CN104083268B - 一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，自下而上依次包括脚托机构、腿部机构和腰托机构，其特征在于：所述脚托机构包括脚托，以及与脚托传动连接的脚踝机构；所述腿部机构包括大腿连接板和小腿连接板，大腿连接板和小腿连接板之间通过膝关节机构连接；所述腰托机构包括腰托，腰托上设置有对称的腰托上支架，并且腰托与大腿连接板之间设置有髋关节机构；所述脚踝机构、膝关节机构和髋关节机构共同连接一控制器，控制器连接有传感器检测***。本发明体积小穿戴使用方便，能够实现偏瘫患者下肢的康复训练的需求，同时具有速度、步幅、步频可调的特点，还具有训练数据采集、显示和记录功能，具有康复评价及报告输出功能。
Description
技术领域
本发明属于康复用医疗设备领域，具体地说，涉及一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人。
背景技术
行走是人类最基本的活动方式，也是保证人类独立自主生活的必备条件，当各种因素神经***或运动***出现问题时，均会导致人体行走障碍甚至失去步行能力，严重影响人体的正常生活。康复机器人，根据康复医学理论和人机合作机器人原理，通过一套计算机控制下的行走状态控制***，帮助患者肢体进行康复训练，通过主动训练、被动训练、阻抗训练等模式，来达到增强患者肢体或某一个部位的能力、重建机体功能的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，帮助患者肢体进行康复训练，通过主动训练、被动训练、阻抗训练等模式，来达到增强患者肢体或某一个部位的能力、重建机体功能的目的。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，自下而上依次包括脚托机构、腿部机构和腰托机构，其特征在于：所述脚托机构包括脚托，以及与脚托传动连接的脚踝机构；所述腿部机构包括大腿连接板和小腿连接板，大腿连接板和小腿连接板之间通过膝关节机构连接；所述腰托机构包括腰托，腰托上设置有对称的腰托上支架，并且腰托与大腿连接板之间设置有髋关节机构；所述脚踝机构、膝关节机构和髋关节机构共同连接一控制器，控制器连接有传感器检测***。
作为一种优化的技术方案，所述脚踝机构包括连接在脚托与小腿连接板之间的踝关节，踝关节上设置有踝关节齿轮，踝关节齿轮传动连接踝关节联动机构。
作为一种优化的技术方案，所述踝关节联动机构包括平行且固定连接在小腿连接板上的联动连杆，联动连杆的上部传动连接膝关节机构，联动连杆的下部设置有脚踝联动齿条，脚踝联动齿条啮合踝关节齿轮。
作为一种优化的技术方案，所述膝关节机构包括设置在小腿连接板或者大腿连接板上的膝关节电机，膝关节电机传动连接有设置在小腿连接板或者大腿连接板上的膝关节凸轮，膝关节凸轮传动连接联动连杆。
作为一种优化的技术方案，所述大腿连接板上设置有长度调节机构；所述长度调节机构包括设置在小腿连接板上端上的长度调节板，以及设置在大腿连接板下端的调节固定板，长度调节板和调节固定板之间通过螺栓连接。
作为一种优化的技术方案，所述髋关节机构包括设置在腰托上支架上的髋关节电机，髋关节电机传动连接大腿连接板。
作为一种优化的技术方案，所述腰托与腰托上支架之间设置有腰围调节板。
作为一种优化的技术方案，所述控制器连接膝关节电机和髋关节电机。
作为一种优化的技术方案，所述控制器包括上位计算机和嵌入式计算机，嵌入式计算机连接传感器并通过无线或者有线的方式连接上位计算机；所传感器检测***包括肌力传感器，肌电传感器，角度传感器、拉压力传感器和限位传感器，肌力传感器，肌电传感器，角度传感器、拉压力传感器和限位传感器共同连接嵌入式计算机。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有极佳的可穿戴性。由于特殊的设计，使人与机器很好的结合，提高了穿戴得舒适性。
特殊的控制思路，由健肢控制残肢运动，其稳定性，平衡性，协调较高。特殊的膝踝连联动功能，当患肢膝关节运动时，其踝关节也一起运动。机器人技术在康复训练设备上的应用，使穿戴式训练机器人的步态更自然。多自由度的腰托结构，该腰托具有上下，轴向扭动，使患者行走更自然。
本发明体积小穿戴使用方便，使患者康复训练不受时间地点限制，能够实现偏瘫患者下肢的康复训练的需求，包括各关节的单个运动，抬腿，行走，起坐等，每个运动都有三种模式，同时具有速度、步幅、步频可调的特点，还具有训练数据采集、显示和记录功能，具有康复评价及报告输出功能，具有三重安全保护措施和应急措施。
同时下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，自下而上依次包括脚托机构、腿部机构和腰托机构。所述脚托机构包括脚托1，以及与脚托1传动连接的脚踝机构。所述腿部机构包括大腿连接板9和小腿连接板14，大腿连接板9和小腿连接板14之间通过膝关节机构连接。所述腰托机构包括腰托13，腰托13上设置有对称的腰托上支架12，并且腰托13与大腿连接板9之间设置有髋关节机构。所述脚踝机构、膝关节机构和髋关节机构共同连接一控制器，控制器连接有传感器检测***。
在本实施例中，所述脚踝机构包括连接在脚托1与小腿连接板14之间的踝关节，踝关节上设置有踝关节齿轮2，踝关节齿轮2传动连接踝关节联动机构。
所述踝关节联动机构包括平行且固定连接在小腿连接板上的联动连杆4，联动连杆4的上部传动连接膝关节机构，联动连杆的下部设置有脚踝联动齿条3，脚踝联动齿条3啮合踝关节齿轮2。
所述膝关节机构包括设置在小腿连接板14或者大腿连接板9上的膝关节电机5，膝关节电机5传动连接有设置在小腿连接板或者大腿连接板上的膝关节凸轮6，膝关节凸轮6传动连接联动连杆4。
所述大腿连接板上设置有长度调节机构。所述长度调节机构包括设置在小腿连接板上端上的长度调节板7，以及设置在大腿连接板下端的调节固定板8，长度调节板7和调节固定板8之间通过螺栓连接。
所述髋关节机构包括设置在腰托上支架上的髋关节电机10，髋关节电机10传动连接大腿连接板。
所述腰托13与腰托上支架12之间设置有腰围调节板。所述控制器连接膝关节电机和髋关节电机。
所述控制器包括上位计算机和嵌入式计算机，嵌入式计算机连接传感器并通过无线或者有线的方式连接上位计算机；所传感器检测***包括肌力传感器，肌电传感器，角度传感器、拉压力传感器和限位传感器，肌力传感器，肌电传感器，角度传感器、拉压力传感器和限位传感器共同连接嵌入式计算机。
本发明的三种运动原理：
1：被动式运动模式。该模式下，首先通过传感器检测健肢运动规律，包括运动速度，幅度，运动的类型等参数，经过控制器处理，再通过上位机控制患肢做同样的运动，即以健肢运动带动患肢的运动，这样保证患者在训练时有较好的平衡和协调性。该模式主要锻炼患肢的关节活动，刺激肌肉和神经***，以提高，恢复肌力和神经作用。
2：主动运动模式。该模式下，传感器来检测患肢的运动参数，包括运动时的拉压力，肌力，及速度，通过控制器处理，判断患肢的运动类型及参数，通过伺服***控制患肢运动，该模式主要训练患者在自主意识的作用下，完成康复训练。目的是来提高康复训练的效果。
3：抗阻式运动模式。该模式下，传感器来检测患肢的运动参数，包括运动时的拉压力，肌力，及速度，通过控制器处理，判断患肢的运动类型及参数，通过伺服***对患肢运动施加一定的阻力，以锻炼和提高患肢的肌力。
以上三种运动模式控制中，均有抗痉挛的安全措施。运动过程中的有关生理、运动的参数由传感器进行检测，信号传输给上位机进行处理、显示和记录，记录的数据可以查询。
本发明具有极佳的可穿戴性。由于特殊的设计，使人与机器很好的结合，提高了穿戴得舒适性。特殊的控制思路，由健肢控制残肢运动，其稳定性，平衡性，协调较高。特殊的膝踝连联动功能，当患肢膝关节运动时，其踝关节也一起运动。机器人技术在康复训练设备上的应用，使穿戴式训练机器人的步态更自然。多自由度的腰托结构，该腰托具有上下，轴向扭动，使患者行走更自然。
本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，自下而上依次包括脚托机构、腿部机构和腰托机构，其特征在于：所述脚托机构包括脚托，以及与脚托传动连接的脚踝机构；所述腿部机构包括大腿连接板和小腿连接板，大腿连接板和小腿连接板之间通过膝关节机构连接；所述腰托机构包括腰托，腰托上设置有对称的腰托上支架，并且腰托与大腿连接板之间设置有髋关节机构；
所述脚托、大腿连接板、小腿连接板、腰托上分别设置有传感器，并且所有的传感器共同连接一控制器，控制器连接脚踝机构、膝关节机构和髋关节机构；
所述脚踝机构包括连接在脚托与小腿连接板之间的踝关节，踝关节上设置有踝关节齿轮，踝关节齿轮传动连接踝关节联动机构；
所述踝关节联动机构包括平行小腿连接板上的联动连杆，联动连杆的上部传动连接膝关节机构，联动连杆的下部设置有脚踝联动齿条，脚踝联动齿条啮合踝关节齿轮。
2.根据权利要求1所述的穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，其特征在于：所述膝关节机构包括设置在小腿连接板或者大腿连接板上的膝关节电机，膝关节电机传动连接有设置在小腿连接板或者大腿连接板上的膝关节凸轮，膝关节凸轮传动连接联动连杆。
3.根据权利要求2所述的穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，其特征在于：所述大腿连接板上设置有长度调节机构；所述长度调节机构包括设置在小腿连接板上端上的长度调节板，以及设置在大腿连接板下端的调节固定板，长度调节板和调节固定板之间通过螺栓连接。
4.根据权利要求3所述的穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，其特征在于：所述髋关节机构包括设置在腰托上支架上的髋关节电机，髋关节电机传动连接大腿连接板。
5.根据权利要求4所述的穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，其特征在于：所述腰托与腰托上支架之间设置有腰围调节板。
6.根据权利要求5所述的穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，其特征在于：所述控制器连接膝关节电机和髋关节电机。
7.根据权利要求6所述的穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人，其特征在于：所述控制器包括上位计算机和嵌入式计算机，嵌入式计算机连接传感器并通过无线或者有线的方式连接上位计算机；所述脚托、大腿连接板、小腿连接板、腰托上的传感器分别包括肌力传感器，肌电传感器，角度传感器、拉压力传感器和限位传感器。
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