专利名称：多体位外骨骼下肢康复训练机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多体位外骨骼下肢康复训练机器人，属于康复医疗器械 领域。适用于脑卒中等心脑血管疾病患者及脊椎损伤患者的下肢康复训练。
背景技术：
随着现代社会的老龄化以及交通、工伤事故的增加，如脑卒中等心血管疾 病患者及脊椎损伤患者已逐步成为现代社会的一种常见群体，这类患者除了药 物治疗或者手术治疗外，科学的康复训练对于患肢运动功能改善非常重要。目
前通常由医生、PT师、OT师手把手对截瘫病人采用选择性手法牵拉特定肌群， 应用起立床逐渐进行站立训练。这种被动式的康复训练，工作强度大，且无法 满足更多病人的需求。训练效果与医疗师的技术熟练程度密切相关，很难准确 到位地针对不同病人保持康复训练动作的一致性。因此目前开发出很多能够代 替医师自主训练患者的康复机器人。但是这些康复机器人， 一般只能对单独体 位的病人进行训练，不能同时满足不同康复阶段病人的康复训练要求。中国专 利CN2730338是一种可穿戴式的下肢步行外骨骼，其是用气缸驱动人腿运动， 但是气缸驱动器存在定位精度不够高的缺点，如果用于康复训练的话将达不到 很好的康复效果。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够帮助脑卒中等心脑血管疾病患者以及脊 椎损伤患者进行康复训练的外骨骼下肢康复训练机器人。
本实用新型的多体位外骨骼下肢康复训练机器人包括机座、护栏、悬吊系 统、外骨骼训练装置和计算机控制系统；
机座包括承载整个机器的底盘，跑步机和支架，跑步机置于底盘之上， 支架固定在底盘的后端；
护栏由立杆、横杆和扶手组成，安装在跑步机的静止座上；
悬吊系统包括承重吊带背心、与吊带背心连接的吊缆、配重以及设置在 支架上的滑轮，吊缆绳缠绕于滑轮上，缆绳的一端与吊缆相连，另一端与配重 相连；
外骨骼训练装置包括外骨骼下肢、坐垫和靠背铰接的座椅，四边铰链的 平行四边形连接杆和阻尼器，平行四边形连接杆的一条竖直边与座椅靠背固定，
另一条竖直边与支架固定，阻尼器的一端与平行四边形连接杆的上连杆铰接，
阻尼器的另一端与支架铰接；外骨骼下肢包括髋部杆、大腿杆和小腿杆，髋部 杆与大腿杆铰接构成髋关节，大腿杆与小腿杆铰接构成膝关节，第一滚珠丝杠 的两端分别与髋部杆的末端及大腿杆的上端铰接，髋部杆的末端与座椅的靠背 固联，第一电机的转轴通过同步带轮与第一滚珠丝杠的螺母相连，第二滚珠丝 杠的两端分别与大腿杆及小腿杆上端铰接，第二电机的转轴通过同步带轮与第 二滚珠丝杠的螺母相连；
计算机控制系统包括主机、显示屏和控制器，控制器安装在护栏的横杆 或座椅扶手上，显示屏固定在底盘上。
为便于调节座椅的"坐、立、躺"三个体位姿态，可在座椅靠背和坐垫下 面装置直线驱动器。
针对处于不同康复训练阶段的患者，本实用新型可以通过调节电机的速度， 电机的力矩和机械主体的姿态来创造出不同的康复环境，使患者的康复训练更 有针对性。
本实用新型通过对国际通用的Brimnstrom训练方法进行分析，结合对卒中 病人瘫痪下肢的"物理疗法(PT)和作业疗法(OT)"，针对脑卒中病人不同阶段不 同体位的康复训练要求，建立具有不同激励程度和多种训练模式的卒中病人下 肢训练康复机器人。同时可以根据不同卒中患者在不同疗程中实现多种激励的 训练模式，包括主动步态、被动力控制步态、被动阻尼可调步态等模式，从而 达到最佳康复锻炼的效果。
图1是多体位外骨骼下肢康复训练机器人的结构示意图； 图2是平行四边形机构图3是外骨骼下肢的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型。
参见图1，多体位外骨骼下肢康复训练机器人包括机座、护栏、悬吊系统、 外骨骼训练装置和计算机控制系统；
机座包括承载整个机器的底盘4，跑步机3和支架1，跑步机3置于底盘 4之上，支架l固定在底盘4的后端；
护栏由立杆7、横杆6和扶手5组成，安装在跑步机3的静止座上；
悬吊系统包括承重吊带背心IO、与吊带背心连接的吊缆9、配重2以及
设置在支架1上的滑轮8，吊缆绳缠绕于滑轮8上，缆绳的一端与吊缆9相连， 另一端与配重2相连。悬吊系统用于悬吊患者以保持身体的平衡，当患者穿上 吊带背心，进行站立状态下的康复训练时，通过调节配重系统上的配重块，拉 紧吊缆，使病人处于悬吊状态，以保持平衡。
外骨骼训练装置包括外骨骼下肢18、坐垫17和靠背15铰接的座椅，四 边铰链的平行四边形连接杆16和阻尼器19，平行四边形连接杆16的一条竖直 边与座椅靠背15固定，另一条竖直边与支架1固定，阻尼器19的一端与平行 四边形连接杆16的上连杆铰接，阻尼器的另一端与支架1铰接(如图2所示)。 由于在站立步行训练时，患者身体会随着步态的交替而上下波动，阻尼器可以 起到缓冲的作用，同时也可以起到部分支撑身体的作用。外骨骼下肢18 (如图 3所示)包括髋部杆20、大腿杆23和小腿杆26，髋部杆20与大腿杆23铰接构 成髋关节，大腿杆23与小腿杆26铰接构成膝关节，第一滚珠丝杠22的两端分 别与髋部杆20的末端及大腿杆的上端铰接，髋部杆20的末端与座椅的靠背固 联，第一电机21的转轴通过同步带轮与第一滚珠丝杠22的螺母相连，第二滚 珠丝杠25的两端分别与大腿杆23及小腿杆上端铰接，第二电机24的转轴通过 同步带轮与第二滚珠丝杠25的螺母相连。
在康复训练时通过安装在坐垫和靠背下面的直线驱动器可以使座椅直立， 适合患者站立姿势的训练，也可以使座椅变成"躺椅"，适合患者平躺姿势的训 练，在座椅状态下，适合患者坐姿时的训练。通过姿势的变换，实现了多体位 训练。康复训练时人的大腿和小腿分别固定在大腿杆23和小腿杆26上，当第 一、第二两台电机驱动大腿杆23和小腿杆26动时，就能带动患者的下肢进行 康复训练。
计算机控制系统包括主机、显示屏12和控制器11，控制器ll安装在护 栏的横杆或座椅扶手上，显示屏12固定在底盘4上。计算机控制系统用于控制 所有的驱动系统，可以控制位于外骨骼髋部杆和大腿杆上的电机，以及位于座 椅靠背和坐垫下面的直线驱动器。显示屏可以让患者清楚的看到自己训练的各 种状况。控制器可以控制三个体位的转换，调节训练的速度和电机力矩的大小。 当患者站立训练时，控制器可以放在护栏扶手上，当患者坐姿训练和平躺训练 时，可以把控制器放在座椅扶手上。
权利要求1.多体位外骨骼下肢康复训练机器人，其特征是包括机座、护栏、悬吊系统、外骨骼训练装置和计算机控制系统；机座包括承载整个机器的底盘(4)，跑步机(3)和支架(1)，跑步机(3)置于底盘(4)之上，支架(1)固定在底盘(4)的后端；护栏由立杆(7)、横杆(6)和扶手(5)组成，安装在跑步机(3)的静止座上；悬吊系统包括承重吊带背心(10)、与吊带背心连接的吊缆(9)、配重(2)以及设置在支架(1)上的滑轮(8)，吊缆绳缠绕于滑轮(8)上，缆绳的一端与吊缆(9)相连，另一端与配重(2)相连；外骨骼训练装置包括外骨骼下肢(18)、坐垫(17)和靠背(15)铰接的座椅，四边铰链的平行四边形连接杆(16)和阻尼器(19)，平行四边形连接杆(16)的一条竖直边与座椅靠背(15)固定，另一条竖直边与支架(1)固定，阻尼器(19)的一端与平行四边形连接杆(16)的上连杆铰接，阻尼器的另一端与支架(1)铰接，外骨骼下肢(18)包括髋部杆(20)、大腿杆(23)和小腿杆(26)，髋部杆(20)与大腿杆(23)铰接构成髋关节，大腿杆(23)与小腿杆(26)铰接构成膝关节，第一滚珠丝杠(22)的两端分别与髋部杆(20)的末端及大腿杆的上端铰接，髋部杆(20)的末端与座椅的靠背固联，第一电机(21)的转轴通过同步带轮与第一滚珠丝杠(22)的螺母相连，第二滚珠丝杠(25)的两端分别与大腿杆(23)及小腿杆上端铰接，第二电机(24)的转轴通过同步带轮与第二滚珠丝杠(25)的螺母相连；计算机控制系统包括主机、显示屏(12)和控制器(11)，控制器(11)安装在护栏的横杆或座椅扶手上，显示屏(12)固定在底盘(4)上。
专利摘要本实用新型公开的多体位外骨骼下肢康复训练机器人包括机座、护栏、悬吊系统、外骨骼训练装置和计算机控制系统。该机器人通过对国际通用的Brunnstrom训练方法进行分析，结合对卒中病人瘫痪下肢的“物理疗法(PT)和作业疗法(OT)”，针对脑卒中病人不同阶段不同体位的康复训练要求，建立具有不同激励程度和多种训练模式的卒中病人下肢训练康复机器人。同时可以根据不同卒中患者在不同疗程中实现多种激励的训练模式，包括主动步态、被动力控制步态、被动阻尼可调步态等模式，从而达到最佳康复锻炼的效果。该机器人可满足患者坐姿，站立和平躺三种训练状态，适用脑卒中患者的不同康复阶段下肢康复训练。
文档编号B25J11/00GK201005935SQ200620140779
公开日2008年1月16日 申请日期2006年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者杰 张, 欣 张, 张佳帆, 杨灿军, 昱 耿, 邓美英 申请人:浙江大学