一种下肢混联康复机器人
技术领域
本实用新型涉及一种医疗器械技术领域，特别是关于一种下肢混联康复机器人。
背景技术
近年我国人民的生活水平不断地提高，随之，人口老龄热潮席卷而来。人口老龄化导致其身体素质下降甚至于引发生理机能的病变，例如：脑出血、脑梗等脑血管疾病及神经系统疾病，并且患有脑卒中、脊髓损伤等中枢神经系统疾病的患者，术后通常会引发偏瘫或者截瘫，致使行动不便。同时，由事故引起脊柱骨折而带来的脊髓损伤、某些脊髓的病变、肌肉组织病变也将致使瘫痪，上述病症严重影响病人的生活质量，同时给社会及其家庭成员也带来了挥之不去的阴霾，由此看来解决术后康复问题迫在眉睫，然而我国拥有类似症状的患者以每年8.7％的比例急速上升，与之相应的是有限人数的术后康复治疗团队，传统的康复训练大多都需要在2～3名治疗师的协助下展开，难以达到高强度、有针对性的康复训练要求，并且训练效率尤为低下，所以传统康复治疗难以满足现状，下肢康复机器人由此诞生，基于运动再学习疗法可知，患者在经过严格的系统训练后，能够使得大脑双侧运动皮质被充分激活、脑皮质功能加快重组的效果，通过如此学习再生训练过程，肢体功能可以实现自然的恢复。
但目前已有下肢康复机器人大多只针对单关节或只针对整体下肢进行康复训练，并且无法满足患者的调整需求，严重缺乏灵活性。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种下肢混联康复机器人，其能满足患者多姿态、可调整式的康复训练过程，为患者提供一种更便捷、舒适的康复训练，且控制原理简单，易于操作，适合场合广泛。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种下肢混联康复机器人，其包括踝关节康复机构、膝关节康复机构、髋关节康复机构和导轨座椅及辅助支架结构；所述踝关节康复机构设置为两个，位于整个所述机器人最底部，与双脚位置对应设置；位于每个所述踝关节康复机构上方都设置有两个所述膝关节康复机构，两个所述膝关节康复机构并排设置在腿部两侧；所述膝关节康复机构上部与所述髋关节康复机构一侧连接，所述髋关节康复机构另一侧与所述导轨座椅及辅助支架结构连接。
进一步，所述踝关节康复机构采用三自由度并联机构，设置有一个约束分支、三个连接分支。
进一步，所述踝关节康复机构包括分支短杆、分支长杆、踝关节动平台、约束杆和踝关节静平台；所述分支短杆和分支长杆构成连接分支，所述约束杆构成约束分支；所述约束杆上端通过球铰与所述踝关节动平台连接，下端与所述踝关节静平台固定连接；每一所述分支短杆与一所述分支长杆连接：所述分支短杆的下端与所述静平台上的减速器和电动机以回转副连接，所述分支短杆的上端通过球铰与所述分支长杆下端连接，所述分支长杆上端通过球铰与所述踝关节动平台连接，形成六自由度连接分支沿圆周逆时针对称分布，共同构成3-RSS/S并联机构。
进一步，所述踝关节动平台上设置有用于固定患者脚部的夹持装置。
进一步，所述膝关节康复机构采用单R转动副机构，其包括大腿杆件、第一销轴、小腿杆件、连接块和螺栓螺母；所述大腿杆件一端通过所述第一销轴与所述小腿杆件一端连接，所述小腿杆件另一端通过所述连接块和螺栓螺母与所述踝关节康复机构连接。
进一步，位于所述大腿杆件上设置有用于调整长度的第一紧定螺钉，所述小腿杆件上设置有用于调整长度的第二紧定螺钉。
进一步，所述髋关节康复机构由双侧3-RRR非对称球面机构组成，其中包括两个单侧并联机构，每侧所述并联机构有三条分支。
进一步，所述髋关节康复机构包括髋关节动平台、髋关节静平台、第二销轴、第三销轴和曲柄；所述髋关节动平台与所述膝关节康复机构连接；每条所述分支由两个所述曲柄、两个所述第二销轴和一个所述第三销轴构成：两个所述曲柄的一端通过所述第三销轴串联连接，其中一个所述曲柄的另一端通过一个所述第二销轴与所述髋关节动平台连接，另一个所述曲柄的另一端通过另一个所述第二销轴与所述髋关节静平台连接。
进一步，三条所述分支含有三个同心转动副，其中两条所述分支与另一条所述分支的夹角呈90度角。
进一步，所述导轨座椅及辅助支架结构包括第三紧定螺钉、第四紧定螺钉、座椅支撑板、第五紧定螺钉、座椅、支撑架、导轨滑块和导轨；所述座椅通过所述第五紧定螺钉连接在所述座椅支撑板上，所述座椅支撑板通过两枚所述第四紧定螺钉连接到并排设置的两个所述导轨滑块上，两个所述导轨滑块通过所述第三紧定螺钉连接到各自对应的所述导轨；所述导轨设置在所述支撑架上，沿所述支撑架高度方向固定在所述支撑架上，且所述导轨底端与地面固定连接；所述所述髋关节康复机构与所述支撑架连接。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型针对患者下肢髋关节、膝关节、踝关节进行主动康复训练，既可实现下肢整体协同康复运动也可进行单关节康复运动，其间切换十分快捷、简便，还可进行个性化调整，目的在于满足患者多姿态、可调整式的康复训练过程，为患者提供一种更便捷、舒适的康复训练，且控制原理简单，易于操作，适合场合广泛，可根据患者需要制定合适的康复训练方案。2、本实用新型由三个单关节康复机构：踝、膝、髋关节康复机构，搭配导轨座椅辅助机构组成，可以进行下肢整体协同康复运动也可进行单关节康复运动，因此患者可以根据康复或个人需要选择不同的姿态及不同的部位进行康复训练过程，如：在患者站立时进行下肢整体协同运动，对其下肢进行全面康复训练，坐姿时进行部分、单关节的康复训练过程，踝、膝关节协同或单独康复运动，并且导轨座椅及膝关节康复机构都可进行个性化长度调整，充分适应每个患者的身高体态，能满足大多数患者的要求，极大程度上提高了康复训练过程的便捷与舒适，患者可以安全的享受多姿态康复训练，并且不会造成二次伤害，因此达到更好的康复训练效果。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的踝关节康复机构结构示意图；
图3是本实用新型的膝关节康复机构结构示意图；
图4是本实用新型的髋关节康复机构结构示意图；
图5是本实用新型的导轨座椅及辅助支架结构示意图。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型提供一种下肢混联康复机器人，可以在单一关节及整体间自主选择，其包括踝关节康复机构1、膝关节康复机构2、髋关节康复机构3和导轨座椅及辅助支架结构4。踝关节康复机构1设置为两个，位于整个机器人最底部，与双脚位置对应设置；位于每个踝关节康复机构1上方都设置有两个膝关节康复机构2，两个膝关节康复机构2并排设置在腿部两侧。膝关节康复机构2上部与髋关节康复机构3一侧连接，髋关节康复机构3另一侧与导轨座椅及辅助支架结构4连接。
在一个优选的实施例中，如图1、图2所示，踝关节康复机构1采用三自由度并联机构，设置有一个约束分支、三个连接分支；踝关节康复机构1包括分支短杆5、分支长杆6、踝关节动平台7、约束杆8和踝关节静平台9；其中，分支短杆5和分支长杆6构成连接分支，且分支短杆5和分支长杆6都设置为三个，约束杆8构成约束分支设置为一个。
约束杆8上端通过球铰与踝关节动平台7连接，下端与踝关节静平台9固定连接，通过约束杆8约束踝关节动平台7移动自由度。每一分支短杆5与一分支长杆6连接：分支短杆5的下端与静平台9上的减速器和电动机以回转副连接，分支短杆5的上端通过球铰与分支长杆6下端连接，分支长杆6上端通过球铰与踝关节动平台7连接，形成六自由度连接分支沿圆周逆时针对称分布，共同构成3-RSS/S并联机构，并且踝关节动平台7上设置有用于固定患者脚部的夹持装置，从而进行三个自由的康复运动。
在一个优选的实施例中，如图1、图3所示，膝关节康复机构2采用单R转动副机构，既可带动患者膝关节进行屈、伸运动，又起到连接上下机构、传递能量的作用，并且采取左右并排、腿杆可调整尺寸，增强其稳定性与可靠性，提升患者体验感。膝关节康复机构2包括大腿杆件10、第一紧定螺钉11、第一销轴12、小腿杆件13、第二紧定螺钉14、连接块15和螺栓螺母16。大腿杆件10一端通过第一销轴12与小腿杆件13一端连接，小腿杆件13另一端通过连接块15和螺栓螺母16与踝关节康复机构1上的踝关节动平台7连接。
其中，位于大腿杆件10上设置有第一紧定螺钉11，小腿杆件13上设置有第二紧定螺钉14，通过第一紧定螺钉11、第二紧定螺钉14分别调整大腿杆件10、小腿杆件13的长度。
在一个优选的实施例中，如图1、图4所示，髋关节康复机构3包括髋关节动平台17、髋关节静平台18、第二销轴19、第三销轴20和曲柄21。髋关节动平台17与膝关节康复机构2中的大腿杆件10另一端连接。髋关节康复机构3由双侧3-RRR非对称球面机构组成，其中包括两个单侧并联机构，每侧并联机构有三条分支，每条分支由两个曲柄21、两个第二销轴19和一个第三销轴20构成；两个曲柄21的一端通过第三销轴20串联连接，其中一个曲柄21的另一端通过一个第二销轴19与髋关节动平台17连接，另一个曲柄21的另一端通过另一个第二销轴19与髋关节静平台18连接。其中，三条分支含有三个同心转动副，其中两条分支与另一条分支的夹角呈90度角。
使用时，在电机控制下由分支带动髋关节动平台17再带动患者腿部进行三自由度康复运动。髋关节康复机构3不仅结构十分紧凑而且具有较大的可工作范围，十分适合想要设计的髋关节康复机器人设计理念。
在一个优选的实施例中，如图1、图5所示，导轨座椅及辅助支架结构4包括第三紧定螺钉22、第四紧定螺钉23、座椅支撑板24、第五紧定螺钉25、座椅26、支撑架27、导轨滑块28和导轨29。座椅26通过第五紧定螺钉25连接在座椅支撑板24上，座椅支撑板24通过两枚第四紧定螺钉23连接到并排设置的两个导轨滑块28上，两个导轨滑块28通过第三紧定螺钉22连接到各自对应的导轨29；导轨29设置在支撑架27上，沿支撑架27高度方向固定在支撑架27上，且导轨29底端与地面固定连接；髋关节静平台18也与支撑架27连接，由支撑架27支撑起整个下肢康复机构，也保护了患者在康复训练过程中的安全。该导轨座椅为患者提供了可选择的多姿态康复训练，此外还可根据患者身高体态进行上下、前后方向的位置调整，以便满足绝大部分患者的需求。
综上，本实用新型的踝关节康复机构1采用一种三自由度并联机构，该并联机构采用四支链结构，存在一个约束支链、三个连接支链，约束杆8下端固定于踝关节静平台9上，与踝关节动平台7之间的连接通过球副相连，最终约束掉与踝关节无关的三个移动自由度保存三个方向的转动自由度，其余三个支链圆周对称分布，每个都由双连杆构成都具有六自由度，其中踝关节静平台9上减速器、电动机与分支短杆5下端以转动副连接，电动机带动连接支链进而带动踝关节动平台7按计划轨迹进行康复运动。导轨座椅及辅助支架结构4在提供患者康复训练安全的同时，给患者提供具有选择性的多姿态康复训练过程，并且座椅可根据患者身高体态进行上下、前后方向的位置调整，以便满足绝大部分患者的需求，为患者提供一种更便捷、舒适的康复训练，所以此康复机器人可以为患者带来更好的康复体验与效果，并且结构简单，操作方便，相对刚度大，成本低廉，有广阔的发展前景。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
