CN107174477B - 一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗设备领域，具体的说是一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，包括机体、束缚带、腿部运动装置、扭腰运动装置、顶腰运动装置、断电保护装置、间距调整装置、上安装座、下安装座、气缸和控制器；腿部运动装置贯穿机体内部；扭腰运动装置对称安装在机体内部；顶腰运动装置与机体右侧相连；防复位装置安装在机体前后两侧；间距调整装置与机体左侧相连；气缸安装在机体底部，气缸与上安装座相连；下安装座安装在间距调整装置上。当患者使用时，本发明能智能、合理的让患者的上肢和下肢运动，确保患者的治疗效果；同时，本发明相对于现有技术，能够显著提高脑瘫儿康复医疗效果，且便于患者穿戴。

Description

一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体的说是一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人。
背景技术
随着国内经济不断发展，居民的生活水平不断提高，然而随之而来的各种疾病威胁着我们的健康。小儿脑性瘫痪带来的病症让很多儿童及其家庭苦不堪言。目前，小儿脑瘫运动疗法是治疗小儿脑性瘫痪的主要方法之一，该治疗方法的治疗过程主要是利用器具或儿童自身的力量来实现患者腿、腰等部位运动，从而达到相应的康复效果，但这样不仅效率较低，而且治疗效果也不佳。
针对上述医疗问题，现有技术中也提出了一些技术方案，如申请号为：2012103532913的一项中国专利公开了一种脑瘫儿童康复训练车，包括主体车架和安装在主体车架上的多个附属器械，主体车架包括底座和车轮，车轮安在底座上；附属器械包括座椅、攀爬架、置物台、脚踏板和挡板，座椅设在一滑动台上，滑动台与底座之间为前后滑动式连接，座椅与滑动台之间设有座椅水平旋转控制装置和座椅上下移动控制装置。座椅上设有靠背和三点式安全带，靠背的背面设有攀爬架；脚踏板设在底座上，挡板的底端固定在底座前端，顶端安装有水平的置物台，置物台的后侧面为圆弧状凹面，该发明集合多种训练功能于一体，实现了对脑瘫患者手、腿、脚等部位的康复训练，且占用空间小。该技术方案能够解决脑瘫患者手、腿、脚等部位的康复训练问题，但是其康复训练都是人工进行的，效率较低，康复训练效果也不佳。
鉴于此，本发明提出了一本发明提出了一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，其能够将腿部运动装置、扭腰运动装置和顶腰运动装置进行组合，患者能够同时进行腿部、腰部的康复运动治疗，从而提高了患者康复治疗的效果；同时，其设有断电保护装置，防止断电时顶腰滚筒向下运动对患者造成伤害；同时，其设有肌电传感器和压力传感器，能够实现本发明对患者进行自适应的康复治疗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明提出了一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，主要适用于脑瘫患者的腿部和腰部康复，能够将腿部运动装置、扭腰运动装置和顶腰运动装置进行组合，患者能够同时进行腿部、腰部的康复运动治疗，从而提高了患者康复治疗的效果，同时，其设有断电保护装置，防止断电时顶腰滚筒向下运动对患者造成伤害，同时，其设有肌电传感器和压力传感器，能够实现本发明对患者进行自适应的康复治疗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，包括机体、束缚带、腿部运动装置、扭腰运动装置、顶腰运动装置、断电保护装置、间距调整装置、上安装座、下安装座、气缸和控制器，所述束缚带与机体可拆卸式相连接，束缚带用于束缚患者的上肢；所述腿部运动装置贯穿在机体内部，腿部运动装置的缚脚器上设有滑动件，根据工作的环境的不同，合理的调整滑动件；所述扭腰运动装置对称安装在机体内部，扭腰运动装置与顶腰运动装置一起实现患者腰部的全方位运动；所述顶腰运动装置与机体右侧相连接，顶腰运动装置用于实现患者腰部的上下移动，且在断电保护装置的作用下工作更加稳定；所述断电保护装置分别安装在机体的前后两侧；所述间距调整装置与机体左侧相连接，间距调整装置用于改变下安装座的位置，且配合缚脚器工作；所述气缸安装在机体底部，气缸与上安装座相连接，气缸用于实现上安装座左右移动，上安装座用于安装上肢机械臂；所述下安装座与间距调整装置螺纹链接，下安装座用于安装下肢机械臂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述腿部运动装置包括腿部运动电机、卷筒、传动轴、拉拽绳、缚脚器、压力传感器和肌电传感器；所述腿部运动电机安装在机体左端；所述卷筒通过传动轴与腿部运动电机连接；所述拉拽绳的一端与卷筒弹性相连，拉拽绳的另一端与缚脚器可拆式相连，拉拽绳用于移动缚脚器，缚脚器上设置滑动件；所述滑动件包括固定座、一号弹簧、轮子和连轮杆；所述固定座与缚脚器相铰接，固定座上设置压力传感器；所述连轮杆与固定座相铰接；所述轮子与连轮杆相连接；所述一号弹簧的两端分别固定在连轮杆和固定座上，一号弹簧用于减震。
作为本发明一种优选的技术方案，所述扭腰运动装置包括运动板、扭腰运动电机、一号齿轮、二号齿轮、一号传动轴、二号传动轴和二号肌电传感器；所述一号传动轴安装在机体中部；所述运动板固定在一号传动轴上，运动板上设有肌肉传感器，肌肉传感器将患者腰部肌肉的运动信号传送给控制器；所述二号齿轮与一号传动轴过盈连接；所述二号齿轮与一号齿轮相啮合；所述二号传动轴与一号齿轮过盈连接，该连接方式使该装置在冲击振动载荷下也能较可靠的工作；所述二号传动轴与扭腰运动电机刚性相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述断电保护装置包括齿条、棘爪、连杆和滑槽，所述棘爪与机体相铰接，棘爪上设置弹簧，该弹簧使棘爪与齿条接触面增大，使工作更加稳定；所述齿条一端与棘爪弹性相连，齿条另一端与滑槽可拆卸相链接；所述滑槽固定在机体上；所述连杆与齿条铰接，断电保护装置通过连杆与顶腰运动装置相链接，达到顶腰运动装置限位的目的；所述顶腰运动装置包括三号齿轮、连杆齿轮、顶腰运动电机、一号锥齿轮、二号锥齿轮、三号传动轴和顶腰滚筒；所述三号传动轴安装在机体的内部；所述的三号齿轮安装在传动轴两端；所述连杆齿轮与三号齿轮相啮合，连杆齿轮的轮齿区是扇形；所述连杆齿轮分别与顶腰滚筒两端通过螺纹连接，顶腰滚筒便于更换；所述二号锥齿轮固定在三号传动轴上；所述一号锥齿轮与二号锥齿轮相啮合；所述顶腰运动电机与一号锥齿轮相连。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，通过腿部运动装置、扭腰运动装置和顶腰运动装置实现患者的腿部和腰部的康复训练，各装置协同工作共同完成患者的康复治疗，患者能够同时进行腿部、腰部的康复运动治疗，从而提高了患者康复治疗的效果。
(2)本发明所述的一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，其设有断电保护装置，防止断电时顶腰滚筒向下运动对患者造成伤害。
(3)本发明所述的一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，其设有肌电传感器和压力传感器，能够实现本发明对患者进行自适应的康复治疗。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的背面立体结构示意图；
图3是本发明的运动板的立体剖视图；
图4是本发明的滑动件的示意图；
图中：机体1、束缚带2、腿部运动装置3、扭腰运动装置4、顶腰运动装置5、断电保护装置6、间距调整装置7、上安装座8、下安装座9、气缸10、腿部运动电机31、卷筒32、传动轴33、拉拽绳34、缚脚器35、运动板41、扭腰运动电机42、一号齿轮43、二号齿轮44、一号传动轴45、二号传动轴46、三号齿轮51、连杆齿轮52、顶腰运动电机53、一号锥齿轮54、二号锥齿轮55、三号传动轴56、顶腰滚筒57、固定座361、一号弹簧362、轮子363、连轮杆364、齿条61、棘爪62、连杆63、滑槽64和电磁铁621。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，包括机体1、束缚带2、腿部运动装置3、扭腰运动装置4、顶腰运动装置5、断电保护装置6、间距调整装置7、上安装座8、下安装座9、气缸10和控制器；所述束缚带2与机体1可拆式相连接，束缚带2用于束缚患者的上肢；所述腿部运动装置3贯穿机体1内部，腿部运动装置3用于实现患者腿部的运动；所述扭腰运动装置4对称安装在机体1内部，扭腰运动装置4用于实现患者腰部的运动；所述顶腰运动装置5与机体1的右侧相连，顶腰运动装置5用于实现患者腰部的上下移动；所述断电保护装置6分别安装在机体1的前后两侧，断电保护装置6用于断电时避免患者受顶腰运动装置5带来的伤害；所述间距调整装置7安装在机体1的左侧，间距调整装置7用于改变下安装座的位置；所述气缸10安装在机体1底部，气缸10与上安装座8相链接，气缸10用于实现上安装座8的左右移动，上安装座8用于固定上肢机械臂，上安装座8的纵截面为凹槽形，上安装座8的两端分别设有螺纹孔且呈矩形分布，从而使上肢机械臂方便安装；所述下安装座9安装在间距调整装置7上，下安装座9用于固定下肢机械臂，下安装座9的横截面为矩形，下安装座9上方设有螺纹孔且呈矩形分布，从而使下肢机械臂方便安装。
作为本发明的一种实施方式，所述腿部运动装置3包括腿部运动电机31、卷筒32、传动轴33、拉拽绳34、缚脚器35和肌电传感器；所述腿部运动电机31安装在机体1左端；所述卷筒32通过传动轴33与腿部运动电机31连接；所述拉拽绳34的一端与卷筒32弹性相连，拉拽绳34的另一端与缚脚器35可拆卸相连，拉拽绳34用于移动缚脚器35，拉拽绳34为弹性纤维绳；缚脚器35上设置滑动件36，缚脚器35表面附有一层柔软的面料；工作时，医护人员将肌电传感器贴在患者腿部，然后开通电源，当患者的腿部有运动的倾向时，患者腿部肌肉会产生电信号，肌电传感器检测到电信号，此时控制器会向腿部运动电机发出指令，腿部运动电机31驱动卷筒32转动，拉拽绳34拉动缚脚器35运动，从而辅助患者实现腿部的弯曲运动，在上述过程中，只有当患者主动的有运动的趋势时，腿部运动装置3才会辅助患者完成腿部运动，相对于被动的运动，主动的运动能够提高患者腿部的治疗效果。
进一步的，作为本发明的一种实施方式，所述缚脚器35下方设有滑动件36，且缚脚器35与滑动件36相铰接，滑动件36用于减少与接触面的摩擦力；所述滑动件36包括固定座361、一号弹簧362、轮子363和连轮杆364；所述固定座361与缚脚器35相铰接，固定座361设有凹槽，凹槽用于放置压力传感器，压力传感器用于检测固定座361所受患者腿部的压力，当患者腿部伸直时，患者腿部对固定座361施加压力以训练患者腿部肌肉，压力传感器会检测出固定座361所受腿部的压力，压力传感器将所检测的电信号传送到控制器，控制器对所传送的电信号进行分析，医护人员根据控制器的分析结果来判断患者腿部肌肉的恢复情况；所述连轮杆364与固定座361相铰接；所述轮子363与连轮杆364相连接；所述一号弹簧362的两端分别固定在连轮杆364和固定座361上，一号弹簧362用于减震。
作为本发明的一种实施方式，所述扭腰运动装置4包括运动板41、扭腰运动电机42、一号齿轮43、二号齿轮44、一号传动轴45、二号传动轴46和肌电传感器；所述一号传动轴45安装在机体1中部；所述运动板41固定在一号传动轴45上，运动板41表面附有一层柔软面料，从而使患者腰部更加舒适；所述肌电传感器用于检测患者腰部肌肉的运动信号并将该运动信号传送给控制器；所述二号齿轮44与一号传动轴45过盈连接；所述二号齿轮44与一号齿轮43相啮合；所述二号传动轴46与一号齿轮44过盈连接；所述二号传动轴46与扭腰运动电机42刚性相连接，扭腰运动电机42为伺服电机。工作时，在患者的腰部贴上肌电传感器，当患者腰部肌肉有运动倾向时，肌电传感器将腰部肌肉运动信号传送到控制器，控制器驱动扭腰运动电机42转动，扭腰运动电机42带动二号传动轴46转动，二号传动轴46带动一号齿轮43转动，一号齿轮43带动二号齿轮44转动，二号齿轮44带动一号传动轴45转动，一号传动轴45带动运动板41运动，从而使患者的腰部进行往复运动。
作为本发明的一种实施方式，所述顶腰运动装置5包括三号齿轮51、连杆齿轮52、顶腰运动电机53、一号锥齿轮54、二号锥齿轮55、三号传动轴56和顶腰滚筒57；所述三号传动轴56安装在机体1的内部；所述三号齿轮51安装在传动轴56两端；所述连杆齿轮52的一端与三号齿轮51相啮合，连杆齿轮52的另一端与顶腰滚筒57两端铰接，顶腰滚筒57的横截面为椭圆形且内部是空心的，连杆齿轮52的轮齿区域为扇形且扇形的夹角为120度；所述二号锥齿轮55与三号传动轴56过盈链接；所述一号锥齿轮54与二号锥齿轮55相啮合；所述顶腰运动电机53与一号锥齿轮54刚性相连，顶腰运动电机53为伺服电机。工作时，顶腰运动电机53转动时带动一号锥齿轮54转动，一号锥齿轮54带动二号锥齿轮55转动，二号锥齿轮55带动三号传动轴56转动，三号传动轴56带动三号齿轮51转动，三号齿轮51带动连杆齿轮52转动，连杆齿轮52带动顶腰滚筒57运动，从而使患者的腰部进行往复的凹凸运动。
作为本发明的一种实施方式，所述断电保护装置6包括齿条61、棘爪62、连杆63和滑槽64，所述棘爪62与机体1相铰接，棘爪62的材质为铁质，在棘爪62上方设有电磁铁621，电磁铁621用于吸合棘爪62；所述齿条61一端与棘爪62弹性相连，齿条61另一端与滑槽64可拆卸连接；所述滑槽64焊接在机体1；所述连杆63与齿条61铰接；工作时，打开电源，电磁铁621通电，电磁铁621吸合棘爪62，棘爪62与齿条61不接触，顶腰运动装置5进行往复运动；当电源断开时，电磁铁621断电，棘爪62与齿条61接触，顶腰运动装置5无法向下运动，避免对患者造成伤害，从而起到了良好的断电保护作用。
工作时，患者的脚部被固定在缚脚器35上，上肢被束缚带2固定；当进行腿部运动时，医护人员将肌电传感器贴在患者腿部，然后开通电源，当患者的腿部有运动的倾向时，患者腿部肌肉会产生电信号，肌电传感器检测到电信号，此时控制器会向腿部运动电机发出指令，腿部运动电机驱动卷轴转动，拉拽绳34拉动缚脚器35运动，从而辅助患者实现腿部的弯曲运动，在上述过程中，只有当患者主动的有运动的趋势时，腿部运动装置才会辅助患者完成腿部运动，相对于被动的运动，主动的运动能够提高患者腿部的治疗效果；当进行扭腰运动时，在患者的腰部贴上肌电传感器，当患者腰部肌肉有运动倾向时，肌电传感器将腰部肌肉运动信号传送到控制器，控制器驱动扭腰运动电机42转动，扭腰运动电机42带动二号传动轴46转动，二号传动轴46带动相应机构运动，从而使患者的腰部进行往复运动；当进行顶腰运动时，打开电源，电磁铁621通电，电磁铁621吸合棘爪62，棘爪62与齿条61不接触，同时顶腰电机53启动，从而顶腰运动装置5进行往复运动；电源断开时，电磁铁621通电，电磁铁621吸合棘爪62，棘爪62与齿条61接触，顶腰运动装置5无法向下运动，避免对患者造成伤害，从而起到了良好的断电保护作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种智能可穿戴式脑瘫儿康复机器人，包括机体(1)、束缚带(2)、腿部运动装置(3)、扭腰运动装置(4)、顶腰运动装置(5)、断电保护装置(6)、间距调整装置(7)、上安装座(8)、下安装座(9)、气缸(10)和控制器；所述束缚带(2)与机体(1)可拆卸相连接，束缚带(2)用于束缚患者的上肢；所述腿部运动装置(3)贯穿机体(1)内部，腿部运动装置(3)用于患者腿部的运动；所述气缸(10)安装在机体(1)底部，气缸(10)与上安装座(8)相连接，气缸(10)用于改变上安装座(8)的位置；所述下安装座(9)安装在间距调整装置(7)上；其特征在于：所述扭腰运动装置(4)对称安装在机体(1)内部，扭腰运动装置(4)用于实现患者腰部的运动；所述顶腰运动装置(5)与机体(1)右侧相连接，顶腰运动装置(5)用于实现患者腰部的上下移动；所述断电保护装置(6)分别安装在机体(1)的前后两侧，断电保护装置(6)用于断电时避免患者受到伤害；所述间距调整装置(7)与机体(1)左侧相连接，间距调整装置(7)用于调节下安装座(9)位置；
所述腿部运动装置(3)包括腿部运动电机(31)、卷筒(32)、传动轴(33)、拉拽绳(34)、缚脚器(35)、压力传感器和肌电传感器；所述腿部运动电机(31)安装在机体(1)左端；所述卷筒(32)通过传动轴(33)与腿部运动电机(31)相连接；所述拉拽绳(34)的一端与卷筒(32)弹性连接，拉拽绳(34)的另一端与缚脚器(35)可拆卸式相连接，拉拽绳(34)用于移动缚脚器(35)；拉拽绳(34)为弹性纤维绳；缚脚器(35)上设置滑动件(36)，缚脚器(35)表面附有一层柔软的面料；工作时，医护人员将肌电传感器贴在患者腿部，然后开通电源，当患者的腿部有运动的倾向时，患者腿部肌肉会产生电信号，肌电传感器检测到电信号，此时控制器会向腿部运动电机发出指令，腿部运动电机(31)驱动卷筒(32)转动，拉拽绳(34)拉动缚脚器(35)运动，从而辅助患者实现腿部的弯曲运动，在上述过程中，只有当患者主动的有运动的趋势时，腿部运动装置(3)才会辅助患者完成腿部运动，相对于被动的运动，主动的运动能够提高患者腿部的治疗效果；
所述顶腰运动装置(5)包括三号齿轮(51)、连杆齿轮(52)、顶腰运动电机(53)、一号锥齿轮(54)、二号锥齿轮(55)、三号传动轴(56)和顶腰滚筒(57)；所述三号传动轴(56)安装在机体(1)的内部；所述三号齿轮(51)固定在传动轴(56)两端；所述连杆齿轮(52)与三号齿轮(51)相啮合；所述连杆齿轮(52)与顶腰滚筒(57)两端铰接；所述二号锥齿轮(55)固定在三号传动轴(56)上；所述一号锥齿轮(54)与二号锥齿轮(55)相啮合；所述顶腰运动电机(53)与一号锥齿轮(54)过盈相连；工作时，顶腰运动电机(53)转动时带动一号锥齿轮(54)转动，一号锥齿轮(54)带动二号锥齿轮(55)转动，二号锥齿轮(55)带动三号传动轴(56)转动，三号传动轴(56)带动三号齿轮(51)转动，三号齿轮(51)带动连杆齿轮(52)转动，连杆齿轮(52)带动顶腰滚筒(57)运动，从而使患者的腰部进行往复的凹凸运动；
所述的缚脚器(35)下方设有滑动件(36)，滑动件(36)用于实现缚脚器(35)更易滑动；所述滑动件(36)包括固定座(361)、弹簧(362)、轮子(363)和连轮杆(364)；所述固定座(361)与缚脚器(35)相铰接，固定座上设有压力传感器，压力传感器用于检测固定座(361)所受患者腿部的压力；所述连轮杆(364)与固定座(361)相铰接；所述轮子(363)与连轮杆(364)相连接；所述弹簧(362)的两端分别固定在连轮杆(364)和固定座(361)上；
所述两个扭腰运动装置(4)包括运动板(41)、扭腰运动电机(42)、一号齿轮(43)、二号齿轮(44)、一号传动轴(45)、二号传动轴(46)和肌电传感器；所述一号传动轴(45)安装在机体(1)中部；所述运动板(41)焊接在一号传动轴(45)上；所述肌肉传感器用于检测患者腰部肌肉运动产生的信号并将患者腰部肌肉的运动信号传送给控制器；所述二号齿轮(44)和一号传动轴(45)相连接；所述二号齿轮(44)与一号齿轮(43)相啮合；所述二号传动轴(46)与一号齿轮(44)过盈连接；所述二号传动轴(46)与扭腰运动电机(42)刚性连接；工作时，在患者的腰部贴上肌电传感器，当患者腰部肌肉有运动倾向时，肌电传感器将腰部肌肉运动信号传送到控制器，控制器驱动扭腰运动电机(42)转动，扭腰运动电机(42)带动二号传动轴(46)转动，二号传动轴(46)带动一号齿轮(43)转动，一号齿轮(43)带动二号齿轮(44)转动，二号齿轮(44)带动一号传动轴(45)转动，一号传动轴(45)带动运动板(41)运动，从而使患者的腰部进行往复运动；
所述断电保护装置(6)包括齿条(61)、棘爪(62)、连杆(63)和滑槽(64)，所述齿条(61)与机体(1)相铰接；所述齿条(61)一端与棘爪(62)弹性连接，齿条(61)另一端与滑槽(64)可拆式相链接；所述滑槽(64)焊接在机体(1)上；所述连杆(63)与齿条(61)铰接；
所述的棘爪(62)上方设有电磁铁(621)，电磁铁(621)用于吸住棘爪(62)，从而达到断电保护的作用；工作时，打开电源，电磁铁(621)通电，电磁铁(621)吸合棘爪(62)，棘爪(62)与齿条(61)不接触，顶腰运动装置(5)进行往复运动；当电源断开时，电磁铁(621)断电，棘爪(62)与齿条(61)接触，顶腰运动装置(5)无法向下运动，避免对患者造成伤害，从而起到了良好的断电保护作用；
所述下安装座(9)的横截面为矩形，下安装座(9)上方设有螺纹孔且呈矩形分布；
所述上安装座(8)的纵截面为凹槽形，上安装座(8)的两端分别设有螺纹孔且呈矩形分布。
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