【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗康复机器人，尤其是涉及一种多轴下肢康复机器人及其主被动同步耦合工作方法。
技术介绍
1、下肢运动功能障碍是许多疾病和伤害后常见的后遗症，如中风、脊髓损伤、骨折恢复等。正确的、科学的康复训练对于下肢运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。
2、传统的康复治疗主要依靠物理治疗师手动辅助患者进行肢体活动，这种方式不仅劳动强度大，而且难以确保每次训练的一致性和准确性、也无法保证稳定的持续性的运动训练。
3、随着机器人技术的发展，下肢康复机器人逐渐应用于临床，以提供更为标准化和高效的康复训练。现有的康复机器人大多采用车式框架，通过对患者的大腿小腿脚踝部位使用绑带固定，对腰部以上身体形成有效支撑、稳定骨盆，并通过模仿人体行走对患者进行被动式的固定步态训练，其结构较为复杂、且占用空间较大，也无法实现针对患者下肢各关节的针对性灵活训练，并且由于是被动训练，尽管能够使患者下肢关节发生运动，但无法防止患者下肢发生肌肉萎缩现象。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多轴下肢康复机器人及其主被动同步耦合工作方法，能够简化机器人结构，同时针对患者下肢各关节进行针对性灵活运动控制。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多轴下肢康复机器人，包括机体框架，所述机体框架上安装有辅助运动装置和伸缩装置，所述辅助运动装置分别连接至控制器，所述辅助运动装置用于采集患者的关节运动数据和负载数据，以及接受控制器指令
3、所述控制器根据患者的关节运动数据和负载数据，分析输出相应控制指令给辅助运动装置，以改变辅助运动装置的工作状态；
4、所述伸缩装置用于相应调节固定患者关节，患者的腿部股四头肌位置粘贴有电极片，电极片与理疗设备相连接，通过理疗设备调整改变电极片的电流强度和频率。
5、进一步地，所述机体框架包括箱体和箱盖，所述箱盖的中间位置、箱体两端的中间位置均为镂空结构，所述辅助运动装置包括左康复运动机构、右康复运动机构及上康复运动机构，所述左康复运动机构、右康复运动机构分别安装在箱体两端的中间位置，所述上康复运动机构安装在箱盖的中间位置。
6、进一步地，所述左康复运动机构包括第一光电编码器，所述第一光电编码器安装于第一伸缩杆的一端，所述第一伸缩杆的另一端连接有第一压力传感器，所述第一压力传感器安装在第一推板上，所述第一压力传感器用于采集患者关节的负载数据、并传输至控制器；
7、所述第一光电编码器用于采集患者关节的运动数据、并传输至控制器；
8、所述第一伸缩杆在控制器的指令控制下发生移动，并带着第一推板发生移动。
9、进一步地，所述第一伸缩杆为内部空心结构，所述第一伸缩杆内部安装有第一伺服电机、第一伺服减速器、第一同步带轮和第一同步带，所述第一伺服电机与控制器连接，所述第一伺服电机通过第一伺服减速器将运动传动到第一同步带轮，带动第一同步带转动，使得第一伸缩杆随第一同步带的转动而移动。
10、进一步地，所述右康复运动机构包括第二光电编码器，所述第二光电编码器安装于第二伸缩杆的一端，所述第二伸缩杆的另一端连接有第二压力传感器，所述第二压力传感器安装在第二推板上，所述第二压力传感器用于采集患者关节的负载数据、并传输至控制器；
11、所述第二光电编码器用于采集患者关节的运动数据、并传输至控制器；
12、所述第二伸缩杆在控制器的指令控制下发生移动，并带着第二推板发生移动。
13、进一步地，所述第二伸缩杆为内部空心结构，所述第二伸缩杆内部安装有第二伺服电机、第二伺服减速器、第二同步带轮和第二同步带，所述第二伺服电机与控制器连接，所述第二伺服电机通过第二伺服减速器将运动传动到第二同步带轮，带动第二同步带转动，使得第二伸缩杆随第二同步带的转动而移动。
14、进一步地，所述上康复运动机构包括第三光电编码器，所述第三光电编码器安装于第三伸缩杆的一端，所述第三伸缩杆的另一端连接有第三压力传感器，所述第三压力传感器安装在脚踏板上，所述第三压力传感器用于采集患者关节的负载数据、并传输至控制器；
15、所述第三光电编码器用于采集患者关节的运动数据、并传输至控制器；
16、所述第三伸缩杆在控制器的指令控制下发生移动，并带着脚踏板发生移动。
17、进一步地，所述第三伸缩杆为内部空心结构，所述第三伸缩杆内部安装有第三伺服电机、第三伺服减速器、第三同步带轮和第三同步带，所述第三伺服电机与控制器连接，所述第三伺服电机通过第三伺服减速器将运动传动到第三同步带轮，带动第三同步带转动，使得第三伸缩杆随第三同步带的转动而移动。
18、进一步地，所述伸缩装置包括连杆，所述连杆安装在箱体上，所述连杆通过伸缩板与固定扣环相连接，所述伸缩板为可折叠板，所述固定扣环设置有转动器，用于调节固定患者的关节状态。
19、一种多轴下肢康复机器人的主被动同步耦合工作方法，包括：
20、当患者处于平躺状态，并将脚后跟放在上康复机构的脚踏板上时，通过伸缩装置的固定扣环固定患者膝关节，并控制上康复运动机构发生运动，用于实现髋关节的前屈或后伸；
21、当患者将整个脚踩在上康复机构的脚踏板上时，通过伸缩装置的固定扣环将患者膝关节处于微弯曲状态，并控制上康复运动机构发生运动，用于实现踝关节的背屈或跖屈、膝关节的屈伸运动及髋关节的内旋或外旋；
22、当患者下肢分别放至下肢康复机器人左右两侧时，通过伸缩装置的固定扣环将患者一侧下肢进行固定，并控制左康复运动机构、右康复运动机构发生运动，用于实现髋关节的内收或外展及踝关节的内旋或外旋；
23、在进行上述康复运动控制时，同步通过调整电极片的电流强度和频率，刺激患者肌肉收缩，形成微主动运动，与下肢康复机器人的被动运动进行同步耦合，肢体在被动式运动的同时，患者肌肉也在同步主动运动，从而实现主被动耦合运动控制。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
25、本专利技术设计在机体框架上安装辅助运动装置和伸缩装置，将辅助运动装置分别连接至控制器，利用辅助运动装置采集患者的关节运动数据和负载数据，以及接受控制器指令驱使患者关节发生相应动作变化；利用控制器根据患者的关节运动数据和负载数据，分析输出相应控制指令给辅助运动装置，以改变辅助运动装置的工作状态；利用伸缩装置相应调节固定患者关节。由此通过简单结构设计，能够根据患者的各关节实时状态自适应地进行针对性运动控制；并且在患者的腿部股四头肌位置粘贴电极片，通过理疗设备调整改变电极片的电流强度和频率，从而促使患者下肢关节运动的同时能够发生肌肉运动，避免肌肉萎缩。
26、本专利技术中，辅助运动装置包括上康复运动机构以及相互对称的左右康复运动机构，且左右康复运动机构均设置有光电编码器、伸缩杆、压力传感器及推板，上康复运动机构则设置有光电编码器、伸缩杆、压力传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，包括机体框架(1)，所述机体框架(1)上安装有辅助运动装置和伸缩装置(5)，所述辅助运动装置分别连接至控制器，所述辅助运动装置用于采集患者的关节运动数据和负载数据，以及接受控制器指令驱使患者关节发生相应动作变化；
2.根据权利要求1所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述机体框架(1)包括箱体(1-1)和箱盖(1-2)，所述箱盖(1-2)的中间位置、箱体(1-1)两端的中间位置均为镂空结构，所述辅助运动装置包括左康复运动机构(2)、右康复运动机构(3)及上康复运动机构(4)，所述左康复运动机构(2)、右康复运动机构(3)分别安装在箱体(1-1)两端的中间位置，所述上康复运动机构(4)安装在箱盖(1-2)的中间位置。
3.根据权利要求2所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述左康复运动机构(2)包括第一光电编码器(2-1)，所述第一光电编码器(2-1)安装于第一伸缩杆(2-2)的一端，所述第一伸缩杆(2-2)的另一端连接有第一压力传感器(2-3)，所述第一压力传感器(2-3)安装在第一推板(2-4)上，所述
4.根据权利要求3所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述第一伸缩杆(2-2)为内部空心结构，所述第一伸缩杆(2-2)内部安装有第一伺服电机、第一伺服减速器、第一同步带轮和第一同步带，所述第一伺服电机与控制器连接，所述第一伺服电机通过第一伺服减速器将运动传动到第一同步带轮，带动第一同步带转动，使得第一伸缩杆(2-2)随第一同步带的转动而移动。
5.根据权利要求2所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述右康复运动机构(3)包括第二光电编码器(3-1)，所述第二光电编码器(3-1)安装于第二伸缩杆(3-2)的一端，所述第二伸缩杆(3-2)的另一端连接有第二压力传感器(3-3)，所述第二压力传感器(3-3)安装在第二推板(3-4)上，所述第二压力传感器(3-3)用于采集患者关节的负载数据、并传输至控制器；
6.根据权利要求5所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述第二伸缩杆(3-2)为内部空心结构，所述第二伸缩杆(3-2)内部安装有第二伺服电机、第二伺服减速器、第二同步带轮和第二同步带，所述第二伺服电机与控制器连接，所述第二伺服电机通过第二伺服减速器将运动传动到第二同步带轮，带动第二同步带转动，使得第二伸缩杆(3-2)随第二同步带的转动而移动。
7.根据权利要求2所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述上康复运动机构(4)包括第三光电编码器(4-1)，所述第三光电编码器(4-1)安装于第三伸缩杆(4-2)的一端，所述第三伸缩杆(4-2)的另一端连接有第三压力传感器(4-3)，所述第三压力传感器(4-3)安装在脚踏板(4-4)上，所述第三压力传感器(4-3)用于采集患者关节的负载数据、并传输至控制器；
8.根据权利要求7所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述第三伸缩杆(4-2)为内部空心结构，所述第三伸缩杆(4-2)内部安装有第三伺服电机、第三伺服减速器、第三同步带轮和第三同步带，所述第三伺服电机与控制器连接，所述第三伺服电机通过第三伺服减速器将运动传动到第三同步带轮，带动第三同步带转动，使得第三伸缩杆(4-2)随第三同步带的转动而移动。
9.根据权利要求2所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述伸缩装置(5)包括连杆(5-1)，所述连杆(5-1)安装在箱体(1-1)上，所述连杆(5-1)通过伸缩板(5-2)与固定扣环(5-3)相连接，所述伸缩板(5-2)为可折叠板，所述固定扣环(5-3)设置有转动器，用于调节固定患者的关节状态。
10.一种多轴下肢康复机器人的主被动同步耦合工作方法，应用于如权利要求2～9任一所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，包括机体框架(1)，所述机体框架(1)上安装有辅助运动装置和伸缩装置(5)，所述辅助运动装置分别连接至控制器，所述辅助运动装置用于采集患者的关节运动数据和负载数据，以及接受控制器指令驱使患者关节发生相应动作变化；
2.根据权利要求1所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述机体框架(1)包括箱体(1-1)和箱盖(1-2)，所述箱盖(1-2)的中间位置、箱体(1-1)两端的中间位置均为镂空结构，所述辅助运动装置包括左康复运动机构(2)、右康复运动机构(3)及上康复运动机构(4)，所述左康复运动机构(2)、右康复运动机构(3)分别安装在箱体(1-1)两端的中间位置，所述上康复运动机构(4)安装在箱盖(1-2)的中间位置。
3.根据权利要求2所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述左康复运动机构(2)包括第一光电编码器(2-1)，所述第一光电编码器(2-1)安装于第一伸缩杆(2-2)的一端，所述第一伸缩杆(2-2)的另一端连接有第一压力传感器(2-3)，所述第一压力传感器(2-3)安装在第一推板(2-4)上，所述第一压力传感器(2-3)用于采集患者关节的负载数据、并传输至控制器；
4.根据权利要求3所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述第一伸缩杆(2-2)为内部空心结构，所述第一伸缩杆(2-2)内部安装有第一伺服电机、第一伺服减速器、第一同步带轮和第一同步带，所述第一伺服电机与控制器连接，所述第一伺服电机通过第一伺服减速器将运动传动到第一同步带轮，带动第一同步带转动，使得第一伸缩杆(2-2)随第一同步带的转动而移动。
5.根据权利要求2所述的一种多轴下肢康复机器人，其特征在于，所述右康复运动机构(3)包括第二光电编码器(3-1)，所述第二光电编码器(3-1)安装于第二伸缩杆(3-2)的一端，所述第二伸缩杆(3-2)的另一端连接有第二压力传感器(3-3)，所述第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志江，杨杰，顾润，李玉鹏，夏春明，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。