一种支持全向移动的下肢康复助行机器人及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，其中车体模块用于机器人的全向移动以实现与使用者的协同运动；升降模块连接在车体模块上，用于扶持与减轻使用者负载；支撑模块连接在升降模块上，具有三个被动自由度，用于给使用者一定自由运动空间，实现使用者和机器人的柔性连接，并检测使用者的位移信息；拉力模块连接在支撑模块上，用于检测使用者与机器人之间的相互作用力，并为机器人的车体模块和升降模块的控制提供反馈信息；快接模块与拉力模块相连，用于使用者和机器人之间的快速连接与分离。本发明专利技术还涉及上述机器人的控制方法。本发明专利技术能跟随病人进行全方位移动，使病人在真实的步行条件下进行康复运动。

Lower limb rehabilitation walking aid robot capable of supporting omnidirectional movement and control method thereof

The lower limb rehabilitation robot walker the invention relates to an omnidirectional mobile support, wherein the body module is used to realize the omnidirectional mobile robot and cooperative movement of users; lifting module connected to the vehicle body module, to support and reduce the user load; support module is connected with the lifting module, with three passive degrees of freedom, for the user a free movement space, flexible connection realize users and robots, and detection of displacement information of users; the tension module is connected in the support module, for the interaction between the user and the robot detection and control, vehicle module and lifting modular robot provide feedback information; quick connect module is connected with the pull module for fast connection between the user and the robot and separation. The invention also relates to a control method for the robot. The invention can carry out omni-directional movement with the patient so that the patient can perform rehabilitation movement under the real walking condition.

【技术实现步骤摘要】
一种支持全向移动的下肢康复助行机器人及控制方法
本专利技术涉及康复医疗器械
，特别是涉及一种支持全向移动的下肢康复助行机器人。
技术介绍
据资料统计，我国现有脑卒中患者约为1000多万人，每年新增患者超过250余万人，且随着老龄化的加剧，患者人数会不断增加。在这些患者中，有70％～80％的患者会留有不同程度的下肢运动障碍。但医学研究显示，这种神经损伤引起的运动功能障碍是可以通过针对肢体的特定功能进行主动或者被动的重复性训练来进行治疗的。在传统的康复运动训练治疗过程中，患者通常需要由医生辅助进行各单项或综合项目的运动训练，但这存在一定的局限性：1、相对于庞大的患者群，医生的人数极其不足；2、医生的劳动强度大，难以长时间帮助患者进行康复训练，容易导致训练时间少于取得最佳治疗效果所必需的时间；3、训练时医生常需要采取不合理的站坐姿，这会对医生的健康产生不利影响；4、不能进行重复训练和治疗效果的实时监测，没有对患者的直接反馈，不利于根据恢复效果调整训练计划。基于以上几点，因此急需开发下肢康复机器人来辅助医生进行康复训练。目前主流的下肢康复机器人类型为外骨骼式、把手扶持式及绳索驱动式三种。专利CN102670379A公开了一种移动式可穿戴下肢康复机器人，该机器人包括外骨骼支架和下肢外骨骼，其中：下肢外骨骼用于患者行走，并提供步态分析和康复训练；外骨骼支架则用来固定患者和康复机器人，支架底座四个端部均安装有支架滚轮。专利CN101803988公开了一种多功能助立助行康复机器人。该机器人包括机械助立装置、底盘移动装置、监测控制装置。机械助立装置通过电动推杆带动扶手装置，辅助病人摆动双臂。底盘通过四个麦克纳姆轮和四个电机实现全方位移动。监控装置包括视觉传感器、测距传感器、六维力传感器和压力传感器阵列。专利CN101862255A公开了一种绳索牵引下肢步态康复机器人，该机器人包括框架、跑步机、绳索牵引系统、连杆系统和角度传感器。该机器人通过绳索牵引方式帮助使用者进行康复训练。外骨骼式康复机器人主要针对完全没有行走能力或行走能力极其低下的患者。由于采用外骨骼假肢机构强制带动病人进行运动这种康复方式，其对患者行走中骨盆和下肢的活动自由度会有很大的限制作用，从而容易使肌肉的运动发力模式与正常人不一样。把手扶持式康复机器人要求病人依靠手部力量支撑身体，对病人体力要求较高，且不适用于手部受伤或手部力量较弱的病人。对正常步行康复，难于进行手脚协调康复训练。绳索驱动式康复机器人结构简单，但体积一般较大，通常适用于跑步机等底盘固定式康复器械，在应用于移动式康复器械时，由于绳索上分力的存在，减重控制难以较高的精度。此外，上述专利中提到的康复机器人，均不具备帮助病人做横向、旋转、斜向等运动时的康复训练。如专利CN102670379A，没有闭环反馈，缺乏对病人步行状态的自适应调整功能。专利CN101803988，采用测距传感器监测病人步态，不能对病人的横向运动，斜向运动或者旋转等进行检测，不能使机器人做相应运动，从而配合病人进行康复治疗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，能跟随病人进行全方位移动，使病人在真实的步行条件下进行康复运动。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，包括车体模块、升降模块、支持模块、拉力模块和快接模块，其特征在于，所述车体模块用于机器人的全向移动以实现与使用者的协同运动；所述升降模块连接在所述车体模块上，用于扶持与减轻使用者负载；所述支撑模块连接在所述升降模块上，具有三个被动自由度，用于给使用者一定自由运动空间，实现使用者和机器人的柔性连接，并检测使用者的位移信息；所述拉力模块连接在所述支撑模块上，用于检测使用者与机器人之间的相互作用力，并为机器人的车体模块和升降模块的控制提供反馈信息；所述快接模块与拉力模块相连，用于使用者和机器人之间的快速连接与分离。所述车体模块包括车架、麦克纳姆轮、传动机构、驱动机构、安装平台和控制箱；所述车架下端安装有麦克纳姆轮、上端安装有用于安装升降模块的安装平台；所述车架上还设有控制箱；所述控制箱控制所述驱动机构带动传动机构驱动所述麦克纳姆轮形成不同的运动组合，实现全方位运动。所述传动机构为同步带及同步带轮；所述驱动机构为伺服电机和行星减速器；所述伺服电机与行星减速器相连并安装在车架两侧的中间位置；所述麦克纳姆轮和行星减速器通过同步带及同步带轮相连；所述控制箱安装在车架后侧，所述安装平台连接在车架后侧的中间位置。所述升降模块包括导轨架、第一直线导轨、第一滑块、升降机构和执行机构；所述直线导轨安装在导轨架上，所述第一滑块安装在第一直线导轨上；所述支撑模块通过升降机构与第一滑块相连；所述执行机构带动升降机构上的支撑模块沿着所述第一直线导轨上下移动。所述升降机构包括滚珠丝杠和安装在滚珠丝杠上的丝杠螺母，所述执行机构为齿轮箱；所述导轨架由多个方钢焊接而成，底部焊接一块平板作为导轨架底部安装板；所述齿轮箱安装在导轨架底部安装板的上侧；所述第一直线导轨安装在导轨架两侧；所述滚珠丝杠安装在导轨架中间位置，滚珠丝杠通过第一联轴器与所述齿轮箱的输出轴相连；所述齿轮箱上的电机转动带动滚珠丝杠转动，从而使得螺母上下运动。所述支撑模块包括升降连接板、下导轨安装板、上导轨安装板、旋转机构和旋转支撑臂；所述升降连接板与升降模块连接在一起；所述下导轨安装板通过第一夹层机构叠在所述升降连接板上，所述上导轨安装板通过第二夹层机构叠在所述下导轨安装板上；所述第一夹层机构和第二夹层机构用于实现前后左右四个方向的运动自由度的调整；所述旋转支撑臂通过旋转机构安装在所述上导轨安装板上，并能在所述上导轨安装板所在的周面上旋转；所述旋转支撑臂的末端用于连接所述拉力模块。所述旋转机构包括交叉滚子轴承和连接轴；所述交叉滚子轴承外圈与所述上导轨安装板螺纹连接，内圈与所述连接轴螺纹连接；所述连接轴套入所述旋转支撑臂的孔中，并在旋转支撑臂的上表面处固定连接。所述支撑模块还包括限位机构，所述限位机构包括限位销和限位挡块；所述限位销安装在所述支撑臂的下表面，所述限位挡块安装在所述上导轨安装板上，所述限位销一端受限于所述限位挡块，实现对旋转支撑臂的旋转角度进行限位。所述第一夹层机构包括第二滑块、第二直线导轨和第一直线位移测量装置；所述第二直线导轨安装在所述升降连接板上，所述第二滑块安装在所述第二直线导轨上，并与所述下导轨安装板的下表面相连；所述第一直线位移测量装置用于检测第二滑块的位移量。所述第一夹层机构还包括第一弹簧导向杆、第一弹簧安装支座和第一弹簧导杆支座；所述第一弹簧安装支座安装在升降连接板上，第一弹簧导杆支座与下导轨安装板的下表面相连，所述第一弹簧导向杆依次穿入第一弹簧安装支座和第一弹簧导杆支座的孔中；所述第一弹簧导向杆上套有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧一端抵着第一弹簧导杆支座，另一端抵着第一弹簧调节轴，所述第一弹簧调节轴连接在第一弹簧安装支座的孔中。所述第一直线位移测量装置包括第一位移测量装置安装座和第一位移测量装置，所述第一位移测量装置安装座连接在所述下导轨安装板的下表面，所述第一位移测量装置安装座的孔中安装有第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，包括车体模块、升降模块、支持模块、拉力模块和快接模块，其特征在于，所述车体模块用于机器人的全向移动以实现与使用者的协同运动；所述升降模块连接在所述车体模块上，用于扶持与减轻使用者负载；所述支撑模块连接在所述升降模块上，具有三个被动自由度，用于给使用者一定自由运动空间，实现使用者和机器人的柔性连接，并检测使用者的位移信息；所述拉力模块连接在所述支撑模块上，用于检测使用者与机器人之间的相互作用力，并为机器人的车体模块和升降模块的控制提供反馈信息；所述快接模块与拉力模块相连，用于使用者和机器人之间的快速连接与分离。

【技术特征摘要】
1.一种支持全向移动的下肢康复助行机器人，包括车体模块、升降模块、支持模块、拉力模块和快接模块，其特征在于，所述车体模块用于机器人的全向移动以实现与使用者的协同运动；所述升降模块连接在所述车体模块上，用于扶持与减轻使用者负载；所述支撑模块连接在所述升降模块上，具有三个被动自由度，用于给使用者一定自由运动空间，实现使用者和机器人的柔性连接，并检测使用者的位移信息；所述拉力模块连接在所述支撑模块上，用于检测使用者与机器人之间的相互作用力，并为机器人的车体模块和升降模块的控制提供反馈信息；所述快接模块与拉力模块相连，用于使用者和机器人之间的快速连接与分离。2.根据权利要求1所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述车体模块包括车架、麦克纳姆轮、传动机构、驱动机构、安装平台和控制箱；所述车架下端安装有麦克纳姆轮、上端安装有用于安装升降模块的安装平台；所述车架上还设有控制箱；所述控制箱控制所述驱动机构带动传动机构驱动所述麦克纳姆轮形成不同的运动组合，实现全方位运动。3.根据权利要求2所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述传动机构为同步带及同步带轮；所述驱动机构为伺服电机和行星减速器；所述伺服电机与行星减速器相连并安装在车架两侧的中间位置；所述麦克纳姆轮和行星减速器通过同步带及同步带轮相连；所述控制箱安装在车架后侧，所述安装平台连接在车架后侧的中间位置。4.根据权利要求1所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述升降模块包括导轨架、第一直线导轨、第一滑块、升降机构和执行机构；所述直线导轨安装在导轨架上，所述第一滑块安装在第一直线导轨上；所述支撑模块通过升降机构与第一滑块相连；所述执行机构带动升降机构上的支撑模块沿着所述第一直线导轨上下移动。5.根据权利要求4所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述升降机构包括滚珠丝杠和安装在滚珠丝杠上的丝杠螺母，所述执行机构为齿轮箱；所述导轨架由多个方钢焊接而成，底部焊接一块平板作为导轨架底部安装板；所述齿轮箱安装在导轨架底部安装板的上侧；所述第一直线导轨安装在导轨架两侧；所述滚珠丝杠安装在导轨架中间位置，滚珠丝杠通过第一联轴器与所述齿轮箱的输出轴相连；所述齿轮箱上的电机转动带动滚珠丝杠转动，从而使得螺母上下运动。6.根据权利要求1所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述支撑模块包括升降连接板、下导轨安装板、上导轨安装板、旋转机构和旋转支撑臂；所述升降连接板与升降模块连接在一起；所述下导轨安装板通过第一夹层机构叠在所述升降连接板上，所述上导轨安装板通过第二夹层机构叠在所述下导轨安装板上；所述第一夹层机构和第二夹层机构用于实现前后左右四个方向的运动自由度的调整；所述旋转支撑臂通过旋转机构安装在所述上导轨安装板上，并能在所述上导轨安装板所在的周面上旋转；所述旋转支撑臂的末端用于连接所述拉力模块。7.根据权利要求6所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述旋转机构包括交叉滚子轴承和连接轴；所述交叉滚子轴承外圈与所述上导轨安装板螺纹连接，内圈与所述连接轴螺纹连接；所述连接轴套入所述旋转支撑臂的孔中，并在旋转支撑臂的上表面处固定连接。8.根据权利要求7所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述支撑模块还包括限位机构，所述限位机构包括限位销和限位挡块；所述限位销安装在所述支撑臂的下表面，所述限位挡块安装在所述上导轨安装板上，所述限位销一端受限于所述限位挡块，实现对旋转支撑臂的旋转角度进行限位。9.根据权利要求6所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述第一夹层机构包括第二滑块、第二直线导轨和第一直线位移测量装置；所述第二直线导轨安装在所述升降连接板上，所述第二滑块安装在所述第二直线导轨上，并与所述下导轨安装板的下表面相连；所述第一直线位移测量装置用于检测第二滑块的位移量。10.根据权利要求9所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述第一夹层机构还包括第一弹簧导向杆、第一弹簧安装支座和第一弹簧导杆支座；所述第一弹簧安装支座安装在升降连接板上，第一弹簧导杆支座与下导轨安装板的下表面相连，所述第一弹簧导向杆依次穿入第一弹簧安装支座和第一弹簧导杆支座的孔中；所述第一弹簧导向杆上套有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧一端抵着第一弹簧导杆支座，另一端抵着第一弹簧调节轴，所述第一弹簧调节轴连接在第一弹簧安装支座的孔中。11.根据权利要求9所述的支持全向移动的下肢康复助行机器人，其特征在于，所述第一直线位移测量装置包括第一位移测量装置安装座和第一位移测量装置，所述第一位移测量装置安装座连接在所述下导轨安装板的下表面，所述第一位移测量装置安装座的孔中安装有第一位移测量装置，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶震，刘鹏，陆瑾瑶，乐珺，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31