰接座263连接，以推动滑块铰接座263沿两根导轨一262往复滑动，连杆264的底端铰接于滑块铰接座263上，连杆264的顶端铰接于踏板23底面靠近后跟处。通过推杆电机一261推动滑块铰接座263沿两根导轨一262往复滑动，滑块铰接座263的滑动通过连杆264带动踏板23分别绕支撑板22的顶端铰接轴与每一连接杆31的铰接轴转动，如此能够模拟人在正常行走过程中的踝关节转动，使得患者腿部的关节活动更加灵活自如，有益于提高患者步行功能的康复效果。

前后滑动机构24包括两根导轨二241、电机242、带轮243，带轮座244及传动带245，两根导轨二241相互平行地固接于底板1上，电机242与带轮座244固接于底板1上位于两根导轨二241的一侧，带轮243可转动地安装于带轮座244上，传动带245绕设于电机242的主动轮与带轮243上，传动带245的上行段的局部与滑动板21固接，以供传动带245带动滑动板21往复滑动。

摆转升降机构25包括推杆电机二251、两个丝杆座252、丝杆253、两根导轨三254、滑动座255及摆杆256，推杆电机二251安装于滑动板21上与支撑板22相对的一端，两个丝杆座252相对固定于滑动板21上位于推杆电机二251的输出轴方向上，丝杆253的一端与推杆电机二251的输出轴连接并可转动穿设于一个丝杆座252内，丝杆253的另一端可转动穿设于另一个丝杆座252内，两根导轨三254相对平行地固接于滑动板21上位于丝杆253的一侧，滑动座255的一侧套设于丝杆253上，另一侧可滑动地安装于两根导轨三254上，摆杆256的底端铰接于滑动座255上，摆杆256顶端铰接于支撑板22上靠近支撑板22的顶端。通过推杆电机二251带动丝杆253正反转动，丝杆253的正反转动带动滑动座255沿两根导轨三254往复滑动，滑动座255通过摆杆256带动支撑板22绕滑动板21上的铰接端转动，进而实现铰接于支撑板22顶端的踏板23升降。

请参阅图5，本发明还提供一种设置有上述踏步装置的步行康复训练机器人，步行康复训练机器人包括底座10，上述踏步装置安装于底座10上。

综上，本发明踏步装置于通过在每一踏板运动组件2上设置腿部支架3，腿部支架3的连接杆31与小腿下杆32铰接形成踝关节转动结构，在踝关节驱动机构26的驱动下，使得患者的踝关节得到充分的锻炼，在前后滑动机构24及摆转升降机构25的配合下，实现患者更逼真的跨步动作，符合人体工学设计，穿戴方便快捷，患者体验更佳；通过压力传感器可探测患者的步行信息，使患者在该步行康复训练机器人上的步行训练更接近正常步行模式和正常步态；通过踝关节驱动机构26、前后滑动机构24及摆转升降机构25带动踏板23模拟人类平地、上下坡、上下楼梯时足踝正常运动轨迹，同时通过腿部支架3将来源于脚踏的力量转化为大小腿抬步的力量，从而有益于提高患者步行功能的康复效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。