多自由度下肢康复机器人的制作方法

本实用新型涉及医疗用康复机器人技术领域，具体是涉及一种多自由度下肢康复机器人。

背景技术：

我国残疾人的数量巨大，普通日常生活中，残疾患者因为身体方面原因给生活带来了诸多不便，这不仅包含身体缺陷，还包括在社会中会遭到各种各样的歧视。

对于常见的下肢肢体残疾患者，由于患者的肢体长期缺少有效地运动锻炼，会引起关节及肌肉处血液循环减少，血液无法在组织中顺畅的流动，使身体的抵抗力下降，进而引发各种疾病，如肌肉萎缩、韧带缩短、关节僵硬，或出现异常的运动模式。

医学理论和临床医学证明，对于肢体伤残人员，需通过必要的前期手术治疗，以及药物的配合治疗，后期仍然需要使用科学的肢体训练方法才能更好的使患者肢体恢复到较好的状态。

传统的康复训练治疗活动多需要在治疗师的指导下，借助简单器具来完成。下肢康复机器人是辅助下肢运动功能障碍患者完成临床上要求的康复训练内容,并能向患者和治疗师提供反馈信息的辅助康复治疗自动化设备，使患肢逐渐恢复失去的运动功能。

现有申请公布号为cn110882131a的实用新型专利申请，其公开了一种下肢康复机器人，包括支撑板、下肢辅助运动结构、连接部和髋关节驱动缸，支撑板上设有第一安装架，下肢辅助运动结构设于第一安装架之上，连接部为半包围形的连接部，连接部一端与第一安装架固定，另一端与髋关节驱动缸的活塞杆铰接，下肢辅助运动结构包括垂直杆、大腿杆、大腿杆驱动缸、小腿杆、小腿杆驱动缸和踝关节辅助运动结构，该实用新型提供的下肢康复机器人,用于带动下肢运动功能障碍患者的下肢完成髋关节开/合、大腿抬起/下落、小腿抬起/下落或踝关节三自由度旋转中一项或多项动作。但是，此种训练方式还是较为单一，难以针对不同情况的患者展开有针对性的康复训练，而且该实用新型的内部结构较为复杂笨重从而导致成本的攀升，长时间的使用下来笨重的结构容易产生内部器械的老化，影响其使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种具备多种训练姿态、训练范围广的多自由度下肢康复机器人，为患者的下肢训练提供了足够的训练空间与康复动作组合，髋关节有两个自由度，膝关节有一个自由度，踝关节达到了三个自由度，总计六个自由度，可以满足患者绝大部分的康复训练动作需求，使患者的下肢得到充分的训练，加快患者的康复速度。

具体技术方案如下：

一种多自由度下肢康复机器人，包括机架和控制柜，还包括设置在机架上的六个工作机构，分别是：

座椅调整机构，包括固定在机架上的座椅和左右对称设置在座椅两侧的可进行位置调整的机械左腿、机械右腿；

髋关节运动机构，包括开胯机构和提胯机构，实现开胯和提胯两个运动；

大腿长度调整机构，包括左大腿长度调整机构和右大腿长度调整机构，实现大腿长度的调整；

膝关节运动机构，包括左膝关节运动机构和右膝关节运动机构，实现膝关节的运动；

小腿长度调整机构，包括左小腿长度调整机构和右小腿长度调整机构，实现小腿长度的调整；

踝关节运动机构，包括屈踝机构、扭踝机构和翻脚机构，实现屈踝、扭踝、翻脚运动；

其中，所述控制柜分别与六个工作机构电连接，控制其动作。

优选的，所述机械左腿包括左腿底座、左腿底座电推杆和左腿底座滑块，所述机械左腿通过左腿底座固定在机架上，所述左腿底座电推杆的尾端与左腿底座上的轴连接形成转动副，所述左腿底座电推杆的前端与机架上的轴连接形成转动副，所述左腿底座上设置左腿底座滑块，所述左腿底座电推杆工作时带动固连在左腿底座滑块上的左腿底座进行运动。

优选的，所述开胯机构包括左大腿机架、左大腿侧翼连接件、第一虎克铰链、开胯电动缸、开胯电动缸底座、开胯电动缸球铰和第二虎克铰链，所述左大腿机架与左大腿侧翼连接件固连，所述左大腿机架与第一虎克铰链形成转动副，所述第一虎克铰链固定在机架外壳上，所述开胯电动缸固定在开胯电动缸底座上，所述开胯电动缸底座与第二虎克铰链连接形成转动副，所述第二虎克铰链固定在机架外壳上，所述开胯电动缸的顶端与开胯电动缸球铰形成球副，所述开胯电动缸球铰固定在左大腿侧翼连接件的侧面上。

优选的，所述提胯机构包括提胯电动缸、提胯电动缸底座、提胯电动缸球铰和第三虎克铰链，所述提胯电动缸固定在提胯电动缸底座上，所述提胯电动缸底座与第三虎克铰链连接形成转动副，所述第三虎克铰链固定在机架外壳上，所述提胯电动缸的顶端与提胯电动缸球铰形成球副，所述提胯电动缸球铰固定在左大腿侧翼连接件的底部。

优选的，所述左大腿长度调整机构包括左大腿长度调整电推杆、左大腿推杆块、左大腿滑动件、左大腿滑轨和左大腿滑块，所述左大腿长度调整电推杆的一端通过左大腿推杆块固定在左大腿机架上，另一端固定在左大腿滑动件上，所述左大腿滑动件固定在左大腿滑块上，所述左大腿滑块滑动设置在左大腿滑轨中，所述左大腿长度调整电推杆工作时驱动固定在左大腿滑块上的左大腿滑动件相对左大腿机架进行移动。

所述左膝关节运动机构包括左小腿机架、膝关节电动缸、膝关节电动缸法兰轴和膝关节球铰，所述左小腿机架的顶端设置轴承和轴套且嵌入左大腿滑动件中形成转动副，所述膝关节电动缸的底座通过膝关节电动缸法兰轴与左小腿机架上的轴承形成转动副，所述膝关节电动缸的顶端与膝关节球铰形成球副，所述膝关节球铰连接在左大腿滑动件，所述膝关节电动缸工作时驱动左小腿机架相对左大腿滑动件进行转动以实现膝关节的运动。

所述左小腿长度调整机构包括左小腿长度调整电推杆、左小腿滑动件、左小腿滑轨和左小腿滑块，所述左小腿长度调整电推杆的一端固定在左小腿机架上，另一端固连在左小腿滑动件上，所述左小腿机架与左小腿滑动件通过左小腿滑轨和左小腿滑块相互约束形成移动副，所述左小腿长度调整电推杆工作时驱动左小腿机架与左小腿滑动件相对滑动。

所述屈踝机构包括屈踝电动缸、屈踝电动缸底座、屈踝电动缸法兰轴、屈踝电动缸球铰、左踝关节底座和左踝关节法兰轴，所述左踝关节法兰轴的一端固定在左小腿滑动件的侧面上，轴部分穿过轴承的内径，轴承的外径与左踝关节底座固连，从而左小腿滑动件与左踝关节底座形成转动副，所述屈踝电动缸通过屈踝电动缸法兰轴与左小腿滑动件内部的轴承形成转动副，所述屈踝电动缸的另一端与屈踝电动缸球铰形成球副，而球铰固连在左踝关节底座上，所述屈踝电动缸在工作时驱动左小腿滑动件相对于左踝关节底座进行转动。

所述扭踝机构包括脚踏板、脚踏板支架和扭踝电动缸，所述脚踏板支架与左踝关节底座连接形成转动副，所述扭踝电动缸的一端固定在左踝关节底座上形成转动副，另一端与脚踏板支架相连形成转动副，所述扭踝电动缸工作时带动脚踏板支架进行旋转，进而带动脚踏板运动。

所述翻脚机构包括翻脚电机、翻脚电机直角连接架、翻脚直角架和翻脚法兰轴，所述翻脚电机直角连接架与翻脚直角架通过翻脚法兰轴形成转动副，所述翻脚直角架的另一端与脚踏板底部相连形成转动副，而脚踏板与脚踏板支架形成转动副，所述翻脚电机穿过左踝关节底座插入翻脚电机直角连接架的孔中，所述翻脚电机带动翻脚直角架翻转后可带动脚踏板相对脚踏板支架旋转。

相较于现有技术，本实用新型具有如下优点：

(1)髋关节有两个自由度，膝关节有一个自由度，而踝关节达到了三个自由度，总计六个自由度，每个自由度都能使患者做出不同的动作，使得有提胯、开胯、屈膝、屈踝、扭踝、翻脚等六个动作可提供患者选择，可以满足患者绝大部分的康复训练动作需求，使患者的下肢得到充分的训练，加快了患者的康复速度；

(2)采用滑块、电动缸结合的方式来调整大腿以及小腿的长度，结构更加可靠，本实用新型中的提胯、开胯、屈膝、屈踝、扭踝、翻脚这六个动作，每个动作都有独立的电动缸进行支持，可以精准进行每一样训练任务；

(3)本实用新型的座椅、机械腿长度等均可实现调节，以适应不同肢体状态的患者，通用性较强，患者在使用时更符合人体工学，更加合理，更加科学。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构后视图；

图3为本实用新型中的机械左腿的结构示意图；

图4为本实用新型中的髋关节运动机构的结构示意图；

图5为本实用新型中的膝关节运动机构和大腿长度调整机构的结构示意图；

图6为本实用新型中的小腿长度调整机构的结构示意图；

图7为本实用新型中的踝关节运动机构的结构示意图。

附图中，1-急停按钮，2-机架外壳，3-控制柜，4-座椅，5-左大腿滑块端盖，6-左小腿推杆端盖，7-机械右腿，8-机械左腿，9-左腿底座，10-左腿底座电推杆，11-左腿底座滑块，12-左侧机架滑轨，13-机架，14-座椅支撑架，15-右腿底座，16-右腿底座电推杆，17-右腿底座滑块，18-右侧机架滑轨，19-地脚，20-左大腿推杆端盖，21-提胯电动缸球铰，22-屈踝电动缸底座，23-屈踝电动缸法兰轴，24-屈踝电动缸，25-屈踝电动缸球铰，26-第一虎克铰链，27-左大腿机架，28-左大腿侧翼连接件，29-开胯电动缸球铰，30-提胯电动缸，31-开胯电动缸，32-第二虎克铰链，33-第三虎克铰链，34-左大腿滑动件，35-膝关节左轴套，36-膝关节左轴承，37-左小腿机架，38-膝关节右轴套，39-膝关节右轴承，40-膝关节电动缸法兰轴，41-膝关节电动缸，42-膝关节球铰，43-左大腿长度调整电推杆，44-左大腿推杆块，45-左大腿滑轨，46-左大腿滑块，47-左小腿长度调整电推杆，48-左小腿滑动件，49-左小腿移动侧销，50-左踝关节左轴承，51-左踝关节法兰轴，52-左踝关节右轴承，53-左小腿滑轨，54-左小腿滑块，55-左踝关节底座，56-翻脚电机，57-脚踏板法兰轴(后)，58-左踝关节底座销轴，59-扭踝电动缸销轴，60-扭踝电动缸，61-扭踝电动缸外套，62-脚踏板支架，63-脚踏板法兰轴(前)，64-脚踏板，65-翻脚直角架，66-翻脚法兰轴，67-翻脚电机直角连接架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，示出了一种多自由度下肢康复机器人，包括机架13、机架外壳2、右侧机架滑轨18、左侧机架滑轨12和地脚19，机架外壳2通过螺钉与机架13进行连接，左侧机架滑轨12和右侧机架滑轨18分别安装在机架13两侧，地脚19固定设置在机架13底部，起到支撑稳定的作用，其工作机制包括六个部分，分别是座椅调整机构、髋关节运动机构、大腿长度调整机构、膝关节运动机构、小腿长度调整机构和踝关节运动机构，这些机构通过控制柜3电连接，控制柜3控制六个部分的运动，控制柜3上设有急停按钮1。该下肢康复机器人为左右对称结构。

具体的，座椅调整机构包括座椅4，座椅4通过座椅支撑架14焊接在机架13上，还包括左右对称设置在座椅4两侧机架外壳2上且可进行位置调整的机械左腿8和机械右腿7，机械左腿8通过左腿底座9固定在机架13上，机械右腿7通过右腿底座16固定在机架13上，具体的，以左腿部分为例，如图3所示，右腿部分的结构与之相同。机械左腿8包括左腿底座电推杆10，左腿底座电推杆10的尾端与左腿底座9上的轴连接形成转动副，左腿底座电推杆10的前端与机架外壳2上的阶梯轴连接形成转动副。更加具体的，在左腿底座9上设置左腿底座滑块11，左腿底座电推杆10工作时可以带动固连在左腿底座滑块11上的左腿底座9进行左右运动，从而带动机械左腿8整条腿进行小幅度的左右调整。右腿底座电推杆16的工作原理与上述相同。因此。两条机械腿可以调整相互之间的距离从而适应不同患者的胯部，以此达到座椅空间的调整。

髋关节运动机构可以帮助患者实现提胯和开胯两个运动，具体的，如图4所示，包括左大腿机架27、左大腿侧翼连接件28、第一虎克铰链26、开胯电动缸31、开胯电动缸底座、开胯电动缸球铰29、第二虎克铰链32、提胯电动缸30、提胯电动缸底座、提胯电动缸球铰21和第三虎克铰链33。其中，左大腿机架27与左大腿侧翼连接件28固连，可以看作一个整体。左大腿机架27与第一虎克铰链26形成转动副，第一虎克铰链26固定在机架外壳2上。开胯电动缸31固定在开胯电动缸底座上，开胯电动缸底座与第二虎克铰链32连接形成转动副，第二虎克铰链32固定在机架外壳2上，开胯电动缸31的顶端与开胯电动缸球铰29形成球副，开胯电动缸球铰29固定在左大腿侧翼连接件28的侧面上。提胯电动缸30固定在提胯电动缸底座上，提胯电动缸底座与第三虎克铰链33连接形成转动副，第三虎克铰链33固定在机架外壳2上，提胯电动缸30的顶端与提胯电动缸球铰21形成球副，提胯电动缸球铰21固定在左大腿侧翼连接件28的底部。第一虎克铰链26与第二虎克铰32链并列设置，第三虎克铰链33位于第一虎克铰链26与第二虎克铰链32的下方，呈三角分布，使得整个机械腿的底盘结构更加稳定，能够尽量减少患者使用时整条机械腿的震颤。使用时，开胯电动缸31工作时可以带动第一虎克铰链26、第二虎克铰链32和第三虎克铰链33进行左右转动，从而带动整条腿的左右运动。同样的，提胯电动缸30工作时可以带动第一虎克铰链26、第二虎克铰链32和第三虎克铰链33进行上下转动，从而带动整条腿的上下运动，最终实现髋关节的运动。右大腿的髋关节运动机构与左大腿相同。

大腿长度调整机构包括左大腿长度调整电推杆43、左大腿推杆块44、左大腿推杆端盖20、左大腿滑动件34、左大腿滑轨45、左大腿滑块46和左大腿滑块端盖5，如图5所示，具体的，左大腿长度调整电推杆43的一端通过左大腿推杆块44固定在左大腿机架27上，另一端固定在左大腿滑动件34上，左大腿滑动件34的外表面用螺钉连接左大腿推杆端盖20，左大腿滑动件34固定在左大腿滑块46上，左大腿滑块46上设置左大腿滑块端盖5，左大腿滑块46滑动设置在左大腿滑轨45中。由于左大腿滑轨45对左大腿滑块46进行了约束，形成了移动副，从而使得在左大腿长度调整电推杆43工作时，驱动固定在左大腿滑块46上的左大腿滑动件34相对左大腿机架27进行前后的移动，从而调节长度。右大腿的长度调整机构与左大腿相同。

膝关节运动机构包括左小腿机架37、膝关节左轴承36、膝关节左轴套35、膝关节右轴承39、膝关节右轴套38、膝关节电动缸41、膝关节电动缸法兰轴40和膝关节球铰42，如图5所示，具体的，由于左小腿机架37的顶端嵌入左大腿滑动件34中，因此左小腿机架37不能进行轴向的左右窜动。同时左小腿机架37的顶端延伸出膝关节左轴承36、膝关节左轴套35、膝关节右轴承39和膝关节右轴套38，对其相对左大腿滑动件34的上下移动进行了限制，所以左小腿机架37与左大腿滑动件34之间形成了转动副。由于膝关节电动缸41的底座通过膝关节电动缸法兰轴40与左小腿机架37上的轴承形成转动副，膝关节电动缸41的顶端与膝关节球铰42形成球副，膝关节球铰42穿过左大腿推杆端盖20螺纹连接在左大腿滑动件34上，因此在膝关节电动缸41工作时可以驱动左小腿机架37相对左大腿滑动件34进行转动，从而实现膝关节的运动。右膝关节运动机构与左膝关节运动机构相同。

小腿长度调整机构包括左小腿长度调整电推杆47、左小腿推杆端盖6、左小腿滑动件48、左小腿移动侧销49、左小腿滑轨53和左小腿滑块54，如图6所示，具体的，左小腿长度调整电推杆47的一端通过螺钉连接在左小腿推杆端盖6上，左小腿推杆端盖6与左小腿机架37螺纹固连，即左小腿长度调整电推杆47的一端固定在左小腿机架37上，另一端通过左小腿移动侧销49固连在左小腿滑动件48上。而左小腿机架37与左小腿滑动件48通过左小腿滑轨53、左小腿滑块54相互约束形成移动副，因此左小腿长度调整电推杆47工作时能够使得左小腿机架37与左小腿滑动件48相对滑动，从而适应不同的腿长。右小腿长度调整机构与左小腿长度调整机构相同。

踝关节运动机构可以帮助患者实现屈踝、扭踝、翻脚运动，包括屈踝机构、扭踝机构和翻脚机构。如图7所示，具体的，屈踝机构包括屈踝电动缸24、屈踝电动缸底座22、屈踝电动缸法兰轴23、屈踝电动缸球铰25、左踝关节底座55、左踝关节法兰轴51、左踝关节左轴承50和左踝关节右轴承52。左踝关节法兰轴51的一端固定在左小腿滑动件48的侧面上，轴部分穿过左踝关节左轴承50、左踝关节右轴承52的内径，而左踝关节左轴承50、左踝关节右轴承52的外径与左踝关节底座55固连，从而左小腿滑动件48与左踝关节底座55形成转动副。屈踝电动缸24固定在屈踝电动缸底座22上。屈踝电动缸24通过屈踝电动缸法兰轴23与左小腿滑动件48内部的轴承形成转动副。屈踝电动缸24的另一端与屈踝电动缸球铰25形成球副，而球铰固连在左踝关节底座55上。进而屈踝电动缸24在工作时能够使得左小腿滑动件48相对于左踝关节底座进行转动。

扭踝机构包括脚踏板64、脚踏板支架62、扭踝电动缸60、扭踝电动缸销轴59和扭踝电动缸外套61。由于左踝关节底座55通过左踝关节底座销轴58与脚踏板支架62连接，因此两者之间形成转动副。扭踝电动缸60的一端通过螺轴固定在左踝关节底座55上形成转动副，另一端与脚踏板支架62通过扭踝电动缸销轴59相连同样生成了转动副。扭踝电动缸外套61设置在扭踝电动缸60外部以保护缸体。因此在扭踝电动缸60工作时能带动脚踏板支架62进行旋转。而脚踏板支架62进一步带动脚踏板64一起运动，从而完成扭踝的整个动作。

翻脚机构包括翻脚电机56、翻脚电机直角连接架67、翻脚直角架65、翻脚法兰轴66、脚踏板法兰轴(前)63和脚踏板法兰轴(后)57。翻脚电机直角连接架67与翻脚直角架65通过翻脚法兰轴66形成转动副。翻脚电机56穿过左踝关节底座55插入翻脚电机直角连接架67的d型孔中，因此在电机轴转动时可以带动翻脚直角架65翻转。翻脚直角架65的另一端与脚踏板56底部相连形成转动副，而脚踏板56两头固连的脚踏板法兰轴(后)57、脚踏板法兰轴(前)63相对脚踏板支架62形成转动副。因此在翻脚电机56带动翻脚直角架65翻转后，翻脚直角架65可以进一步带动脚踏板56相对脚踏板支架62旋转，进而完成整个翻脚动作。

本实用新型为一种具备多种训练姿态、训练范围广的多自由度下肢康复机器人，为下肢方面存在障碍的患者提供帮助。通过对患者的不同生理部位的训练，加快患者下肢功能的康复。为患者的下肢训练提供了足够的训练空间与康复动作组合。髋关节有两个自由度，膝关节有一个自由度，而踝关节达到了三个自由度，总计六个自由度，每个自由度都能使患者做出不同的动作。如此充裕的自由度，可以满足患者绝大部分的康复训练动作需求，使患者的下肢得到充分的训练，加快了患者的康复速度，从而极大的削减医护人员的工作压力。所有动作都通过电动缸以及电推杆完成，大大优化了机械腿的内部空间结构。人性化的在底座上添加电推杆推动两条机械腿以适应不同患者胯部的大小。

本实用新型多自由度下肢康复机器人采用滑块、电动缸结合的方式来调整大腿以及小腿的长度。相较于市面上的其他结构更加经典可靠。单条机械有6个自由度，使得有提胯、开胯、屈膝、屈踝、扭踝、翻脚等六个动作可供患者选择。每个动作都有独立的电动缸进行支持，可以精准的进行每一样训练任务，同时节约了内部空间，使得结构更加紧凑，增添了机械的可靠性。髋关节的虎克铰链成三角形状分布增加了结构的稳定性。脚部三个电机运动的中心都对准了踝关节，使得康复训练效果更佳，在患者使用时更符合人体工学。可调整的胯部宽度尤其体现了使用者整机的合理性、科学性。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除