专利名称：仰卧式下肢康复训练机器人的制作方法
技术领域：
一种仰卧式下肢康复训练机器人，属于康复医疗器械。用于心脑血管疾病致瘫或意外事故所造成下肢体损伤的患者作下肢及相关关节康复训练。
背景技术：
医学理论和实践证明，脑瘫后遗症或意外事故造成的肢体损伤患者必须进行肢体训练，有助于恢复肢体功能，防止肌肉“废用性”萎缩。多数患者因功能障碍或体力限制，需由具有一定的护理知识的护士或其他人按部就班地实施；个别患者仍具有部分“自我康复”的能力。
目前已有的腿部康复训练器(CPM机)主要用于下肢和膝关节的术后康复训练，对髋关节和踝关节的训练作用较小；此外，训练工作只能“被动”进行——由训练器带动，不能充分发挥偏瘫患者“好腿”的作用。
发明内容
一种仰卧式下肢康复训练机器人是根据康复学理论和人机合作机器人原理，借助单片机模拟、控制人体下肢运动规律，进行肌肉运动功能训练，其速度和强度可以根据患病的轻重和患者体能自主调整；对于偏瘫或单肢伤残病人，患者可以借助本机，用“好腿”带动“病腿”自主完成训练工作；训练时，髋关节、膝关节和踝关节同时得到锻炼。
仰卧式下肢康复训练机器人包括往复机构(1套)、大小腿屈伸机构(左右腿各1套)和脚姿态调整机构(左右脚各1套)，且以机架纵向轴线为对称轴，对称布置。
往复机构包括带传感器的直流力矩电机、齿轮组减速机构、齿形带轮副、光杠导轨、导轨支架、滑动座、压板和机架。其中，2个导轨支架沿机架纵向轴线一前一后地固定于机架下表面；2套光杠导轨(每套两根，一上一下)沿机架纵向轴线对称地固定于导轨支架两侧的透孔中；2套滑动座借助其上的透孔以机架纵向轴线为中线一左一右地套装在光杠导轨上，可自由滑动；齿形带的2条平行边平行于机架纵向轴线，其主动轮与直流力矩电机和齿轮组减速机构相连，从动轮与装在导轨支架上的螺杆张紧机构相连；每套滑动座都借助压板夹紧在相邻的齿形带上(设计要求做康复训练时，两条腿一曲一伸，故滑动座沿机架纵向一前一后地设置)。滑动座沿光杠导轨的往复运动由直流力矩电机的正反转并经齿轮组减速机构带动齿形带轮副和压板实现。
大小腿屈伸机构(左右腿各1套)为曲柄连杆机构。其中，曲柄(腿支架)的一端铰接在机架上表面，另一端与可伸缩的连杆端部铰接，而连杆的另一端铰接在滑动座的下端；曲柄(腿支架)上装有大腿捆绑带；伸缩连杆可借助快速锁紧机构锁定。于是，当滑动座沿光杠导轨往复运动时，曲柄连杆机构将带动大小腿作屈伸运动。
脚姿态调整机构(左右脚各1套)是围绕长方形滑动座展开的一组可控机构，包括电机、小齿轮、半齿轮、驱动臂和脚踏板。其中，电机固定在滑动座上；小齿轮和半齿轮是一对啮合副；驱动臂是半齿轮的延伸部分，其端部有一销轴，插装在跟部与滑动座上端铰接的脚踏板背面的条形槽道中，脚踏板正面装有捆绑带。于是，当电机带动小齿轮转过某一角度时，半齿轮上的驱动臂将推动脚踏板至某一位置，即改变了脚的姿态，同时也活动了踝关节。
使用时，患者仰卧在床上，机架置于两腿之间，两脚踏在脚踏板上，系紧捆绑带；大腿放在腿支架(曲柄)上，系紧捆绑带。初始状态时，因滑动座沿机架纵向一前一后，故患者一条腿处于伸直状态，另一条腿处于弯曲的状态。患者可在单片机的键盘上自主设定控制指令，启动直流力矩电机，单片机接受来自传感器的力、转角和转速信号，并控制直流力矩电机的转动，进而实现患者腿部的屈伸运动；与此同时，脚姿态调整机构中的电机也协同动作，并带动踝关节运动。患者可以用一条“好腿”与电机协同动作实现另一条“坏腿”的屈伸运动；也可以在不起动电机的情况下，只用一条“好腿”带动另一条“坏腿”进行屈伸运动。如果单独启动脚姿态调整机构中的电机并设定单片机，也可以单独进行踝关节的康复训练。
本实用新型用于心脑血管疾病致瘫和因意外事故等造成的下肢体损伤患者做下肢康复训练，也可用于健康老人的体育锻炼。
图1仰卧式下肢康复训练机器人结构示意图(一条腿的)图2仰卧式下肢康复训练机器人的往复运动机构示意图(两条腿的)具体实施方式
下面给出本实用新型的优选实施方案，并结合附图加以说明。
仰卧式下肢康复训练机器人包括往复机构(1套)、大小腿屈伸机构(左右腿各1套)和脚姿态调整机构(左右脚各1套)，且以机架9纵向轴线为对称轴，对称布置。在大、小腿屈伸的过程中，髋关节和膝关节也得到锻炼；而在脚姿态调整的过程中，踝关节得到锻炼。
如图1、2所示，往复机构包括带传感器的直流力矩电机1、齿轮组减速机构2、齿形带轮副3、4、14、光杠导轨10、11、导轨支架13、15、滑动座55、压板58和机架9。其中，2个导轨支架13、15沿机架9纵向轴线一前一后地固定于机架9的下表面；2套光杠导轨(左右腿各一套，每套两根，一上一下，图中仅示出一条腿用的)10、11沿机架9纵向轴线对称地固定于导轨支架13、15两侧的透孔中；2套滑动座(每支脚一个，图中仅示出一支脚的并给出标号)55借助其上的透孔以机架9纵向轴线为中线一左一右地套装在光杠导轨10、11上；齿形带4的2条平行边平行于机架9的纵向轴线，其主动轮3与直流力矩电机1和齿轮组减速机构2相连，从动轮14与装在导轨支架13上的螺杆张紧机构12相连；每套滑动座55都借助压板58夹紧在相邻的齿形带4上(设计要求做康复训练时，两条腿一曲一伸，故沿机架9纵向轴线，滑动座55一前一后)。滑动座55沿光杠导轨10、11的往复运动由直流力矩电机1的正反转并经齿轮组减速机构2带动齿形带轮副3、4、14和压板58实现。
如图1所示，大小腿屈伸机构(左右腿各1套，图中仅示出一套并标号)为曲柄连杆机构。其中，腿支架(曲柄)7的一端铰接在机架9上表面，另一端与可伸缩的连杆6端部铰接，而连杆6的另一端铰接在滑动座55的下端；腿支架(曲柄)7上装有大腿捆绑带8；可伸缩的连杆6可借助快速锁紧机构锁定。于是，当滑动座55沿光杠导轨10、11往复运动时，曲柄连杆机构将带动大小腿作屈伸运动。
如图1所示，脚姿态调整机构(左右脚各1套，图中仅示出一套并标号)是围绕长方形滑动座55展开的一组可控机构，包括电机57、小齿轮56、半齿轮54、驱动臂53和脚踏板50。其中，小齿轮56和半齿轮54是一对啮合副，驱动臂53是半齿轮54的延伸部分，端部有一销轴51，插装在跟部与滑动座55上端铰接的脚踏板50背面的条形槽道中，脚踏板50的正面装有捆绑带52。于是，当电机57带动小齿轮56转过某一角度时，半齿轮54上的驱动臂53将推动脚踏板50至某一位置，即改变了脚的姿态，同时也活动了踝关节。
使用时，患者仰卧在床上，机架9置于两腿之间，两脚踏在脚踏板50上，系紧捆绑带52；大腿放在腿支架(曲柄)7上，系紧捆绑带8。初始状态时，因滑动座55沿机架9纵向一前一后，故患者一条腿处于伸直状态，另一条腿处于弯曲的状态。患者可在单片机16的键盘上自主设定控制指令，启动直流力矩电机1，单片机16接受来自传感器的力、转角和转速信号，并控制直流力矩电机1的转动，进而实现患者腿部的屈伸运动；与此同时，脚姿态调整机构中的电机57也协同动作，并带动踝关节运动。患者可以用一条“好腿”与直流力矩电机1协同动作实现另一条“坏腿”的屈伸运动；也可以在不起动直流力矩电机1的情况下，只用一条“好腿”带动另一条“坏腿”进行屈伸运动。如果单独启动脚姿态调整机构中的电机57并设定单片机16，也可以单独进行踝关节的康复训练。
本实用新型用于心脑血管疾病致瘫和因意外事故等造成的下肢体损伤患者做下肢康复训练，也可用于健康老人的体育锻炼。
权利要求1.一种仰卧式下肢康复训练机器人，其特征在于它包括往复机构、左右大小腿屈伸机构和左右脚脚姿态调整机构，且以机架(9)纵向轴线为对称轴，对称布置；其中，往复机构是由带传感器的直流力矩电机(1)和齿轮组减速机构(2)带动的齿形带轮副(3、4、14)；左右大小腿屈伸机构是2套具有相同构成的曲柄连杆机构；左右脚脚姿态调整机构是2套具有相同构成、独立电机驱动的齿轮副传动机构。
2.如权利要求1所述的仰卧式下肢康复训练机器人，其特征在于所述往复机构包括带传感器的直流力矩电机(1)、齿轮组减速机构(2)、齿形带轮副(3、4、14)、光杠导轨(10、11)、导轨支架(13、15)、滑动座(55)、压板(58)和机架(9)；2个导轨支架(13、15)沿机架(9)纵向轴线一前一后地固定于机架(9)的下表面；2套光杠导轨(10、11)沿机架(9)纵向轴线对称地固定于导轨支架(13、15)两侧的透孔中；2套滑动座(55)借助其上的透孔以机架(9)纵向轴线为中线一左一右地套装在光杠导轨(10、11)上；齿形带(4)的2条平行边平行于机架(9)的纵向轴线，其主动轮(3)与直流力矩电机(1)和齿轮组减速机构(2)相连，从动轮(14)与装在导轨支架(13)上的螺杆张紧机构(12)相连；每套滑动座(55)都借助压板(58)夹紧在相邻的齿形带(4)上。
3.如权利要求1所述的仰卧式下肢康复训练机器人，其特征在于所述大小腿屈伸机构包括腿支架(7)、可伸缩连杆(6)和捆绑带(8)；其中，腿支架(7)的一端铰接在机架(9)的上表面，另一端与可伸缩的连杆(6)端部铰接，而连杆(6)的另一端铰接在滑动座(55)的下端；腿支架(曲柄)7上装有大腿捆绑带8。
4.如权利要求1所述的仰卧式下肢康复训练机器人，其特征在于所述脚姿态调整机构包括电机(57)、小齿轮(56)、半齿轮(54)、驱动臂(53)和脚踏板(50)；其中，小齿轮(56)和半齿轮(54)是一对啮合副，驱动臂(53)是半齿轮(54)的延伸部分，端部有一销轴(51)，插装在跟部与滑动座(55)上端铰接的脚踏板(50)背面的条形槽道中，脚踏板(50)的正面装有捆绑带(52)。
专利摘要一种仰卧式下肢康复训练机器人，属于医疗器械。用于心脑血管疾病致瘫或意外事故所造成下肢体损伤的患者作下肢及相关关节康复训练。它包括由带传感器的直流力矩电机、齿轮组减速机构、齿形带轮副、光杠导轨组成的往复机构；由曲柄连杆机构组成的大小腿屈伸机构(左右腿各1套)以及独立电机和齿轮副驱动的脚姿态调整机构(左右脚各1套)。使用时，患者仰卧在床上，机架置于两腿之间，两脚踏在脚踏板上，并在单片机的键盘上自主设定控制指令后，即可实现髋关节、腿部的屈伸和踝关节的运动；也可以在不起动电机的情况下，用一条“好腿”带动另一条“坏腿”或单独进行踝关节的康复训练。
文档编号B25J11/00GK2815338SQ20052002146
公开日2006年9月13日 申请日期2005年8月18日 优先权日2005年8月18日
发明者张立勋, 张今瑜, 钱振美 申请人:哈尔滨工程大学