一种基于并联机构的下肢康复机器人及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种本发明专利技术提供了一种基于并联机构的下肢康复机器人及控制系统,下肢康复机器人具体包括：立柱本体；并联机构，设于所述立柱本体上，且能够沿所述立柱本体上下滑动；六轴传感器，设于所述并联机构上，用于采集使用者的运动参数。通过模拟人髋部关节的三个自由度来实时拟合髋部运动状态的下肢康复机器人，利用并联机构的的三自由度特性和高刚度特性可以更好的模拟人正常康复训练时的髋部动作，通过对伺服电机的力矩控制让患者髋部得到一个更舒适的康复训练环境，此并联机构结构简单紧凑、适用场景较多。

A lower limb rehabilitation robot and control system based on parallel mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种基于并联机构的下肢康复机器人及控制系统
本专利技术涉及一种康复机器人，特别涉及一种基于并联机构的下肢康复机器人及控制系统。
技术介绍
近年来，随着我国经济的飞速发展和生活水平的提高，人们对身体健康的更加重视，因脑卒中、中风等疾病引起的下肢关节损伤的患者对下肢运动能力的恢复的需求也急剧增加。下肢康复机器人可以帮助理疗师支撑和移动患者，维持身体平衡，将理疗师从繁重的训练任务中解放出来，从而节约了大量的人力成本。目前，下肢康复机器人的主要功能在下肢减重和步态训练等，对于髋部的机构调节较少，主要功能是髋部宽度调节，在这种情况下，下肢康复机器人不能拟合人体的髋部自由度，导致患者在康复训练时不能在一个舒适的环境下进行康复训练，从而不能很好的达到康复预期效果。鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中的技术问题，本专利技术提供了一种基于并联机构的下肢康复机器人及控制系统。本专利技术公开了一种基于并联机构的下肢康复机器人，包括：立柱本体；并联机构，设于所述立柱本体上，且能够沿所述立柱本体上下滑动；六轴传感器，设于所述并联机构上，用于采集使用者的运动参数；其中，所述并联机构包括，定平台，与所述立柱本体可滑动连接；动平台，与所述定平台相对设置，且所述动平台能够相对于所述定平台移动；转动副，固定设于所述定平台与所述动平台相对的一面上；球关节，设于所述动平台与所述定平台相对的一面上；支撑杆，连接所述转动副与所述球关节。进一步地，所述定平台上固定设有三个所述转动副，且三个所述转动副呈正三角形排列；所述动平台上固定设有三个所述球关节，且三个所述球关节呈正三角形排列；进一步地，三个所述转动副排列所呈正三角形面积大于三个所述球关节排列所呈正三角形面积。进一步地，所述支撑杆包括上支撑杆与下支撑杆，所述上支撑杆与所述球关节连接，所述下支撑杆与所述转动副连接，且所述上支撑杆与下支撑杆间通过直线模组或伺服电机实现相对移动。进一步地，所述并联机构还包括髋部支撑件，所述髋部支撑件与所述动平台连接，且所述六轴传感器设于所述髋部支撑件上。本专利技术还提供一种并联机构的下肢康复机器人的控制系统，包括：主控制器及六轴传感器，所述六轴传感器用于采集使用者的运动参数，所述主控制器能够通过CAN总线获取所述运动参数数据并加以处理。进一步地，还包括伺服驱动器，能够接收所述主控制器处理完成的数据，并驱动伺服电机运动。本专利技术提供的基于并联机构的下肢康复机器人通过模拟人髋部关节的三个自由度来实时拟合髋部运动状态的下肢康复机器人，即一个面向人的左右转动自由度、一个上下转动自由度和前后移动自由度，通过装在患者髋部末端的六轴传感器，运用控制算法获取患者所需的位置、速度和加速度等信息，通过CAN总线将获取的运动参数信息发送给主控，来控制并联机构的输出。与现有技术相比，利用并联机构的的三自由度特性和高刚度特性可以更好的模拟人正常康复训练时的髋部动作，通过对伺服电机的力矩控制让患者髋部得到一个更舒适的康复训练环境，此并联机构结构简单紧凑、适用场景较多。附图说明包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了符合本专利技术的装置和方法的实施方案，并与详细描述一起用于解释符合本专利技术的优点和原理。在附图中：图1是本专利技术实施例一提供的一种基于并联机构的下肢康复机器人的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例一提供的一种基于并联机构的下肢康复机器人的局部结构示意图；图3是本专利技术实施例二提供的一种基于并联机构的下肢康复机器人控制系统的结构框图。附图标记说明1-立柱本体；2-并联机构；3-六轴传感器；4-髋部支撑件；5-动平台；6-球关节；7-支撑杆；8-转动副；9-定平台。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施例。然而，本专利技术并不局限于以下描述的实施方式。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，且本专利技术的技术理念可以与其他公知技术或与那些公知技术相同的其他技术组合实施。实施例一如图1-图2所示，本实施例提供了一种基于并联机构的下肢康复机器人，包括：立柱本体1；并联机构2，设于所述立柱本体1上，且能够沿所述立柱本体1上下滑动；六轴传感器3，设于所述并联机构2上，用于采集使用者的运动参数。其中，所述并联机构2包括，定平台9，与所述立柱本体1可滑动连接；动平台5，与所述定平台9相对设置，且所述动平台5能够相对于所述定平台9移动；转动副8，固定设于所述定平台9与所述动平台5相对的一面上；球关节6，设于所述动平台5与所述定平台9相对的一面上；支撑杆7，连接所述转动副8与所述球关节6。进一步地，所述定平台9上固定设有三个所述转动副8，且三个所述转动副8呈正三角形排列；所述动平台5上固定设有三个所述球关节6，且三个所述球关节6呈正三角形排列。本实施例中，三个所述转动副8排列所呈正三角形面积大于三个所述球关节6排列所呈正三角形面积。在另一实施例中，三个所述转动副8排列所呈正三角形面积可以小于三个所述球关节6排列所呈正三角形面积。进一步地，所述支撑杆7包括上支撑杆与下支撑杆，所述上支撑杆与所述球关节6连接，所述下支撑杆与所述转动副8连接，且所述上支撑杆与下支撑杆间通过直线模组或伺服电机实现相对移动。进一步地，所述并联机构2还包括髋部支撑件4，所述髋部支撑件4与所述动平台5连接，且所述六轴传感器3设于所述髋部支撑件4上。本实施例中，包括两个六轴传感器3，设于使用者髋部两侧，分别用于采集使用者左、右侧髋部的运动数据。本实施例提供的基于并联机构2的下肢康复机器人采用的是三自由度的并联机构2来实现髋部运动，通过模拟人髋部关节的三个自由度来实时拟合髋部运动状态，即一个面向人的左右转动自由度、一个上下转动自由度和前后移动自由度。上下两平台(定平台9、动平台5)是两个不同长度的等边三角形，他们之间用三条可伸缩的支撑杆7连接，可伸缩的支撑杆7的实现方式可以为直线导轨、伺服电缸等实现，支撑杆7上部用三个球关节6与动平台5连接，支撑杆7下部用三个转动副8与定平台9相连。实施例二本实施例提供了一种基于并联机构的下肢康复机器人的控制系统，包括：主控制器及六轴传感器，所述六轴传感器用于采集使用者的运动参数，所述主控制器能够通过CAN总线获取所述运动参数数据并加以处理。进一步地，控制系统还包括伺服驱动器，能够接收所述主控制器处理完成的数据，并驱动伺服电机运动。以实施例一提供的下肢康复机器人为例，如图3所示，控制系统通过六轴传感器实时采集来自患者康复训练过程中髋部两侧位置的XYZ三轴的角度和角加速度信息，主控制器通过CAN总线将获取的运动参数信息经处理后发送给伺服驱动器，来分别控制并联机构中可伸缩的支撑杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于并联机构的下肢康复机器人，其特征在于，包括：/n立柱本体；/n并联机构，设于所述立柱本体上，且能够沿所述立柱本体上下滑动；/n六轴传感器，设于所述并联机构上，用于采集使用者的运动参数；/n其中，所述并联机构包括，/n定平台，与所述立柱本体可滑动连接；/n动平台，与所述定平台相对设置，且所述动平台能够相对于所述定平台移动；/n转动副，固定设于所述定平台与所述动平台相对的一面上；/n球关节，设于所述动平台与所述定平台相对的一面上；/n支撑杆，连接所述转动副与所述球关节。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于并联机构的下肢康复机器人，其特征在于，包括：
立柱本体；
并联机构，设于所述立柱本体上，且能够沿所述立柱本体上下滑动；
六轴传感器，设于所述并联机构上，用于采集使用者的运动参数；
其中，所述并联机构包括，
定平台，与所述立柱本体可滑动连接；
动平台，与所述定平台相对设置，且所述动平台能够相对于所述定平台移动；
转动副，固定设于所述定平台与所述动平台相对的一面上；
球关节，设于所述动平台与所述定平台相对的一面上；
支撑杆，连接所述转动副与所述球关节。


2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的下肢康复机器人，其特征在于，所述定平台上固定设有三个所述转动副，且三个所述转动副呈正三角形排列；
所述动平台上固定设有三个所述球关节，且三个所述球关节呈正三角形排列。


3.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的下肢康复机器人，其特征在于，三个所述转动副排列所呈正三角形面积大于三个所述球...

【专利技术属性】
技术研发人员：马苏湖，禹华军，范渊杰，汪从礼，
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