膝关节康复训练机器人的制作方法

本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种膝关节康复训练机器人。

背景技术：

膝关节康复训练机器人是近年来迅速发展的一门新兴技术，是机器人技术在医学领域的新应用。膝关节康复训练机器人可以穿戴于人体下肢，以对下肢有运动障碍的病人进行康复训练，使得患者逐渐得到康复。

对于下肢有运动障碍的病人，根据其运动障碍程度通常会分为多个训练阶段，例如，在肌无力程度，通常会利用训练仪来带动下肢运动而训练，即被动训练模式；在肌力不完全阶段，通常会利用人体主动运动、训练仪辅助支撑的模式来进行训练，即主动训练模式。

然而，目前的膝关节康复训练机器人功能都较为单一，无法满足下肢有运动障碍的病人在运动能力逐渐恢复的各个阶段的使用需求，不仅使膝关节康复训练机器人的适用性较低，而且也导致医疗资源的严重浪费。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种适用性较强的膝关节康复训练机器人。

一种膝关节康复训练机器人，包括：

用于穿戴于人体下肢上的支撑组件，包括大腿支撑架及与所述大腿支撑架转动连接的小腿支撑架；

双杆液压缸，所述双杆液压缸的缸体内形成有两个相背设置的腔室，两个所述腔室内各设有一个活塞杆，所述缸体固连于所述大腿支撑架上，一个所述活塞杆与所述小腿支撑架转动连接；及

液压单元，两个所述腔室分别与所述液压单元连通；

其中，所述液压单元能够向两个所述腔室交替地供应介质，以驱动两个所述活塞杆运动而带动所述小腿支撑架与所述大腿支撑架相对旋转，实现所述膝关节康复训练机器人的被动训练模式；所述小腿支撑架与所述大腿支撑架相对旋转，以驱动两个所述活塞杆运动，其中一个所述腔室内的介质能够经所述液压单元回流至另一所述腔室内，实现所述膝关节康复训练机器人的主动训练模式。

在其中一个实施例中，所述液压单元包括介质箱及液压泵，两个所述腔室分别为第一腔室及第二腔室；

所述液压泵的一端通过第一通路与所述介质箱连通，通过第二通路与第一腔室连通，所述第一通路上设有第一单向阀，所述第二通路上设有第二单向阀；

所述液压泵的另一端通过第三通路与所述介质箱连通，通过第四通路与所述第二腔室连通，所述第三通路上设有第三单向阀，所述第四通路上设有第四单向阀；

若所述液压泵正转，所述介质箱内的介质能够顺次经所述第一通路、所述液压泵、所述第四通路进入所述第二腔室，所述第四通路的压力能够迫使所述第二单向阀及所述第一单向阀打开，所述第一腔室内的介质顺次经所述第二通路、所述液压泵、所述第四通路进入所述第二腔室；

若所述液压泵反转，所述介质箱内的介质能够顺次经所述第三通路、所述液压泵、所述第二通路进入所述第一腔室，所述第二通路的压力能够迫使所述第四单向阀及所述第三单向阀打开，所述第二腔室内的介质顺次经所述第四通路、所述液压泵、所述第二通路进入所述第一腔室。

在其中一个实施例中，所述液压单元还包括电磁式溢流阀，所述电磁式溢流阀的设定压力可调；

所述电磁式溢流阀的一端通过第五通路与位于所述第四单向阀及所述第二腔室之间的所述第四通路连通，通过第六通路与位于所述第二单向阀及所述第一腔室之间的所述第二通路连通，所述第五通路上设有第五单向阀，所述第六通路上设有第六单向阀；

所述电磁式溢流阀的另一端通过第七通路与位于所述第四单向阀及所述第二腔室之间的所述第四通路连通，通过第八通路与位于所述第二单向阀及所述第一腔室之间的所述第二通路连通，所述第七通路上设有第七单向阀，所述第八通路上设有第八单向阀；

若位于所述第四单向阀及所述第二腔室之间的所述第四通路的压力大于所述电磁式溢流阀的设定压力，介质经所述第五通路、所述电磁式溢流阀、所述第八通路进入位于所述第二单向阀及所述第一腔室之间的所述第二通路；

若位于所述第二单向阀及所述第一腔室之间的所述第二通路的压力大于所述电磁式溢流阀的设定压力，介质经所述第六通路、所述电磁式溢流阀、所述第七通路进入位于所述第四单向阀及所述第二腔室之间的所述第四通路。

在其中一个实施例中，所述液压单元还包括压力计，所述压力计连接于所述电磁式溢流阀的连接有所述第五通路的一端，以测量通过所述电磁式溢流阀的介质的压力。

在其中一个实施例中，所述膝关节康复训练机器人包括主控电路板及与所述主控电路板连接的角度传感器，所述角度传感器安装于所述大腿支撑架与所述小腿支撑架的连接处，以对所述大腿支撑架与所述小腿支撑架之间的转动角度进行检测，所述液压泵及所述电磁式溢流阀均与所述主控电路板连接。

在其中一个实施例中，所述膝关节康复训练机器人包括电源及急停按钮，所述电源与所述主控电路板连接，按压所述急停按钮能够切断所述电源对所述主控电路板的供电。

在其中一个实施例中，所述膝关节康复训练机器人包括系统控制盒及系统驱动盒，所述主控电路板、所述电源及所述液压单元设于所述系统控制盒内，所述双杆液压缸设于所述系统驱动盒内，所述系统驱动盒及所述系统控制盒上均设有所述急停按钮。

在其中一个实施例中，所述系统控制盒上还设有控制面板，所述控制面板与所述主控电路板连接，通过所述控制面板能够对所述大腿支撑架与所述小腿支撑架的相对旋转速度、所述大腿支撑架与所述小腿支撑架的相对旋转的角度范围、运动时间及所述电磁式溢流阀的压力大小进行设定。

在其中一个实施例中，所述膝关节康复训练机器人包括与所述小腿支撑架转动连接的脚托，所述脚托的底部安装有能够相对所述脚托滚动的滚轮。

在其中一个实施例中，所述膝关节康复训练机器人包括臀部垫板及连接杆，所述连接杆的两端分别与所述臀部垫板及所述大腿支撑架转动连接，人体臀部能够坐于所述臀部垫板上。

上述膝关节康复训练机器人具有被动训练模式及主动训练模式，能够满足病患在运动能力恢复的各个阶段的使用需求，具有较高的适用性，有效的提高了康复训练机器人的利用率，避免了医疗资源的严重浪费。

附图说明

图1为本申请一实施例的膝关节康复训练机器人的结构示意图；

图2为图1中所示膝关节康复训练机器人中液压单元与双杆液压缸的连接示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

结合图1及图2所示，本发明一实施例的膝关节康复训练机器人10包括支撑组件100、双杆液压缸200及液压单元300。其中，支撑组件100用于穿戴于人体下肢上，支撑组件100包括用于套设于人体大腿上的大腿支撑架110及用于套设于人体小腿上的小腿支撑架120，大腿支撑架110与小腿支撑架120转动连接。双杆液压缸200的缸体210内形成有两个相背设置的腔室，两个腔室内各设有一个活塞杆220。双杆液压缸200的缸体210固连于大腿支撑架110上，一个活塞杆220与小腿支撑架120转动连接，两个活塞杆220能够同步滑动，即一个活塞杆220伸出双杆液压缸200的缸体210时，另一活塞杆220缩入双杆液压缸200的缸体210内。需要指出的是，两个活塞杆220的横截面积相等，以在两个活塞杆220同步运动时，左右两个腔室内的体积变化值相等。

双杆液压缸200内的两个腔室分别与液压单元300连通，液压单元300能够向两个腔室交替地供应介质，以驱动两个活塞杆220运动而带动小腿支撑架120与大腿支撑架110相对旋转，实现膝关节康复训练机器人10的被动训练模式。小腿支撑架120与大腿支撑架110相对旋转，以驱动两个活塞杆220运动，其中一个腔室内的介质能够经液压单元300回流至另一腔室内，实现膝关节康复训练机器人10的主动训练模式。

上述膝关节康复训练机器人10具有被动训练模式及主动训练模式，能够满足病患在运动能力恢复的各个阶段的使用需求，具有较高的适用性，有效的提高了康复训练机器人的利用率，避免了医疗资源的严重浪费。

具体地，设定双杆液压缸200内的两个腔室分别为第一腔室211及第二腔室212，液压单元300包括介质箱311及液压泵312。液压泵312的a端通过第一通路313与介质箱311连通，通过第二通路314与第一腔室211连通，第一通路313上设有第一单向阀315，第二通路314上设有第二单向阀316，液压泵312的b端通过第三通路317与介质箱311连通，通过第四通路318与第二腔室212连通，第三通路317上设有第三单向阀319，第四通路318上设有第四单向阀321。

若液压泵312正转，介质箱311内的介质在液压泵312的作用下能够经第一通路313时通过第一单向阀315而到达液压泵312，之后经第四通路318时通过第四单向阀321而到达第二腔室212，迫使两个活塞杆220同时向右侧移动。在液压泵312的两端，第四通路318的压力高于第二通路314的压力，所以第四通路318的压力能够迫使第二单向阀316打开，使第一腔室211内的介质经第二通路314、液压泵312、第四通路318进入第二腔室212。另外，第四通路318的压力也能够迫使第一单向阀315打开，以便于介质箱311内的介质顺利进入液压泵312。

若液压泵312反转，介质箱311内的介质能够经第三通路317时通过第三单向阀319而到达液压泵312，之后经第二通路314时通过第二单向阀316而进入第一腔室211。此时，在液压泵312的两端，第二通路314的压力高于第三通路317的压力，所以第二通路314的压力能够迫使第四单向阀321打开，使第二腔室212内的介质经第四通路318、液压泵312、第二通路314进入第一腔室211。另外，第二通路314的压力也能够迫使第三单向阀319打开，以便于介质箱311内的介质顺利进入液压泵312。

如此一来，通过使液压泵312交替地进行正转、反转，即可对第一腔室211及第二腔室212交替的供油，以驱动活塞杆220往复运动，进而实现人体膝关节的弯曲及伸展，从而对人体膝关节进行被动康复训练。

液压单元300还包括电磁式溢流阀322，电磁式溢流阀322的设定压力可调。电磁式溢流阀322的一端通过第五通路323与位于第四单向阀321及第二腔室212之间的第四通路318连通，通过第六通路324与位于第二单向阀316及第一腔室211之间的第二通路314连通，第五通路323上设有第五单向阀325，第六通路324上设有第六单向阀326；电磁式溢流阀322的另一端通过第七通路327与位于第四单向阀321及第二腔室212之间的第四通路318连通，通过第八通路328与位于第二单向阀316及第一腔室211之间的第二通路314连通，第七通路327上设有第七单向阀329，第八通路328上设有第八单向阀331。

若位于第四单向阀321及第二腔室212之间的第四通路318的压力大于电磁式溢流阀322的设定压力，介质经第五通路323、电磁式溢流阀322、第八通路328进入位于第二单向阀316及第一腔室211之间的第二通路314，如此即可在液压泵312正转为第二腔室212供油时，为第四通路318起到过压保护的作用，另外，其还可以在液压泵312停止运行、膝关节康复训练机器人10处于主动训练模式时，为介质从第二腔室212流入第一腔室211提供流通的通路。

若位于第二单向阀316及第一腔室211之间的第二通路314的压力大于电磁式溢流阀322的设定压力，介质经第六通路324、电磁式溢流阀322、第七通路327进入位于第四单向阀321及第二腔室212之间的第四通路318。如此即可在液压泵312反转为第一腔室211供油时，为第二通路314起到过压保护的作用，另外，其还可以在液压泵312停止运行、膝关节康复训练机器人10处于主动训练模式时，为介质从第一腔室211流入第二腔室212提供流通的通路。

由于电磁式溢流阀322的设定压力可调，在人体膝关节想弯曲或伸展而力量不够时，液压泵312启动，通过实时调节电磁式溢流阀322的压力，可以使活塞杆220输出恰当的推力及速度来辅助人体下肢完成训练动作，从而实现膝关节康复训练机器人10的助力训练模式；另外，在人体膝关节主动进行弯曲或伸展训练、且液压泵312关闭时，通过调节电磁式溢流阀322的设定压力，可以使活塞杆220受到恰当的阻力，进而改变活塞杆220伸缩运动的难易程度，从而实现膝关节康复训练机器人10的阻抗训练模式。如此，膝关节康复训练机器人10就具有了被动训练模式、主动训练模式、助力训练模式及阻抗训练模式，进一步提高了膝关节康复训练机器人10的适用性，满足了病患在运动能力恢复的各个阶段的使用需求。

另外，液压单元300还包括压力计332，压力计332连接于电磁式溢流阀322的连接有第五通路323的一端，以测量通过电磁式溢流阀322的介质的压力。液压单元300还包括连接于第二通路314的压力开关333，压力开关333还能够连接于除第二通路314之外的任一通路上，以对整个液压单元300进行保护。液压单元300还包括用于过滤掉介质内杂物的过滤网334。可以在介质箱311的进油口处、液压单元300内的任一通路上设置过滤网334。

膝关节康复训练机器人10包括主控电路板(未示出)及与主控电路板连接的角度传感器(未示出)，角度传感器安装于大腿支撑架110与小腿支撑架120的连接处，以对大腿支撑架110与小腿支撑架120之间的转动角度进行检测，如此，主控电路板即可获得康复训练的时间、角度、速度信息。液压泵312及电磁式溢流阀322均与主控电路板连接，主控电路板能够对液压泵312的启动、关闭、正转及反转进行控制，主控电路板还能够对电磁式溢流阀322的设定压力进行调节。

膝关节康复训练机器人10包括电源(未示出)及急停按钮500，电源与主控电路板连接，按压急停按钮500能够切断电源对主控电路板的供电，以防止突发情况的发生。

膝关节康复训练机器人10包括系统控制盒600及系统驱动盒700，主控电路板、电源及液压单元300设于系统控制盒600内，双杆液压缸200设于系统驱动盒700内，系统驱动盒700及系统控制盒600上均设有急停按钮500。

系统控制盒600上还设有控制面板610，控制面板610与主控电路板连接，通过控制面板610能够对大腿支撑架110与小腿支撑架120的相对旋转速度、大腿支撑架110与小腿支撑架120的相对旋转的角度范围、运动时间及电磁式溢流阀322的压力大小进行设定，还能够实现对不同训练模式的快速选择及切换。

在一些实施例中，膝关节康复训练机器人10包括与小腿支撑架120转动连接的脚托800，脚托800的底部安装有能够相对脚托800滚动的滚轮810，在康复训练时，人体脚部能够放置于支撑平面上，滚轮810在支撑平面上滚动，能够有效降低小腿相对大腿伸展或弯曲时的难度。

在一些实施例中，膝关节康复训练机器人10包括臀部垫板900及连接杆(图未标)，连接杆的两端分别与臀部垫板900及大腿支撑架110转动连接，人体臀部能够坐于臀部垫板900上，如此，即可避免支撑组件100在康复训练过程中相对人体膝关节运动的情况出现，有效保证支撑组件100与人体膝关节相对位置的稳定。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。