一种坐卧式下肢运动训练机器人制造技术

一种坐卧式下肢运动训练机器人，包括髋宽可调双腿外骨骼和自适应位置调节座椅，所述髋宽可调双腿外骨骼安装在自适应位置调节座椅上；所述髋宽可调双腿外骨骼包括左腿外骨骼、右腿外骨骼和髋宽可调组件；所述左腿外骨骼、右腿外骨骼分别对称安装在髋宽可调组件左右两侧。本发明专利技术提供了一种坐卧式下肢运动训练机器人，旨在提高坐卧式下肢运动训练机器人的体型适应性、交互舒适性。交互舒适性。交互舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种坐卧式下肢运动训练机器人


[0001]本专利技术涉及机器人、医疗康复及医疗器械等
，具体地说，是一种面向下肢运动功能障碍患者和长期卧床患者的坐卧式下肢运动训练机器人。

技术介绍

[0002]下肢运动功能障碍常见于脑卒中、脊髓损伤、骨/关节创伤、肌无力等患者。以脑卒中患者为例，针对脑卒中患者的运动功能康复是急性期后的日常看护重点，高频次、科学的康复运动训练可以帮助患者有效的恢复运动功能，实现生活自理，改善患者生活质量，降低家庭和社会负担。其他长期卧床患者和久坐轮椅患者也需要进行充分的下肢运动训练以防止肌肉萎缩和关节僵硬。
[0003]目前，针对康复初期患者或长期卧床患者下肢的运动训练，主要是依靠治疗师或患者家属的运动辅助，帮助患者进行屈腿、起立、行走等运动能力训练，甚至需要多人同时辅助，由于治疗师数量太少，而且辅助运动的劳动强度太大，常常存在训练频次不足、训练一致性差等问题，使得运动训练效果难以尽如人意。近年来，研究人员提出了将机器人应用于运动训练的方案，以部分代替治疗师及患者家属在运动辅助过程中的重复性繁重体力劳动。
[0004]采用机器人进行辅助训练时，人与机器人会发生频繁或持续的接触与交互，这对机器人的操作柔顺性、安全性、穿戴舒适性等都提出了更高的要求。
[0005]现有的坐卧式下肢运动训练机器人一般都是采用减速机、带轮等较为刚性的传动部件，座椅固定在机架上，与下肢交互作用的连杆机构一端固定安装在座椅上，工作过程中该连杆机构发挥着外骨骼的作用，需要将大腿和小腿同时绑缚在外骨骼上。现有的坐卧式下肢运动训练机器人通常会存在以下几个方面的问题：一是无法适应不同腿长、髋宽患者的坐卧与训练需求；二是患者髋、膝关节与外骨骼相应关节的旋转轴必须始终同时保持同心，否则会因为二者运动干涉而引起舒适感降低，甚至造成二次损伤；三是人体下肢一般被绑缚在外骨骼内测，因此人体下肢与外骨骼的运动在不同的平面上，二者之间容易出现位置误差，从而给外骨骼的运动控制带来更多干扰。

技术实现思路

[0006]为了克服已有坐卧式下肢运动训练机器人的体型适应性较差、交互舒适性较差的不足,本专利技术提供了一种坐卧式下肢运动训练机器人，旨在提高坐卧式下肢运动训练机器人的体型适应性、交互舒适性。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种坐卧式下肢运动训练机器人，包括髋宽可调双腿外骨骼和自适应位置调节座椅，所述髋宽可调双腿外骨骼安装在自适应位置调节座椅上；所述髋宽可调双腿外骨骼包括左腿外骨骼、右腿外骨骼和髋宽可调组件；所述左腿外骨骼、右腿外骨骼分别对称安装在髋宽可调组件左右两侧。
[0009]进一步，所述髋宽可调组件包括髋宽移动导轨、髋宽调节滑块组和髋宽调距螺杆，所述髋宽调节滑块组可在髋宽移动导轨上滑动，所述左腿外骨骼、右腿外骨骼分别安装在髋宽调节滑块组的不同髋宽调节滑块上，所述髋宽调距螺杆以中点为界螺纹方向相反，通过驱动髋宽调距螺杆旋转可推动左腿外骨骼、右腿外骨骼做相对运动实现髋宽调节。本方案中，所述髋宽调节滑块组包括至少两块髋宽调节滑块，例如可以是四块，所述左腿外骨骼、右腿外骨骼分别安装在不同的两块髋宽调节滑块；当然，也可以是其他数量。
[0010]再进一步，所述自适应位置调节座椅包括座板、座板移动导轨和座板调节滑块，所述座板调节滑块可在座板移动导轨上自由滑动，所述座板固定安装在座板调节滑块上，可随着座板调节滑块在座板移动导轨上作无约束的前后移动。
[0011]更进一步，所述左、右腿外骨骼都包括大腿杆件、小腿杆件、髋关节作动器和膝关节作动器，所述大腿杆件与髋关节作动器联动，摆动于自适应位置调节座椅两侧且与人体大腿无绑缚，所述膝关节作动器垂直安装在大腿杆件末端，随大腿杆件摆动于自适应位置调节座椅前方，横置于人腿腘窝下面且施力于人腿腘窝部位，所述小腿杆件固定安装在膝关节作动器上，小腿杆件与膝关节作动器的旋转输出联动，随膝关节作动器摆动于自适应位置调节座椅前方，竖置于人体小腿下/后面并施力于小腿腓肠肌、胫骨和髌骨，所述左、右腿外骨骼的膝关节作动器之间、小腿杆件之间的间距与人体正常行走时的腿间距相同且互不干涉。
[0012]优选的，所述髋宽可调组件还包括调宽组件框架、调宽组件轴承座、髋宽调距手轮、髋宽调距螺杆支撑架和螺纹衬套，所述髋宽移动导轨安装在调宽组件框架上，所述髋宽调距螺杆一端通过调宽组件轴承座安装于调宽组件框架上，所述髋宽调距手轮安装于髋宽调距螺杆另一端，所述螺纹衬套安装在髋宽调距螺杆支撑架上，所述髋宽调距螺杆与螺纹衬套螺纹配合，所述髋宽调距螺杆支撑架与髋关节作动器固连，所述髋关节作动器固定安装在髋宽调节滑块上。本方案，通过转动髋宽调距手轮，可以带动髋宽调节滑块做相对运动，从而推动髋关节作动器产生相对运动。当然，也可以采用其他髋宽调节方式。
[0013]本专利技术中，转动所述髋宽调距手轮可调节双腿外骨骼之间的宽度以适应不同体型人体，将人体小腿绑缚于小腿杆件上，通过控制所述髋、膝关节作动器以实现人体坐卧姿态下的下肢运动训练。
[0014]再进一步，所述自适应位置调节座椅还包括座椅机架、座板定位滑块，所述座板移动导轨平行安装在座椅机架上，所述座板定位滑块可在座板移动导轨上自由滑动，所述座板固定安装在座板定位滑块上，可随着座板调节滑块与座板定位滑块在座板移动导轨上前后移动，所述座板定位滑块安装在座板移动导轨前部，通过旋转座板定位滑块上的锁紧把手可将座板固定在设定的位置。
[0015]更进一步，所述髋关节作动器包括髋关节作动器安装基座组件、髋关节电机及减速器组件、髋关节减速同步带、髋关节小带轮、髋关节大带轮、髋关节扭矩传感器、连接法兰、髋关节同步带、髋关节下端带轮、髋关节上端带轮、髋关节连杆基座、髋关节轴承座、髋关节限位杆固定块、髋关节限位螺杆和大腿杆件转轴，所述髋关节电机及减速器组件输出轴与所述髋关节小带轮通过键连接，所述髋关节减速同步带将髋关节电机及减速器输出转矩传递到髋关节大带轮，所述髋关节大带轮与连接法兰通过键连接，所述髋关节扭矩传感器一端与连接法兰固连，另一端通过联轴器与带轮连接轴连接，所述带轮连接轴经由髋关
节轴承座与髋关节下端带轮通过键连接，所述髋关节同步带将经髋关节减速同步带增大后的转矩传递到髋关节上端带轮，所述髋关节上端带轮与大腿杆件转轴通过键连接，从而驱动大腿杆件转动，实现人体大腿屈伸运动；所述髋关节轴承座安装在髋关节连杆基座上，用于支撑大腿杆件转轴做相对转动，所述髋关节限位杆固定块安装在髋关节连杆基座上，所述髋关节限位螺杆可从下向上旋入髋关节限位杆固定块的螺孔内，通过露出髋关节限位杆固定块上方的高度来限制大腿杆件转动范围，防止转动角度超过人体适合的屈伸角度，从而保证了人体的安全。
[0016]优选的，所述左腿外骨骼、右腿外骨骼都还包括大腿杆件外罩，所述大腿杆件外罩与大腿杆件固连，用于将人体与大腿杆件上的刚性传动部件隔开以防止肢体接触发生意外。
[0017]优选的，所述膝关节作动器包括膝关节电机及减速器组件、膝关节电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述机器人包括髋宽可调双腿外骨骼和自适应位置调节座椅，所述髋宽可调双腿外骨骼安装在自适应位置调节座椅上；所述髋宽可调双腿外骨骼包括左腿外骨骼、右腿外骨骼和髋宽可调组件；所述左腿外骨骼、右腿外骨骼分别对称安装在髋宽可调组件左右两侧。2.如权利要求1所述的一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述髋宽可调组件包括髋宽移动导轨、髋宽调节滑块组和髋宽调距螺杆，所述髋宽调节滑块组可在髋宽移动导轨上滑动，所述左腿外骨骼、右腿外骨骼分别安装在髋宽调节滑块组的不同髋宽调节滑块上，所述髋宽调距螺杆以中点为界螺纹方向相反，通过驱动髋宽调距螺杆旋转可推动左腿外骨骼、右腿外骨骼做相对运动实现髋宽调节。3.如权利要求1或2所述的一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述自适应位置调节座椅包括座板、座板移动导轨和座板调节滑块，所述座板调节滑块可在座板移动导轨上自由滑动，所述座板固定安装在座板调节滑块上，可随着座板调节滑块在座板移动导轨上作无约束的前后移动。4.如权利要求1或2所述的一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述左、右腿外骨骼都包括大腿杆件、小腿杆件、髋关节作动器和膝关节作动器，所述大腿杆件与髋关节作动器联动，摆动于自适应位置调节座椅两侧且与人体大腿无绑缚，所述膝关节作动器垂直安装在大腿杆件末端，随大腿杆件摆动于自适应位置调节座椅前方，横置于人腿腘窝下面且施力于人腿腘窝部位，所述小腿杆件固定安装在膝关节作动器上，小腿杆件与膝关节作动器的旋转输出联动，随膝关节作动器摆动于自适应位置调节座椅前方，竖置于人体小腿后/下面并施力于小腿腓肠肌、胫骨和髌骨，所述左、右腿外骨骼的膝关节作动器之间、小腿杆件之间的间距与人体正常行走时的腿间距相同且互不干涉。5.如权利要求2所述的一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述髋宽可调组件还包括调宽组件框架、调宽组件轴承座、髋宽调距手轮、髋宽调距螺杆支撑架和螺纹衬套，所述髋宽移动导轨安装在调宽组件框架上，所述髋宽调距螺杆一端通过调宽组件轴承座安装于调宽组件框架上，所述髋宽调距手轮安装于髋宽调距螺杆另一端，所述螺纹衬套安装在髋宽调距螺杆支撑架上，所述髋宽调距螺杆与螺纹衬套螺纹配合，所述髋宽调距螺杆支撑架与髋关节作动器固连，所述髋关节作动器固定安装在髋宽调节滑块上。6.如权利要求3所述的一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述自适应位置调节座椅还包括座椅机架、座板定位滑块，所述座板移动导轨平行安装在座椅机架上，所述座板定位滑块可在座板移动导轨上自由滑动，所述座板固定安装在座板定位滑块上，可随着座板调节滑块与座板定位滑块在座板移动导轨上前后移动，所述座板定位滑块安装在座板移动导轨前部，通过旋转座板定位滑块上的锁紧把手可将座板固定在设定的位置。7.如权利要求1或2所述的一种坐卧式下肢运动训练机器人，其特征在于，所述髋关节作动器包括髋关节作动器安装基座组件、髋关节电机及减速器组件、髋关节减速同步带、髋关节小带轮、髋关节大带轮、髋关节扭矩传感器、连接法兰、髋关节同步带、髋关节下端...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡世波，韦威，都明宇，鲍官军，何必磊，姚艺赟，王传浚，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：