CN109998867A - 欠驱动的上下肢康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种欠驱动的上下肢康复训练机器人，包括机架、驱动部分、上肢运动支链和下肢运动支链，所述的机架的底部设有下肢运动支链，机架的顶部设有上肢运动支链；下肢运动支链设有训练踏板，训练踏板通过曲轴连杆驱动；上肢运动支链设有平行四边形机构、伸缩运动驱动机构同时驱动的前端把手，第一伺服电机驱动曲轴连杆及平行四边形机构；第二伺服电机通过增幅摇杆、增幅曲柄驱动前端把手伸缩运动；本装置还设有VR虚拟场景***，以提高使用者的兴趣。该装置既能实现患者上肢和下肢同时进行康复训练，且其结构相对简单，成本低，使用舒适方便，能同时对患者的上肢和下肢进行康复训练。
Description
技术领域
本发明涉及，确切地说是一种欠驱动的上下肢康复训练机器人。
背景技术
脑血栓是一种常见的心血管疾病，大多数患者为一侧或双侧出现程度不同的肢体活动障碍。而医学理论证明,患者不仅需要早期的手术治疗和药物治疗，而且科学的、正确的康复训练对于患者四肢的运动功能有着及其重要且不可代替的作用。一种欠驱动上下肢康复训练机器人可以有效的防止关节挛缩，维持关节的活动度，提高患者上、下肢关节运动功能的康复程度，及早实现腿部关节机能的恢复。
目前国内外的康复机器人用于对肢体运动功能障碍患者进行治疗和康复训练时存在诸多不足(1)康复训练期间活动空间小，机构复杂,价格昂贵,制造成本高；(2)康复过程繁琐枯燥，使病人产生抵触情绪；(3)不能同时对患者的上肢和下肢进行康复训练。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种欠驱动的上下肢康复训练机器人，该装置既能实现患者上肢和下肢同时进行康复训练，且其结构相对简单，成本低，使用舒适方便，能同时对患者的上肢和下肢进行康复训练。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：
一种欠驱动的上下肢康复训练机器人，包括机架、驱动部分、上肢运动支链和下肢运动支链，所述的机架的底部设有下肢运动支链，机架的顶部设有上肢运动支链；下肢运动支链设有训练踏板，训练踏板铰接设置在机架上，训练踏板通过偏心连杆、曲轴驱动，曲轴通过第一伺服电机驱动；上肢运动支链设有平行四边形机构，平行四边形机构设有传动杆、驱动片、第一连杆、第二连杆，第一连杆、第二连杆的两端均分别与传动杆、驱动片铰接连接，旋转轴通过旋转片驱动传动杆，旋转轴由第一伺服电机驱动；增幅杆套在驱动柄上，驱动柄底面安装有第二伺服电机，前端把手通过座筒与驱动柄连接；驱动柄与驱动片连接，平行四边形机构通过驱动柄摆动带动前端把手摆动；第二伺服电机通过增幅摇杆、增幅曲柄驱动前端把手伸缩运动。
与现有技术相比，其突出的特点是：
（1）结构相对简单，成本低，通过同一伺服电机可以同时驱动上肢运动支链和下肢运动支链，节省了电机的使用，使装置体积小，操控方便。
（2）上肢运动支链可以实现摆动及伸长或回缩，使上肢可以同时得到2自由度的康复训练，提高了康复训练效果。
（3）下肢运动支链可以实现下肢1个自由度的康复训练。
所述的训练踏板通过深沟球轴承与横梁铰接连接，横梁的两端与机架连接。
通过设置横梁，方便训练踏板的铰接安装。
所述的曲轴通过联轴器与阶梯轴固定，偏心连杆套在曲轴上，偏心连杆底端通过球副与训练踏板连接。
通过设置联轴器、阶梯轴及偏心连杆，方便训练踏板的驱动，使训练踏板运动稳定可靠。
所述的训练踏板间隔设有放置患者双脚的多个凹槽，凹槽底端设有横梁。
通过设置多个凹槽，不同的患者可以根据自身的情况，选择不同的凹槽放置脚，使下肢更舒适，凹槽底端设有横梁，可以防止运动过程中脚滑落下来，提高了康复训练的安全性。
所述的第一伺服电机通过蜗轮、蜗杆啮合驱动旋转轴，蜗杆通过平键与挡圈固定在旋转轴上，旋转轴通过深沟球轴承与机架连接并固定在机架上，旋转轴、旋转片、传动杆构成曲柄摇杆机构。
通过设置蜗轮、蜗杆，方便利用第一伺服电机驱动上肢运动支链。
所述的传动杆为可调式套筒状结构，套筒通过销孔、固定销连接。
通过设置成可调式套筒状结构，一粗、一细的套筒可以嵌套在一起，通过销孔、固定销连接固定，方便调节上肢运动支链摆动幅度。
所述的驱动柄上方有配重块用以平衡重力。
通过设置配重块，便于平衡重力，使部件摆动更平稳。
所述的机架设置有燕尾槽、燕尾槽导轨，燕尾槽与支撑板相连接；支撑板可沿燕尾槽导轨左右滑动，滑动到合适位置时，用螺栓固定。
通过将支撑板设置成沿燕尾槽导轨滑动调节位置，可以进一步调节其不同摆动幅度的位置。
欠驱动的上下肢康复训练机器人还设有VR虚拟场景***，VR虚拟场景***包括中央计算机、上下肢动作捕捉装置和虚拟场景显示屏，上下肢动作捕捉装置、虚拟场景显示屏均连接到中央计算机上；中央计算机内安装有VR虚拟场景***和人机交互***，VR虚拟场景***内存储有多款虚拟场景软件，通过人机交互***将上下肢动作捕捉装置所采集到的数据在中央计算机内进行数据处理；人机交互***的控制***设有操作界面；第一伺服电机、第二伺服电机连接到控制***。
应用了VR虚拟现实技术，提高了患者参与康复训练的积极性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为上肢运动支链结构示意图。
图3为平行四边形机构示意图。
图4为曲柄摇杆机构示意图。
图5为下肢运动支链结构示意图。
附图标记说明：
第一伺服电机101；皮带102；带轮103；机架104；支撑板105；虚拟场景显示屏106；轱辘107；大带轮103；小带轮108；旋转轴201；旋转片202；旋转轴203；传动杆204；增幅杆211；驱动柄205；第一连杆206；第二连杆207；第二伺服电机208；传动轴209；配重块210；增幅杆211；增幅曲柄212；增幅摇杆213；驱动片214；蜗轮301；蜗杆302；飞轮303；阶梯轴304；曲轴305；偏心连杆306；训练踏板307。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
参见图1-图5可知，本发明的一种欠驱动上下肢康复训练机器人，由机架104、驱动部分、上肢运动支链和下肢运动支链组成；其电机驱动可以实现上肢2自由度的康复训练和下肢1个自由度的康复训练；驱动部分包括第一伺服电机101、皮带102、大带轮103、小带轮108，小带轮108与第一伺服电机101通过平键与联轴器连接；所述上肢运动支链由支撑板105、蜗轮301、蜗杆302、旋转轴201、旋转片202、传动杆203、增幅杆211、驱动柄205、增幅曲柄212、增幅摇杆203、前端把手204、第二伺服电机208、驱动片214、第一连杆206第二连杆207组成；下肢运动支链由飞轮303、阶梯轴304、曲轴305、偏心连杆306和训练踏板307组成。
大带轮103、蜗轮301、飞轮303与通过平键与挡圈固定在阶梯轴304上；蜗杆302通过平键与挡圈固定在旋转轴201上；旋转轴201通过深沟球轴承与机架104连接并固定在机架104上。
训练踏板307通过深沟球轴承与挡圈固定在机架104上；第一伺服电机101通过带传动的方式提供驱动力，飞轮303稳定整个康复机器人的运动速率，防止对患者进行二次伤害。
平行四边形机构由传动杆203、驱动片214、第一连杆206第二连杆207组成，其中传动杆203为可调式，可手动进行伸长与缩短，并通过十字型销进行长度固定；第一连杆206一端与传动杆203上表面铰接，第一连杆206另一端与驱动片214下表面铰接；第二连杆207一端与传动杆203下表面铰接，第二连杆207另一端与驱动片214上表面铰接；增幅杆211套在驱动柄205上，驱动柄205底面安装有第二伺服电机208，驱动柄205上方有配重块210用以平衡重力，第二伺服电机208驱动增幅曲柄212与增幅摇杆213使前端把手204实现伸缩运动。
机架104设置有燕尾槽导轨，燕尾槽与燕尾槽导轨配合，燕尾槽与支撑板105相连接。机架104横梁处安装训练踏板307，训练踏板307通过深沟球轴承与横梁相连。机架104底面安装有四个轱辘107。
支撑板105可沿燕尾槽导轨左右滑动，滑动到合适位置时，用螺栓加以固定。支撑板105设有轴承套，上肢运动链的传动轴209安装在支撑板105的轴承套内。支撑板105上表面安装有虚拟场景显示屏106。
曲轴305通过联轴器与阶梯轴304固定，偏心连杆306套在曲轴上，偏心连杆306底端通过球副与训练踏板307相连接。
训练踏板307间隔设有放置患者双脚的多个凹槽，可根据患者需要选择凹槽放置脚部，用以增加患者的舒适度，凹槽底端设有横梁，可有效防止脚部脱离训练踏板。
VR虚拟场景***包括中央计算机、上下肢动作捕捉装置和虚拟场景显示屏，上下肢动作捕捉装置、虚拟场景显示屏均连接到中央计算机上；所述中央计算机内安装有VR虚拟场景***和人机交互***，VR虚拟场景***内存储有多款虚拟场景软件，通过人机交互***将上下肢动作捕捉装置所采集到的数据在中央计算机内进行数据处理；所述医护人员操作界面内设有控制***；第一伺服电机、第二伺服电机连接到控制***。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (9)
1.一种欠驱动的上下肢康复训练机器人，包括机架、驱动部分、上肢运动支链和下肢运动支链，其特征在于：所述的机架的底部设有下肢运动支链，机架的顶部设有上肢运动支链；
下肢运动支链设有训练踏板，训练踏板铰接设置在机架上，训练踏板通过偏心连杆、曲轴驱动，曲轴通过第一伺服电机驱动；上肢运动支链设有平行四边形机构，平行四边形机构设有传动杆、驱动片、第一连杆、第二连杆，第一连杆、第二连杆的两端均分别与传动杆、驱动片铰接连接，旋转轴通过旋转片驱动传动杆，旋转轴由第一伺服电机驱动；增幅杆套在驱动柄上，驱动柄底面安装有第二伺服电机，前端把手通过座筒与驱动柄连接；驱动柄与驱动片连接，平行四边形机构通过驱动柄摆动带动前端把手摆动；第二伺服电机通过增幅摇杆、增幅曲柄驱动前端把手伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的训练踏板通过深沟球轴承与横梁铰接连接，横梁的两端与机架连接。
3.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的曲轴通过联轴器与阶梯轴固定，偏心连杆套在曲轴上，偏心连杆底端通过球副与训练踏板连接。
4.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的训练踏板间隔设有放置患者双脚的多个凹槽，凹槽底端设有横梁。
5.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的第一伺服电机通过蜗轮、蜗杆啮合驱动旋转轴，蜗杆通过平键与挡圈固定在旋转轴上，旋转轴通过深沟球轴承与机架连接并固定在机架上，旋转轴、旋转片、传动杆构成曲柄摇杆机构。
6.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的传动杆为可调式套筒状结构，套筒通过销孔、固定销连接。
7.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的驱动柄上方有配重块用以平衡重力。
8.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：所述的机架设置有燕尾槽、燕尾槽导轨，燕尾槽与支撑板相连接；支撑板可沿燕尾槽导轨左右滑动，滑动到合适位置时，用螺栓固定。
9.根据权利要求1所述的欠驱动的上下肢康复训练机器人，其特征在于：还设有VR虚拟场景***，VR虚拟场景***包括中央计算机、上下肢动作捕捉装置和虚拟场景显示屏，上下肢动作捕捉装置、虚拟场景显示屏均连接到中央计算机上；中央计算机内安装有VR虚拟场景***和人机交互***，VR虚拟场景***内存储有多款虚拟场景软件，通过人机交互***将上下肢动作捕捉装置所采集到的数据在中央计算机内进行数据处理；人机交互***的控制***设有操作界面；第一伺服电机、第二伺服电机连接到控制***。
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