六自由度腿部康復訓練機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種康復訓練機器人，特別是一種六自由度腿部康復訓練機器人。包括機架、伺服電機、三條運動支鏈、訓練踏板，運動支鏈通過虎克鉸鏈機構與伺服電機連接，第一伺服電機與虎克鉸鏈機構中的第三轉動鉸鏈連接，第三轉動鉸鏈通過第二連桿與第二轉動鉸鏈連接，第二轉動鉸鏈通過第一連桿與第一轉動鉸鏈連接，第二伺服電機與虎克鉸鏈機構中的U形件連接；第一轉動鉸鏈和第三轉動鉸鏈兩者的軸線相互垂直并共面，第二轉動鉸鏈的軸線與第二伺服電機的軸線相互垂直并共面；第二伺服電機和第一伺服電機兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設置。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，能夠實現(xiàn)X、Y、Z向的轉動和移動，通過被動性的康復訓練，使患者的腿部肌體得到恢復。
【專利說明】六自由度腿部康復訓練機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種康復訓練機器人，特別是一種六自由度腿部康復訓練機器人。
【背景技術】
[0002]隨著人口老齡化以及由疾病和災難等造成的腿部癱瘓的患者增加，而醫(yī)學理論證明，患者不僅需要早期的手術治療和藥物治療，而且科學的、正確的康復訓練對于恢復腿部關節(jié)的運動功能有著及其重要且不可代替的作用。六自由度腿部康復訓練機器人，在偏癱患者初期進行康復訓練，可以有效的防止關節(jié)攣縮，維持關節(jié)的活動度，提高患者的腿部關節(jié)運動功能的康復程度，及早實現(xiàn)腿部關節(jié)機能的恢復。
[0003]目前針對于腿部關節(jié)康復訓練的康復機構，主要是膝關節(jié)和踝關節(jié)的康復訓練，其康復訓練活動范圍小，只有很少部分的患者能得到充分的治療。而從運動原理上看，人體的腿部關節(jié)可視為一個具有六個自由度的關節(jié)運動單元，因此，為了全面有效地實現(xiàn)腿部的被動康復訓練，腿部康復訓練機器人應具有六自由的運動能力，可以實現(xiàn)腿部全面的康復活動。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的腿部康復機器人存在康復訓練的活動空間小，機構復雜，價格昂貴，制造成本高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠達到腿部所需運動空間的六自由度腿部康復訓練機器人。
[0006]本發(fā)明采用如下技術方案:
一種六自由度腿部康復訓練機器人，包括機架、伺服電機、三條運動支鏈、訓練踏板，運動支鏈通過虎克鉸鏈機構與伺服電機連接，第一伺服電機與虎克鉸鏈機構中的第三轉動鉸鏈連接，第三轉動鉸鏈通過第二連桿與第二轉動鉸鏈連接，第二轉動鉸鏈通過第一連桿與第一轉動鉸鏈連接，第二伺服電機與虎克鉸鏈機構中的U形件連接；第一轉動鉸鏈和第三轉動鉸鏈兩者的軸線相互垂直并共面，第二轉動鉸鏈的軸線與第二伺服電機的軸線相互垂直并共面；第二伺服電機和第一伺服電機兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設置。
[0007]采用上述技術方案的本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，能夠實現(xiàn)X、Y、Z向的轉動和移動，通過被動性的康復訓練，使患者的腿部肌體得到恢復，并且，該腿部訓練機器人具有結構簡單，成本低廉的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明采用如下技術方案:
第三轉動鉸鏈通過傳動機構與第一伺服電機連接，第一伺服電機安裝在機架的下方。
[0009]第一伺服電機 和第二伺服電機分別通過第一電機安裝座和第二電機安裝座與機架連接。
[0010]運動支鏈中的第一運動支鏈和第二運動支鏈的結構相同，第一運動支鏈中的第一上連桿的上端連接球鉸，第一上連桿的下端通過第四轉動鉸鏈與第一下連桿的一端連接，第一下連桿的另一端通過第五轉動鉸鏈與虎克鉸鏈機構中的虎克鉸鏈支座連接。
[0011]運動支鏈中的第三運動支鏈通過下球鉸鏈與連接板連接，下球鉸鏈與第二上連桿的一端連接，第二上連桿通過移動鉸鏈與第二下連桿連接，第二下連桿的下端與第六轉動鉸鏈連接，第六轉動鉸鏈與虎克鉸鏈機構中的虎支鉸鏈支座連接。
[0012]第二伺服電機和第一伺服電機分別設置為三個，三個伺服電機三者的轉動軸線相交并呈等邊三角形結構；三個伺服電機三者的轉動軸線相交于一點。
[0013]虎克鉸鏈機構中的U形件通過聯(lián)軸器與第二伺服電機連接，U形叉通過第七轉動鉸鏈與虎克鉸鏈支座連接。
[0014]第三轉動鉸鏈與傳動機構中的第一轉軸連接，第一轉軸上裝有大帶輪，大帶輪通過皮帶與小帶輪連接，小帶輪通過第一聯(lián)軸器與第一伺服電機連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0016]圖2是虎克鉸鏈支座的結構示意圖。
[0017]圖3是第一運動支鏈的結構示意圖。
[0018]圖4是第三運動支鏈的結構示意圖。
[0019]圖5是訓練踏板的結構示意圖。
【具體實施方式】
`[0020]下面結合附圖及實施例詳述本發(fā)明:
一種六自由度腿部康復訓練機器人，參見附圖1至附圖5，圖中:機架1、支座101、第一運動支鏈2、第二運動支鏈3、訓練踏板4、第三運動支鏈5、第一伺服電機6、第一聯(lián)軸器7、第一電機安裝座8、虎克鉸鏈機構9、傳動機構10、第二伺服電機11、第二聯(lián)軸器12、第二電機安裝座13、球鉸14、第一上連桿15、第四轉動鉸鏈16、第一下連桿17、第五轉動鉸鏈18、下球鉸鏈19、第二上連桿20、移動鉸鏈21、第二下連桿22、第六轉動鉸鏈23、第七轉動鉸鏈24,U形件25、虎克鉸鏈支座26、第三轉動鉸鏈28、第二連桿29、大帶輪30、第一轉軸31、皮帶32、小帶輪33、第二轉軸34、第一連桿35、第一轉動鉸鏈36、第二轉動鉸鏈37、腳板固定件38、連接板39。
[0021]本實施例中，機架I的主體呈等邊三角形結構，主體的三個角上設置有豎直向上的支座101，傳動機構10中的轉軸31置于支座101上。
[0022]機架I上裝有三個虎克鉸鏈機構，三個虎克鉸鏈機構的轉動中心位于同一圓周上并且呈間隔120度設置(三個虎克鉸鏈機構的轉動中心呈等邊三角形分布)?；⒖算q鏈機構9中的U形件25與第二伺服電機11通過第二聯(lián)軸器12連接。
[0023]運動支鏈通過虎克鉸鏈機構9與伺服電機連接，虎克鉸鏈機構9由U形件25、第一連桿35、第二連桿29、虎克鉸鏈支座26等組成；第一伺服電機6與虎克鉸鏈機構9中的第三轉動鉸鏈28連接，第三轉動鉸鏈28通過第二連桿29與第二轉動鉸鏈37連接，第二轉動鉸鏈37通過第一連桿29與第一轉動鉸鏈36連接，第一轉動鉸鏈36與虎克鉸鏈支座26連接。
[0024]虎克鉸鏈機構9中的虎克鉸鏈支座26與U形件25通過第七轉動鉸鏈24連接，U形叉25通過聯(lián)軸器12與伺服電機11固定連接。
[0025]第一轉動鉸鏈36和第三轉動鉸鏈28兩者的軸線相互垂直并位于同一水平面上，第二轉動鉸鏈37的軸線與第二伺服電機11的軸線相互垂直并位于同一垂直面上；第二伺服電機11和第一伺服電機6兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設置。
[0026]傳動機構10中的第二轉軸34上的大帶輪30通過皮帶32與小帶輪33連接，小帶輪33通過第一聯(lián)軸器7與第一伺服電機6連接。第一伺服電機6通過第一電機安裝座8安裝在機架I的下方。
[0027]第二伺服電機11通過第二電機安裝座13安裝在機架I的上方。通過電機安裝座將伺服電機與機架I連接，能夠大大減小由于伺服電機運動而引起的慣性沖擊力，這種安裝方式使伺服電機具有良好的可控性。
[0028]運動支鏈中的第一運動支鏈2和第二運動支鏈3的結構相同，第一運動支鏈2中的第一上連桿15的上端連接球鉸14，球鉸14與連接板39連接。第一上連桿15的下端通過第四轉動鉸鏈16與第一下連桿17的一端連接，第一下連桿17的另一端通過第五轉動鉸鏈18與虎克鉸鏈機構9中的虎克鉸鏈支座26連接；第四轉動鉸鏈16的軸線與第二伺服電機11的軸線相平行。第二運動支鏈2和第三運動支鏈3中的轉動鉸鏈分別與各自所連接的伺服電機的軸線相平行。
[0029]第三運動支鏈5的一端通過下球鉸鏈19與連接板39連接。下球鉸鏈19和兩個球鉸鏈14，三者的連線呈等邊三角形結構。連接板39上裝有訓練踏板4，訓練踏板4依照人體的腳結構特點而制成的，訓練踏板4上裝有腳板固定件38，腳板固定件38將康復者的腳固定在本機上，從而通過訓練腳板帶動康復患者實行康復訓練。
[0030]下球鉸鏈19與第二上連桿20的一端固定連接，第二上連桿20通過移動鉸鏈21與第二下連桿22連接，第二下連桿22的下端與第六轉動鉸鏈23連接，第六轉動鉸鏈23與虎克鉸鏈機構9中的虎支鉸鏈支座26連接；第二上連桿20和第二下連桿21兩者構成的移動副軸線垂直于第二轉動鉸鏈28和第一轉`動鉸鏈36構成的水平面。
[0031]第二伺服電機11和第一伺服電機6分別設置為三個,三個第二伺服電機11三者的轉動軸線相交并呈等邊三角形結構；三個第一伺服電機6三者的轉動軸線相交于一點。這種安裝方式使腿部康復機器人中構件的運動不受伺服電機的干涉。
[0032]第一伺服電機6的電機轉軸通過第一聯(lián)軸器7將小帶輪33的第二轉軸34固聯(lián)，小帶輪33帶動大帶輪30的第一轉軸31運動，大帶輪30的第一轉軸31通過第三轉動鉸鏈28帶動第一連桿29運動，第一連桿29通過第二轉動鉸鏈37帶動第二連桿35運動，第二連桿35通過第一轉動鉸鏈36帶動虎克鉸鏈支座26運動從而達到傳遞動力的作用。
[0033]本實施例能夠實現(xiàn)繞X、Y、Z軸的姿態(tài)轉動及沿X、Y、Z軸的移動，真實模擬人體腿部的多自由度復雜運動，幫助患者更好的進行下肢康復訓練。
[0034]每條運動支鏈在兩個伺服電機的共同作用下驅動虎克鉸鏈機構實現(xiàn)運動，這樣就可以通過六個伺服電機實現(xiàn)空間六自由度的康復訓練要求。每個伺服電機分別通過控制中心的編碼器、傳感器等電子原器件進行控制。
【權利要求】
1.一種六自由度腿部康復訓練機器人，包括機架、伺服電機、三條運動支鏈、訓練踏板，其特征在于:運動支鏈通過虎克鉸鏈機構與伺服電機連接，第一伺服電機與虎克鉸鏈機構中的第三轉動鉸鏈連接，第三轉動鉸鏈通過第二連桿與第二轉動鉸鏈連接，第二轉動鉸鏈通過第一連桿與第一轉動鉸鏈連接，第二伺服電機與虎克鉸鏈機構中的U形件連接；第一轉動鉸鏈和第三轉動鉸鏈兩者的軸線相互垂直并共面，第二轉動鉸鏈的軸線與第二伺服電機的軸線相互垂直并共面；第二伺服電機和第一伺服電機兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設置。
2.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:第三轉動鉸鏈通過傳動機構與第一伺服電機連接，第一伺服電機安裝在機架的下方。
3.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:第一伺服電機和第二伺服電機分別通過第一電機安裝座和第二電機安裝座與機架連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:運動支鏈中的第一運動支鏈和第二運動支鏈的結構相同，第一運動支鏈中的第一上連桿的上端連接球鉸，第一上連桿的下端通過第四轉動鉸鏈與第一下連桿的一端連接，第一下連桿的另一端通過第五轉動鉸鏈與虎克鉸鏈機構中的虎克鉸鏈支座連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:運動支鏈中的第三運動支鏈通過下球鉸鏈與連接板連接，下球鉸鏈與第二上連桿的一端連接，第二上連桿通過移動鉸鏈與第二下連桿連接，第二下連桿的下端與第六轉動鉸鏈連接，第六轉動鉸鏈與虎克鉸鏈機構中的虎支鉸鏈支座連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:第二伺服電機和第一伺服電機分別設置為三個，三個伺服電機三者的轉動軸線相交并呈等邊三角形結構；三個伺服電機三者的轉動軸線相交于一點。
7.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:虎克鉸鏈機構中的U形件通過聯(lián)軸器與第二伺服電機連接，U形叉通過第七轉動鉸鏈與虎克鉸鏈支座連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的六自由度腿部康復訓練機器人，其特征在于:第三轉動鉸鏈與傳動機構中的第一轉軸連接，第一轉軸上裝有大帶輪，大帶輪通過皮帶與小帶輪連接，小帶輪通過第一聯(lián)軸器與第一伺服電 機連接。
【文檔編號】A61H1/02GK103816029SQ201410082480
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月8日 優(yōu)先權日:2014年3月8日
【發(fā)明者】崔冰艷, 陳麗文, 王志軍, 李占賢 申請人:河北聯(lián)合大學