一种多功能卧式下肢康复训练机器人

1.本实用新型属于理疗康复设备技术领域，具体涉及一种多功能卧式下肢康复训练机器人。


背景技术：

2.卧式下肢康复训练是下肢康复训练方式中的一种方式，这种康复训练方式非常适用于病情较重、下肢行走能力丧失的病人的下肢康复训练，如对脑卒中后遗症及各种事故造成神经功能受损的病人，这种病人不具备行走和站立的能力，并且由于常年卧床不起使下肢缺乏活动，进而导致病人出现不同程度的肌肉萎缩和关节粘连，长期这样下去病人的下肢将失去活动的能力。
3.卧式下肢康复训练机器人可以使上述类型的病人在平躺的状态下，下肢得到充分的活动从而达到康复的目的，可以替代康复医师的部分工作，减少康复医师的重复性劳动，减轻病人的经济负担。现有的康复机器人以穿戴式康复训练为主，大部分都可以实现下肢的髋、膝、踝三个关节的康复训练，但是康复运动多在矢状面内进行，无法实现在冠状面的康复运动，而人体髋关节的内收和外展活动就是在冠状面的运动，通过对比康复医师推荐的训练方法可知，冠状面内的下肢康复训练对恢复病人髋关节的活动能力是非常必要的。
4.授权公告号为cn202437606u的中国实用新型专利公开了一种下肢康复训练装置，该装置有腿部训练机构和脚部训练机构等组成。腿部训练机构可以使人体的髋关节和膝关节做屈伸运动，脚部训练机构可以使脚部做俯仰摆动(即脚踝的屈伸运动)和左右摆动(即脚踝的内收外展运动)，但不能实现人体下肢在矢状面的运动，特别是髋关节的内收外展运动，进而不能满足髋关节的内收外展运动康复训练的需要。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种多功能卧式下肢康复训练机器人，以解决现有的下肢康复训练装置不能满足髋关节的内收外展运动康复训练需要的技术问题。
6.本实用新型的多功能卧式下肢康复训练机器人的技术方案是：
7.一种多功能卧式下肢康复训练机器人，包括基座、腿部训练机构和脚部训练机构，所述腿部训练机构用于使人体的髋关节和膝关节做屈伸运动，所述脚部训练机构用于使人体脚部摆动，所述腿部训练机构包括机械臂，机械臂包括至少两个铰接的活动节，所述脚部训练机构设置在机械臂的活动节上，脚部训练机构包括脚踏以及驱动脚踏摆动的脚部驱动机构；所述多功能卧式下肢康复训练机器人还包括髋关节训练机构，所述髋关节训练机构用于使脚踏左右平移以使腿部内收和外展，所述髋关节训练机构包括安装架和直线平移机构，直线平移机构包括左右导向移动装配在安装架上的直线平移件和驱动直线平移件的驱动装置；
8.所述髋关节训练机构设置在基座上，所述直线平移机构的安装架固定在基座上，所述腿部训练机构设置在直线平移件上，所述脚部训练机构设置在腿部训练机构的活动节
上，所述髋关节训练机构通过使腿部训练机构左右平移来实现脚部训练机构的脚踏的左右平移；
9.或者所述腿部训练机构设置在基座上，所述髋关节训练机构设置在腿部训练机构的相邻的两个活动节之间，所述脚部训练机构设置在腿部训练机构的远离基座的机械臂的端部；
10.或者所述腿部训练机构设置在基座上，所述髋关节训练机构设置在腿部训练机构的机械臂的远离基座的端部，所述脚部训练机构设置在髋关节训练机构的直线平移件上；
11.或者所述腿部训练机构设置在基座上，所述脚部训练机构设置在腿部训练机构的远离基座的机械臂的端部，所述髋关节训练机构设置在脚部训练机构上。
12.本实用新型的技术效果是：本实用新型的训练机器人的腿部训练机构能够使人体腿部做屈伸运动，脚部训练机构能够时人体脚部做俯仰摆动和左右摆动，又因为髋关节训练机构能够使脚部训练机构左右平移，使人体腿部内收和外展，从而能够对人体的髋关节进行内收和外展训练，因此，本实用新型的训练机器人能够满足髋关节的内收外展运动康复训练的需要，还能满足病人的全方位康复训练需要。
13.进一步地，所述驱动装置包括丝杠螺母机构和驱动电机，所述直线平移件由丝杠螺母机构带动。
14.其有益效果在于：丝杠螺母机构结构简单，且生产成本较低。
15.进一步地，驱动电机与丝杠螺母机构的丝杠传动连接，直线平移件由丝杠螺母机构的螺母带动。
16.其有益效果在于：直线平移件由丝杠螺母机构的螺母带动，丝杠只需要进行转动即可，不需要使长度尺寸较大的丝杠进行平移运动，有利于节省布置丝杠螺母机构所需的空间。
17.进一步地，所述安装架包括安装筒，丝杠螺母机构被罩设在安装筒内部，所述直线平移件包括与安装筒左右导向滑动配合的导向杆。
18.其有益效果在于：安装筒和导向杆导向滑动配合，能够使导向杆的伸出端能够较为稳定地使脚踏左右平移。
19.进一步地，所述导向杆至少设有两个。
20.其有益效果在于：导向杆的数量越多，导向杆输出的左右平移运动越稳定。
21.进一步地，述髋关节训练机构还包括与各导向杆连接的连接盘，丝杠螺母机构的螺母固定在连接盘上。
22.其有益效果在于：各导向杆被设置在连接盘上，由螺母带动连接盘以带动导向杆，能够进一步提高直线平移件运动的稳定性。
23.进一步地，所述脚部驱动机构包括驱动脚踏俯仰摆动的脚部俯仰驱动机构和驱动脚踏左右摆动的脚部左右驱动机构，髋关节训练机构处于俯仰摆动机构与左右摆动机构之间，安装架设置在俯仰摆动机构上，导向杆伸出安装筒与脚部左右驱动机构连接。
24.其有益效果在于：髋关节训练机构设置在脚部俯仰驱动机构上，且由从安装筒中伸出的导向杆来带动脚部左右驱动机构进行左右平移，结构较为简单。
25.进一步地，所述脚部驱动机构包括驱动脚踏俯仰摆动的脚部俯仰驱动机构和驱动脚踏左右摆动的脚部左右驱动机构，脚部俯仰驱动机构设置在腿部训练机构的活动节末
端，所述髋关节训练机构设置在脚部俯仰驱动机构上，所述脚部左右驱动机构设置在髋关节训练机构的直线平移件上。
26.其有益效果在于：髋关节训练机构设置在脚部俯仰驱动机构上，进而在使用时髋关节训练机构只需驱动脚部左右驱动机构左右平移，做功较少，髋关节训练机构收到的力矩较小，且训练机器人占用的病床上方的空间较小，不易对病人造成干扰。
27.进一步地，所述脚部左右驱动机构包括脚部机架和驱动脚踏左右摆动的驱动装置，脚部机架上设置有能够自由俯仰转动的腿托，所述腿托的转动轴线与所述脚踏的俯仰摆动轴线重合。
28.其有益效果在于：腿托的转动轴线与脚踏的俯仰摆动轴线重合，使得腿托和脚踏能够模拟脚掌绕脚踝俯仰摆动时小腿绕脚踝的小幅度转动这一过程，这样腿托和脚踏能够更接近小腿和脚掌的运动，从而不会对小腿和脚掌的运动造成干涉。
29.进一步地，所述脚部左右驱动机构包括脚部机架和驱动脚踏左右摆动的驱动装置，所述多功能卧式下肢康复训练机器人还包括腿部支撑结构，所述腿部支撑结构包括设置在脚部机架上的腿托支架和固定在腿托支架上的用于支撑小腿的腿托，腿托具有用于支撑左腿的左支撑位和用于支撑右腿的右支撑位，所述腿托通过锁定件固定在腿托支架上，所述锁定件解除对腿托的锁定时，所述腿托能够相对于腿托支架切换位置。
30.其有益效果在于：：在拔出锁定件时能够通过转动的方式调整腿托的位置，使腿托位于左支撑位或右支撑位，从而方便利用机器人对病人不同的腿进行康复训练。
附图说明
31.图1为本实用新型的多功能卧式下肢康复训练机器人的结构示意图；
32.图2为图1中的脚部训练机构和髋关节训练机构的结构示意图；
33.图3为图2中的结构隐去安装筒时的结构示意图；
34.图4为图3中的丝杠螺母机构的螺母移动一定行程后的结构示意图；
35.图5为图1中的第一活动节和第二活动节之间的第二旋转驱动装置的局部结构示意图；
36.图6为图1中的腿部支撑结构的零件分解示意图；
37.图7为图1中的多功能卧式下肢康复训练机器人使用时的状态示意图；
38.图8为在图5的基础上对病人的髋关节进行康复训练时的状态示意图；
39.图中：1、基座；2、第一活动节；3、第二活动节；4、脚踏；5、短臂；6、安装筒；7、驱动电机；8、丝杠；9、螺母；10、连接盘；11、导向杆；12、导向套；13、脚部机架；131、底板；132、立板；14、腿托支架；15、腿托；16、腿托转轴；17、平移板；18、第四旋转驱动装置；19、减速器；20、扭矩传感器；21、同步带轮；22、枢轴法兰；23、转动枢轴；24、分度销。
具体实施方式
40.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各
种不同的配置来布置和设计。
41.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
43.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.以下结合实施例对本实用新型作进一步地详细描述。
46.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例1：
47.如图1所示，本实用新型的多功能卧式下肢康复训练机器人包括基座1、腿部训练机构、脚部训练机构和髋关节训练机构，其中，腿部训练机构用于使人体的髋关节和膝关节做屈伸运动，脚部训练机构用于使人体脚部做俯仰摆动和左右摆动，髋关节训练机构用于使人体腿部内收和外展以对髋关节进行内收和外展康复训练。
48.本实施例中，基座1的底部设有两个具有锁止功能的万向脚轮和两个不具有锁止功能的脚轮，因此本实用新型的机器人可以移动，也可以锁止固定。基座1上还安装有人机交互设备和机器人控制设备，人机交互设备包括触摸屏、鼠标、键盘等交互设备，以及急停按钮、开关机按钮、声光报警装置等。机器人控制设备可以实现主动康复训练和被动康复训练等操作，并与人机交互设备配合完成对机器人的控制操作。
49.如图1所示，腿部训练机构包括机械臂，机械臂包括第一活动节2和与第一活动节2铰接的第二活动节3，其中，第一活动节2转动设置在基座1的右侧面上，基座1上设置有用于驱动第一活动节2相对于基座1转动的第一旋转驱动装置，第二活动节3转动设置在第一活动节2的远离基座1的一端的右侧面上，第一活动节2上设置有驱动第二活动节3相对于第一活动节2转动的第二旋转驱动装置。在第二活动节3的远离第一活动节2的一端的右侧面上设置有脚部训练机构。
50.如图1和图2所示，脚部训练机构包括脚踏4和驱动脚踏4活动的脚部驱动机构，其
中，脚部驱动机构包括脚部俯仰驱动机构和脚部左右驱动机构，脚部俯仰驱动机构设置在第二活动节3上，包括短臂5和第三旋转驱动装置，第三旋转驱动装置用于驱动短臂5相对于第二活动节3转动。
51.如图1和图3所示，髋关节驱动装置设置在短臂5的远离第二活动节3的一端，髋关节驱动装置包括安装架和直线平移机构，直线平移机构包括左右导向移动装配在安装架上的直线平移件和驱动直线平移件的驱动装置，本实施例中，安装架包括固定设置在短臂5的右侧面上的安装筒6，直线平移机构的驱动装置包括丝杠螺母机构，还包括通过减速器驱动丝杠螺母机构的丝杠8转动的驱动电机7，丝杠螺母机构被安装筒6罩设起来，丝杠螺母机构的螺母9上固定有连接盘10，本实施例中，直线平移件包括四个导向杆11和分别固定在导向杆11远离短臂5的一端上的平移板17，其中，四个导向杆11的靠近短臂5的一端固定在连接盘10上，在安装筒6的远离短臂5的一端的端面上固定设置有四个供导向杆11对应导向活动穿装的导向套12，四个导向杆11的固定有平移板17的端部从导向套12伸出到安装筒6的外侧。驱动电机7驱动丝杠8转动，能够使与螺母9固定连接的连接盘10左右移动，连接盘10上的导向杆11在安装筒6的导向套12中左右导向移动，进而使平移板17左右平移。在其它实施例中，导向杆11的数量为三个。
52.如图3和图4所示，脚部训练机构的脚部左右驱动机构包括脚部机架13和第四旋转驱动装置18，在本实施例中，第一旋转驱动装置、第二旋转驱动装置、第三旋转驱动装置和第四旋转驱动装置结构相同，包括电机、减速器、编码器和扭矩传感器等部件，电机通过同步带轮带动减速器的输出轴转动。
53.如图3和图4所示，脚部机架13包括呈t形布置的底板131和立板132，底板131固定在平移板17上以将脚部左右驱动机构驱动在髋关节驱动装置上。第四旋转驱动装置18固定在立板132的后侧，且减速器的输出轴从立板132的通孔中向前伸出，脚踏4设置在伸出的减速器的输出轴上，由减速器带动脚踏4左右摆动。
54.如图2和图4所示，腿部训练机构上还设有腿部支撑装置，腿部支撑装置包括腿托支架14和固定在腿托支架14上的腿托15，腿托15用于支撑病人的小腿，腿托支架14包括呈l形布置的竖直段和水平段，竖直段铰接在脚部机架13的底板131上，腿托15以及腿托支架14的竖直段能够绕底板131上的腿托转轴16自由转动,具体地，腿托转轴16上套设有轴套，腿托支架14的竖直段上设置有供螺钉穿过的通孔，螺钉把腿托支架14固定在腿托转轴16上的轴套上，轴套能够绕腿托转轴16自由转动以实现腿托15的自由转动，轴套能够增加转动件与腿托转轴16的接触面积以使腿托15的转动更加稳定。腿托转轴16的转动轴线与短臂5的转动轴线重合，进而腿托15的转动轴线与脚踏4的俯仰摆动轴线重合，从而腿托15和脚踏4能够模拟脚掌绕脚踝俯仰摆动时小腿绕脚踝的小幅度转动这一过程，这样腿托和脚踏能够更接近小腿和脚掌的运动，从而不会对小腿和脚掌的运动造成干涉。
55.如图5所示，腿托支架14的水平段上固定有枢轴法兰22，腿托15上固定有转动枢轴23，转动枢轴23上设有贯穿转动枢轴23的销孔且15腿托固定在转动枢轴23的上表面上，枢轴法兰22上设有与销孔对应的法兰穿孔，法兰穿孔和销孔中穿装有分度销24，分度销24构成锁定件，用于将转动枢轴固定在枢轴法兰上从而实现把腿托15固定在腿托支架14上，定义图2中的腿托15的位置为用于支撑左腿的左支撑位，当拔出分度销24时，能够旋转腿托180度进而使转动枢轴在枢轴法兰中旋转180度，此时把分度销24插入法兰穿孔和销孔中，
能够把腿托15再次固定，此时腿托15的位置为用于支撑右腿的右支撑位。
56.图6展示的是对病人左腿进行康复时的状态示意图，当需要更换右腿进行康复训练时，需要在人机交互系统上设置好康复状态，并将第一活动节2和第二活动节3调整到竖直状态，同时拔出分度销24，使腿托15旋转180度后，插入分度销24以固定腿托使其位于右支撑位，然后利用脚部左右驱动机构把脚踏4旋转180度，同时把机械臂朝向与进行左腿训练时机械臂的伸出方向相反的方向伸出，然后把机器人调整到病床的合适位置，即可进行右腿的康复训练。
57.以第二旋转驱动装置为例，对旋转驱动装置的工作过程进行说明，如图5所示，第二旋转驱动装置通过同步带和同步带轮21将电机的动力直接输出给减速器19，经过减速器19减速增扭后将动力输出，从而驱动第二活动节3相对于第一活动节2旋转，其中，扭矩传感器20能够检测第二活动节3相对于第一活动节2的扭矩变化，能够根据机器人的扭矩值变化监测机器人是否发生碰撞或康复动作异常，从而及时采取应对措施以避免机器人对病人产生伤害。
58.本实施例的多功能卧式下肢康复训练机器人的使用过程如下所述：
59.如图7所示，病人仰卧于病床上，把康复训练机器人移动至病床旁边，锁止万向脚轮，使康复训练机器人的位置固定。当病人左侧下肢需要康复训练时，通过人机交互设备下达康复左侧下肢的需求指令，康复训练机器人展开机械臂至康复准备位置，将病人的左脚放置在脚踏4上，将病人的左小腿放置在腿托15上，然后用绑带将病人的左脚和左小腿固定。
60.腿部训练机构的第一活动节2和第二活动节3的组合旋转运动能够实现病人的髋关节、膝关节的屈曲和伸直康复训练，脚部俯仰驱动机构的短臂5能够独立旋转运动，使脚踏4俯仰运动，从而能将运动传递给病人脚部，实现病人的踝关节的屈曲和伸直训练(即脚部的俯仰摆动)，脚部左右驱动机构能够驱动脚踏4左右摆动，从而能够将运动传递给病人脚部，实现病人的踝关节的内收外展运动。如图8所示，髋关节训练机构的导向杆11能够带动脚部左右驱动机构直线运动，进而带动脚踏4左右直线运动，病人的腿部将能够实现内收和外展，从而实现对病人髋关节的内收和外展康复训练。因此，本技术的多功能卧式下肢康复训练机器人能够满足病人的全方位康复训练的需要。
61.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例2：
62.实施例1中，腿部训练机构设置在基座上，髋关节训练机构设置在腿部训练机构的腿部俯仰驱动机构上，腿部左右驱动机构设置在髋关节训练机构上。在本实施例中，与实施例1不同的是，髋关节训练机构设置在基座上，直线平移机构的安装架固定在基座上，腿部训练机构设置在直线平移件上，脚部训练机构设置在腿部训练机构的活动节上，髋关节训练机构通过使腿部训练机构左右平移来实现脚部训练机构的脚踏的左右平移。
63.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例3：
64.实施例1中，髋关节训练机构设置在脚部训练机构的脚部俯仰驱动机构上，脚部左右驱动机构设置在髋关节训练机构上。在本实施例中，与实施例1不同的是，髋关节训练机构设置在腿部训练机构的相邻的两个活动节之间，脚部训练机构设置在腿部训练机构的远离基座的机械臂的端部。
65.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例4：
66.实施例1中，髋关节训练机构设置在脚部训练机构的脚部俯仰驱动机构上，脚部左右驱动机构设置在髋关节训练机构上。在本实施例中，与实施例1不同的是，髋关节训练机构设置在腿部训练机构的机械臂的远离基座的端部，脚部训练机构设置在髋关节训练机构的直线平移件上。
67.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例5：
68.实施例1中，髋关节训练机构的直线平移机构的驱动装置包括丝杠螺母机构，直线平移件固定设置在丝杠螺母机构的螺母上以由螺母带动直线平移件左右导向移动。在本实施例中，与实施例1不同的是，直线平移机构的驱动装置包括液压缸，直线平移件固定在液压缸的活塞杆的端部。在其它实施例中，液压杆可以由气缸代替，直线平移件固定在气缸的气缸的活塞杆的端部。
69.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例6：
70.实施例1中，机械臂包括两个铰接的活动节。在本实施例中，与实施例1不同的是，机械臂包括三个活动节，第一活动节与第二活动节铰接，第二活动节与第三活动节铰接。
71.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例7：
72.实施例1中，安装架包括安装筒，丝杠螺母机构被罩设在安装筒内部，安装筒的远离短臂的一端的端面上固定设置有四个供导向杆对应导向活动穿装的导向套。在本实施例中，与实施例1不同的是，安装架包括安装框，安装框包括三个一端固定在短臂上的支柱，三个支柱的另一端上固定有导向板，导向板上设有四个供导向杆对应导向活动穿装的导向孔。
73.本实用新型所提供的多功能卧式下肢康复训练机器人的具体实施例8：
74.实施例1中，丝杠螺母机构的丝杠由电机驱动进行转动，连接盘固定在丝杠螺母机构的螺母上，导向杆与连接盘连接，螺母带动连接盘进而带动导向杆移动。在本实施例中，与实施例1不同的是，丝杠螺母机构的螺母由电机驱动进行转动，连接盘固定在丝杠螺母机构的丝杠的端部，导向杆与连接盘连接，丝杠带动连接盘进而带动导向杆移动。
75.最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。