阅读说明：本技术 一种下肢康复机器人 (Lower limb rehabilitation robot ) 是由 杨炽夫 岳建民 王玉君 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种下肢康复机器人,包括支撑板、下肢辅助运动结构、连接部和髋关节驱动缸,支撑板上设有第一安装架,下肢辅助运动结构设于第一安装架之上,连接部为半包围形的连接部,连接部一端与第一安装架固定,另一端与髋关节驱动缸的活塞杆铰接,下肢辅助运动结构包括垂直杆、大腿杆、大腿杆驱动缸、小腿杆、小腿杆驱动缸和踝关节辅助运动结构,本发明提供的下肢康复机器人,用于带动下肢运动功能障碍患者的下肢完成髋关节开/合、大腿抬起/下落、小腿抬起/下落或踝关节三自由度旋转中一项或多项动作。(The invention discloses a lower limb rehabilitation robot which comprises a supporting plate, a lower limb auxiliary motion structure, a connecting part and a hip joint driving cylinder, wherein a first mounting frame is arranged on the supporting plate, the lower limb auxiliary motion structure is arranged on the first mounting frame, the connecting part is a semi-surrounding connecting part, one end of the connecting part is fixed with the first mounting frame, the other end of the connecting part is hinged with a piston rod of the hip joint driving cylinder, and the lower limb auxiliary motion structure comprises a vertical rod, a thigh rod driving cylinder, a shank rod driving cylinder and an ankle joint auxiliary motion structure.)

一种下肢康复机器人

技术领域

本发明涉及医疗用康复机器人技术领域，具体涉及一种下肢康复机器人。

背景技术

我国残疾人的数量巨大,普通日常生活中，残疾患者因为身体方面原因给生活带来了诸多不便，这不仅包含身体缺陷，以及在社会中会遭到各种各样的歧视。

对于常见的下肢肢体残疾患者，由于患者的肢体长期缺少有效地运动锻炼，会引起关节及肌肉处血液循环减少，血液无法在组织中顺畅的流动，使身体的抵抗力下降，进而引发各种疾病，如肌肉萎缩、韧带缩短、关节僵硬，或出现异常的运动模式。

医学理论和临床医学证明，对于肢体伤残人员，需通过必要的前期手术治疗，以及药物的配合治疗，后期仍然需要使用科学的肢体训练方法才能更好的使患者肢体恢复到较好的状态。

传统的康复训练治疗活动多需要在治疗师的指导下、借助简单器具来完成。下肢康复机器人是辅助下肢运动功能障碍患者完成临床上要求的康复训练内容, 并能向患者和治疗师提供反馈信息的辅助康复治疗自动化设备，使患肢逐渐恢复失去的运动功能。

鉴于此，特提出此发明。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种下肢康复机器人,用于带动下肢运动功能障碍患者的下肢完成髋关节开/合、大腿抬起/下落、小腿抬起/下落或踝关节三自由度旋转中一项或多项动作，进而完成下肢康复训练。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种下肢康复机器人，包括支撑板、下肢辅助运动结构、连接部和髋关节驱动缸；支撑板上设有第一安装架，下肢辅助运动结构设于第一安装架之上，第一安装架底部镶嵌有滚珠；连接部为半包围形的连接部，连接部一端与第一安装架固定，另一端与髋关节驱动缸的活塞杆铰接，髋关节驱动缸的活塞杆伸缩时带动连接部以其拐点为圆心转动；下肢辅助运动结构包括垂直杆、大腿杆、大腿杆驱动缸、小腿杆、小腿杆驱动缸和踝关节辅助运动结构，垂直杆固设于第一安装架，大腿杆铰接于垂直杆顶端，大腿杆另一端与小腿杆铰接，小腿杆另一端固设踝关节辅助运动结构，大腿杆驱动缸的活塞杆伸缩时带动大腿杆转动，小腿杆驱动缸的活塞杆伸缩时带动小腿杆转动。

进一步，连接部包括一体成型的第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆，第一连接杆一端与第一安装架安装在一起，第一连接杆另一端与第二连接杆连接，第二连接杆另一端与第三连接杆连接，第一连接杆和第三连接杆相互平行，第一连接杆长于第三连接杆，髋关节驱动缸的活塞杆与第三连接杆远离第二连接杆的一端铰接形成转动副，髋关节驱动缸的活塞杆伸缩时带动连接部以第二连接杆与第三连接杆的连接点为圆心转动。

进一步，垂直杆安装于第一安装架前侧，大腿杆设于垂直杆上方，大腿杆靠近底架的一端为大腿杆髋关节端，另一端为大腿杆膝关节端，大腿杆髋关节端与垂直杆顶端铰接形成转动副，大腿杆驱动缸饺接于第一安装架后侧形成转动副，大腿杆髋关节端朝向底架的一侧安装有一角钢，角钢另一面安装有一与大腿杆平行的第四连接杆，第四连接杆另一端朝向第一安装架后侧且与大腿杆驱动缸的活塞杆的铰接形成转动副。

进一步，小腿杆为角形杆，这里所述的角形杆角的大小范围为135°±25°，小腿杆上端为小腿杆膝关节端，另一端为小腿杆踝关节端，小腿杆的拐角与大腿杆膝关节端铰接形成转动副，大腿杆上侧安装有第二安装架，第二安装架的上侧与大腿杆平行，小腿杆驱动缸铰接于第二安装架上侧形成转动副，小腿杆驱动缸的活塞杆与小腿杆膝关节端铰接形成转动副。

进一步，踝关节辅助运动结构是基于Stewart平台的六自由度机器人结构。

进一步，本发明的康复机器人还包括底架，所述支撑板、下肢辅助运动结构、连接部和髋关节驱动缸均为两组，分别设于底架左右两侧。

进一步，本发明的康复机器人还包括座椅，座椅设于底架之上，座椅包括坐垫和背垫，背垫为具有俯功能的背垫。

进一步，座椅包括坐垫、连接板、背垫和背垫驱动缸，坐垫安装于底架之上，连接板为角形板，这里所述的角形板角的大小范围为135°±25°，连接板的拐角与坐垫后侧铰接形成转动副，连接板上端朝向坐垫的一侧安装有连接架，背垫安装于连接架之上，背垫左右两侧安装有扶手，背垫驱动缸铰接于底架之上形成转动副，且位于连接板下端远离坐垫的一侧，背垫驱动缸的活塞杆与连接板下端铰接形成转动副。

本发明的有益效果是：

（1）髋关节驱动缸的活塞杆伸缩时带动连接部以其拐点为圆心转动，连接部转动时带动第一安装架上的下肢辅助运动结构转动，实现髋关节开/合，第一安装架底部镶嵌有滚珠，使得第一安装架在支撑板上转动时更加流程。

（2）大腿杆驱动缸的活塞杆伸缩时带动大腿杆转动，实现大腿抬起/下落，小腿杆驱动缸的活塞杆伸缩时带动小腿杆转动，实现小腿抬起/下落，踝关节辅助运动结构用于实现踝关节三自由度旋转。

（3）座椅中的背垫具有俯仰功能，可调节患者上身角度，使患者在不同上身角度下完成髋关节开/合、大腿抬起/下落、小腿抬起/下落和踝关节三自由度旋转。

附图说明

图1为康复机器人的整体结构图；

图2为左支撑板和左下肢辅助结构的结构图；

图3为髋关节开合的原理图；

图4为大腿杆抬起/落下的原理图；

图5为小腿杆抬起/落下的原理图；

图6为大腿杆和小腿杆优选的结构图；

图7为长度可调节结构的原理图；

图8为座椅优选的结构图；

图9为座椅俯仰的原理图。

图中：1-底架，2-左支撑板，3-右支撑板，4-左下肢辅助运动结构，5-右下肢辅助运动结构，6-第一安装架,7-滚珠,8-髋关节驱动缸, 9-第一连接杆,10-第二连接杆,11-第三连接杆, 12-垂直杆, 13-大腿杆, 14-大腿杆驱动缸, 15-小腿杆, 16-小腿杆驱动缸,17-踝关节辅助运动结构,18-角钢,19-第四连接杆,20-第二安装架, 21-固定杆，22-导杆，23-调节杆，24-第一固定套，25-第二固定套，26-轴承，27-螺杆套，28-螺母，29-螺杆,30-绷带板,31-长条形的孔, 32-坐垫，33-连接板，34-背垫，35-背垫驱动缸，36-连接架，37-扶手。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示,一种下肢康复机器人，包括底架1、左支撑板2、右支撑板3、左下肢辅助运动结构4、右下肢辅助运动结构5和座椅，左支撑板2和右支撑板3分别设于底架1左右两侧，左下肢辅助运动结构4和右下肢辅助运动结构5分别设于左支撑板2和右支撑板3之上且伸出底架1前侧，左下肢辅助运动结构4和右下肢辅助运动结构5朝向底架1的一侧分别用于固定患者左下肢和右下肢，座椅设于底架1之上。

本实施例的机器人，使用时患者坐在座椅上，然后将左下肢和右下肢分别固定于左下肢辅助运动结构4和右下肢辅助运动结构5，左下肢辅助运动结构4和右下肢辅助运动结构5带动患者的下肢完成髋关节开/合、大腿抬起/下落、小腿抬起/下落或踝关节三自由度旋转中一项或多项动作，进而完成下肢康复训练。

左下肢辅助运动结构4和右下肢辅助运动结构5分别设于左支撑板2和右支撑板3之上，且左下肢辅助运动结构4与右下肢辅助运动结构5左右对称，下面以左支撑板2和左下肢辅助结构为例展开说明具体结构。

如图2所示,左支撑板2安装于底架1左侧，且水平设置，左支撑板2上设有第一安装架6，左下肢辅助结构设于第一安装架6之上，第一安装架6底部镶嵌有滚珠7，滚珠7用于支撑第一安装支架，滚珠7使得第一支架和左支撑板2发生相对运动时二者间的摩擦力为滚动摩擦力，因此在滚珠7的作用下，第一安装架6受较小的外力就可在做支撑板上运动，进而带动左下肢辅助结构运动。

如图2~3所示,本实施例的机器人，还包括连接部和髋关节驱动缸8，连接部设于位于左支撑板2朝向底架1的一侧，且水平设置，连接部包括一体成型的第一连接杆9、第二连接杆10和第三连接杆11，第一连接杆9一端与第一安装架6安装在一起，第一连接杆9另一端与第二连接杆10连接，第二连接杆10另一端与第三连接杆11连接，第一连接杆9和第三连接杆11相互平行，第一连接杆9长于第三连接杆11，第二连接杆10和第三连接杆11的连接处通过轴承安装在底架1内，使得连接部在外力的作用下可在底架1上以该轴承为圆心旋转，髋关节驱动缸8位于左支撑板2朝向底架1的一侧，铰接于底架1内形成运动副，髋关节驱动缸8的活塞杆与第三连接杆11远离第二连接杆10的一端铰接形成转动副。

如图3所示,髋关节驱动缸8的活塞杆缩回/伸出时，带动连接部向右/向左旋转，进而第一连接杆9带动第一安装架6向右/向左旋转，进而第一安装架6带动左下肢辅助运动结构4向右/向左旋转，进而完成左下肢髋关节的开/合的康复训练。

如图2所示,左下肢辅助运动结构4包括垂直杆12、大腿杆13、大腿杆驱动缸14、小腿杆15、小腿杆驱动缸16和踝关节辅助运动结构17(踝关节辅助运动结构17见图1)。

如图2、4所示,垂直杆12安装于第一安装架6前侧，这里所述的第一安装架6前侧与底架1前侧为同方向的一侧，大腿杆13设于垂直杆12上方，大腿杆13靠近底架1的一端为大腿杆13髋关节端，另一端为大腿杆13膝关节端，大腿杆13髋关节端与垂直杆12顶端铰接形成转动副，大腿杆驱动缸14饺接于第一安装架6后侧形成转动副，大腿杆13髋关节端朝向底架1的一侧安装有一角钢18，角钢18另一面安装有一与大腿杆13平行的第四连接杆19，第四连接杆19另一端朝向第一安装架6后侧且与大腿杆驱动缸14的活塞杆的铰接形成转动副。大腿杆驱动缸14的活塞杆伸出/缩回时，通过第四连接杆19和角钢18带动大腿杆13以垂直杆12顶端为支点落下/抬起，进而完成左下肢大腿抬起/下落的康复训练。

如图2、5所示,小腿杆15为角形杆，这里所述的角形杆角的大小范围为135°±25°，本实施例中角形杆角的大小为135°，小腿杆15上端为小腿杆15膝关节端，另一端为小腿杆15踝关节端，小腿杆15的拐角与大腿杆13膝关节端铰接形成转动副，大腿杆13上侧安装有第二安装架20，第二安装架20的上侧与大腿杆13平行，小腿杆驱动缸16铰接于第二安装架20上侧形成转动副，小腿杆驱动缸16的活塞杆与小腿杆15膝关节端铰接形成转动副。小腿杆驱动缸16的活塞件伸出/缩回时，带动小腿杆15下落/抬起，进而完成左下肢小腿下落/抬起的康复训练。

如图1所示,踝关节辅助运动结构17安装于小腿杆15踝关节端朝向底架1内的一侧，踝关节辅助运动结构17是基于Stewart平台的六自由度机器人结构，基于Stewart平台的六自由度机器人结构属于现有技术，这里不再展开赘述。

如图6~7所示,本实施例优选的，大腿杆13和小腿杆15长度可调节，二者均包括固定杆21、导杆22、调节杆23、第一固定套24、第二固定套25、轴承26、螺杆套27、螺母28和螺杆29。导杆22安装于固定杆21一端，调节杆23套设在导杆22外，调节杆23在导杆22上可以做往复运动，固定杆21长度、调节杆23长度和二者之间的长度三部分构成了大腿杆13/小腿杆15的长度，调节杆23在导杆22上做往复运动实现大腿杆13/小腿杆15的长度的调节。第一固定套24安装于固定杆21之上，第二固定套25安装于调节杆23之上，轴承26安装于第二固定套25内，即轴承26的外圈与第一固定套24安装在一起，螺杆套27一端通过过盈配合安装在轴承26的内圈内，另一端朝向第二固定套25，螺母28安装在螺杆套27朝向第二固定套25的一端外，螺杆套27内设有内螺纹，螺杆29从螺杆套27穿过一端安装于第二固定套25，螺杆套27的内螺纹和螺杆29的外螺纹形成螺旋副。旋转螺母28时，螺杆29在螺杆套27内做往复运动，进而带动调节杆23在导杆22上往复运动，进而实现大腿杆13和小腿杆15长度的调节。

如图6所示,本实施例优选的，大腿杆13上下两侧各安装有一块朝向底架1一侧眼神的绷带板30，且两块绷带板30靠近底架1的一侧开设有长条形的孔31，使用时将一绷带穿过两块绷带板30的长条形的孔31并固定，通过绷带固定患者的大腿。

如图6所示,本实施例优选的，小腿杆15上下两侧各安装有一块朝向底架1一侧眼神的绷带板30，且两块绷带板30靠近底架1的一侧开设有长条形的孔31，使用时将一绷带穿过两块绷带板30的长条形的孔31并固定，通过绷带固定患者的小腿。

如图8~9所示,本实施例优选的，座椅为具有俯仰功能的座椅，座椅包括坐垫32、连接板33、背垫34和背垫驱动缸35，其中坐垫32固定不动，背垫34具有俯仰功能，坐垫32安装于底架1之上，连接板33为角形板，这里所述的角形板角的大小范围为135°±25°，本实施例中角形板角的大小为135°，连接板33的拐角与坐垫32后侧铰接形成转动副，这里所述的坐垫32后侧与底架1后侧为同方向的一侧，连接板33上端朝向坐垫32的一侧安装有连接架36，背垫34安装于连接架36之上，背垫34左右两侧安装有扶手37，背垫驱动缸35铰接于底架1之上形成转动副，且位于连接板33下端远离坐垫32的一侧，背垫驱动缸35的活塞杆与连接板33下端铰接形成转动副，座椅驱动缸的活塞杆缩回/伸出时，通过连接板33带动背垫34动作，实现背垫34的俯仰。

需要说明的是，本实施例中所述的安装，若无特殊解释，可采用螺丝或焊接等方式完成，使得被安装在一起的二者固定在一起，无法发生相对运动，本实施例优选的方案为预先开设定位孔，然后通过螺丝安装，使得机器人具有可快速安装、且方便拆卸的有益效果。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。