CN112545833A - 一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于外骨骼机器人技术领域，具体涉及一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人。该外骨骼机器人包括固定板，固定板上安装有往复双向电机，往复双向电机的两个输出轴上均连接有伸缩转轴，伸缩转轴的另一端连接有升降驱动机构；所述固定板的两侧均设有横移架；所述横移架的上端套设有上肢架，升降驱动机构与上肢架传动连接，上肢架上安装有肩部固定件；所述固定板的下端铰接有仿生脊椎，仿生脊椎的两侧均连接有伸缩轴，伸缩轴的另一端与上肢架连接；所述横移架的下端连接有下肢架，下肢架上连接有大腿固定件。本发明提供了一种能保证肩部和腰椎同步拉伸以减少康复训练时身体伤害的腰椎康复用外骨骼机器人。

Description

一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人

技术领域

本发明属于外骨骼机器人技术领域，具体涉及一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人。

背景技术

腰椎病是一种严重影响人们工作生活能力的常见病、多发病。由于多数人群长时间缺乏活动锻炼，肌肉无力，血液循环不畅，外加一些外伤、不良姿势，反复或者持续的不当应力、过度应力。导致腰椎间盘突出等病症的人群在加速增大。据国家***统计，我国腰椎病患者已突破2亿，腰间盘突出症患者占全国总人数的15.2％，因腰椎病而丧失生活自理能力的人数仅次于脑血管病名例第二。多年以来腰椎病患者一直呈上升趋势，而且逐年以惊人的速度由中老年向青壮年扩展。腰椎间盘突出等腰椎病已逐渐成为威胁我国人民健康，阻碍经济文化发展的重要疾病之一。传统医学上为了矫正颈、腰椎变形，通常采取对椎骨施加外力的方法，例如由正骨医师来进行推拿按摩治疗。

机器人诞生至今，已经被广泛的应用在各个领域，如工业自动化制造、服务医疗和军工装备等行业都是机器人热点行业。传统机器人虽然依然活跃在工业制造服务等领域，但是时代的发展使得人们的生产、生活、娱乐、医疗和服务等需求日益新颖，传统机器人无论在结构、控制和智能化方面都无法满足这些要求，人们需要更为轻便、更为集成、更为智能的机器人，并要求机器人能够安全的与人协作。但已被广泛投入各个领域的机器人，普遍存在着以下问题：第一，辅助康复机械结构上大而笨重结构采用刚性大的钢铁等材料，无法满足人机耦合性和舒适度，负载自重比低；第二，辅助康复工作环境特定单一并且是预知的，机器人基座基本固定不动就可完成工种任务，缺乏灵活性；第三，智能程度高低不等。有的腰椎康复辅助设备结构功能简单粗放，如坐位式牵引机构，智能固定上线牵引康复。

专利申请号为CN201910332513.5的发明专利公布了一种轻量化腰椎辅助康复外骨骼机器人，包括背部脊椎牵引机构、脊椎腰部仿生结构、脊椎腰部驱动机构、智能可调松紧腰带、腹部固定支撑机构、脊椎康复外骨骼腿固定机构、背部支撑机构、脊椎外骨骼手持终端和驱动控制盒。脊椎腰部驱动机构在驱动控制盒的控制下，沿背部支撑机构运动，引起脊椎腰部仿生机构仿生变形，带动穿戴者实现腰椎前后屈伸牵引运动训练；背部脊椎牵引机构在驱动控制盒的控制下上下移动，实现腰椎以上人体载荷经过背部支撑机构、腹部固定支撑机构传递到脊椎外骨骼腿部固定机构，对穿戴者实现腰椎上下牵引康复训练。本发明采用了集成化设计，体积更小，提高了负载自重比，实现智能可穿戴以及多姿态康复训练。

上述外骨骼机器人的第一卷扬绳拉动肩膀固定带上下移动、第二卷扬绳拉动脊椎腰部仿生机构弯曲，进而带动穿戴者进行腰椎康复辅助运动。但第一卷扬绳和第二卷扬绳无法保证同步动作，导致人体肩部与腰椎被动弯曲动作不能同步。当肩部被动移动且腰椎还未弯曲时，容易造成腰椎过度挤压。而腰椎被动弯曲且肩部还未移动时，容易造成腰椎过度拉扯。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种能保证肩部和腰椎同步拉伸以减少康复训练时身体伤害的腰椎康复用外骨骼机器人。

本发明所采用的技术方案为：

一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，包括固定板，固定板上安装有往复双向电机，往复双向电机的两个输出轴上均连接有伸缩转轴，伸缩转轴的另一端连接有升降驱动机构；所述固定板的两侧均设有横移架，横移架上设置有限位柱，固定板设置有横移滑槽，限位柱套设于横移滑槽内；所述横移架的上端套设有上肢架，升降驱动机构与上肢架传动连接，上肢架上安装有肩部固定件，升降驱动机构上还固定有升降滑块，上肢架上设置有纵向布置的升降滑槽，升降滑块套设于升降滑槽内；所述固定板的下端铰接有仿生脊椎，固定板上设置有拉伸滑槽，仿生脊椎的上端套设于拉伸滑槽内，仿生脊椎的两侧均连接有伸缩架，伸缩架的另一端与上肢架连接；所述横移架的下端连接有下肢架，下肢架上连接有大腿固定件。

穿戴前，移动横移架，使两个横移架之间的间距调整到合适。调整横移架后，两个大腿固定件之间的间距和两个肩部固定件之间的间距能适合于使用者。将大腿固定件穿戴到使用者大腿上，将肩部固定件穿戴到使用者肩上。由于伸缩转轴和伸缩架均能在拉动下伸缩，则移动横移架后，伸缩转轴处或伸缩架处不会产生运动干涉。由于升降驱动机构上的升降滑块套设于上肢架上的升降滑槽内，则上肢架横移时，升降驱动机构与上肢架同时横移，保证升降驱动机构始终能驱动上肢架上下往复移动。

牵伸治疗时，启动往复双向电机，往复双向电机驱动伸缩转轴转动，伸缩转轴驱动升降驱动机构动作。由于上肢架套设于横移架内，则在升降驱动机构的驱动下，上肢架能上下移动。此时升降驱动机构上的升降滑块在上肢架上的升降滑槽内滑动，不会产生运动干涉。相应地，肩部固定件在上肢架的带动下能上下往复移动，从而肩部固定件拉动使用者的肩部上下往复移动。由于仿生脊椎的与上肢架之间通过伸缩架连接，则上肢架上下往复移动时，伸缩架带动仿生脊椎的上端在拉伸滑槽内上下往复移动。由于仿生脊椎的下端与固定板的下端铰接，则仿生脊椎的上端上下移动时，仿生脊椎重复进行弯曲和拉伸。使用者的肩部被肩部固定件固定且大腿被大腿固定件固定的情况下，使用者的腰椎与仿生脊椎贴紧，则仿生脊椎动作时，使用者的腰椎被往复牵伸治疗。

升降驱动机构驱动上肢架升降的过程中，上肢架带动伸缩架同步升降，从动仿生脊椎的上端同步升降。因此，肩部固定件带动使用者肩部升降的动作与仿生脊椎弯曲拉伸的动作完全同步。使用者的腰椎被仿生脊椎压弯时，使用者的肩部被肩部固定件往下拉。同理，使用者的腰椎被仿生脊椎拉伸时，使用者的肩部被肩部固定件往上拉。使用者肩部的动作和腰部的动作的同步性，满足身体自然动作时的变形。因此，本发明可避免当肩部被动移动且腰椎还未弯曲时容易造成腰椎过度挤压的情况，也避免了腰椎被动弯曲且肩部还未移动时容易造成腰椎过度拉扯的情况，保护了使用者的身体，实现更加健康且有效地腰椎牵伸康复训练。

在使用肩部固定件对使用者肩部进行牵伸训练之前，可根据使用者身体宽度，调节两个横移架之间的间距，从而调整两个肩部固定件之间的间距，则肩部固定件能准确地对使用者肩部适当位置进行上下牵拉，保证了牵拉训练的效果。并且，调节两个肩部固定件的间距后，使用者穿戴更加舒适。在调整横移架、上肢架和肩部固定件的水平位置后，升降驱动机构仍可驱动上肢架升降动作，且伸缩轴仍可带动仿生脊椎弯曲或拉伸，不影响本发明本身的功能。

作为本发明的优选方案，所述升降驱动机构包括升降减速器，升降减速器的输入端与伸缩转轴连接，升降减速器的输出端连接有升降齿轮，上肢架上安装有升降齿条，升降齿条与升降齿条啮合。伸缩转轴驱动升降减速器动作时，升降减速器驱动升降齿轮转动。升降齿轮驱动升降齿条移动时，升降齿条带动上肢架上下移动，从而肩部固定件能相应地上下移动。升降齿条与升降齿条之间具有确定的传动比，保证驱动肩部固定件动作的及时性和准确性。

作为本发明的优选方案，所述伸缩转轴包括套轴，套轴的一端固定于往复双向电机的输出轴上，套轴内套设有伸缩轴，伸缩轴与升降驱动机构的输入端固定，套轴内的内壁上设有若干挡槽，伸缩轴的外壁上设有挡条，挡条套设于挡槽内。由于挡条套设于挡槽内，则伸缩轴得到限位，伸缩轴不会相对于套轴转动。往复双向电机驱动套轴转动时，伸缩轴随套轴一起转动，从而伸缩轴能驱动升降驱动机构动作。由于挡条仅套设于挡槽内，则挡槽不会限制挡条水平移动，从而伸缩轴能相对于套轴水平移动。当横移架带动上肢架横移时，升降驱动机构随上肢架横移。由于伸缩轴与升降驱动机构的输入端固定，则伸缩轴相对于套轴横向移动，保证伸缩转轴能顺利伸缩。

作为本发明的优选方案，所述横移架上的限位柱的数量为两个，固定板上横移滑槽的数量为四个。横移架的上下端均设置一个限位柱，且固定板上相应位置均有对限位柱对应的横移滑槽，则横移架的转动被限制，横移架仅能沿横移滑槽的方向横移，保证横移架位置准确性，相应地保证了肩部固定件和大腿固定件位置的准确性。

作为本发明的优选方案，所述伸缩架包括套筒，套筒的一端固定于仿生脊椎上，套筒的另一端套设有套杆，套杆的另一端与上肢架固定。上肢架带动套杆移动时，套杆相对于套筒移动，则伸缩架实现伸缩，保证防身脊椎与上肢架之间的间距改变后，上肢架仍能通过伸缩架带动仿生脊椎动作。

作为本发明的优选方案，所述仿生脊椎包括若干护腰板，护腰板上铰接有若干腰椎体，腰椎体之间连接有椎间弹性体，最上端的腰椎体上固定有拉伸滑块，拉伸滑块套设于拉伸滑槽内。拉伸滑块始终在拉伸滑槽内滑动，则仿生脊椎的上端能沿准确的路径运动，从而仿生脊椎的动作更加准确。伸缩轴带动拉伸滑块移动时，若干腰椎体之间的夹角发生改变，从而仿生脊椎整体产生弯曲或拉伸，仿生脊椎的各腰椎体和椎间弹性体能对使用者的脊椎进行均匀施力，保证使用者的脊椎被均被牵拉，提高牵拉训练的效果，提高使用者训练时的舒适性。

作为本发明的优选方案，所述固定板上铰接有推动架，推动架的另一端固定有推动滑块，横移架上设置有竖槽，推动滑块套设于竖槽；所述固定板上安装有用于驱动推动架转动的连杆机构，固定板上还安装有用于驱动和锁紧连杆机构的调节驱动机构。

调节驱动机构驱动连杆机构动作时，连杆机构驱动推动架转动。推动架转动时，推动架上的推动滑块在横移架上的竖槽内滑动。由于推动架在水平方向的投影长度改变，则推动架转动时推动横移架横向移动。只要控制推动架的转动角度，即可精确控制横移架的移动距离，实现对横移架的准确调整。调节驱动机构不动作时作为锁紧连杆机构的装置，可使连杆机构不会自行动作，从而横移架的位置被锁定。

作为本发明的优选方案，所述连杆机构包括两根移动杆，调节驱动机构与其中一根移动杆传动连接，固定板上设置有限位滑槽，移动杆套设于限位滑槽内，移动杆上固定有拨动滑块，推动架上设置有拨动滑槽，拨动滑块套设于拨动滑槽内；所述固定板上铰接有联动杆，联动杆的两端均设置有联动滑槽，移动杆上固定有联动块，联动块套设于联动滑槽内，两个推动架呈中心对称。

调节驱动机构驱动其中一个移动杆移动时，该移动杆带动联动杆转动，联动杆的另一端带动另一根移动杆反向移动。移动杆上的联动块在联动杆上的联动滑槽内滑动，则移动杆与联动杆之间不会产生运动干涉。移动杆套设于固定板的限位滑槽内，则移动内始终沿准确的路径移动。移动杆移动时，移动杆上的拨动滑块在推动架的拨动滑槽内滑动并带动推动架转动。因此，通过调节驱动机构驱动其中一根移动杆移动，即可准确控制两个推动架转动确定角度。两个推动架呈中心对称，则两根推动架沿相反的方向带动横移架横移，两个横移架相向移动或相背移动。通过连杆机构的驱动，两个横移架能同步调整位置，且二者调节距离相同。横移架的位置调整前后，两个肩部固定件与脊椎的间距始终相等，保证两个肩部固定架在使用者两肩的相同位置对肩部进行上下拉伸，不会产生牵伸错位。并且，横移架位置调整前后，两个肩部固定件与防生脊椎的间距相同，两个大腿固定件与仿生脊椎的间距始终相同，则穿戴本发明后，仿生脊椎能与使用者脊椎准确贴合，不会出现牵拉错位，保证仿生脊椎对人体脊椎进行准确牵伸。使用者的两肩的相同位置被牵拉且使用者脊椎被准确牵伸，避免康复训练时，使用者肩部或脊椎往侧边弯曲的情况，避免受伤，且相应提高牵伸训练的准确性，提高训练效果。

作为本发明的优选方案，所述调节驱动机构包括调节双向电机，调节双向电机的输出轴连接有调节减速器，调节双向电机和调节减速器均安装于固定板上，调节减速器的输出轴连接有调节齿轮，其中一根移动杆上设置有调节齿条，调节齿轮和调节齿条啮合。

调节双向电机启动后，调节双向电机驱动调节减速器动作，调节减速器驱动调节齿轮转动，则调节齿轮能驱动其中一根移动杆上的调节齿条准确移动。调节齿条与调节齿轮之间具有确定的传动比，则可通过控制调节双向电机的动作，准确调节横移架的移动距离。

作为本发明的优选方案，所述下肢架套设于横移架的下端，横移架上螺纹连接有用于将下肢架顶紧的锁紧螺钉。下肢架上的大腿固定件能固定连接在使用者的大腿上，则本发明的下端得到准确固定。根据使用者身高情况，还可调节大腿固定件的位置。将下肢架从横移架上拉出到确定位置后，使用锁紧螺钉将下肢架锁紧在横移架上，则大腿固定件的位置也相应固定。大腿固定件的位置调节后，大腿固定件与肩部固定件的间距得以调整，使之适应于使用者的身材情况。

本发明的有益效果为：

1.本发明的升降驱动机构驱动上肢架升降的过程中，上肢架带动伸缩架同步升降，从动仿生脊椎的上端同步升降。因此，肩部固定件带动使用者肩部升降的动作与仿生脊椎弯曲拉伸的动作完全同步。使用者的腰椎被仿生脊椎压弯时，使用者的肩部被肩部固定件往下拉。同理，使用者的腰椎被仿生脊椎拉伸时，使用者的肩部被肩部固定件往上拉。使用者肩部的动作和腰部的动作的同步性，满足身体自然动作时的变形。因此，本发明可避免当肩部被动移动且腰椎还未弯曲时容易造成腰椎过度挤压的情况，也避免了腰椎被动弯曲且肩部还未移动时容易造成腰椎过度拉扯的情况，保护了使用者的身体，实现更加健康且有效地腰椎牵伸康复训练。

2.本发明的两个推动架呈中心对称，则两根推动架沿相反的方向带动横移架横移，两个横移架相向移动或相背移动。通过连杆机构的驱动，两个横移架能同步调整位置，且二者调节距离相同。横移架的位置调整前后，两个肩部固定件与脊椎的间距始终相等，保证两个肩部固定架在使用者两肩的相同位置对肩部进行上下拉伸，不会产生牵伸错位。并且，横移架位置调整前后，两个肩部固定件与防生脊椎的间距相同，两个大腿固定件与仿生脊椎的间距始终相同，则穿戴本发明后，仿生脊椎能与使用者脊椎准确贴合，不会出现牵拉错位，保证仿生脊椎对人体脊椎进行准确牵伸。使用者的两肩的相同位置被牵拉且使用者脊椎被准确牵伸，避免康复训练时，使用者肩部或脊椎往侧边弯曲的情况，避免受伤，且相应提高牵伸训练的准确性，提高训练效果。

本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的后视图；

图2是本发明的主视图；

图3是伸缩转轴和升降驱动机构的结构示意图；

图4是横移架、上肢架和下肢架的结构示意图；

图5是推动架与连杆机构的结构示意图；

图6是仿生脊椎的结构示意图。

图中：1-固定板；2-升降驱动机构；3-横移架；4-上肢架；5-仿生脊椎；6-下肢架；7-推动架；8-连杆机构；9-调节驱动机构；11-往复双向电机；12-伸缩转轴；13-横移滑槽；14-拉伸滑槽；15-伸缩架；16-限位滑槽；21-升降滑块；22-升降减速器；23-升降齿轮；24-升降齿条；31-限位柱；32-竖槽；33-锁紧螺钉；41-肩部固定件；42-升降滑槽；51-护腰板；52-腰椎体；53-椎间弹性体；54-拉伸滑块；61-大腿固定件；71-推动滑块；72-拨动滑槽；81-移动杆；82-联动杆；91-调节双向电机；92-调节减速器；93-调节齿轮；94-调节齿条；121-套轴；122-伸缩轴；123-挡槽；124-挡条；151-套筒；152-套杆；811-拨动滑块；812-联动块；821-联动滑槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例的可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，包括固定板1，固定板1上安装有往复双向电机11，往复双向电机11的两个输出轴上均连接有伸缩转轴12，伸缩转轴12的另一端连接有升降驱动机构2；所述固定板1的两侧均设有横移架3，横移架3上设置有限位柱31，固定板1设置有横移滑槽13，限位柱31套设于横移滑槽13内；所述横移架3的上端套设有上肢架4，升降驱动机构2与上肢架4传动连接，上肢架4上安装有肩部固定件41，升降驱动机构2上还固定有升降滑块21，上肢架4上设置有纵向布置的升降滑槽42，升降滑块21套设于升降滑槽42内；所述固定板1的下端铰接有仿生脊椎5，固定板1上设置有拉伸滑槽14，仿生脊椎5的上端套设于拉伸滑槽14内，仿生脊椎5的两侧均连接有伸缩架15，伸缩架15的另一端与上肢架4连接；所述横移架3的下端连接有下肢架6，下肢架6上连接有大腿固定件61。

需要说明的是，往复双向电机11循环进行正转和反转，且正转和反转的时间可相同。根据需要，可在固定板1上安装PLC控制器，PLC控制器与往复双向电机11电连接。通过对PLC控制器编程，可使PLC控制器控制往复双向电机11循环进行正转和反转。也可在往复双向电机11上电连接电磁继电器，电磁继电器电连接时间继电器，电磁继电器的常开触头与往复双向电机11的正转接头电连接，电磁继电器的常闭触头与往复双向电机11的反转接头电连接。从而，往复双向电机11的正转电路和反转电路依次被接通，实现往复双向电机11循环进行正转和反转。

肩部固定件41和大腿固定件61均可为绑带，绑带的两端绑紧肩膀或大腿后连接在一起。绑带的两端可通过魔术贴、暗扣和卡扣等连接件进行连接。

穿戴前，移动横移架3，使两个横移架3之间的间距调整到合适。调整横移架3后，两个大腿固定件61之间的间距和两个肩部固定件41之间的间距能适合于使用者。将大腿固定件61穿戴到使用者大腿上，将肩部固定件41穿戴到使用者肩上。由于伸缩转轴12和伸缩架15均能在拉动下伸缩，则移动横移架3后，伸缩转轴12处或伸缩架15处不会产生运动干涉。由于升降驱动机构2上的升降滑块21套设于上肢架4上的升降滑槽42内，则上肢架4横移时，升降驱动机构2与上肢架4同时横移，保证升降驱动机构2始终能驱动上肢架4上下往复移动。

牵伸治疗时，启动往复双向电机11，往复双向电机11驱动伸缩转轴12转动，伸缩转轴12驱动升降驱动机构2动作。由于上肢架4套设于横移架3内，则在升降驱动机构2的驱动下，上肢架4能上下移动。此时升降驱动机构2上的升降滑块21在上肢架4上的升降滑槽42内滑动，不会产生运动干涉。相应地，肩部固定件41在上肢架4的带动下能上下往复移动，从而肩部固定件41拉动使用者的肩部上下往复移动。由于仿生脊椎5的与上肢架4之间通过伸缩架15连接，则上肢架4上下往复移动时，伸缩架15带动仿生脊椎5的上端在拉伸滑槽14内上下往复移动。由于仿生脊椎5的下端与固定板1的下端铰接，则仿生脊椎5的上端上下移动时，仿生脊椎5重复进行弯曲和拉伸。使用者的肩部被肩部固定件41固定且大腿被大腿固定件61固定的情况下，使用者的腰椎与仿生脊椎5贴紧，则仿生脊椎5动作时，使用者的腰椎被往复牵伸治疗。

升降驱动机构2驱动上肢架4升降的过程中，上肢架4带动伸缩架15同步升降，从动仿生脊椎5的上端同步升降。因此，肩部固定件41带动使用者肩部升降的动作与仿生脊椎5弯曲拉伸的动作完全同步。使用者的腰椎被仿生脊椎5压弯时，使用者的肩部被肩部固定件41往下拉。同理，使用者的腰椎被仿生脊椎5拉伸时，使用者的肩部被肩部固定件41往上拉。使用者肩部的动作和腰部的动作的同步性，满足身体自然动作时的变形。因此，本发明可避免当肩部被动移动且腰椎还未弯曲时容易造成腰椎过度挤压的情况，也避免了腰椎被动弯曲且肩部还未移动时容易造成腰椎过度拉扯的情况，保护了使用者的身体，实现更加健康且有效地腰椎牵伸康复训练。

在使用肩部固定件41对使用者肩部进行牵伸训练之前，可根据使用者身体宽度，调节两个横移架3之间的间距，从而调整两个肩部固定件41之间的间距，则肩部固定件41能准确地对使用者肩部适当位置进行上下牵拉，保证了牵拉训练的效果。并且，调节两个肩部固定件41的间距后，使用者穿戴更加舒适。在调整横移架3、上肢架4和肩部固定件41的水平位置后，升降驱动机构2仍可驱动上肢架4升降动作，且伸缩架215仍可带动仿生脊椎5弯曲或拉伸，不影响本发明本身的功能。

如图3所示，升降驱动机构2的具体结构为：升降驱动机构2包括升降减速器22，升降减速器22的输入端与伸缩转轴12连接，升降减速器22的输出端连接有升降齿轮23，上肢架4上安装有升降齿条24，升降齿条24与升降齿条24啮合。伸缩转轴12驱动升降减速器22动作时，升降减速器22驱动升降齿轮23转动。升降齿轮23驱动升降齿条24移动时，升降齿条24带动上肢架4上下移动，从而肩部固定件41能相应地上下移动。升降齿条24与升降齿条24之间具有确定的传动比，保证驱动肩部固定件41动作的及时性和准确性。

如图3所示，伸缩转轴12的具体结构为：伸缩转轴12包括套轴121，套轴121的一端固定于往复双向电机11的输出轴上，套轴121内套设有伸缩轴122，伸缩轴122与升降驱动机构2的输入端固定，套轴121内的内壁上设有若干挡槽123，伸缩轴122的外壁上设有挡条124，挡条124套设于挡槽123内。由于挡条124套设于挡槽123内，则伸缩轴122得到限位，伸缩轴122不会相对于套轴121转动。往复双向电机11驱动套轴121转动时，伸缩轴122随套轴121一起转动，从而伸缩轴122能驱动升降驱动机构2动作。由于挡条124仅套设于挡槽123内，则挡槽123不会限制挡条124水平移动，从而伸缩轴122能相对于套轴121水平移动。当横移架3带动上肢架4横移时，升降驱动机构2随上肢架4横移。由于伸缩轴122与升降驱动机构2的输入端固定，则伸缩轴122相对于套轴121横向移动，保证伸缩转轴12能顺利伸缩。

如图4所示，为了保证横移架3的平稳性，所述横移架3上的限位柱31的数量为两个，固定板1上横移滑槽13的数量为四个。横移架3的上下端均设置一个限位柱31，且固定板1上相应位置均有对限位柱31对应的横移滑槽13，则横移架3的转动被限制，横移架3仅能沿横移滑槽13的方向横移，保证横移架3位置准确性，相应地保证了肩部固定件41和大腿固定件61位置的准确性。

伸缩架15的具体结构为：伸缩架15包括套筒151，套筒151的一端固定于仿生脊椎5上，套筒151的另一端套设有套杆152，套杆152的另一端与上肢架4固定。上肢架4带动套杆152移动时，套杆152相对于套筒151移动，则伸缩架15实现伸缩，保证防身脊椎与上肢架4之间的间距改变后，上肢架4仍能通过伸缩架15带动仿生脊椎5动作。

如图6所示，所述仿生脊椎5包括若干护腰板51，护腰板51上铰接有若干腰椎体52，腰椎体52之间连接有椎间弹性体53，最上端的腰椎体52上固定有拉伸滑块54，拉伸滑块54套设于拉伸滑槽14内。拉伸滑块54始终在拉伸滑槽14内滑动，则仿生脊椎5的上端能沿准确的路径运动，从而仿生脊椎5的动作更加准确。伸缩架15带动拉伸滑块54移动时，若干腰椎体52之间的夹角发生改变，从而仿生脊椎5整体产生弯曲或拉伸，仿生脊椎5的各腰椎体52和椎间弹性体53能对使用者的脊椎进行均匀施力，保证使用者的脊椎被均被牵拉，提高牵拉训练的效果，提高使用者训练时的舒适性。

如图5所示，为了方便对横移架3进行精确控制，所述固定板1上铰接有推动架7，推动架7的另一端固定有推动滑块71，横移架3上设置有竖槽32，推动滑块71套设于竖槽32；所述固定板1上安装有用于驱动推动架7转动的连杆机构8，固定板1上还安装有用于驱动和锁紧连杆机构8的调节驱动机构9。

调节驱动机构9驱动连杆机构8动作时，连杆机构8驱动推动架7转动。推动架7转动时，推动架7上的推动滑块71在横移架3上的竖槽32内滑动。由于推动架7在水平方向的投影长度改变，则推动架7转动时推动横移架3横向移动。只要控制推动架7的转动角度，即可精确控制横移架3的移动距离，实现对横移架3的准确调整。调节驱动机构9不动作时作为锁紧连杆机构8的装置，可使连杆机构8不会自行动作，从而横移架3的位置被锁定。

具体地，所述连杆机构8包括两根移动杆81，调节驱动机构9与其中一根移动杆81传动连接，固定板1上设置有限位滑槽16，移动杆81套设于限位滑槽16内，移动杆81上固定有拨动滑块811，推动架7上设置有拨动滑槽72，拨动滑块811套设于拨动滑槽72内；所述固定板1上铰接有联动杆82，联动杆82的两端均设置有联动滑槽821，移动杆81上固定有联动块812，联动块812套设于联动滑槽821内，两个推动架7呈中心对称。

调节驱动机构9驱动其中一个移动杆81移动时，该移动杆81带动联动杆82转动，联动杆82的另一端带动另一根移动杆81反向移动。移动杆81上的联动块812在联动杆82上的联动滑槽821内滑动，则移动杆81与联动杆82之间不会产生运动干涉。移动杆81套设于固定板1的限位滑槽16内，则移动内始终沿准确的路径移动。移动杆81移动时，移动杆81上的拨动滑块811在推动架7的拨动滑槽72内滑动并带动推动架7转动。因此，通过调节驱动机构9驱动其中一根移动杆81移动，即可准确控制两个推动架7转动确定角度。两个推动架7呈中心对称，则两根推动架7沿相反的方向带动横移架3横移，两个横移架3相向移动或相背移动。通过连杆机构8的驱动，两个横移架3能同步调整位置，且二者调节距离相同。横移架3的位置调整前后，两个肩部固定件41与脊椎的间距始终相等，保证两个肩部固定架在使用者两肩的相同位置对肩部进行上下拉伸，不会产生牵伸错位。并且，横移架3位置调整前后，两个肩部固定件41与防生脊椎的间距相同，两个大腿固定件61与仿生脊椎5的间距始终相同，则穿戴本发明后，仿生脊椎5能与使用者脊椎准确贴合，不会出现牵拉错位，保证仿生脊椎5对人体脊椎进行准确牵伸。使用者的两肩的相同位置被牵拉且使用者脊椎被准确牵伸，避免康复训练时，使用者肩部或脊椎往侧边弯曲的情况，避免受伤，且相应提高牵伸训练的准确性，提高训练效果。

其中，调节驱动机构9包括调节双向电机91，调节双向电机91的输出轴连接有调节减速器92，调节双向电机91和调节减速器92均安装于固定板1上，调节减速器92的输出轴连接有调节齿轮93，其中一根移动杆81上设置有调节齿条94，调节齿轮93和调节齿条94啮合。

调节双向电机91启动后，调节双向电机91驱动调节减速器92动作，调节减速器92驱动调节齿轮93转动，则调节齿轮93能驱动其中一根移动杆81上的调节齿条94准确移动。调节齿条94与调节齿轮93之间具有确定的传动比，则可通过控制调节双向电机91的动作，准确调节横移架3的移动距离。

其中，调节双向电机91为可正转和反转的抱闸电机。当调节双向电机91停机后，其转轴不会自行转动，从而避免了移动杆81移动，实现对移动杆81的锁定。

也可不设置调节驱动机构9，使用锁紧件来替代调节驱动机构9。当移动杆81移动到位后，使用锁紧件来锁紧移动杆81即可。锁紧件可为锁紧螺栓。但使用手动驱动移动杆81或采用其他驱动机构驱动移动杆81时，移动杆81移动的距离难以精确控制，且操作不便。

为了使本发明能适用于不同身材的人，所述下肢架6套设于横移架3的下端，横移架3上螺纹连接有用于将下肢架6顶紧的锁紧螺钉33。下肢架6上的大腿固定件61能固定连接在使用者的大腿上，则本发明的下端得到准确固定。根据使用者身高情况，还可调节大腿固定件61的位置。将下肢架6从横移架3上拉出到确定位置后，使用锁紧螺钉33将下肢架6锁紧在横移架3上，则大腿固定件61的位置也相应固定。大腿固定件61的位置调节后，大腿固定件61与肩部固定件41的间距得以调整，使之适应于使用者的身材情况。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，包括固定板(1)，固定板(1)上安装有往复双向电机(11)，往复双向电机(11)的两个输出轴上均连接有伸缩转轴(12)，伸缩转轴(12)的另一端连接有升降驱动机构(2)；所述固定板(1)的两侧均设有横移架(3)，横移架(3)上设置有限位柱(31)，固定板(1)设置有横移滑槽(13)，限位柱(31)套设于横移滑槽(13)内；所述横移架(3)的上端套设有上肢架(4)，升降驱动机构(2)与上肢架(4)传动连接，上肢架(4)上安装有肩部固定件(41)，升降驱动机构(2)上还固定有升降滑块(21)，上肢架(4)上设置有纵向布置的升降滑槽(42)，升降滑块(21)套设于升降滑槽(42)内；所述固定板(1)的下端铰接有仿生脊椎(5)，固定板(1)上设置有拉伸滑槽(14)，仿生脊椎(5)的上端套设于拉伸滑槽(14)内，仿生脊椎(5)的两侧均连接有伸缩架(15)，伸缩架(15)的另一端与上肢架(4)连接；所述横移架(3)的下端连接有下肢架(6)，下肢架(6)上连接有大腿固定件(61)。

2.根据权利要求1所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述升降驱动机构(2)包括升降减速器(22)，升降减速器(22)的输入端与伸缩转轴(12)连接，升降减速器(22)的输出端连接有升降齿轮(23)，上肢架(4)上安装有升降齿条(24)，升降齿条(24)与升降齿条(24)啮合。

3.根据权利要求1所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述伸缩转轴(12)包括套轴(121)，套轴(121)的一端固定于往复双向电机(11)的输出轴上，套轴(121)内套设有伸缩轴(122)，伸缩轴(122)与升降驱动机构(2)的输入端固定，套轴(121)内的内壁上设有若干挡槽(123)，伸缩轴(122)的外壁上设有挡条(124)，挡条(124)套设于挡槽(123)内。

4.根据权利要求1所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述横移架(3)上的限位柱(31)的数量为两个，固定板(1)上横移滑槽(13)的数量为四个。

5.根据权利要求1所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述伸缩架(15)包括套筒(151)，套筒(151)的一端固定于仿生脊椎(5)上，套筒(151)的另一端套设有套杆(152)，套杆(152)的另一端与上肢架(4)固定。

6.根据权利要求1所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述仿生脊椎(5)包括若干护腰板(51)，护腰板(51)上铰接有若干腰椎体(52)，腰椎体(52)之间连接有椎间弹性体(53)，最上端的腰椎体(52)上固定有拉伸滑块(54)，拉伸滑块(54)套设于拉伸滑槽(14)内。

7.根据权利要求1所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述固定板(1)上铰接有推动架(7)，推动架(7)的另一端固定有推动滑块(71)，横移架(3)上设置有竖槽(32)，推动滑块(71)套设于竖槽(32)；所述固定板(1)上安装有用于驱动推动架(7)转动的连杆机构(8)，固定板(1)上还安装有用于驱动和锁紧连杆机构(8)的调节驱动机构(9)。

8.根据权利要求7所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述连杆机构(8)包括两根移动杆(81)，调节驱动机构(9)与其中一根移动杆(81)传动连接，固定板(1)上设置有限位滑槽(16)，移动杆(81)套设于限位滑槽(16)内，移动杆(81)上固定有拨动滑块(811)，推动架(7)上设置有拨动滑槽(72)，拨动滑块(811)套设于拨动滑槽(72)内；所述固定板(1)上铰接有联动杆(82)，联动杆(82)的两端均设置有联动滑槽(821)，移动杆(81)上固定有联动块(812)，联动块(812)套设于联动滑槽(821)内，两个推动架(7)呈中心对称。

9.根据权利要求8所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述调节驱动机构(9)包括调节双向电机(91)，调节双向电机(91)的输出轴连接有调节减速器(92)，调节双向电机(91)和调节减速器(92)均安装于固定板(1)上，调节减速器(92)的输出轴连接有调节齿轮(93)，其中一根移动杆(81)上设置有调节齿条(94)，调节齿轮(93)和调节齿条(94)啮合。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种可对肩部和脊椎同步牵伸的腰椎康复用外骨骼机器人，其特征在于，所述下肢架(6)套设于横移架(3)的下端，横移架(3)上螺纹连接有用于将下肢架(6)顶紧的锁紧螺钉(33)。

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