多功能双扶持康复训练机器人及其操作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能双扶持康复训练机器人，包括履带式步行机、底座、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构。机械手部分包括肩关节、回转关节、肘关节和腕关节，每个关节都包含电机、谐波减速器、输出端。本发明可实现在步态训练过程中对人体髋部三个直线自由度和两个回转自由度的康复训练；可高度模拟髋部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
【专利说明】
多功能双扶持康复训练机器人及其操作方法
技术领域
[0001]本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种多功能双扶持康复训练机器人及其操作方法。
【背景技术】
[0002]随着我国正逐步步入老龄化社会，老年人的健康越来越引起人们的重视，而对老年人健康造成重大威胁的病症中脑卒中占据了很大比率，因此针对脑卒中偏瘫后遗症的康复治疗尤为关键。而以偏瘫康复后期患者而言，平衡障碍和偏瘫步态是最大的困扰，因此对于步态的训练以及矫正须加以重视。
[0003]对于传统的步态康复训练，都是以治疗师为主导，手扶患者肩部或者髋部进行，在无法进行定量性的时间与强度的训练条件下，康复程度也因治疗师的个人经验与患者个人因素而异，不仅是对患者身心的考验，也是对治疗师身心的考验。现有的步态训练康复设备过于注重步行训练，而忽略了髋部的生理结构，不能综合的针对髋部的运动学分析设计，从而限制了步态训练的效果。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的传统步态康复训练工作量大、效率低下和普通康复设备训练不全面、训练模式单一等问题，本发明通过分析髋部生理结构，提供一种多功能双扶持康复训练机器人及其操作方法，为患者训练提供一个高效的训练平台。
[0005]其技术方案为:
[0006]—种多功能双扶持康复训练机器人，包括履带式步行机1、底座2、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构。
[0007]升降丝杠机构包括导杆3、丝杠4、手臂升降平台8和升降电机30;机械手部分包括手臂连接管11、肩关节电机12、内齿轮组13、肩关节谐波减速器14、回转关节电机15、大臂支撑板16、回转关节谐波减速器17、肘关节电机18、肘关节支撑板19、锥齿轮组20、肘关节谐波减速器21、肘弹簧安装块22、前臂支撑板23、肘关节同步带24、腕部万向节25、外骨骼谐波减速器26、外骨骼电机27、外骨骼同步带28、外骨骼电机安装板29、肩弹簧安装块31和外骨骼同步带盖板32;配重机构包括配重底板5、配重块6和导向杆7和钢丝绳9。
[0008]进一步，履带式步行机I固定在底座2上;升降机构也固定在底座2上;机械手通过手臂连接管11与手臂升降平台8固定，通过升降电机30驱动丝杠4的旋转，带动手臂升降平台8，沿着导杆3上下运动实现机械手扶持患者蹲起康复训练;配重机构通过钢丝绳9、滑轮组10与手臂升降平台8相连；
[0009]进一步，机械手固定在手臂连接管11上，肩关节电机12藏在手臂连接管11内，内齿轮组13、肩关节谐波减速器14和大臂支撑板16相连，肩弹簧安装块31作为辅助支撑与大臂支撑板16固定，肩部弹簧连接着肩弹簧安装块31和肩部支撑板，由肩关节电机12带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；
[0010]回转关节电机15固定在大臂支撑板16上，通过回转关节谐波减速器17带动肘关节支撑板19，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动；
[0011]肘关节电机18固定在肘关节支撑板19上，通过锥齿轮组20与肘关节同步带24带动大带轮轴，肘关节谐波减速器21固定在轴上且与肘弹簧安装块22、前臂支撑板23相连，肘部弹簧连接着肘弹簧安装块22与肘关节支撑板19，实现前臂支撑板23绕肘关节的伸展屈曲运动；
[0012]腕部万向节25处于前臂支撑板23的前端并与外骨骼谐波减速器26固定，外骨骼谐波减速器26与外骨骼电机27通过外骨骼同步带28传动并安装在外骨骼电机安装板29上，夕卜骨骼同步带盖板32作为保护性部件和引导性部件也安装在外骨骼电机安装板29上，通过外骨骼电机27带动外骨骼同步带盖板32实现步态引导运动；
[0013]进一步，配重机构通过钢丝绳9和滑轮组10与手臂升降平台8相连，并通过配重块6提供拉力，作用于整个平台，有效的达到了减重的效果；
[0014]进一步，该装置可实现在步态训练过程中对人体髋部三个直线自由度和两个回转自由度的康复训练，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
[0015]—种多功能双扶持康复训练机器人的操作方法，包括以下步骤:
[0016]首先用绑带将被训者髋部固定于前臂腕部万向节25上;再把外骨骼同步带盖板32以与大腿竖直方向固定；
[0017]实施被训者步态训练时，配合履带式步行机I，电机工作在力矩模式下:肩关节电机12通过内齿轮组13和肩关节谐波减速器14带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；回转关节电机15通过回转关节谐波减速器17带动肘关节支撑板19，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动;肘关节电机18通过锥齿轮组20与肘关节同步带24带动前臂支撑板23，实现前臂绕肘关节的伸展屈曲运动；外骨骼电机27通过外骨骼同步带28、外骨骼谐波减速器26带动外骨骼电机安装板29，实现以外骨骼同步带盖板32为引导的步态引导运动。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0019]其一，直线自由度与回转自由度组合运动，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动;其二，装置自由度灵活，可以高度模拟治疗师在步态训练过程中的操作;其三，在肩关节与肘关节处都分别设计有弹簧安装块，利用拉伸弹簧的拉力抵消掉部分结构自身重量，设计安全性高;其四，整体式减重装置，降低患者与电机的负载。
【附图说明】
[0020]图1为本发明一种多功能双扶持康复训练机器人的结构示意图；其中，1、履带式步行机;2、底座;3、导杆;4、丝杠;5、配重底板;6、配重块;7、导向杆;8、手臂升降平台；9、钢丝绳；10、滑轮组；11、手臂连接管；12、肩关节电机；13、内齿轮组；14、肩关节谐波减速器；15、回转关节电机；16、大臂支撑板；17、回转关节谐波减速器；18、肘关节电机；19、肘关节支撑板;20、锥齿轮组;21、肘关节谐波减速器;22、肘弹簧安装块;23、前臂支撑板;24、肘关节同步带;25、腕部万向节;26、外骨骼谐波减速器;27、外骨骼电机;28、外骨骼同步带;29、外骨骼电机安装板;30、升降电机;31、肩弹簧安装块;32外骨骼同步带盖板。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细地说明。
[0022]参照图1，本发明实施例的一种多功能双扶持康复训练机器人，包括履带式步行机
1、底座2、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构。
[0023]升降丝杠机构包括导杆3、丝杠4、手臂升降平台8和升降电机30;机械手部分包括手臂连接管11、肩关节电机12、内齿轮组13、肩关节谐波减速器14、回转关节电机15、大臂支撑板16、回转关节谐波减速器17、肘关节电机18、肘关节支撑板19、锥齿轮组20、肘关节谐波减速器21、肘弹簧安装块22、前臂支撑板23、肘关节同步带24、腕部万向节25、外骨骼谐波减速器26、外骨骼电机27、外骨骼同步带28、外骨骼电机安装板29、肩弹簧安装块31和外骨骼同步带盖板32;配重机构包括配重底板5、配重块6和导向杆7和钢丝绳9。
[0024]作为进一步改进，履带式步行机I固定在底座2上;升降机构也固定在底座2上;机械手通过手臂连接管11与手臂升降平台8固定，通过升降电机30驱动丝杠4的旋转，带动手臂升降平台8，沿着导杆3上下运动实现机械手扶持患者蹲起康复训练;配重机构通过钢丝绳9、滑轮组10与手臂升降平台8相连；
[0025]作为进一步改进，机械手固定在手臂连接管11上，肩关节电机12藏在手臂连接管11内，内齿轮组13、肩关节谐波减速器14和大臂支撑板16相连，肩弹簧安装块31作为辅助支撑与大臂支撑板16固定，肩部弹簧连接着肩弹簧安装块31和肩部支撑板，由肩关节电机12带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；
[0026]回转关节电机15固定在大臂支撑板16上，通过回转关节谐波减速器17带动肘关节支撑板19，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动；
[0027]肘关节电机18固定在肘关节支撑板19上，通过锥齿轮组20与肘关节同步带24带动大带轮轴，肘关节谐波减速器21固定在轴上且与肘弹簧安装块22、前臂支撑板23相连，肘部弹簧连接着肘弹簧安装块22与肘关节支撑板19，实现前臂支撑板23绕肘关节的伸展屈曲运动；
[0028]腕部万向节25处于前臂支撑板23的前端并与外骨骼谐波减速器26固定，外骨骼谐波减速器26与外骨骼电机27通过外骨骼同步带28传动并安装在外骨骼电机安装板29上，夕卜骨骼同步带盖板32作为保护性部件和引导性部件也安装在外骨骼电机安装板29上，通过外骨骼电机27带动外骨骼同步带盖板32实现步态引导运动；
[0029]作为进一步改进，配重机构通过钢丝绳9和滑轮组10与手臂升降平台8相连，并通过配重块6提供拉力，作用于整个平台，有效的达到了减重的效果；
[0030]作为进一步改进，该装置可实现在步态训练过程中对人体髋部三个直线自由度和两个回转自由度的康复训练，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动，有效增强康复训练效果。
[0031]与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0032]其一，直线自由度与回转自由度组合运动，高度模拟髋部在步态训练中的生理运动;其二，装置自由度灵活，可以高度模拟治疗师在步态训练过程中的操作;其三，在肩关节与肘关节处都分别设计有弹簧安装块，利用拉伸弹簧的拉力抵消掉部分结构自身重量，设计安全性高;其四，整体式减重装置，降低患者与电机的负载;其五，机械手腕部外骨骼具有迈步引导作用。
[0033]使用本发明时，首先用绑带将被训者髋部固定于前臂腕部万向节25上;再把外骨骼同步带盖板32以与大腿竖直方向固定；
[0034]实施被训者步态训练时，配合履带式步行机I，电机工作在力矩模式下:肩关节电机12通过内齿轮组13和肩关节谐波减速器14带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；回转关节电机15通过回转关节谐波减速器17带动肘关节支撑板19，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动;肘关节电机18通过锥齿轮组20与肘关节同步带24带动前臂支撑板23，实现前臂绕肘关节的伸展屈曲运动；外骨骼电机27通过外骨骼同步带28、外骨骼谐波减速器26带动外骨骼电机安装板29，实现以外骨骼同步带盖板32为引导的步态引导运动。
[0035]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种多功能双扶持康复训练机器人，包括履带式步行机(I)、底座(2)、升降丝杠机构、机械手部分和配重机构； 升降丝杠机构包括导杆(3)、丝杠(4)、手臂升降平台(8)和升降电机(30);机械手部分包括手臂连接管(11)、肩关节电机(12)、内齿轮组(13)、肩关节谐波减速器(14)、回转关节电机(15)、大臂支撑板(16)、回转关节谐波减速器(17)、肘关节电机(18)、肘关节支撑板(19)、锥齿轮组(20)、肘关节谐波减速器(21)、肘弹簧安装块(22)、前臂支撑板(23)、肘关节同步带(24)、腕部万向节(25)、外骨骼谐波减速器(26)、外骨骼电机(27)、外骨骼同步带(28)、外骨骼电机安装板(29)、肩弹簧安装块(31)和外骨骼同步带盖板(32);配重机构包括配重底板(5)、配重块(6)和导向杆(7)和钢丝绳(9)。2.根据权利要求1所述的多功能双扶持康复训练机器人，其特征在于:履带式步行机(I)固定在底座(2)上;升降机构也固定在底座(2)上;机械手通过手臂连接管(11)与手臂升降平台(8)固定，通过升降电机(30)驱动丝杠(4)的旋转，带动手臂升降平台(8)，沿着导(3)上下运动实现机械手扶持患者蹲起康复训练;配重机构通过钢丝绳(9)、滑轮组(10)与手臂升降平台(8)相连。3.根据权利要求1所述的多功能双扶持康复训练机器人，其特征在于:所述回转关节电机(15)固定在大臂支撑板(16)上，通过回转关节谐波减速器(17)带动肘关节支撑板(19)，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动； 肘关节电机(18)固定在肘关节支撑板(19)上，通过锥齿轮组(20)与肘关节同步带(24)带动大带轮轴，肘关节谐波减速器(21)固定在轴上且与肘弹簧安装块(22)、前臂支撑板(23)相连，肘部弹簧连接着肘弹簧安装块(22)与肘关节支撑板(19)，实现前臂支撑板(23)绕肘关节的伸展屈曲运动； 腕部万向节(25)处于前臂支撑板(23)的前端并与外骨骼谐波减速器(26)固定，外骨骼谐波减速器(26)与外骨骼电机(27)通过外骨骼同步带(28)传动并安装在外骨骼电机安装板(29)上，外骨骼同步带盖板(32)作为保护性部件和引导性部件也安装在外骨骼电机安装板(29)上，通过外骨骼电机(27)带动外骨骼同步带盖板(32)实现步态引导运动。4.根据权利要求1所述的多功能双扶持康复训练机器人，其特征在于:所述配重机构通过钢丝绳(9)和滑轮组(10)与手臂升降平台(8)相连，并通过配重块(6)提供拉力，。5.—种多功能双扶持康复训练机器人的操作方法，其特征在于，包括以下步骤: 首先用绑带将被训者髋部固定于前臂腕部万向节(25)上;再把外骨骼同步带盖板(32)以与大腿竖直方向固定； 实施被训者步态训练时，配合履带式步行机(I)，电机工作在力矩模式下:肩关节电机(12)通过内齿轮组(13)和肩关节谐波减速器(14)带动大臂实现绕肩关节的前屈后伸运动；回转关节电机(15)通过回转关节谐波减速器(17)带动肘关节支撑板(19)，实现肘关节绕大臂的内旋外旋运动;肘关节电机(18)通过锥齿轮组(20)与肘关节同步带(24)带动前臂支撑板(23)，实现前臂绕肘关节的伸展屈曲运动;外骨骼电机(27)通过外骨骼同步带(28)、外骨骼谐波减速器(26)带动外骨骼电机安装板(29)，实现以外骨骼同步带盖板(32)为引导的步态引导运动。
【文档编号】A61H1/02GK106074090SQ201610564255
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】王春宝, 段丽红, 张力心, 韦建军, 李伟光, 王玉龙, 龙建军, 孙同阳, 韦成栋, 陆志祥, 侯安新, 陈朋方, 陈浩秋, 申亚京
【申请人】广西盈锐智能机械有限公司