一种六自由度足腿式下肢康复训练机器人及其控制方法，属于康复工程技术领域。本发明专利技术包括固定架、跑台、可调节面板及外骨骼机械腿，可调节面板通过髋关节外骨骼与大腿外骨骼的一端相连接，大腿外骨骼的另一端通过膝关节外骨骼与小腿外骨骼的一端相连接，小腿外骨骼的另一端通过踝关节外骨骼与脚踏板相连接；减重系统与可调节面板相连接，大腿外骨骼与髋关节外骨骼、大腿外骨骼与小腿外骨骼、小腿外骨骼与脚踏板之间的电动缸分别通过驱动器与控制系统相连接。控制方法：输入患者身体特征参数；读取预存文本文档，并将信息写入全局变量；判断驱动器的状态是否为“PWM禁能”及“运行”按键是否按下，若是，将信息写入驱动器，否则，等待。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于康复工程
，特别是涉及一种六自由度足腿式下肢康复训练机器人；主要用于中风或中枢神经、脑受损的偏瘫患者的下肢康复训练。
技术介绍
目前，自主的运动康复训练已成为基本而有效地疗法，而形形色色的康复训练机器人以其经济的价格、简易的操作、实时的病情反馈与康复训练指导得到医学专家和患者的肯定。许多国家正在开发各种功能齐全、操作简便、安全性能高的下肢康复机器人，而下肢康复机器人作为一种医疗康复机器人，也越来越多的受到产业界的关注。在欧洲、美国、 日本等国家，康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。国外的各种康复机器人已经进入中国市场，当今世界上最先进的康复机器人Lokomat在中国的售价超过300万。在我国，康复医学工程虽然得到普遍的重视，但康复机器人的研究仍处于起步阶段，一些简单康复机械远远不能满足市场对智能化、人机工程化康复机器人的需求。因此， 我国目前的康复工程领域存在的矛盾是一、众多需要康复的患者与有限的医疗设备之间的矛盾，各医院康复医疗设备的数量远没有达到国家规定的占医疗设备总数量的3%的要求；二、高昂的医疗费用与疗效低下的康复训练之间的矛盾。解决问题的关键是尽快研发出具有自主知识产权的、高性能的、有竞争力的康复训练机器人，填补国内市场的空白。康复训练机器人在原理上与工业机器人有很大区别，也不同于一般的体育运动训练器材。它直接作用于人体，与人在同一个工作空间工作，人与机器人作为一个整体协同运动；而工业机器人在工作时通常是不允许人进入工作空间的，一般的体育运动训练器材都是阻力型的，通过对受训者施加运动阻力使肌肉得到锻炼，它只能用于健康人，不能用于有运动障碍的患者。
技术实现思路
本专利技术就是针对现有技术存在的不足，提供一种六自由度足腿式下肢康复训练机器人。该康复训练机器人可实现六个自由度，能够最大限度的模拟人的标准步态，使患者的下肢动作尽量接近真实情况的行走动作。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，一种六自由度足腿式下肢康复训练机器人，包括固定架，在所述固定架的下部设置有跑台，在所述固定架的前侧设置有可调节面板；在所述可调节面板的前侧设置有外骨骼机械腿，所述外骨骼机械腿包括髋关节外骨骼、大腿外骨骼、小腿外骨骼、膝关节外骨骼、踝关节外骨骼及脚踏板，所述可调节面板通过所述髋关节外骨骼与所述大腿外骨骼的一端相连接，所述大腿外骨骼的另一端通过所述膝关节外骨骼与所述小腿外骨骼的一端相连接，所述小腿外骨骼的另一端通过所述踝关节外骨骼与所述脚踏板相连接；在所述大腿外骨骼与髋关节外骨骼之间连接有髋关节电动缸，在所述大腿外骨骼与小腿外骨骼之间连接有膝关节电动缸，在所述小腿外骨骼与脚踏板之间连接有踝关节电动缸；在所述固定架的内部分别设置有减重系统、驱动器及控制系统，所述减重系统与所述可调节面板相连接；所述髋关节电动缸、膝关节电动缸及踝关节电动缸分别通过驱动器与控制系统相连接。所述减重系统包括平行四连杆、滑轮组、钢丝绳及配重块，所述平行四连杆与所述可调节面板相连接，所述配重块与所述钢丝绳的一端相连接，钢丝绳的另一端通过所述滑轮组与所述平行四连杆相连接。所述大腿外骨骼为可调节式，由两个可滑动连杆组成，所述两个可滑动连杆分别与所述髋关节外骨骼和膝关节外骨骼相连接，两个可滑动连杆之间由紧固螺钉连接。所述小腿外骨骼为可调节式，由两个可滑动连杆组成，所述两个可滑动连杆分别与所述踝关节外骨骼和膝关节外骨骼相连接，两个可滑动连杆之间由紧固螺钉连接。所述髋关节外骨骼为可调节式，所述髋关节外骨骼的上端分别与平行滑轨及丝杠相连接，所述丝杠与手轮相连接。为了系统维护和维修方便，在所述固定架的后部设置有两个开门。所述六自由度足腿式下肢康复训练机器人的控制方法，包括如下步骤步骤一进行系统初始化；步骤二 输入患者身体特征参数；步骤三读取含有步态数据信息的预存文本文档，并将该步态数据信息写入全局变量；步骤四判断驱动器的状态是否为“PWM禁能”及“运行”按键是否按下，若是，则执行步骤五，否则，返回执行步骤四；步骤五将步骤三中全局变量中的步态数据信息通过连接组件写入驱动器，驱动器按照步态数据信息控制所述髋关节电动缸、膝关节电动缸及踝关节电动缸；步骤六通过驱动器读取各关节电动缸的伺服电机的实际位置、实际速度、实际转矩及实际电流，分别写入数值显示控件和波形图显示控件中；步骤七结束。本专利技术的原理如下根据脑的可塑性理论，通过进行重复的、特定任务的训练让患者进行足够的重复性活动，使重组中的大脑皮质通过深刻的体验来学习和储存正确的运动模式，不断刺激并重建神经系统，改善和促进血液循环，恢复大脑对肢体的控制能力，多数中风或中枢神经、 脑受损的偏瘫患者仍具有康复的可能。对中风患者而言，实现下肢在人体矢状面的运动是康复训练的首要目的，图1为从医学的角度把人体分成的三个平面，分别为矢状面、冠状面和水平面。人体步行时，髋关节、膝关节和踝关节均做复杂的空间运动，但主要在矢状面内进行。从中风患者康复的角度，康复训练的目的是首先使他们能够实现最基本的行走功能， 因此从人体行走和下肢康复训练的角度来看，人体下肢在矢状面内的运动是人体下肢运动的主要形式，其它的运动均是增加运动灵活性的需要。本专利技术的有益效果1、本专利技术的康复训练机器人包含髋关节、膝关节及踝关节共六个自由度，使本专利技术的康复训练机器人的外骨骼机械腿能够模拟人体下肢行走出标准步态，带动患者下肢做康复运动，保证了患者康复运动的强度和精度；而踝关节自由度是目前足腿式下肢康复机器人所不具备的，踝关节自由度在下肢康复训练中起到非常重要的作用，它可以使患者获得更多的正确运动感觉刺激，有利于提高康复治疗和康复效果；2、本专利技术采用了可调节外骨骼，即髋关节外骨骼宽度可调，大腿外骨骼和小腿外骨骼长度可调，适用于不同身体情况的患者，具有较好的适应性；3、本专利技术采用LabVIEW编译环境生成上位机软件，便于调试、维护与系统升级和扩展。附图说明图1为从医学角度把人体分成三个平面的示意图；图2为本专利技术的康复训练机器人的整体结构示意图；图3为本专利技术的康复训练机器人的减重系统的结构示意图；图4为本专利技术的康复训练机器人的外骨骼机械腿的结构示意图；图5为本专利技术的控制方法的程序流程图；图6为原始的标准步态曲线图；(a)为髋关节的位置曲线图；(b)为膝关节的位置曲线图；(c)为髋关节的速度曲线图；(d)为膝关节的速度曲线图；(e)为踝关节的位置曲线图；图7为重绘曲线并利用matlab多项式拟合19次后获取的标准步态曲线图；(a)为髋关节的位置曲线图；(b)为膝关节的位置曲线图；(c)为踝关节的位置曲线图；(d)为髋关节的角速度曲线图；(e)为膝关节的角速度曲线图；(f)为膝关节的角速度曲线图；其中，1-减重系统，2-可调节面板，3-髋关节电动紅，4-大腿外骨骼，5-膝关节电动紅，6-小腿外骨骼，7-外骨骼机械腿，8-踝关节外骨骼，9-跑台，10-脚踏板，11-控制系统，12-驱动器，13-髋关节外骨骼，14-膝关节外骨骼，15-平行滑轨，16-平行四连杆， 17-滑轮组，18-固定架，19-钢丝绳，20-配重块，21-大腿可滑动连杆，22-紧固螺钉，23-小腿可滑动连杆，24-平行滑轨，25-丝杠，2本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种六自由度足腿式下肢康复训练机器人，其特征在于，包括固定架，在所述固定架的下部设置有跑台，在所述固定架的前侧设置有可调节面板；在所述可调节面板的前侧设置有外骨骼机械腿，所述外骨骼机械腿包括髋关节外骨骼、大腿外骨骼、小腿外骨骼、膝关节外骨骼、踝关节外骨骼及脚踏板，所述可调节面板通过所述髋关节外骨骼与所述大腿外骨骼的一端相连接，所述大腿外骨骼的另一端通过所述膝关节外骨骼与所述小腿外骨骼的一端相连接，所述小腿外骨骼的另一端通过所述踝关节外骨骼与所述脚踏板相连接；在所述大腿外骨骼与髋关节外骨骼之间连接有髋关节电动缸，在所述大腿外骨骼与小腿外骨骼之间连接有膝关节电动缸，在所述小腿外骨骼与脚踏板之间连接有踝关节电动缸；在所述固定架的内部分别设置有减重系统、驱动器及控制系统，所述减重系统与所述可调节面板相连接；所述髋关节电动缸、膝关节电动缸及踝关节电动缸分别通过驱动器与控制系统相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丛德宏，皮俊宽，张志阳，刘征，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89
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