本发明专利技术公开一种下肢关节康复训练机器人，属于医疗设备领域。所述机器人包括踝关节装置、膝关节装置、髋关节装置、机械腿大腿调节装置、机械腿小腿调节装置、腿部运动预测装置、机架；踝关节装置采用电机直接驱动、锥齿轮传动，脚踏板装有压力传感器，可检测足底力预测踝关节的运动意图；膝关节和髋关节装置采用高速级同步带、低速级齿轮传动，机械腿大腿和小腿调节装置分别采用电动推杆和直线滑轨构成的摆动推杆滑块机构，可实现机械腿长度的调节以适应不同身高患者；腿部运动预测装置安装有压力传感器，能够直接判断髋关节和膝关节的运动趋势，结合踏板处装有的压力传感器，能够预测人体下肢运动意图，完成柔顺的辅助康复训练。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种下肢关节康复训练机器人，属于医疗设备领域。所述机器人包括踝关节装置、膝关节装置、髋关节装置、机械腿大腿调节装置、机械腿小腿调节装置、腿部运动预测装置、机架；踝关节装置采用电机直接驱动、锥齿轮传动，脚踏板装有压力传感器，可检测足底力预测踝关节的运动意图；膝关节和髋关节装置采用高速级同步带、低速级齿轮传动，机械腿大腿和小腿调节装置分别采用电动推杆和直线滑轨构成的摆动推杆滑块机构，可实现机械腿长度的调节以适应不同身高患者；腿部运动预测装置安装有压力传感器，能够直接判断髋关节和膝关节的运动趋势，结合踏板处装有的压力传感器，能够预测人体下肢运动意图，完成柔顺的辅助康复训练。【专利说明】一种下肢关节康复训练机器人
本专利技术涉及一种下肢关节康复训练机器人，属于医疗设备领域。
技术介绍
近年来，康复机器人以其自动化、精确化以及智能化的特点开始逐渐替代传统的人工物理治疗。康复机器人可分为辅助型和治疗型两种，其中治疗型下肢康复机器人可以划分为单自由度和多自由度下肢康复机器人。单自由度下肢康复训练机器人运动单一，其应用范围仅限于局部关节的康复，无法实现腿部各个关节的协调运动，训练效果不佳；多关节下肢康复训练机器人能够帮助患者进行多种多样的主被动训练，根据患者的情况确定个性化的训练模式。目前，国内医院应用的下肢康复设备大多为单自由度康复训练器，多自由度下肢康复训练机器人主要依赖进口，价格昂贵。近几年，国内开始对多自由度下肢康复训练机器人进行研究，申请公布号为⑶102949281八的中国专利技术专利公开了一种下肢关节康复机器人，用于对下肢残障者进行被动、主动和助力训练。该专利技术技术方案存在下列不足:采用低速级同步带传动方案机械腿在运动过程容易发生微颤，机械腿在运动过程容易发生微颤；在机械腿长度调节方式上，采用丝杠螺母传动和侧向燕尾槽导向，存在运动间隙。
技术实现思路
针对上述存在问题，本专利技术旨在提供一种可用于坐卧式下肢康复的、结构合理、安全性高、成本低的机器人。 本专利技术目的通过下述技术方案来实现:一种下肢关节康复机器人，包括踝关节装置、膝关节装置、髋关节装置、机械腿大腿调节装置、机械腿小腿调节装置、机架，膝关节动力组件整体后置于髋关节后部，髋关节动力组件整体设置于机架上，其特征在于: (1)所述踝关节装置包括电机驱动部分、脚踏板部分、踝关节支架和小腿内套，电机驱动部分安装在踝关节支架上，踝关节支架和脚踏板部分通过前、后踏板支杆相连；电机经减速器减速后，与动输出轴相连接的锥齿轮与固连在小腿内套的不完全锥齿轮的啮合传动实现了踝关节的运动；不完全锥齿轮的自身结构使锥齿轮的转动限定于一定的范围内，小腿内套的结构构成机械限位，踝关节转动到极限位置时，小腿内套触发限位开关，限位开关发出信号限制电机转动，构成电器限位，通过控制器设定编码器的脉冲数控制电机的运动极限位置，构成软件限位；踏板骨架的一端对称安装有两个压力传感器，其中，上压力传感器用螺栓和踏板骨架连接并预紧，下压力传感器用螺栓通过传感器底座和踏板骨架连接并预紧，传感器触点框固定在踏板上盖上，踏板骨架的另一端通过踏板转轴和踏板支架相连，踏板支架用螺栓固定在踏板上盖上；康复训练时，把患者脚部通过扣带固定在踏板上盖，上压力传感器产生压力信号，表示脚前掌对踏板上盖施加压力，下压力传感器产生压力信号，表示脚后掌对踏板上盖施加压力，根据压力与力臂的乘积来计算踝关节所受力矩和方向； (2)所述膝关节装置包括由电机、相对位置编码器、制动器、扭矩传感器、绝对位置编码器、限位开关组成的电器部件，以及由谐波减速器、带轮、齿轮、同步带、发信凸轮、绳轮组构成的传动部件；电机的动力传递给主动带轮和主动带轮，主动带轮通过同步带与被动带轮相连，被动带轮与制动器相连，电机失控或发生危险时，由制动器紧急制动，保证患者安全；另一个主动带轮通过同步带与被动带轮相连，被动带轮与谐波减速器的输入轴相连，谐波减速器的输出轴与主动齿轮相连，主动齿轮通过介轮带动从动齿轮转动，从动齿轮与扭矩传感器的一端相连，扭矩传感器的另一端与小腿机架相连，从而带动小腿机架转动，实现了膝关节的运动；所述扭矩传感器配置有膝关节扭矩传感器配卸荷装置，绝对位置编码器配置有膝关节绝对位置编码器卸荷装置，可在掉电情况下记录膝关节的转动角度，避免了开机后、训练前对膝关节的原点复位；安装在从动齿轮轴上的发信凸轮与安装在小腿机架上的限位开关组合来控制膝关节的极限运动范围，形成电器限位，通过控制器设定带有相对位置编码器的电机的运动极限位置，实现膝关节在正常运动范围内运动，构成软件限位； (3)所述髋关节装置包括由电机、相对位置编码器、制动器、扭矩传感器、绝对位置编码器、限位开关构成的电器部件，以及由谐波减速器、带轮、齿轮、同步带构成的传动部件；电机的动力传递给两个主动带轮，一个主动带轮通过同步带与被动带轮相连，被动带轮与制动器相连，电机失控或发生危险时，由制动器紧急制动，另一个主动带轮通过同步带与被动带轮相连，被动带轮经谐波减速器减速与主动齿轮相连，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮与髋关节摆动支架固定，从而带动髋关节机架转动，实现髋关节的运动；绝对位置编码器配置有发信组件；安装在从动齿轮上的撞块和安装在髋关节绝对位置编码器发信组件上的限位开关组合来控制髋关节的极限运动范围，实现电器限位，通过控制器设定带有相对位置编码器的电机的运动极限位置，实现髋关节在正常运动范围内运动，构成软件限位。 (4)所述机械腿大腿调整装置包括电动推杆、直线滑块、直线导轨；电动推杆的固定端通过顶端转轴与大腿支撑机架相连、伸缩端通过底端转轴与横梁相连，横梁与髋关节摆动支架相对固定，大腿支撑机架和直线滑块固定连接，直线导轨与加强底板固定连接，电动推杆、直线滑块和直线导轨构成一个摆动推杆滑块机构，启动电动推杆时，直线滑块相对直线导轨运动，从而机械腿大腿可进行长度调节；电动推杆可绕顶端转轴和底端转轴转动；电动推杆内置的位移传感器能在掉电情况下记录大腿的伸缩量，调节后的大腿长度根据位移传感器自动设定。 (5)所述机械腿小腿调整装置包括电动推杆、直线滑块、直线导轨；电动推杆的固定端通过顶端转轴与小腿支架相连，伸缩端通过底端转轴与小腿内套相连，顶端转轴通过转动轴座与小腿机架相对固定，底端转轴与小腿内套相对固定，直线滑块与小腿内套固定连接，直线导轨与小腿机架固定连接，电动推杆、直线滑块、直线导轨、小腿机架和小腿内套构成一个摆动推杆滑块机构，启动电动推杆，直线滑块相对直线导轨运动，从而小腿可进行长度调节；电动推杆可绕顶端转轴和底端转轴转动；电动推杆内置的位移传感器能在掉电情况下记录小腿的伸缩量，调节后的小腿长度根据绝对位移传感器自动设定。 本专利技术还包括腿部运动预测装置，所述腿部运动预测装置包括上、下压力传感器、绑带支架、悬挂板、压板、转轴和绑带；绑带和绑带支架相连，上、下压力传感器通过螺钉固定在绑带支架上，绑带支架可绕转轴转动，悬挂板和压板固定连接在大腿机架上；康复训练时，把患者大(小)腿部通过绑带固定在绑带支架上，上压力传感器产生压力信号，表示腿部向上施力，有向上运动趋势；下压力传感器产生压力信号，表示腿部向下施力，有向下运动趋本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种下肢关节康复机器人，包括踝关节装置(1)、膝关节装置(2)、髋关节装置(3)、机械腿大腿调节装置(4)、机械腿小腿调节装置(5)、机架(7)，膝关节动力组件整体后置于髋关节后部，髋关节动力组件整体设置于机架上，其特征在于：(1)所述踝关节装置包括电机驱动部分、脚踏板部分、踝关节支架和小腿内套，电机驱动部分安装在踝关节支架(109)上，踝关节支架和脚踏板部分通过前、后踏板支杆(116，115)相连；电机101经减速器107减速后，与动力输出轴相连接的锥齿轮(102)与固连在小腿内套(111)的不完全锥齿轮(106)的啮合传动实现了踝关节的运动；不完全锥齿轮的自身结构使锥齿轮的转动限定于一定的范围内，小腿内套自身结构构成机械限位，踝关节转动到极限位置时，小腿内套触发限位开关(105)，该限位开关发出信号限制电机转动，构成电器限位，通过控制器设定编码器(104)的脉冲数控制电机的运动极限位置，构成软件限位；踏板骨架(114)的一端对称安装有两个压力传感器，其中，上压力传感器(112)用螺栓和踏板骨架连接并预紧，下压力传感器(113)用螺栓通过传感器底座(119)和踏板骨架连接并预紧，传感器触点框(117)固定在踏板上盖(118)上，踏板骨架的另一端通过踏板转轴(121)和踏板支架(122)相连，踏板支架用螺栓固定在踏板上盖上；康复训练时，把患者脚部通过扣带固定在踏板上盖，上压力传感器产生压力信号，表示脚前掌对踏板上盖施加压力，下压力传感器产生压力信号，表示脚后掌对踏板上盖施加压力，根据压力与力臂的乘积来计算踝关节所受力矩和方向；(2)所述膝关节装置包括由电机(201)、相对位置编码器(214)、制动器(204)、扭矩传感器(228)、绝对位置编码器(221)、限位开关(216)组成的电器部件，以及由谐波减速器(229)、带轮(202，203，225，227)、齿轮(211，212，213)、同步带(209，226)、发信凸轮(215)、绳轮组构成的传动部件；电机(201)的动力传递给主动带轮(202)和主动带轮(203)，主动带轮(202)通过同步带(226)与被动带轮(225)相连，被动带轮(225)与制动器(204)相连，电机失控或发生危险时，由制动器紧急制动，保证患者安全；另一个主动带轮(203)通过同步带(209)与被动带轮(227)相连，被动带轮与谐波减速器(229)的输入轴相连，谐波减速器的输出轴与主动齿轮(212)相连，主动齿轮(212)通过介轮(211)带动从动齿轮(213)转动，从动齿轮(213)与扭矩传感器(228)的一端相连，扭矩传感器(228)的另一端与小腿机架(507)相连，从而带动小腿机架转动，实现了膝关节的运动；所述扭矩传感器(228)配置有膝关节扭矩传感器卸荷装置；所述绝对位置编码器配置有膝关节绝对位置编码器卸荷装置，可在掉电情况下记录膝关节的转动角度；安装在从动齿轮轴上的发信凸轮(215)与安装在小腿机架上的限位开关(216)组合来控制膝关节的极限运动范围，形成电器限位，通过控制器设定带有相对位置编码器(214)的电机(201)的运动极限位置，实现膝关节在正常运动范围内运动，构成软件限位；(3)所述髋关节装置包括由电机(301)、相对位置编码器(326)、制动器(306)、扭矩传感器(308)、绝对位置编码器(309)、限位开关(314)构成的电器部件，以及由谐波减速器(328)、带轮(302，303，304，315)、齿轮(318，319)、同步带(305，316)构成的传动部件；电机(301)的动力传递给两个主动带轮(302，303)，一个主动带轮(302)通过同步带(305)与被动带轮(304)相连，被动带轮(304)与制动器(306)相连，电机(301)失控或发生危险时，由制动器(306)紧急制动，另一个主动带轮(303)通过同步带(316)与被动带轮(315)相连，被动带轮(315)经谐波减速器(328)减速与主动齿轮(318)相连，主动齿轮(318)带动从动齿轮(319)转动，从动齿轮(319)与髋关节摆动支架固定，从而带动髋关节机架转动，实现髋关节的运动；绝对位置编码器(309)配置有髋关节绝对位置编码器发信组件；安装在从动齿轮(319)上的撞块(313)和安装在髋关节绝对位置编码器发信组件上的限位开关(314)组合来控制髋关节的极限运动范围，实现电器限位，通过控制器设定带有相对位置编码器(326)的电机(301)的运动极限位置，实现髋关节在正常运动范围内运动，构成软件限位。(4)所述机械腿大腿调整装置包括电动推杆(401)、直线滑块(402)、直线导轨(403)；电动推杆(401)的固定端通过顶端转轴(404)与大腿支撑机架(206)相连、伸缩端通过底端转轴(406)与横梁(40...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪波，胡国清，何丽，桑凌峰，张冬，许朋，王帅帅，邸海涛，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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