本實用新型涉及一種康復(fù)醫(yī)療器械與健身器械領(lǐng)域的機(jī)器人，具體涉及一種可實現(xiàn)正常步態(tài)軌跡的四肢聯(lián)動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。

背景技術(shù)：

調(diào)查顯示，每年都有相當(dāng)數(shù)量的人由于疾病、交通事故等原因造成下肢功能障礙。相關(guān)研究表明，對于運動失能的人群，盡早進(jìn)行合理的康復(fù)訓(xùn)練，可以促進(jìn)大腦皮層的可塑性發(fā)展，恢復(fù)肢體功能，有效的緩解病癥，降低殘疾程度，減少并發(fā)癥。以神經(jīng)可塑性原理為基礎(chǔ)的重復(fù)性訓(xùn)練可實現(xiàn)患者大腦功能重組，通過機(jī)械裝置輔助訓(xùn)練有望使患者逐漸康復(fù)。部分減重步行訓(xùn)練(PBWSTT)在臨床上的應(yīng)用就是基于上述原理?；颊哌M(jìn)行減重步行訓(xùn)練時，一般需要兩名康復(fù)師來輔助，但是康復(fù)師的數(shù)量有限，難以滿足患者的需求，也無法保證患者的康復(fù)訓(xùn)練時間和強度，這使需要人工輔助的康復(fù)訓(xùn)練的實際療效受到制約。為此，歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的科研工作者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)率先展開了對康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的研究，目前研究較為成熟的有Lokomat，LOPES，ALEX以及NaTUre-gaits等。這些機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，難以推廣應(yīng)用于一般家庭當(dāng)中。

除少數(shù)外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人能近似實現(xiàn)正常步態(tài)軌跡外，大部分足部驅(qū)動的康復(fù)機(jī)器人所能實現(xiàn)的軌跡與人體正常步態(tài)軌跡有一定的偏差，造成使用者在長期訓(xùn)練之后步態(tài)與自然步態(tài)不相符，肌肉發(fā)動模式異于常人，影響康復(fù)訓(xùn)練效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種新型可實現(xiàn)正常步態(tài)軌跡的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。使用本實用新型能夠根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練者的身體特征及康復(fù)理論進(jìn)行設(shè)計，解決了康復(fù)訓(xùn)練軌跡與自然步態(tài)軌跡不匹配的問題，使其能夠產(chǎn)生與康復(fù)訓(xùn)練者匹配的標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)軌跡，通過帶動腳部運動進(jìn)而完成整個下肢的康復(fù)訓(xùn)練動作。該實用新型結(jié)構(gòu)簡單，僅需要一個電機(jī)即可完成康復(fù)訓(xùn)練，成本較低，很適合用于普通家庭。此外，本實用新型既可以通過電機(jī)驅(qū)動帶動患者被動的完成四肢聯(lián)動的康復(fù)訓(xùn)練，也可以通過手部轉(zhuǎn)動扶手主動地完成康復(fù)訓(xùn)練過程，適合不同需求的康復(fù)或健身訓(xùn)練對象。結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，適合推廣于一般家庭使用。

為了解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，本實用新型提出的一種可實現(xiàn)正常步態(tài)軌跡的四肢聯(lián)動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，包括機(jī)架、動力裝置、傳動系統(tǒng)和兩個腳踏板；所述傳動系統(tǒng)由主動鏈輪、鏈條、從動鏈輪和傳動軸組成，所述主動鏈輪設(shè)置在所述減速電機(jī)的輸出軸上；所述機(jī)架的左右兩側(cè)對稱地分布有兩套運動輔助系統(tǒng)，所述兩套運動輔助系統(tǒng)的末端分別連接至兩個腳踏板；兩套運動輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同；每套運動輔助系統(tǒng)是由凸輪機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)連接組成的凸輪-連桿機(jī)構(gòu)；所述凸輪機(jī)構(gòu)包括通過螺栓固定在所述機(jī)架上的帶有溝槽的凸輪，所述凸輪的溝槽內(nèi)設(shè)有凸輪滾子；所述連桿機(jī)構(gòu)包括依次與長度可變的曲柄相連的連桿和擺桿；所述長度可變的曲柄由第一段曲柄和第二段曲柄構(gòu)成，所述第一段曲柄的一端與所述傳動軸鍵連接，所述第二段曲柄的一端與所述凸輪滾子鉸接，所述第二段曲柄內(nèi)設(shè)有滑軌，所述第一段曲柄的另一端插裝在所述第二段曲柄的滑軌內(nèi)，并可沿第二段曲柄的長度方向滑動；所述連桿的一端與第二段曲柄的另一端鉸接，所述連桿另一端與所述擺桿的一端鉸接，所述擺桿與機(jī)架鉸接于點B，所述擺桿的另一端設(shè)有扶手，所述連桿上的一點C與所述腳踏板鉸接；所述凸輪機(jī)構(gòu)用于控制曲柄的長度；兩套運動輔助系統(tǒng)中的曲柄以180°的相位差安裝。所述動力裝置是減速電機(jī)或是兩個設(shè)置在兩套運動輔助系統(tǒng)的擺桿端部的扶手。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點：本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)人體正常的步態(tài)軌跡，相比于其他末端驅(qū)動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人具有更好的康復(fù)性能?；颊呒瓤梢赃x擇用電機(jī)帶動運動輔助系統(tǒng)被動的完成康復(fù)訓(xùn)練，也可以選擇用手操作扶手主動地完成康復(fù)訓(xùn)練。本實用新型可以實現(xiàn)四肢協(xié)調(diào)訓(xùn)練，既可以用于康復(fù)訓(xùn)練，也可以用于健身訓(xùn)練，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，適合推廣于一般家庭使用。

附圖說明

圖1是本實用新型四肢聯(lián)動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是單側(cè)運動輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-機(jī)架 2-傳動軸 3-從動鏈輪

4-運動輔助系統(tǒng) 5-鏈條 6-主動鏈輪

7-減速電機(jī) 40-凸輪 41-第一段曲柄

42-凸輪滾子 43-第二段曲柄 44-扶手

45-擺桿 46-連桿 47-腳踏板

A-曲柄旋轉(zhuǎn)中心 B-擺桿旋轉(zhuǎn)中心 C-連桿與腳踏板的鉸接點

G-C點的運動軌跡

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示：本實用新型提出的一種可實現(xiàn)正常步態(tài)軌跡的四肢聯(lián)動康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，包括機(jī)架1、動力裝置、傳動系統(tǒng)和兩個腳踏板47；所述傳動系統(tǒng)由主動鏈輪6、鏈條5、從動鏈輪3和傳動軸2組成，所述主動鏈輪6設(shè)置在所述減速電機(jī)7的輸出軸上；所述機(jī)架1的左右兩側(cè)對稱地分布有兩套運動輔助系統(tǒng)4，所述動力裝置通過傳動系統(tǒng)與運動輔助系統(tǒng)4相連，為運動輔助體統(tǒng)4提供驅(qū)動力。

所述兩套運動輔助系統(tǒng)的末端分別連接至兩個腳踏板47。

本實用新型中，兩套運動輔助系統(tǒng)4的結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示，每套運動輔助系統(tǒng)是由凸輪機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)連接組成的凸輪-連桿機(jī)構(gòu)；所述凸輪機(jī)構(gòu)包括通過螺栓固定在所述機(jī)架1上的帶有溝槽的凸輪40，所述凸輪40的溝槽內(nèi)設(shè)有凸輪滾子42；所述連桿機(jī)構(gòu)包括依次與長度可變的曲柄相連的連桿46和擺桿45；所述長度可變的曲柄由第一段曲柄41和第二段曲柄43構(gòu)成，所述第一段曲柄41的一端與所述傳動軸2鍵連接，所述第二段曲柄43的一端與所述凸輪滾子42鉸接，所述第二段曲柄43內(nèi)設(shè)有滑軌，所述第一段曲柄41的另一端插裝在所述第二段曲柄43的滑軌內(nèi)，并可沿第二段曲柄43的長度方向滑動；所述連桿46的一端與第二段曲柄43的另一端鉸接，所述連桿46另一端與所述擺桿45的一端鉸接，所述擺桿45與機(jī)架1鉸接于點B，所述擺桿45的另一端設(shè)有扶手44，所述連桿46上的一點C與所述腳踏板47鉸接；所述凸輪機(jī)構(gòu)用于控制曲柄的長度。如圖1所示，兩套運動輔助系統(tǒng)4中的曲柄以180°的相位差安裝。減速電機(jī)7通過鏈傳動帶動傳動軸2轉(zhuǎn)動以帶動整個曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄轉(zhuǎn)動過程中其長度隨著凸輪40的轉(zhuǎn)動而改變，運動輔助系統(tǒng)4帶動兩個腳踏板47分別按照如圖2中G所示的運動軌跡循環(huán)動作，從而幫助站在兩個腳踏板47上的使用者完成康復(fù)訓(xùn)練。

本實用新型既可以通過減速電機(jī)7帶動使用者完成被動的康復(fù)訓(xùn)練，也可以通過轉(zhuǎn)動扶手44主動地完成康復(fù)訓(xùn)練，即所述動力裝置是減速電機(jī)7或是兩個設(shè)置在兩套運動輔助系統(tǒng)4的擺桿端部的扶手44。若所述動力裝置是減速電機(jī)7，則通過傳動裝置與運動輔助系統(tǒng)相連，為運動輔助體統(tǒng)提供驅(qū)動力(如前述)。若不用減速電機(jī)7驅(qū)動，則可以通過轉(zhuǎn)動扶手44主動地完成康復(fù)訓(xùn)練。

在康復(fù)訓(xùn)練的過程中，第一段曲柄41在動力裝置和傳動系統(tǒng)的帶動下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，第一段曲柄41的轉(zhuǎn)動一方面帶動第一段曲柄43的轉(zhuǎn)動，在踏板47與連桿46的鉸接點處產(chǎn)生特定的運動軌跡，另一方面通過凸輪滾子42在凸輪40的溝槽內(nèi)沿著曲柄旋轉(zhuǎn)中心A滾動，進(jìn)而帶動第一段曲柄41沿著第二段曲柄43的長度方向移動，從而改變第二段曲柄43與連桿46之間的鉸接點到曲柄旋轉(zhuǎn)中心A的距離。本實用新型通過將曲柄設(shè)計為長度可變的曲柄，從而對C點的軌跡進(jìn)行修正，使腳踏板47的軌跡更加接近人體正常步態(tài)軌跡。本實用新型中將兩側(cè)的運動輔助系統(tǒng)設(shè)計為相同的結(jié)構(gòu)，而且是按照曲柄的相位差為180°安裝，使用者足部與運動輔助系統(tǒng)4的腳踏板47相連，通過腳踏板47引導(dǎo)使用者的足部運動，使用本實用新型進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，踝關(guān)節(jié)軌跡與目標(biāo)軌跡點重合，手部與兩個扶手44相連，進(jìn)而完成四肢聯(lián)動的康復(fù)訓(xùn)練過程。

本實用新型運動輔助系統(tǒng)4的機(jī)構(gòu)尺寸可以根據(jù)人體正常步態(tài)軌跡進(jìn)行設(shè)計，從而可以實現(xiàn)個性化康復(fù)訓(xùn)練需求。首先，根據(jù)人體正常步態(tài)軌跡，優(yōu)化得到四桿機(jī)構(gòu)的尺寸，然后以曲柄長度為因變量，通過運動學(xué)逆解得到精確通過目標(biāo)軌跡點所需的曲柄長度的變化量，即為凸輪的理論廓線。采用第一段曲柄和第二段曲柄插裝滑動，使得整個曲柄隨著凸輪的轉(zhuǎn)動而改變長度，從而在滿足運動學(xué)性能的情況下減小了凸輪的尺寸。

盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護(hù)之內(nèi)。