專利名稱：減重步行訓(xùn)練機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種醫(yī)療康復(fù)器械，尤其涉及ー種供偏癱、截癱、腦外傷、假肢安裝等下肢功能障礙患者使用的減重步行訓(xùn)練機器人。
背景技術(shù)：
自上世紀80年代至今,減重步行訓(xùn)練(partialbody weight support treadmilltraining, PBffSTT)相關(guān)研究已開展了近二十年，其在臨床上的應(yīng)用也越來越廣泛，它主要是用減重吊帶使患者步行時下肢負重減少.借助于運動平板進行步行能力訓(xùn)練。但是，在訓(xùn)練時一般需要兩名治療師，一名幫助患者腿擺動、支撐期患足跟著地，防止支撐期膝過伸，另一名幫助患者進行身體重心轉(zhuǎn)移、髖伸展、骨盆旋轉(zhuǎn)，并保持患者軀干的直立，人工成本較高。所以，多家研究機構(gòu)相繼利用機器人技術(shù)開展了代替理療師輔助患者自動完成減重 步行康復(fù)訓(xùn)練的設(shè)備。其中，典型的設(shè)備有瑞士的Lokomat,美國的Motorika Ambulator,Litegait, Robomedica等。利用這種康復(fù)訓(xùn)練機器人進行步行康復(fù)訓(xùn)練,不僅減輕了治療師的工作強度。而且步行訓(xùn)練參數(shù)重復(fù)性好，時相指標可以準確設(shè)定，能夠有效加快康復(fù)進程，提高療效。然而通過相關(guān)文獻的查閱和綜合研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了其存在的幾個共同問題(I)臨床應(yīng)用性不強；(2)成本太高；(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；(4)負擔(dān)重，操作不便。這在一定的程度上給減重步行訓(xùn)練設(shè)備的實際臨床應(yīng)用帶來了困難，同時也阻礙了減重康復(fù)訓(xùn)練的進ー步推廣。所以，現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備仍有進ー步改進的必要?；谝陨戏治觯l(fā)明人欲提出ー種具有相對靈活性和實際應(yīng)用性的下肢康復(fù)機器人的技術(shù)方案。與以往減重步行訓(xùn)練設(shè)備相比，其可最大限度的減小護理人員的數(shù)量和勞動強度；可以提高減重步行訓(xùn)練的安全性、準確性、舒適性及科學(xué)性，可以提高下肢康復(fù)機器人的臨床應(yīng)用性。

實用新型內(nèi)容鑒于以上問題，本實用新型的目的在于提供ー種供偏癱、截癱、腦外傷、假肢安裝等下肢功能障礙患者使用的減重步行訓(xùn)練機器人，該裝置可與醫(yī)用慢速跑步機結(jié)合使用，可實現(xiàn)下肢功能障礙者的臨床康復(fù)訓(xùn)練。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，臨床應(yīng)用性強，左右扶手寬度、高度可調(diào)，能夠適應(yīng)不同身高，不同胖瘦的患者使用。該裝置扶手可雙側(cè)外展90度，利于外骨骼的穿戴及患者輪椅的撤離。同時，穿戴式外骨骼與減重訓(xùn)練架通過減震彈簧和滑軌連接，更利于人行走時的重心調(diào)節(jié)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種減重歩行訓(xùn)練機器人，它包括穿戴式外骨骼、減重訓(xùn)練架、懸吊背心、跑臺、控制系統(tǒng)；其中該穿戴式外骨骼包括小腿連接塊、大腿連接塊和臀部連接塊；該臀部連接塊與該大腿連接塊之間鉸接且設(shè)有大腿絲杠和臀部電機，該大腿連接塊與該小腿連接塊之間鉸接且設(shè)有小腿絲杠和膝關(guān)節(jié)電機；該臀部電機和該膝關(guān)節(jié)電機均通過傳輸線與該控制系統(tǒng)連接；[0007]該減重訓(xùn)練架包括由下至上依次設(shè)置的支撐裝置、高度調(diào)節(jié)裝置和懸吊裝置；該懸吊裝置包括立柱、帶彎立柱和U形吊臂；該立柱上設(shè)有靠背，左右設(shè)有可調(diào)間距的扶手機構(gòu)；該扶手機構(gòu)下方設(shè)有外骨骼連接裝置，該外骨骼連接裝置與該穿戴式外骨骼連接；該懸吊背心通過軟吊繩與該U形吊臂上的四個吊環(huán)相連接；該跑臺設(shè)于該減重訓(xùn)練架下方。所述穿戴式外骨骼主體采用鎂合金材質(zhì)，穿戴部位設(shè)置有軟織物及連接粘扣。所述支撐裝置包括兩側(cè)并排的底架和中間橫梁，該底架端部設(shè)有腳輪，在該腳輪相鄰處設(shè)有地腳。所述高度調(diào)節(jié)裝置為電動升降柱。所述扶手機構(gòu)包括扶手架、支撐彎管、固定套管及扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)；該扶手架與該支 撐彎管鉸接，同時設(shè)有定位銷用于固定該扶手架的位置；該固定套管一端與所述立柱連接，另一端插入該支撐彎管內(nèi)，在該扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)的調(diào)節(jié)下該支撐彎管相對該固定套管可進行滑動。所述支撐彎管上設(shè)有支撐架；所述扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)絲杠和設(shè)于該調(diào)節(jié)絲杠上的手輪，該調(diào)節(jié)絲杠的兩端分別為正反絲的螺紋，與左右的該支撐架連接，轉(zhuǎn)動該手輪可使正反螺紋同時轉(zhuǎn)動。所述外骨骼連接機構(gòu)包括導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、導(dǎo)軌連接座、調(diào)整塊、外骨骼連接塊；該導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)固定于所述扶手架下方的連接板，包括導(dǎo)軌和滑塊，該滑塊可以沿著該導(dǎo)軌滑動；該導(dǎo)軌連接座為ーT形板材，與該滑塊固定連接；該調(diào)整塊為一直角板材，兩條直角邊分別與該導(dǎo)軌連接座和該外骨骼連接塊連接固定。所述調(diào)整塊與所述外骨骼連接塊之間的連接螺栓上裝有減震壓簧。所述導(dǎo)軌連接座與所述導(dǎo)軌之間可通過一定位螺釘鎖紫。所述跑臺為醫(yī)用慢速跑臺。本實用新型的有益效果是本實用新型的穿戴式外骨骼主體采用輕質(zhì)鎂合金材質(zhì)，能減小患者的穿戴負擔(dān)，提聞靈活性；減重訓(xùn)練架提升聞度可調(diào)，能實現(xiàn)不同身聞患者的減重訓(xùn)練；減重訓(xùn)練架扶手寬度、高度可調(diào)，同時可外展90度，能實現(xiàn)不同胖瘦患者的使用，且便于外骨骼的穿戴和患者輪椅上下跑臺；減重訓(xùn)練架扶手下安裝有滑動導(dǎo)軌，便于可穿戴式外骨骼的前后調(diào)整；穿戴式外骨骼與減重訓(xùn)練架之間采用柔性彈簧連接，便于人行走時的重心調(diào)節(jié)，使步態(tài)自然流暢；減重訓(xùn)練架底部同時裝有腳輪和地腳，便于裝置的搬運和使用時的固定；懸吊背心設(shè)計基于人體倒三角形態(tài)，可使カ均勻分布在人體軀干四周，提高減重懸吊時的舒適度；控制系統(tǒng)可實時監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)速、加速度、扭矩等參數(shù)，便于康復(fù)訓(xùn)練的定量分析。

圖I是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是本實用新型的穿戴式外骨骼的主視示意圖。圖2B是本實用新型的穿戴式外骨骼的側(cè)視示意圖。圖3是本實用新型的減重訓(xùn)練架示意圖。圖4是本實用新型的減重訓(xùn)練架的支撐裝置示意圖。[0025]圖5是本實用新型的減重訓(xùn)練架的懸吊裝置示意圖。圖6是本實用新型的減重訓(xùn)練架的扶手機構(gòu)示意圖。圖7是本實用新型的減重訓(xùn)練架的外骨骼連接裝置示意圖。附圖標號1 :穿戴式外骨骼；2 :懸吊背心；3 :減重訓(xùn)練架；4 :控制系統(tǒng)；5 :跑臺；1-1 :膝關(guān)節(jié)電機；1-2 :小腿絲杠；1_3 :小腿連接塊；1_4 :大腿連接塊；1_5 :大腿絲杠；1_6 :臀部電機；1_7 :臀部連接塊；3-1 :支撐裝置；3-2 :高度調(diào)節(jié)裝置；3-3 :懸吊裝置；3-4 :靠背；3_5 :扶手機構(gòu)；3_6 :外骨骼連接裝置；3_1_1 :底架；3_1_2 :中間橫梁；3_1_3 方管；3-1-4 :地腳；3-1-5 :腳輪；3-3-1 :立柱；3-3-2 :帶彎立柱；3-3-3 U形吊臂；3-5-1 扶手架；3-5-2 :支撐彎管；3-5-3 :固定套管；3-5-4 :調(diào)節(jié)絲杠；3_5_5 :手輪；3_5_6 :支撐架；3-6-1 :導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)；3-6-2 :導(dǎo)軌連接座；3-6-3 :調(diào)整塊；3_6_4 :外骨骼連接塊；具體實施方式
以下僅以實施例說明本實用新型的特點和欲達到的技術(shù)效果，然而并非用以限制本實用新型所欲保護的范疇，合先敘明。如圖I所示，本實用新型提供一種減重歩行訓(xùn)練機器人，它包括穿戴式外骨骼I、懸吊背心2、減重訓(xùn)練架3、控制系統(tǒng)4、跑臺5。如圖2A和圖2B所示，所述的穿戴式外骨骼I是由膝關(guān)節(jié)電機1_1、小腿絲杠1_2、小腿連接塊1-3、大腿連接塊1-4、大腿絲杠1-5、臀部電機1-6和臀部連接塊1-7組成，主體采用鎂合金材質(zhì)，穿戴部位設(shè)置有軟織物及連接粘扣。臀部連接塊1-7與大腿連接塊1-4鉸接，另設(shè)有大腿絲杠1-5和臀部電機1-6將二者連接，大腿連接塊1-4與小腿連接塊1-3鉸接，另設(shè)有小腿絲杠1-2和膝關(guān)節(jié)電機1-1將二者連接。臀部電機1-6和膝關(guān)節(jié)電機1-1均通過傳輸線與控制系統(tǒng)4連接，可以在電腦上顯示電機的轉(zhuǎn)速、加速度、扭矩等參數(shù)，并通過控制系統(tǒng)4控制上述參數(shù)。如圖3所示，所述的減重訓(xùn)練架3由支撐裝置3-1、高度調(diào)節(jié)裝置3-2、懸吊裝置3-3、靠背3-4、扶手機構(gòu)3-5、外骨骼連接裝置3-6組成。如圖4所示，所述的支撐裝置3-1是由兩側(cè)并排的底架3-1-1和中間橫梁3-1-2連接組成，兩底架與中間橫梁之間通過螺栓連接固定，中間橫梁的中間設(shè)有方管3-1-3，方管3-1-3的上端設(shè)有連接方板，連接方板與高度調(diào)節(jié)裝置3-2的底端通過螺栓連接在一起。本實用新型高度調(diào)節(jié)裝置可以通過電動升降立柱來實現(xiàn)。在底架3-1-1端部設(shè)有腳輪3-1-5，與底架3-1-1通過螺紋連接片連接固定。在腳輪3-1-5相鄰處設(shè)有地腳3-1-4，與底架上的螺紋套連接。腳輪3-1-5和地腳3-1-4的高度都可以通過螺紋來調(diào)節(jié)，以便于進行本實用新型裝置的移動和搬運。如圖5所示，所述的懸吊裝置3-3設(shè)于高度調(diào)節(jié)裝置3-2上方，包括立柱3_3_1、帶彎立柱3-3-2和U形吊臂3-3-3，所述的立柱3-3-1的下端和上端分別與電動升降柱和帶彎立柱3-3-2連接，帶彎立柱3-3-2通過螺栓與吊臂3-3-3連接，U形吊臂3_3_3上設(shè)置有四個吊環(huán)，用于懸掛供患者穿戴的減重吊帯。電動升降柱可以調(diào)節(jié)立柱3-3-1的高度，進而調(diào)節(jié)扶手機構(gòu)3-5和吊臂3-3-3的高度，來適應(yīng)不同身高的患者使用。如圖I所示，所述的懸吊背心2通過軟吊繩與U形吊臂3-3-3上的四個吊環(huán)相連接。所述的靠背3-4通過螺栓與立柱3-3-1連接，用于患者倚靠。立柱3_3_1的下部設(shè)有推手，用于轉(zhuǎn)移時使用。如圖6所示，立柱3-3-1的左右側(cè)面設(shè)有扶手機構(gòu)3-5，扶手機構(gòu)3_5包括扶手架3-5-1、支撐彎管3-5-2、固定套管3-5-3及扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)，扶手架3_5_1與支撐彎管3_5_2通過鉸接的方式連接而可以水平轉(zhuǎn)動，同時設(shè)有定位銷用于固定扶手架3-5-1的位置，定位銷取出時，扶手架3-5-1可向外伸展，固定套管3-5-3 —端與立柱3-3-1通過螺栓連接，另一端插入支撐彎管3-5-2內(nèi)，在扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)的調(diào)節(jié)下支撐彎管3-5-2相對固定套管3-5-3可進行滑動。扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)絲杠3-5-4和設(shè)于該調(diào)節(jié)絲杠上的手輪3-5-5，調(diào)節(jié)絲杠3-5-4的兩端分別為正反絲的螺紋，與左右的支撐彎管上設(shè)置的支撐架3-5-6連接，轉(zhuǎn)動手輪3-5-5可使正反螺紋同時轉(zhuǎn)動，達到調(diào)節(jié)兩側(cè)扶手架間距的目的。調(diào)節(jié)好兩扶手架的間距后，可由支撐彎管3-5-2下部的螺釘使其與固定套管3-5-3的位置固定，進而固定兩扶手架的位置。本實用新型的兩扶手架的間距可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同臂寬的患者，兩扶手架可以向外轉(zhuǎn)動伸展，以便于患者乘坐輪椅進入并安裝吊具。 如圖7所示，扶手機構(gòu)3-5下方設(shè)有外骨骼連接裝置3-6，穿戴式外骨骼I與減重訓(xùn)練架3通過該外骨骼連接裝置3-6連接，外骨骼連接裝置包括導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)3-6-1、導(dǎo)軌連接座3-6-2、調(diào)整塊3-6-3、外骨骼連接塊3-6-4。導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)3_6_1固定于扶手架3-6-1下方的連接板3-6-7，包括導(dǎo)軌和滑塊，滑塊可以沿著導(dǎo)軌滑動。導(dǎo)軌連接座3-6-2為一 T形板材，通過螺釘與滑塊固定連接。調(diào)整塊3-6-3為一直角板材，兩條直角邊分別與導(dǎo)軌連接座3-6-2和外骨骼連接塊3-6-4連接固定，調(diào)整塊3-6-3與外骨骼連接塊3_6_4之間的連接螺栓上裝有減震壓簧3-6-5，用于適應(yīng)行走訓(xùn)練中人體重心的變化。外骨骼連接塊3-6-4與相應(yīng)的穿戴式外骨骼的臀部連接塊1-7連接固定。導(dǎo)軌連接座與導(dǎo)軌之間可通過定位螺釘3-6-6鎖緊，用于穿戴式外骨骼調(diào)整后和患者訓(xùn)練過程中的定位。所述的跑臺5選用醫(yī)用慢速跑臺，設(shè)于減重訓(xùn)練架3下方，可與減重訓(xùn)練架3匹配使用，用于患者行走其上。以上所述的各個部件、各裝置之間的連接并非限制于螺栓連接，在不影響使用效果的情況下，其可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到的任何連接方式，如焊接、一體成型等方式。綜上所述，本實用新型具有以下優(yōu)點I.穿戴式外骨骼主體采用鎂合金材質(zhì)，減小了患者的穿戴負擔(dān)，提高了使用靈活性；2.減重訓(xùn)練架的吊臂和扶手架的高度可調(diào)，能適合不同身高的患者使用；3.減重訓(xùn)練架的左右扶手架的間距可以調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)手臂寬度不同的患者，提高使用舒適度；4.減重訓(xùn)練架的扶手架可以向外轉(zhuǎn)動展開，方便患者乘坐輪椅駛?cè)胙b置中間穿戴吊具。5.減重訓(xùn)練架的導(dǎo)軌滑塊可以前后調(diào)節(jié)，使患者身體下肢相對于該裝置處于舒適的空間位置；6.外骨骼連接裝置上的減震壓簧可以適應(yīng)下肢訓(xùn)練過程中人體重心的高度變化，使行走步態(tài)自然順暢。[0048]7.減重訓(xùn)練架的底部支撐架上同時裝有腳輪和地腳，便于裝置的搬運和使用時的固定。8.懸吊背心的設(shè)計基于人體倒三角形態(tài)，利于カ的分散，提高使用舒適度；9.控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)測外骨骼電機的轉(zhuǎn)速、加速度、扭矩等參數(shù)，利于臨床訓(xùn)練的定量化；10.整體結(jié)構(gòu)簡單，成本低，應(yīng)用性強，服務(wù)范圍廣。
權(quán)利要求1.一種減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于它包括穿戴式外骨骼、減重訓(xùn)練架、懸吊背心、跑臺、控制系統(tǒng)；其中 該穿戴式外骨骼包括小腿連接塊、大腿連接塊和臀部連接塊；該臀部連接塊與該大腿連接塊之間鉸接且設(shè)有大腿絲杠和臀部電機，該大腿連接塊與該小腿連接塊之間鉸接且設(shè)有小腿絲杠和膝關(guān)節(jié)電機；該臀部電機和該膝關(guān)節(jié)電機均通過傳輸線與該控制系統(tǒng)連接； 該減重訓(xùn)練架包括由下至上依次設(shè)置的支撐裝置、高度調(diào)節(jié)裝置和懸吊裝置；該懸吊裝置包括立柱、帶彎立柱和U形吊臂；該立柱上設(shè)有靠背，左右設(shè)有可調(diào)間距的扶手機構(gòu)；該扶手機構(gòu)下方設(shè)有外骨骼連接裝置，該外骨骼連接裝置與該穿戴式外骨骼連接； 該懸吊背心通過軟吊繩與該U形吊臂上的四個吊環(huán)相連接； 該跑臺設(shè)于該減重訓(xùn)練架下方。
2.如權(quán)利要求I所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述穿戴式外骨骼主體采用鎂合金材質(zhì)，穿戴部位設(shè)置有軟織物及連接粘扣。
3.如權(quán)利要求I所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述支撐裝置包括兩側(cè)并排的底架和中間橫梁，該底架端部設(shè)有腳輪，在該腳輪相鄰處設(shè)有地腳。
4.如權(quán)利要求I所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述高度調(diào)節(jié)裝置為電動升降柱。
5.如權(quán)利要求I所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述扶手機構(gòu)包括扶手架、支撐彎管、固定套管及扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)；該扶手架與該支撐彎管鉸接，同時設(shè)有定位銷用于固定該扶手架的位置；該固定套管一端與所述立柱連接，另一端插入該支撐彎管內(nèi)，在該扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)的調(diào)節(jié)下該支撐彎管相對該固定套管可進行滑動。
6.如權(quán)利要求5所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述支撐彎管上設(shè)有支撐架；所述扶手調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)絲杠和設(shè)于該調(diào)節(jié)絲杠上的手輪，該調(diào)節(jié)絲杠的兩端分別為正反絲的螺紋，與左右的該支撐架連接，轉(zhuǎn)動該手輪可使正反螺紋同時轉(zhuǎn)動。
7.如權(quán)利要求I所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述外骨骼連接機構(gòu)包括導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、導(dǎo)軌連接座、調(diào)整塊、外骨骼連接塊；該導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)固定于所述扶手架下方的連接板，包括導(dǎo)軌和滑塊，該滑塊可以沿著該導(dǎo)軌滑動；該導(dǎo)軌連接座為ー T形板材，與該滑塊固定連接；該調(diào)整塊為一直角板材，兩條直角邊分別與該導(dǎo)軌連接座和該外骨骼連接塊連接固定。
8.如權(quán)利要求7所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述調(diào)整塊與所述外骨骼連接塊之間的連接螺栓上裝有減震壓簧。
9.如權(quán)利要求8所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述導(dǎo)軌連接座與所述導(dǎo)軌之間可通過一定位螺釘鎖緊。
10.如權(quán)利要求I所述的減重歩行訓(xùn)練機器人，其特征在于所述跑臺為醫(yī)用慢速跑臺。
專利摘要本實用新型公開一種減重步行訓(xùn)練機器人，包括穿戴式外骨骼、減重訓(xùn)練架、懸吊背心、跑臺、控制系統(tǒng)。穿戴式外骨骼包括小腿連接塊、大腿連接塊和臀部連接塊；減重訓(xùn)練架包括支撐裝置、高度調(diào)節(jié)裝置和懸吊裝置；懸吊背心與減重訓(xùn)練架連接。本實用新型可減少體重對患肢的負荷，使患者能早期進行步行訓(xùn)練，能激活運動皮質(zhì)和脊髓節(jié)律性運動中樞，對偏癱、截癱、腦外傷、腦癱、多發(fā)硬化、帕金森氏病、下肢骨折、關(guān)節(jié)成形術(shù)后、假肢安裝等患者的運動再學(xué)習(xí)、步態(tài)重建、步行能力的提高具有極大臨床意義，可用于固定式減重步行訓(xùn)練，可在地面進行移動式行走訓(xùn)練，可與電腦相連接，通過電腦程序?qū)崿F(xiàn)實時運動監(jiān)測和反饋，也可通過參數(shù)設(shè)置來控制機器人運動。
文檔編號A63B22/02GK202590240SQ201220107659
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者李劍, 潘國新, 張秀峰, 陶靜 申請人:國家康復(fù)輔具研究中心