【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及下肢康复训练机器人，特别是涉及一种臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人。
技术介绍
1、脊髓损伤(spinal cord injury,sci)是一种严重的下肢运动机能损伤疾病，使用者主要是因为脊髓神经通路受损，导致大脑对下肢的控制信号无法有效传递到肌骨系统，从而导致下肢不能正常运动。因此，临床中可利用人体运动神经可塑性理论，通过使下肢不断地接受被动运动刺激，从而使其运动神经绕过病灶区重新建立通路。然而我国庞大的sci使用者人群决定了单靠人工方式难以有效覆盖不断增长的康复训练服务需求，sci领域的机器人代替人工医生完成训练方案成为产学研界的研究重点。
2、然而，以当前应用最广泛的下肢康复训练系统lokomat为例，该系统通过跑步机平台、下肢动力外骨骼、悬吊bws式体重支撑系统间的配合带动使用者下肢运动，然而由于这三者之间存在强运动耦合，存在如下问题：一是由于采用了复杂的悬吊式的体重支撑系统bws步态生成方式复杂，二是常出现人机运动不匹配，导致使用者训练舒适感差甚至出现运动挫伤等问题，三是由于该系统采用动力外骨骼带动人体关节转动以实现步态生成，这导致不同体征(身高、体重等)的使用者需要对外骨骼做长度适配，该外骨骼长度手工调整适配过程不但耗时多，并且关节驱动的步态生成方式会导致控制系统更为复杂，使用不方便，通用性差；四是该系统设备较为笨重，占用大量空间，限制了其在医疗机构和康复中心的应用。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之
2、根据本专利技术的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，包括：
3、座椅模块，所述座椅模块用于供使用者跨坐以能垂直托举使用者；
4、伸缩缸模块，所述伸缩缸模块包括四个伸缩缸，四个所述伸缩缸能独立做线性伸缩运动，四个所述伸缩缸分别布置在所述座椅模块下方的左前部、左后部、右前部和右后部处，四个所述伸缩缸的上端与所述座椅模块铰接，使四个所述伸缩缸可独立地绕所述座椅模块在矢状面转动；
5、履带模块，所述履带模块包括两个履带单元，两个所述履带单元均具有前后移动自由度；两个所述履带单元呈左右间隔布置，两个所述履带单元的顶前部和顶后部分别一一对应地与四个所述伸缩缸的下端铰接，使四个所述伸缩缸可独立地绕对应的所述履带单元在矢状面转动；
6、通过所述履带单元和所述座椅模块对使用者的支撑，通过所述履带单元前后移动自由度和对应的所述伸缩缸的线性伸缩自由度来适配使用者髋膝踝三个转动自由度，通过所述履带单元和所述伸缩缸的运动配合，来实现步态生成。
7、本专利技术实施例的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人在使用时，通过两个履带单元和座椅模块对使用者的两足和臀部支撑，使使用者的下肢不受现有技术外骨骼的约束，通过履带单元前后移动自由度和对应的伸缩缸的线性伸缩自由度来适配使用者髋膝踝三个转动自由度，即通过履带单元和伸缩缸的运动配合来实现步态生成。使用者的髋、膝、踝关节会随着履带单元、伸缩缸以及座椅模块的移动而发生角度的变化，以模拟人体真实行走的姿态，从而达到实现辅助人体下肢关节运动康复的效果。
8、综上，本专利技术实施例的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人可以辅助使用者完成接近健康人真实运动步态的康复训练，提供了高度个性化的康复训练方案。这有助于康复使用者更快地恢复下肢功能，增加康复的效率，降低康复时间和成本。本专利技术实施例的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人还可以在臀部和脚部对使用者进行支撑，实现臀部支撑体重卸载，不需要使用外骨骼和bws系统就可以进行步态模拟训练，占地面积小，便捷性和通用性强。
9、在一些实施例中，所述座椅模块包括座椅，所述座椅包括跨坐支撑件，所述跨坐支撑件的前端具有臀部支撑部和位于所述臀部支撑部的左右两侧的u形空缺部，所述臀部支撑部和两个所述u形空缺部在横截面方向构成近w形结构。
10、在一些实施例中，所述座椅模块还包括四个座椅连接件，四个所述座椅连接件固定在所述座椅底部的左前部、左后部、右前部和右后部，四个所述座椅连接件分别一一对应地与四个所述伸缩缸的上端铰接。
11、在一些实施例中，每个所述履带单元包括履带、轮组件、履带骨架和履带侧板；所述轮组件设置在所述履带内，用于驱动所述履带前后移动并用于承重；所述履带骨架与所述轮组件相连；所述履带侧板覆盖在所述履带的左右两侧。
12、在一些实施例中，每个所述履带单元还包括足部支撑板，所述足部支撑板固定在所述履带的顶部外表面上，并与对应的所述伸缩缸的下端铰接。
13、在一些实施例中，还包括支撑架模块，所述支撑架模块包括滑轨和连杆，所述滑轨沿上下方向延伸，所述连杆一端与所述座椅模块固定且另一端与所述滑轨滑动连接。
14、在一些实施例中，还包括控制系统，所述控制系统包括检测模块、主控模块和驱动模块；所述检测模块用于步态训练时测量使用者行走过程中足底和臀部的压力数据，所述主控模块根据所述检测模块测得的压力数据控制所述驱动模块，以使所述驱动模块驱动所述履带模块和所述伸缩缸模块协同运动，实现步态生成。
15、在一些实施例中，步态训练前，当使用者坐于所述座椅模块上时，所述伸缩缸伸长并借助所述座椅模块从坐姿托举到直立位姿，当所述足底压力数据为零时，所述主控模块计算所述伸缩缸伸长长度，并换算成使用者身高和体重，从而自动完成步态训练前的使用者生理特征适配。
16、在一些实施例中，所述检测模块还用于测量使用者步态训练时所述臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人上部倾斜幅度，确保使用者训练重心偏移不超过安全使用阈值。
17、在一些实施例中，所述检测模块包括足底压力传感器、座椅压力传感器和倾角传感器，所述足底压力传感器安装在所述履带单元的顶部，用于采集和记录使用者行走过程中足底的压力数据，所述座椅压力传感器设置在所述座椅模块上，用于采集和记录使用者行走过程中臀部的压力数据；所述倾角传感器安装在所述座椅模块内，以实时检测使用者步态训练时机器人上部倾斜幅度，确保使用者训练重心偏移不超过安全使用阈值。
18、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，所述座椅模块包括座椅，所述座椅包括跨坐支撑件，所述跨坐支撑件的前端具有臀部支撑部和位于所述臀部支撑部的左右两侧的U形空缺部，所述臀部支撑部和两个所述U形空缺部在横截面方向构成近W形结构。
3.根据权利要求2所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，所述座椅模块还包括四个座椅连接件，四个所述座椅连接件固定在所述座椅底部的左前部、左后部、右前部和右后部，四个所述座椅连接件分别一一对应地与四个所述伸缩缸的上端铰接。
4.根据权利要求1所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，每个所述履带单元包括履带、轮组件、履带骨架和履带侧板；所述轮组件设置在所述履带内，用于驱动所述履带前后移动并用于承重；所述履带骨架与所述轮组件相连；所述履带侧板覆盖在所述履带的左右两侧。
5.根据权利要求4所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，每个所述履带单元还包括
6.根据权利要求1所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，还包括支撑架模块，所述支撑架模块包括滑轨和连杆，所述滑轨沿上下方向延伸，所述连杆一端与所述座椅模块固定且另一端与所述滑轨滑动连接。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括检测模块、主控模块和驱动模块；所述检测模块用于步态训练时测量使用者行走过程中足底和臀部的压力数据，所述主控模块根据所述检测模块测得的压力数据控制所述驱动模块，以使所述驱动模块驱动所述履带模块和所述伸缩缸模块协同运动，实现步态生成。
8.根据权利要求7所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，步态训练前，当使用者坐于所述座椅模块上时，所述伸缩缸伸长并借助所述座椅模块从坐姿托举到直立位姿，当所述足底压力数据为零时，所述主控模块计算所述伸缩缸伸长长度，并换算成使用者身高和体重，从而自动完成步态训练前的使用者生理特征适配。
9.根据权利要求7所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，所述检测模块还用于测量使用者步态训练时所述臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人上部倾斜幅度，确保使用者训练重心偏移不超过安全使用阈值。
10.根据权利要求9所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，所述检测模块包括足底压力传感器、座椅压力传感器和倾角传感器，所述足底压力传感器安装在所述履带单元的顶部，用于采集和记录使用者行走过程中足底的压力数据，所述座椅压力传感器设置在所述座椅模块上，用于采集和记录使用者行走过程中臀部的压力数据；所述倾角传感器安装在所述座椅模块内，以实时检测使用者步态训练时机器人上部倾斜幅度，确保使用者训练重心偏移不超过安全使用阈值。
...【技术特征摘要】
1.一种臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，所述座椅模块包括座椅，所述座椅包括跨坐支撑件，所述跨坐支撑件的前端具有臀部支撑部和位于所述臀部支撑部的左右两侧的u形空缺部，所述臀部支撑部和两个所述u形空缺部在横截面方向构成近w形结构。
3.根据权利要求2所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，所述座椅模块还包括四个座椅连接件，四个所述座椅连接件固定在所述座椅底部的左前部、左后部、右前部和右后部，四个所述座椅连接件分别一一对应地与四个所述伸缩缸的上端铰接。
4.根据权利要求1所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，每个所述履带单元包括履带、轮组件、履带骨架和履带侧板；所述轮组件设置在所述履带内，用于驱动所述履带前后移动并用于承重；所述履带骨架与所述轮组件相连；所述履带侧板覆盖在所述履带的左右两侧。
5.根据权利要求4所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，每个所述履带单元还包括足部支撑板，所述足部支撑板固定在所述履带的顶部外表面上，并与对应的所述伸缩缸的下端铰接。
6.根据权利要求1所述的臀部支撑式杆-轮结合型下肢康复训练机器人，其特征在于，还包括支撑架模块，所述支撑架模块包括滑轨和连杆，所述滑轨沿上下方向延伸，所述连杆一端与所述座椅模块固定且另一端与所述滑轨滑动连接。
7.根据权利要求1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：马青川，柴志远，李绪航，刘宇尧，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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