一种下肢康复机器人的制作方法

1.本发明涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种下肢康复机器人。


背景技术：

2.下肢受伤患者或者脑卒中患者，通常借助器械来辅助进行步态康复训练。目前，可通过医生对病人采用选择性手法牵拉特定肌群以达到训练的目的，然而，工作强度大，且训练效果与医生技术熟练程度有关，难以保证对病人保持康复训练动作的一致性和准确性。现有技术中，开发了能够代替医生的康复机器人，然而，其难以同时满足不同康复阶段的病人的康复训练要求，训练效果较差。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种下肢康复机器人，适用于不同康复阶段的不同病人，提高训练效果。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种下肢康复机器人，包括：
6.支架单元，包括能够支撑在地面上的框架，所述框架具有第一中空结构，所述第一中空结构用于围设人体外周；
7.扶持并联平台，包括动平台、定平台、铰接于所述动平台和所述定平台之间的六个运动链，所述定平台固定于框架上，所述动平台具有第二中空结构，所述定平台具有第三中空结构，所述第二中空结构和所述第三中空结构分别用于围绕在人体腰部的上部和下部；
8.控制单元，分别与所述支架单元和所述扶持并联平台通讯连接，所述控制单元能够分别控制六个所述运动链的伸缩以使所述扶持并联平台按预设位姿运行。
9.可选地，所述运动链为电动推杆、气缸、气动肌肉、液压缸或者气液混动缸。
10.可选地，所述框架包括安装平台、设置于所述安装平台底部的能够沿竖直方向伸缩的支撑腿，所述定平台固定于所述安装平台。
11.可选地，所述安装平台包括两个支平台，多个所述支撑腿分别安装于两个所述支平台上，两个所述支平台能够形成所述第一中空结构，两个所述支平台一端可拆卸连接，另一端可拆卸连接或铰接；
12.所述动平台包括可拆卸连接的两个第一支安装件，两个所述第一支安装件能够形成所述第二中空结构；
13.所述定平台包括可拆卸连接的两个第二支安装件，两个所述第二支安装件能够形成所述第三中空结构。
14.可选地，所述第二中空结构和所述第三中空结构内部还均设有柔性缓冲固定带。
15.可选地，所述第二中空结构和所述第三中空结构的内侧壁分别设置有衬垫。
16.可选地，所述支架单元还包括设置于所述框架上的引导射灯组件，所述控制单元能够控制所述引导射灯组件照射在地面的预设位置上形成虚拟足印。
17.可选地，所述引导射灯组件包括一端固定设置于所述框架的安装臂和设置于所述安装臂另一端的射灯本体，所述安装臂包括多节相互连接的臂部和与多个所述臂部一一对应的多个第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动所述臂部运动，所述控制单元通过所述第一驱动件驱动所述安装臂以调节所述射灯本体的角度。
18.可选地，所述支架单元还包括设置于所述框架上的牵引装置，所述控制单元能够控制所述牵引装置牵引腿部使脚部迈向虚拟足印。
19.可选地，所述牵引装置包括固定于所述框架上的第二驱动件和设置于所述第二驱动件输出端的吊带，所述吊带用于围绕在人体腿部，所述第二驱动件通过所述吊带驱动所述腿部。
20.本发明的有益效果：
21.本发明提供的一种下肢康复机器人，训练时，将动平台和定平台分别通过第二中空结构和第三中空结构围绕在人体腰部上，动平台在上部，定平台在下部，同时框架围设于人体；扶持并联平台通过定平台固定于框架上，框架支撑设置在地面，从而使人体腰部通过扶持并联平台和框架支撑于地面，能够进行步态训练，并且可以防止行走过程中摔倒，提高了使用安全性。
22.动平台、定平台和六个运动链形成的扶持并联平台围设于腰部，通过控制单元主动控制各个运动链的伸出长度，以调整扶持并联平台的空间位姿，进而控制并联平台固定的人体髋关节的位置与姿态，以模拟人体自然步行过程中髋关节运行轨迹，为脑卒中患者提供支撑力，辅助脑卒中患者进行提髋与迈步动作，实现人机协调的步态训练，通过调整并联平台的空间位姿，满足脑卒中患者不同康复阶段步态训练需求，减轻治疗师的工作负担，并且提高患者的训练效果；具体地，不同患者及处于不同康复训练阶段的患者，其髋关节运行轨迹有所差别，可针对不同运行轨迹通过控制单元调整扶持并联平台的位姿，提高了适用性。通过控制单元控制扶持并联平台，位姿一致性和准确性高，更符合患者需求，从而进一步提高了训练效果，避免了训练效果过度依赖医生技术熟练程度。
附图说明
23.图1是本发明的具体实施方式提供的下肢康复机器人打开状态下的结构示意图；
24.图2是本发明的具体实施方式提供的下肢康复机器人合并状态下的仰视图。
25.图中：
26.100a、虚拟足印；
27.1、支架单元；11、支平台；111、第一卡扣；112、铰链；12、支撑腿；121、第一支撑腿；122、第二支撑腿；123、轮子；13、引导射灯组件；131、安装臂；132、射灯本体；
28.2、扶持并联平台；21、动平台；211、第一支安装件；212、第二卡扣；213、柔性缓冲固定带；21a、第二中空结构；22、定平台；221、第二支安装件；22a、第三中空结构；23、运动链。
具体实施方式
29.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在
没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.本实施例提供了一种下肢康复机器人，如图1所示，其包括支架单元1、扶持并联平台2及控制单元；具体地，支架单元1包括能够支撑在地面上的框架，框架具有第一中空结构，第一中空结构用于围设人体外周；扶持并联平台2包括动平台21、定平台22、铰接于动平台21和定平台22之间的六个运动链23，定平台22固定于框架上，动平台21具有第二中空结构21a，定平台22具有第三中空结构22a，第二中空结构21a和第三中空结构22a分别围绕在人体腰部的上部和下部；控制单元分别与支架单元1和扶持并联平台2通讯连接，控制单元能够分别控制六个运动链23的伸缩，使扶持并联平台2按预设位姿运行以符合人体步行的重心运行轨迹。
33.训练时，将动平台21和定平台22分别通过第二中空结构21a和第三中空结构22a围绕在人体腰部上，动平台21在上部，定平台22在下部，同时框架围设于人体；扶持并联平台2通过定平台22固定于框架上，框架支撑设置在地面，能够进行步态训练，并且可以从而使人体腰部通过扶持并联平台2和框架支撑于地面，防止行走过程中摔倒，提高了使用安全性。
34.动平台21、定平台22和六个运动链23形成的扶持并联平台2围设于腰部，具体地，六个运动链23、定平台22和动平台21的具体结构及工作原理均可参照现有技术中的六轴并联机器人，不再赘述。通过六个运动链23，提高了扶持并联平台2的运行精度，进一步满足训练需求，提高训练效果。具体地，通过控制单元主动控制各个运动链23的伸出长度，以调整扶持并联平台2的空间位姿，进而控制扶持并联平台2固定的人体髋关节的位置与姿态，以模拟人体自然步行过程中髋关节运行轨迹，为脑卒中患者提供支撑力，辅助脑卒中患者进行提髋与迈步动作，实现人机协调的步态训练，通过调整扶持并联平台2的空间位姿，满足脑卒中患者不同康复阶段步态训练需求，减轻治疗师的工作负担，并且提高患者的训练效果；具体地，人体行走时髋关节运行轨迹及控制扶持并联平台2调整位姿均可参照现有技术，不再赘述；具体地，不同患者及处于不同康复训练阶段的患者，其髋关节运行轨迹有所差别，可针对不同运行轨迹通过控制单元调整扶持并联平台2的位姿，提高了适用性。通过控制单元控制扶持并联平台2，位姿一致性和准确性高，更符合患者需求，从而进一步提高了训练效果，避免了训练效果过度依赖医生技术熟练程度。
35.本扶持并联平台2通过6个运动链23，可以实现髋关节在空间中的6个自由度，进而重现人体步态过程中髋关节运动轨迹。
36.具体地，控制单元可采用工控机等，参照现有的六轴并联机器人的控制结构即可，不再赘述。
37.可选地，如图1所示，运动链23为电动推杆，控制单元可以控制电动推杆的伸缩以调整扶持并联平台2，电动推杆可进行选型采购，应用简单方便。具体地，电动推杆的固定端铰接于动平台21上，输出端铰接于定平台22上，也可以是电动推杆的固定端铰接于定平台22上，输出端铰接于动平台21上，能够通过电动推杆的伸缩进行调整定平台22与动平台21之间的相对位置以及扶持并联平台2的位姿即可，不进行限定。其他实施例中，运动链23也可以是气缸、气动肌肉、液压缸或者气液混动缸或者其他能够实现直线输出的结构，不进行限定。
38.可选地，如图1所示，框架包括安装平台、设置于安装平台底部的能够沿竖直方向伸缩的支撑腿12，以适应不同患者身高。具体地，支撑腿12包括第一支撑腿121和第二支撑腿122，第一支撑腿121和第二支撑腿122沿竖直方向滑动连接，且第一支撑腿121和第二支撑腿122具有锁紧结构，调整完高度后进行锁紧，防止行走过程中第一支撑腿121与第二支撑腿122结构不稳定。
39.具体地，第一支撑腿121和第二支撑腿122之间具有滑动结构，滑动结构为现有技术，不进行限定，本实施例中，滑动结构包括导槽和与导槽滑动配合的导块，第一支撑腿121和第二支撑腿122二者中，一个上开设有导槽，另一个上设置有导块。锁紧结构为现有技术，不进行限定，本实施例中，第一支撑腿121和第二支撑腿122沿竖直方向均可以设置有多个连接孔，调节高度后，通过紧固件穿过第一支撑腿121和第二支撑腿122上的连接孔进行锁紧。具体地，第一支撑腿121固定于安装平台上，第二支撑腿122上安装有轮子123，以方便进行行走，减小阻力，具体地，轮子123可以是万向轮，便于调整方向。具体地，第一支撑腿121与第二支撑腿122也可以分别是电动、气动、液压等直动机构，通过调节其中一个或两个的高度以调节支撑腿12的总体高度。具体地，可以通过主动控制轮子123的速度，满足患者不同康复阶段步态训练需求。
40.定平台22固定于安装平台，具体地，如图1所示，定平台22可以安装在第一中空结构的侧壁上，或者安装在框架的顶部，根据安装平台的结构进行安装即可。本实施例中，安装平台为矩形架，矩形架内侧固定设置有多个安装条，多个安装条的端部形成第一中空结构，定平台22的外周固定于安装条的端部，重量较轻，且结构稳定性好。具体地，矩形架和安装条均可以是方钢结构，结构强度和刚性均较好，组装制作方便。其他实施例中，矩形架也可以是圆形架，椭圆形架或者不规则形架等，不进行限定。
41.可选地，如图2所示，安装平台包括可拆卸连接的两个支平台11，多个支撑腿12分别安装于两个支平台11上，两个支平台11能够形成第一中空结构，从而使其能够方便围设在人体外周。本实施例中，每个支平台11的底部分别设置有两个支撑腿12，以使整体结构稳定支撑于底面。本实施例中，两个支平台11一端可拆卸连接，另一端通过铰链112铰接，形成开合结构。具体可采用插接、第一卡扣111卡接或紧固件连接等方式进行可拆卸连接。
42.可选地，如图1所示，动平台21和定平台22分别呈圆环状，两个端面用于安装运动链23，内周面围设在人体腰部，具体地，其形状均不进行限定，实现围设于人体的功能即可。
43.可选地，如图2所示，动平台21包括可拆卸连接的两个第一支安装件211，两个第一支安装件211能够形成第二中空结构21a，以方便其围设于人体。具体可采用第二卡扣212卡
接或其他快速连接装置进行连接，也可以采用紧固件连接，不进行限定。
44.同理，可选地，定平台22包括可拆卸连接的两个第二支安装件221，两个第二支安装件221能够形成第三中空结构22a。具体地，可采用卡扣卡接等快速连接装置进行连接，也可以采用紧固件连接，不进行限定。
45.本实施例中，安装平台为开合结构，整个装置绕上述铰链112进行打开或合并，类似于尺规，两个半边合起来就是一个整体。使用时，处于展开状态，一个第一支安装件211及一个第二支安装件221的内壁分别卡住人体的髋部，再将另一个第一支安装件211及另一个第二支安装件221分别连接，使动平台21和定平台22分别围绕在人体，同时两个支平台11扣合，固定好后就可以进行训练；之后，类似于尺规的方式，两个半边绕铰链112张开使结构打开，患者可以从扶持并联平台2及支架单元1上脱开，离开下肢康复机器人。
46.具体地，两个第一支安装件211、两个第二支安装件221及两个支平台11均沿同一平面对称设置。
47.其他实施例中，两个支平台11两端也可以均通过可拆卸连接的方式连接。
48.本实施例中，第二中空结构21a和第三中空结构22a内部还均设有柔性缓冲固定带213，以便于贴紧固定于人体；进一步地，柔性缓冲固定带213分别设置于第二中空结构21a和第三中空结构22a的内侧壁能起到缓冲作用，提高舒适性，另外可以根据不同患者的腰部尺寸，调节固定带或者调节缓冲层厚度，以使其贴合于患者腰部。具体地，缓冲层可采用柔性材料制成。
49.可选地，如图1所示，支架单元1还包括设置于所述框架上的引导射灯组件13，控制单元能够控制引导射灯组件13照射在地面的预设位置上形成虚拟足印100a；具体地，根据患者步态训练需求，设置患者训练时的步幅和步宽，控制单元控制引导射灯组件13在步行前方投影处相应的虚拟足印100a，引导患者踩在虚拟足印100a进行训练，从而保证了训练过程中，保持符合训练需求的步幅和步宽，提高了训练效果；具体地，步幅和步宽的设计可参照现有医生对患者治疗的相关方案，不再赘述。
50.可选地，如图1所示，引导射灯组件13包括一端固定设置于框架的安装臂131和设置于安装臂131另一端的射灯本体132，安装臂131包括多节相互连接的臂部和与多个臂部一一对应的多个第一驱动件，第一驱动件用于驱动臂部运动，控制单元通过第一驱动件驱动安装臂131以调节射灯本体132的角度，从而在相应位置形成虚拟足印100a，保证符合步幅和步宽需求。具体地，臂部可以是杆状件，第一驱动件可以是电机、气缸、气动肌肉、液压缸等动力装置，臂部以及第一驱动件之间的组装结构及工作原理可参照吊装的机械臂或者机械手等，根据需求，控制单元控制安装臂131形成相应的运动轨迹，不再赘述。射灯本体132也可以采用现有的射灯，不再赘述。
51.可选地，支架单元1还包括设置于所述框架上的牵引装置(图中未示出)，控制单元能够控制牵引装置牵引腿部使脚部迈向预设位置，本实施例中，预设位置为虚拟足印100a，辅助患者进行摆腿动作，使其动作规范，达到训练目的，提高训练效果。
52.可选地，牵引装置包括固定于框架上的第二驱动件和设置于第二驱动件输出端的吊带，吊带用于围绕在人体腿部，第二驱动件可以是电机等驱动结构，通过吊带驱动腿部摆动，参照现有技术即可，不再赘述。具体地，吊带具有安装扣，方便穿戴在腿部，并且吊带能够绑紧在腿部，避免滑脱，也可以参照现有技术针对舒适性和不同腿围进行相应设置，以及
可以根据需求围设在腿部位置，不再赘述。
53.根据患者康复训练需求，预先在控制单元内输入控制程序；使用时将下肢康复机器人围设在人体上，扶持并联平台2围设在腰部，牵引装置绑在腿部，行走时，通过扶持并联平台2及牵引装置，辅助患者进行提髋及摆腿动作，起到标准的助力作用，并且减少步行代谢消耗，有利于患者恢复正常步态，减少肌肉的异常代偿，通过引导射灯组件13虚拟出相应培训计划的足印，引导患者步态训练，规范训练动作，从而提高了康复训练效果。
54.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。