專利名稱：一種外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，特別是涉及ー種外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)60歲以上的老年人已有I. 2億，占全國(guó)人口的10%。伴隨老齡化過(guò)程中明顯的生理衰退，老年人四肢的靈活性將不斷下降，進(jìn)而對(duì)日常生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于戰(zhàn)爭(zhēng)、エ傷、交通事故、疾病、災(zāi)難等原因造成神經(jīng)損傷或者肢體損傷的患者也在顯著增加。與之相対的是人工護(hù)理成本逐年増加；用于醫(yī)療康復(fù)的設(shè)備功能單一，價(jià)格昂貴。醫(yī)療康復(fù)設(shè)備與患者需求之間的矛盾已日漸突出。因此，服務(wù)于四肢的康復(fù) 設(shè)備的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人是根據(jù)康復(fù)醫(yī)學(xué)理論和人機(jī)合作機(jī)器人原理，通過(guò)ー套計(jì)算機(jī)控制下的走步狀態(tài)控制系統(tǒng)，使患者模擬正常人的步伐規(guī)律作康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)，鍛煉下肢的肌肉，恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)行走功能的控制能力，達(dá)到恢復(fù)走路機(jī)能的目的。雖然已經(jīng)出現(xiàn)了ー些下肢康復(fù)機(jī)器人，但大多存在一些缺陷?，F(xiàn)有的下肢康復(fù)機(jī)器人存在的主要缺陷有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，過(guò)于笨重，而且功能単一，價(jià)格昂貴，不能很好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，不利于康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，特別是涉及ー種外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，體積小，功能全，成本低，安全舒適，訓(xùn)練效率高，能起到理療和康復(fù)下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的作用。本發(fā)明的技術(shù)方案一種醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，特別是涉及ー種外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。本裝置的機(jī)構(gòu)為可調(diào)機(jī)構(gòu)，且基于擬人化設(shè)計(jì)，能模擬人體下肢的運(yùn)動(dòng)方式，能調(diào)整構(gòu)件尺寸以適應(yīng)人體下肢的長(zhǎng)短差異。本裝置主要包括左支撐架、右支撐架、前夾腰板、后夾腰板、大腿外套、小腿外套、連接板、腳踏板、腳趾板、氣缸、銷軸、緊定螺釘、螺栓、彈簧片等，其特征在于前夾腰板、后夾腰板與大腿外套構(gòu)成3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，小腿外套與腳踏板構(gòu)成2自由度空間六桿機(jī)構(gòu)，整個(gè)裝置是通過(guò)大腿外套與小腿外套之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副將兩部分串聯(lián)而成的串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)。由于前夾腰板、后夾腰板與大腿外套構(gòu)成了 3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)大腿在一定范圍內(nèi)到任意位置運(yùn)動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練。人體穿上本裝置后，單側(cè)下肢可實(shí)現(xiàn)7個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)、膝關(guān)節(jié)I個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)、踝關(guān)節(jié)2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)、腳趾關(guān)節(jié)I個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中腳趾關(guān)節(jié)為隨動(dòng)，其余為助動(dòng)。左、右支撐架上均有多孔，便于吊起該裝置、連接控制系統(tǒng)等。左支撐架與右支撐架之間、右支撐架與后夾腰板之間、前夾腰板與后夾腰板之間，均采用緊定螺釘連接與調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)距，以適應(yīng)不同的人體的背部、腰部尺寸，提高舒適度等。大腿外套與小腿外套之間通過(guò)連接板和螺栓來(lái)連接，通過(guò)改變螺栓在連接板上的位置來(lái)調(diào)節(jié)大腿外套與小腿外套之間的距離，以適應(yīng)不同人體的腿部尺寸。根據(jù)人體歩行特征，腳踏板與腳趾板之間通過(guò)銷軸連接，且腳踏板與腳趾板裝有彈簧片，以提高裝置的擬人化程度。有益效果本裝置主要包括左支撐架、右支撐架、前夾腰板、后夾腰板、大腿外套、小腿外套、連接板、腳踏板、腳趾板、氣缸、銷軸、緊定螺釘、螺栓、彈簧片等。前夾腰板、后夾腰板與大腿外套構(gòu)成3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，小腿外套與腳踏板構(gòu)成2自由度空間六桿機(jī)構(gòu)，整個(gè)裝置是通過(guò)大腿外套與小腿外套之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副將兩部分串聯(lián)而成的串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，體積小，功能全，成本低，安全舒適，訓(xùn)練效率高，能起到理療和康復(fù)下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的作用。本裝置可用于神經(jīng)損傷或者肢體損傷的患者做下肢體康復(fù)訓(xùn)練，也可用于健康老年人的體育鍛煉。


圖I外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)圖
I-左支撐架，2-緊定螺釘，3-右支撐架，4、5_緊定螺釘，6-后夾腰板，7、8、9_銷軸，10-氣缸，11-銷軸，12-氣缸，13-銷軸，14-連接板，15-螺栓，16-銷軸，17-氣缸，18-腳踏板，19-銷軸，20-腳趾板，21-氣缸，22-小腿外套，23 -螺栓，24-連接板，25-銷軸，26-大腿外套，27,28-氣缸，29-緊定螺釘，30-前夾腰板。圖2左支撐架、右支撐架與后夾腰板連接三維局部圖。圖3前夾腰板和后夾腰板連接三維局部圖。圖4大腿外套與小腿外套連接三維局部圖。圖5腳踏板與腳趾板連接三維局部圖 31-彈簧片。
具體實(shí)施例方式 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)圖如圖I所示左支撐架I和右支撐架3通過(guò)緊定螺釘2連接與調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)左支撐架I和右支撐架3之間的無(wú)級(jí)調(diào)距，以適應(yīng)不同人的背部尺寸和舒適度。左支撐架I和右支撐架3上有孔，可添加柔性帯，以吊起裝置、夾緊身體和提高裝置的擬人化程度。右支撐架3和后夾腰板6通過(guò)緊定螺釘4和緊定螺釘5連接與調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)右支撐架3和后夾腰板6之間的無(wú)級(jí)調(diào)距，以適應(yīng)不同人的背部尺寸和舒適度。后夾腰板6和前夾腰板30通過(guò)緊定螺釘29連接與調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)后夾腰板6和前夾腰板30之間的無(wú)級(jí)調(diào)距，以適應(yīng)不同人的腰部尺寸和舒適度。后夾腰板6和前夾腰板30上有許多孔，用途有可添加柔性帶，掛于肩部，能更好的負(fù)起裝置，有效地減輕其它部位的受カ；可將機(jī)器人本體與控制系統(tǒng)連接在一起的數(shù)據(jù)傳輸線固定等。氣缸10通過(guò)銷軸7連接于后夾腰板6上，氣缸27、氣缸28分別通過(guò)銷軸8、銷軸9連接于前夾腰板30上，且銷軸7、銷軸8、銷軸9的軸線互成60度夾角，同時(shí)氣缸10、氣缸27、氣缸28分別通過(guò)球面副與大腿外套26連接，從而構(gòu)成了 3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)。大腿外套26通過(guò)銷軸13、銷軸25分別與連接板14、連接板24形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，連接板14、連接板24再分別通過(guò)螺栓15、螺栓、23與小腿外套22連接。連接板14和連接板24上有多孔，通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓15、螺栓23的位置，實(shí)現(xiàn)大腿外套26與小腿外套22之間的距離調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同人體的腿部尺寸。同時(shí)大腿外套26通過(guò)銷軸11與氣缸13連接，氣缸13通過(guò)銷軸16連接于小腿外套22上。小腿外套22通過(guò)球面副與氣缸17、氣缸21連接，氣缸17、氣缸21分別通過(guò)球面副與腳踏板18連接，同時(shí)小腿外套22通過(guò)球銷副直接與腳踏板18連接，從而構(gòu)成了 2自由度的空間六連桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)。腳踏板18上多孔，可添加柔性帶，以固定腳掌和提高裝置的擬人化程度?？紤]到人的步態(tài)特點(diǎn)，在腳踏板18的前端通過(guò)銷軸19連接腳趾板20，構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。為了更好的觀察和分析本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)，特增加了圖2、圖3、圖4、圖5。如圖5所示，根據(jù)人體步行特征，在腳踏板18和腳趾板20之間裝有彈簧片31。工作過(guò)程康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，理療師將數(shù)據(jù)輸入到控制系統(tǒng)中，并幫助病人穿戴本裝置。病人穿戴本裝置時(shí)，應(yīng)穿戴在合適的位置，以適應(yīng)不同的背部、腰部、腿部尺寸以及舒適度等。人在步行時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)控制氣缸的伸縮量，從而達(dá)到控制各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。 當(dāng)氣缸10、氣缸27、氣缸28的伸縮量變化時(shí)，便可通過(guò)球面副帶動(dòng)大腿外套26實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)3個(gè)自由度的康復(fù)訓(xùn)練。當(dāng)氣缸12的伸縮量變化時(shí)，便可通過(guò)銷軸16帶動(dòng)小腿外套22實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)I個(gè)自由度的康復(fù)訓(xùn)練。當(dāng)氣缸17、氣缸21的伸縮量變化時(shí)，便可通過(guò)球面副帶動(dòng)腳踏板18實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)2個(gè)自由度的康復(fù)訓(xùn)練。康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，腳趾板20隨著腳趾彎曲而轉(zhuǎn)動(dòng)，腳趾伸直時(shí)，腳趾板20在彈簧片31的作用下，自動(dòng)恢復(fù)到與腳踏板20保持在同一平面。在訓(xùn)練過(guò)程中，傳感器會(huì)實(shí)時(shí)采集患者的訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)參數(shù)，經(jīng)采集卡儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)之中，以便訓(xùn)練后理療師分析訓(xùn)練效果，制定后續(xù)訓(xùn)練方案。以上結(jié)合最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。
權(quán)利要求
1.ー種外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，包括左支撐架、右支撐架、前夾腰板、后夾腰板、大腿外套、小腿外套、連接板、腳踏板、腳趾板、氣缸、銷軸、緊定螺釘、螺栓、彈簧片等，其特征在于前夾腰板、后夾腰板與大腿外套構(gòu)成3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，小腿外套與腳踏板構(gòu)成2自由度空間六桿機(jī)構(gòu)，整個(gè)裝置是通過(guò)大腿外套與小腿外套之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副將兩部分串聯(lián)而成的串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于左支撐架和右支撐架之間通過(guò)緊定螺釘來(lái)連接與調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于右支撐架與后夾腰板之間通過(guò)緊定螺釘來(lái)連接與調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于前夾腰板和后夾腰板之間通過(guò)緊定螺釘來(lái)連接與調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于 大腿外套與小腿外套之間通過(guò)連接板和螺栓來(lái)連接，通過(guò)改變螺栓在連接板上的位置來(lái)調(diào)節(jié)大腿外套與小腿外套之間的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于腳踏板與腳趾板之間通過(guò)銷軸連接，且腳踏板與腳趾板裝有彈簧片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種外骨骼可穿戴式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。本裝置主要包括左支撐架、右支撐架、前夾腰板、后夾腰板、大腿外套、小腿外套、連接板、腳踏板、腳趾板、氣缸、銷軸、緊定螺釘、螺栓、彈簧片等，其特征在于前夾腰板、后夾腰板與大腿外套構(gòu)成3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，小腿外套與腳踏板構(gòu)成2自由度空間六桿機(jī)構(gòu)，整個(gè)裝置是通過(guò)大腿外套與小腿外套之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副將兩部分串聯(lián)而成的串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功能全，成本低，安全舒適，訓(xùn)練效率高，能起到理療和康復(fù)下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的作用。本裝置可用于神經(jīng)損傷或者肢體損傷的患者做下肢體康復(fù)訓(xùn)練，也可用于健康老年人的體育鍛煉。
文檔編號(hào)A61H1/00GK102670377SQ20121016860
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者周平, 宋利平, 張?jiān)姷? 王和順, 王強(qiáng), 石磊, 秦小嶼 申請(qǐng)人:西華大學(xué)