带有力反馈的全方位移动悬吊式辅助康复机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于康复医疗器械领域，公开了一种全方位移动悬吊式下肢康复训练机器人，具体为带有力反馈的全方位移动悬吊式辅助康复机器人。
【背景技术】
[0002]随着全球老龄化问题日益严峻，脑疾病、运动损伤及交通事故等因素所引发的下肢运动功能性障碍及损伤受训者显著增加。这类患者除了及时的手术治疗和必要的药物治疗外，正确、科学的康复训练对患者运动功能性恢复起到重要作用。针对重症患者及虚弱老人的减重式康复训练，可以辅助其进行步行训练，并具有一定的康复效果，但目前只能在跑步机上进行训练，行走范围，行走方式具有一定的局限性。目前，国内外相关的研宄及文献有:美国芝加哥康复研宄所研制的机器人Kine assist，能够完成受训者的步态和平衡训练，同时能够承受一定的体重和提供躯干姿态的扭矩。此类机器人的后轮作为驱动控制轮，前轮为转向轮，患者在接受移动训练时由安全设备将上身固定在机器人上，防止摔倒造成二次损伤。根据运动治疗方案，预先设定机器人的行走路径，受训者在医生的指导下跟随机器人完成相应的动作。起到运动康复的目的。但这种康复机器人为非全向移动机器人，患者只能在固定方向移动。上海交通大学方定国等公开的，专利号为201310370758的专利名称为“下肢康复训练机器人”的发明专利，所阐述的下肢康复机器人其机械构架与地面固定，患者进行康复训练时只能固定在一个位置。专利号为201010203502.6的专利名称为“绳索牵引下肢步态康复机器人”的发明专利和专利号为201110027352.2的专利名称为“一种下肢康复训练机器人”的发明专利均用到绳牵引系统。专利号为201410154885.0的专利名称为“下肢康复训练机器人及其训练方法”的发明专利公开了，一种带有腰部固定装置的行走车结构的康复机器人。此种康复机器人无法实现全向移动。分析以上康复机器人，发现现有专利或存在未对患者进行防止二次损伤的保护的问题，或存在机械装置本身不灵活，不能进行全向移动式的辅助训练问题。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明提供一种带有力反馈的全方位移动悬吊式辅助康复机器人，解决以往的装置所存在的安全性差、可靠性差、不够智能且不够人性化的问题，为患者进行康复训练提供一种安全、可靠、智能且人性化的设备。
[0004]技术方案:本发明是通过以下技术方案实现的:
一种带有力反馈的全方位移动悬吊式辅助康复机器人，其特征在于:该机器人由辅助躯干运动机构、升降调节机构和全向移动底盘构成，全向移动底盘安装在整个机器人的最下方，升降调节机构固定在全向移动底盘上，辅助躯干运动机构固定在升降调节机构上，辅助躯干运动机构下方固定与患者连接机构。
[0005]所述全向移动底盘主体为机械框架本体，在机械框架本体下端安装有四个伺服电机，伺服电机的输出轴连接有减速装置，减速装置与全向移动轮连接，4个全向移动轮设置在机械框架本体底部。
[0006]所述升降调节机构包括4个支撑杆，4个支撑杆安装在全向移动底盘上，4个支撑杆之间的上端安装辅助躯干运动机构。
[0007]所述辅助躯干运动机构包括X、Y、Z方向的水平执行单元、旋转执行单元及位于水平执行单元下方的弹性作动器，X、Y、Z方向的水平执行单元的下端连接旋转执行单元，旋转执行单元通过旋转轴向执行单元连接弹性作动器；χ轴向执行单元安装在辅助躯干运动机构上端前横梁上，Y轴向执行单元垂直于X轴安装在辅助躯干运动机构顶端，Z轴向执行单元垂直于Y轴向执行单元和X轴向执行单元安装，形成三维结构；旋转执行单元安装在Y轴向执行单元下，其下端通过旋转轴向执行单元与弹性作动器相连，弹性作动器由弹簧机构、Delta并联机构和检测机构组成，弹簧机构包括测量X、Y、Z轴方向力的直线弹簧、Delta并联机构下端及孔柱构成，孔柱设置在Delta并联机构下端的外侧，8根直线弹簧连接Delta并联机构下端及外侧孔柱；Delta并联机构下端通过连接杆连接Delta并联机构上端，检测机构安装在连接杆上，旋转编码器及旋转弹簧位于Delta并联机构下端上；旋转轴向执行单元的下端连接Delta并联机构上端。
[0008]辅助躯干运动机构与患者连接机构相连，与患者连接机构上安装有背带的固定患者躯干的装置。
[0009]辅助躯干运动机构的Delta并联机构下端通过测量旋转扭矩的弹簧连接与患者连接机构。
[0010]Delta并联机构上设置5个磁编码器组成，其中4个直线磁编码器安装在并联机构下端的套筒式直线运动机构处。还有一个旋转磁编码器安装在中心处的旋转轴上。
[0011]优点及效果:本发明提供一种带有力反馈的全方位移动悬吊式辅助康复机器人，为了达到所述要求，本发明根据分析的人体运动数据设计辅助人体运动的全向移动底盘，辅助躯干运动机构和辅助力柔性解耦机构。根据分析的人体运动范围参数，进行人体工程学研宄，优化移动底盘及连接机构模型的机械参数。在建立虚拟样机仿真平台的基础上，通过分析的人体运动速度参数、躯干位置与速度参数，进行虚拟样机仿真测试，优化模型机械参数。根据查阅的体重数据，在虚拟样机平台中对接触力解耦装置进行力测试，优化辅助力解耦机构的弹性及机械参数。最终确定各部分机构参数。本发明提供的全方位移动悬吊式下肢康复训练机器人，采用独特的悬吊式系统，不仅可辅助运动，又能保证患者的安全，为防止患者二次损伤提供保护，采用全向移动底盘，使本发明公开的下肢康复训练机器人可满足任意行走训练路径设定的要求。
[0012]本发明提出的全方位移动悬吊式下肢康复训练机器人在患者进行康复训练提供一种安全、可靠、智能且人性化的设备的同时，也为虚弱老年人延缓步行能力衰退提供了锻炼平台。
[0013]综上所述，本发明由于考虑了目标人群的身高、体重、肢体活动范围等生物参数，通过对机器人自由度、结构、机械参数等的合理优化设计来改善不同使用者的舒适性，采用独特的悬挂式系统不仅能辅助运动，也能确保训练过程中的安全性，采用全向移动底盘可为虚弱人群提供训练轨迹重复度高的康复研宄平台。同时，也为老年人延缓步行能力衰退提供了锻炼平台。
[0014]【附图说明】: 图1为全方位移动悬吊式辅助康复机器人整体结构图；
图2为辅助躯干运动机构示意图；
图3为全方位移动底盘结构示意图；
图4为辅助躯干运动机构水平执行单元示意图。
[0015]【具体实施方式】:下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1所示，本发明涉及一种带有力反馈的全方位移动悬吊式辅助康复机器人，该机器人由辅助躯干运动机构1、升降调节机构2和全向移动底盘3构成，全向移动底盘3安装在整个机器人的最下方，升降调节机构2固定在全向移动底盘3上，辅助躯干运动机构I固定在升降调节机构2上，辅助躯干运动机构I下方固定与患者连接机构10。
[0016]所述全向移动底盘3主体为机械框架本体11，在机械框架本体下端安装有四个伺服电机41，伺服电机41的输出轴连接有减速装置13，减速装置与全向移动轮12连接，4个全向移动轮12设置在机械框架本体11底部。
[0017]所述升降调节机构2包括4个支撑杆，4个支撑杆安装在全向移动底盘3上，起到固定支撑及调节高度的作用，4个支撑杆之间的上端安装辅助躯干运动机构I。
[0018]所述辅助躯干运动机构I包括X、Y、Z方向的水平执行单元90、旋转执行单元40及位于水平执行单元下方的弹性作动器60，X、Y、Z方向的水平执行单元90的下端连接旋转执行单元40，旋转执行单元40通过旋转轴向执行单元4连接弹性作动器60 ；X轴向执行单元16安装在辅助躯干运动机构上端前横梁上，Y轴向执行单元15垂直于X轴安装在辅助躯干运动机构顶端，Z轴向执行单元14垂直于Y轴向执行单元和X轴向执行单元安装，形成三维结构；旋转执行单元安装在Y轴向执行单元下，其下端通过旋转轴向执行单元4与弹性作动器相连，弹性作动器由弹簧机构、Delta并联机构和检测机构组成，用于检测患者在X、Y、Z方向对机器人的作用力。弹簧机构包括测量Χ、Υ、Ζ轴方向力的直线弹簧8、Delta并联机构下端6