本發明專利技術公開了一種能實現正常步態軌跡的四肢聯動康復訓練機器人，包括機架、動力裝置、傳動系統和兩個腳踏板；傳動系統由主動鏈輪、鏈條、從動鏈輪和傳動軸組成；機架的左右兩側對稱地分布有結構相同的兩套運動輔助系統，每套運動輔助系統是由凸輪機構和四桿機構連接組成的凸輪?連桿機構；兩套運動輔助系統的末端分別連接至兩個腳踏板；連桿上的一點C與腳踏板鉸接；凸輪機構用于控制曲柄的長度；兩套運動輔助系統中的曲柄以180°的相位差安裝。本發明專利技術能夠產生精確地步態軌跡，解決一般步態康復機構軌跡與正常步態軌跡偏差較大的問題。既可以選擇用電機帶動運動輔助系統被動的完成康復訓練，也可以選擇用手操作扶手主動地完成康復訓練。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種康復醫療器械與健身器械領域的機器人，具體涉及一種可實現正常步態軌跡的四肢聯動康復訓練機器人。
技術介紹
調查顯示，每年都有相當數量的人由于疾病、交通事故等原因造成下肢功能障礙。相關研究表明，對于運動失能的人群，盡早進行合理的康復訓練，可以促進大腦皮層的可塑性發展，恢復肢體功能，有效的緩解病癥，降低殘疾程度，減少并發癥。以神經可塑性原理為基礎的重復性訓練可實現患者大腦功能重組，通過機械裝置輔助訓練有望使患者逐漸康復。部分減重步行訓練(PBWSTT)在臨床上的應用就是基于上述原理。患者進行減重步行訓練時，一般需要兩名康復師來輔助，但是康復師的數量有限，難以滿足患者的需求，也無法保證患者的康復訓練時間和強度，這使需要人工輔助的康復訓練的實際療效受到制約。為此，歐美、日本等發達國家的科研工作者和醫療機構率先展開了對康復機器人技術的研究，目前研究較為成熟的有Lokomat，LOPES，ALEX以及NaTUre-gaits等。這些機器人由于結構復雜，價格昂貴，難以推廣應用于一般家庭當中。除少數外骨骼式下肢康復機器人能近似實現正常步態軌跡外，大部分足部驅動的康復機器人所能實現的軌跡與人體正常步態軌跡有一定的偏差，造成使用者在長期訓練之后步態與自然步態不相符，肌肉發動模式異于常人，影響康復訓練效果。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在的不足之處，提供了一種新型可實現正常步態軌跡的康復訓練機器人。使用本專利技術能夠根據康復訓練者的身體特征及康復理論進行設計，解決了康復訓練軌跡與自然步態軌跡不匹配的問題，使其能夠產生與康復訓練者匹配的標準步態軌跡，通過帶動腳部運動進而完成整個下肢的康復訓練動作。該專利技術結構簡單，僅需要一個電機即可完成康復訓練，成本較低，很適合用于普通家庭。此外，本專利技術既可以通過電機驅動帶動患者被動的完成四肢聯動的康復訓練，也可以通過手部轉動扶手主動地完成康復訓練過程，適合不同需求的康復或健身訓練對象。結構簡單，成本較低，適合推廣于一般家庭使用。為了解決現有的技術問題，本專利技術提出的一種可實現正常步態軌跡的四肢聯動康復訓練機器人，包括機架、動力裝置、傳動系統和兩個腳踏板；所述傳動系統由主動鏈輪、鏈條、從動鏈輪和傳動軸組成，所述主動鏈輪設置在所述減速電機的輸出軸上；所述機架的左右兩側對稱地分布有兩套運動輔助系統，所述兩套運動輔助系統的末端分別連接至兩個腳踏板；兩套運動輔助系統的結構相同；每套運動輔助系統是由凸輪機構和四桿機構連接組成的凸輪-連桿機構；所述凸輪機構包括通過螺栓固定在所述機架上的帶有溝槽的凸輪，所述凸輪的溝槽內設有凸輪滾子；所述連桿機構包括依次與長度可變的曲柄相連的連桿和擺桿；所述長度可變的曲柄由第一段曲柄和第二段曲柄構成，所述第一段曲柄的一端與所述傳動軸鍵連接，所述第二段曲柄的一端與所述凸輪滾子鉸接，所述第二段曲柄內設有滑軌，所述第一段曲柄的另一端插裝在所述第二段曲柄的滑軌內，并可沿第二段曲柄的長度方向滑動；所述連桿的一端與第二段曲柄的另一端鉸接，所述連桿另一端與所述擺桿的一端鉸接，所述擺桿與機架鉸接于點B，所述擺桿的另一端設有扶手，所述連桿上的一點C與所述腳踏板鉸接；所述凸輪機構用于控制曲柄的長度；兩套運動輔助系統中的曲柄以180°的相位差安裝。所述動力裝置是減速電機或是兩個設置在兩套運動輔助系統的擺桿端部的扶手。本專利技術相對于現有技術的優點：本專利技術能夠實現人體正常的步態軌跡，相比于其他末端驅動康復訓練機器人具有更好的康復性能?；颊呒瓤梢赃x擇用電機帶動運動輔助系統被動的完成康復訓練，也可以選擇用手操作扶手主動地完成康復訓練。本專利技術可以實現四肢協調訓練，既可以用于康復訓練，也可以用于健身訓練，結構簡單，成本較低，適合推廣于一般家庭使用。附圖說明圖1是本專利技術四肢聯動康復訓練機器人的整體結構示意圖。圖2是單側運動輔助系統的結構示意圖。圖中：1-機架2-傳動軸3-從動鏈輪4-運動輔助系統5-鏈條6-主動鏈輪7-減速電機40-凸輪41-第一段曲柄42-凸輪滾子43-第二段曲柄44-扶手45-擺桿46-連桿47-腳踏板A-曲柄旋轉中心B-擺桿旋轉中心C-連桿與腳踏板的鉸接點G-C點的運動軌跡具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術技術方案進行詳細描述。如圖1所示：本專利技術提出的一種可實現正常步態軌跡的四肢聯動康復訓練機器人，包括機架1、動力裝置、傳動系統和兩個腳踏板47；所述傳動系統由主動鏈輪6、鏈條5、從動鏈輪3和傳動軸2組成，所述主動鏈輪6設置在所述減速電機7的輸出軸上；所述機架1的左右兩側對稱地分布有兩套運動輔助系統4，所述動力裝置通過傳動系統與運動輔助系統4相連，為運動輔助體統4提供驅動力。所述兩套運動輔助系統的末端分別連接至兩個腳踏板47。本專利技術中，兩套運動輔助系統4的結構相同，如圖2所示，每套運動輔助系統是由凸輪機構和四桿機構連接組成的凸輪-連桿機構；所述凸輪機構包括通過螺栓固定在所述機架1上的帶有溝槽的凸輪40，所述凸輪40的溝槽內設有凸輪滾子42；所述連桿機構包括依次與長度可變的曲柄相連的連桿46和擺桿45；所述長度可變的曲柄由第一段曲柄41和第二段曲柄43構成，所述第一段曲柄41的一端與所述傳動軸2鍵連接，所述第二段曲柄43的一端與所述凸輪滾子42鉸接，所述第二段曲柄43內設有滑軌，所述第一段曲柄41的另一端插裝在所述第二段曲柄43的滑軌內，并可沿第二段曲柄43的長度方向滑動；所述連桿46的一端與第二段曲柄43的另一端鉸接，所述連桿46另一端與所述擺桿45的一端鉸接，所述擺桿45與機架1鉸接于點B，所述擺桿45的另一端設有扶手44，所述連桿46上的一點C與所述腳踏板47鉸接；所述凸輪機構用于控制曲柄的長度。如圖1所示，兩套運動輔助系統4中的曲柄以180°的相位差安裝。減速電機7通過鏈傳動帶動傳動軸2轉動以帶動整個曲柄轉動，曲柄轉動過程中其長度隨著凸輪40的轉動而改變，運動輔助系統4帶動兩個腳踏板47分別按照如圖2中G所示的運動軌跡循環動作，從而幫助站在兩個腳踏板47上的使用者完成康復訓練。本專利技術既可以通過減速電機7帶動使用者完成被動的康復訓練，也可以通過轉動扶手44主動地完成康復訓練，即所述動力裝置是減速電機7或是兩個設置在兩套運動輔助系統4的擺桿端部的扶手44。若所述動力裝置是減速電機7，則通過傳動裝置與運動輔助系統相連，為運動輔助體統提供驅動力(如前述)。若不用減速電機7驅動，則可以通過轉動扶手44主動地完成康復訓練。在康復訓練的過程中，第一段曲柄41在動力裝置和傳動系統的帶動下，產生旋轉運動，第一段曲柄41的轉動一方面帶動第一段曲柄43的轉動，在踏板47與連桿46的鉸接點處產生特定的運動軌跡，另一方面通過凸輪滾子42在凸輪40的溝槽內沿著曲柄旋轉中心A滾動，進而帶動第一段曲柄41沿著第二段曲柄43的長度方向移動，從而改變第二段曲柄43與連桿46之間的鉸接點到曲柄旋轉中心A的距離。本專利技術通過將曲柄設計為長度可變的曲柄，從而對C點的軌跡進行修正，使腳踏板47的軌跡更加接近人體正常步態軌跡。本專利技術中將兩側的運動輔助系統設計為相同的結構，而且是按照曲柄的相位差為180°安裝，使用者足部與運動輔助系統4的腳踏板47相連，通過腳踏板47引導使用者的足部運動，使用本專利技術進本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種可實現正常步態軌跡的四肢聯動康復訓練機器人，包括機架(1)、動力裝置、傳動系統和兩個腳踏板(47)；所述傳動系統由主動鏈輪(6)、鏈條(5)、從動鏈輪(3)和傳動軸(2)組成，所述主動鏈輪(6)設置在所述減速電機(7)的輸出軸上；所述機架(1)的左右兩側對稱地分布有兩套運動輔助系統(4)，所述兩套運動輔助系統的末端分別連接至兩個腳踏板(47)；其特征在于：兩套運動輔助系統(4)的結構相同；每套運動輔助系統是由凸輪機構和四桿機構連接組成的凸輪?連桿機構；所述凸輪機構包括通過螺栓固定在所述機架(1)上的帶有溝槽的凸輪(40)，所述凸輪(40)的溝槽內設有凸輪滾子(42)；所述連桿機構包括依次與長度可變的曲柄相連的連桿(46)和擺桿(45)；所述長度可變的曲柄由第一段曲柄(41)和第二段曲柄(43)構成，所述第一段曲柄(41)的一端與所述傳動軸(2)鍵連接，所述第二段曲柄(43)的一端與所述凸輪滾子(42)鉸接，所述第二段曲柄(43)內設有滑軌，所述第一段曲柄(41)的另一端插裝在所述第二段曲柄(43)的滑軌內，并可沿第二段曲柄(43)的長度方向滑動；所述連桿(46)的一端與第二段曲柄(43)的另一端鉸接，所述連桿(46)另一端與所述擺桿(45)的一端鉸接，所述擺桿(45)與機架(1)鉸接于點B，所述擺桿(45)的另一端設有扶手(44)，所述連桿(46)上的一點C與所述腳踏板(47)鉸接；所述凸輪機構用于控制曲柄的長度；兩套運動輔助系統(4)中的曲柄以180°的相位差安裝。所述動力裝置是減速電機(7)或是兩個設置在兩套運動輔助系統(4)的擺桿端部的扶手(44)。...
【技術特征摘要】
1.一種可實現正常步態軌跡的四肢聯動康復訓練機器人，包括機架(1)、動力裝置、傳動系統和兩個腳踏板(47)；所述傳動系統由主動鏈輪(6)、鏈條(5)、從動鏈輪(3)和傳動軸(2)組成，所述主動鏈輪(6)設置在所述減速電機(7)的輸出軸上；所述機架(1)的左右兩側對稱地分布有兩套運動輔助系統(4)，所述兩套運動輔助系統的末端分別連接至兩個腳踏板(47)；其特征在于：兩套運動輔助系統(4)的結構相同；每套運動輔助系統是由凸輪機構和四桿機構連接組成的凸輪-連桿機構；所述凸輪機構包括通過螺栓固定在所述機架(1)上的帶有溝槽的凸輪(40)，所述凸輪(40)的溝槽內設有凸輪滾子(42)；所述連桿機構包括依次與長度可變的曲柄相連的連桿(46)和擺桿(45)；所述長度可變的曲柄由第一段曲柄(41)和...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李力力，項忠霞，邵一鑫，趙凱琳，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津;12
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