六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，特別是一種六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。包括機(jī)架、伺服電機(jī)、三條運(yùn)動(dòng)支鏈、訓(xùn)練踏板，運(yùn)動(dòng)支鏈通過虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)連接，第一伺服電機(jī)與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過第二連桿與第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過第一連桿與第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第二伺服電機(jī)與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的U形件連接；第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈和第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈兩者的軸線相互垂直并共面，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈的軸線與第二伺服電機(jī)的軸線相互垂直并共面；第二伺服電機(jī)和第一伺服電機(jī)兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設(shè)置。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z向的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，通過被動(dòng)性的康復(fù)訓(xùn)練，使患者的腿部肌體得到恢復(fù)。
【專利說明】六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，特別是一種六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口老齡化以及由疾病和災(zāi)難等造成的腿部癱瘓的患者增加，而醫(yī)學(xué)理論證明，患者不僅需要早期的手術(shù)治療和藥物治療，而且科學(xué)的、正確的康復(fù)訓(xùn)練對于恢復(fù)腿部關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能有著及其重要且不可代替的作用。六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，在偏癱患者初期進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，可以有效的防止關(guān)節(jié)攣縮，維持關(guān)節(jié)的活動(dòng)度，提高患者的腿部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)程度，及早實(shí)現(xiàn)腿部關(guān)節(jié)機(jī)能的恢復(fù)。
[0003]目前針對于腿部關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)構(gòu)，主要是膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練，其康復(fù)訓(xùn)練活動(dòng)范圍小，只有很少部分的患者能得到充分的治療。而從運(yùn)動(dòng)原理上看，人體的腿部關(guān)節(jié)可視為一個(gè)具有六個(gè)自由度的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)單元，因此，為了全面有效地實(shí)現(xiàn)腿部的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人應(yīng)具有六自由的運(yùn)動(dòng)能力，可以實(shí)現(xiàn)腿部全面的康復(fù)活動(dòng)。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的腿部康復(fù)機(jī)器人存在康復(fù)訓(xùn)練的活動(dòng)空間小，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，制造成本高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠達(dá)到腿部所需運(yùn)動(dòng)空間的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，包括機(jī)架、伺服電機(jī)、三條運(yùn)動(dòng)支鏈、訓(xùn)練踏板，運(yùn)動(dòng)支鏈通過虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)連接，第一伺服電機(jī)與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過第二連桿與第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過第一連桿與第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第二伺服電機(jī)與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的U形件連接；第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈和第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈兩者的軸線相互垂直并共面，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈的軸線與第二伺服電機(jī)的軸線相互垂直并共面；第二伺服電機(jī)和第一伺服電機(jī)兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設(shè)置。
[0007]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z向的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，通過被動(dòng)性的康復(fù)訓(xùn)練，使患者的腿部肌體得到恢復(fù)，并且，該腿部訓(xùn)練機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與第一伺服電機(jī)連接，第一伺服電機(jī)安裝在機(jī)架的下方。
[0009]第一伺服電機(jī) 和第二伺服電機(jī)分別通過第一電機(jī)安裝座和第二電機(jī)安裝座與機(jī)架連接。
[0010]運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)相同，第一運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一上連桿的上端連接球鉸，第一上連桿的下端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與第一下連桿的一端連接，第一下連桿的另一端通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的虎克鉸鏈支座連接。
[0011]運(yùn)動(dòng)支鏈中的第三運(yùn)動(dòng)支鏈通過下球鉸鏈與連接板連接，下球鉸鏈與第二上連桿的一端連接，第二上連桿通過移動(dòng)鉸鏈與第二下連桿連接，第二下連桿的下端與第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的虎支鉸鏈支座連接。
[0012]第二伺服電機(jī)和第一伺服電機(jī)分別設(shè)置為三個(gè)，三個(gè)伺服電機(jī)三者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交并呈等邊三角形結(jié)構(gòu)；三個(gè)伺服電機(jī)三者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交于一點(diǎn)。
[0013]虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的U形件通過聯(lián)軸器與第二伺服電機(jī)連接，U形叉通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與虎克鉸鏈支座連接。
[0014]第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的第一轉(zhuǎn)軸連接，第一轉(zhuǎn)軸上裝有大帶輪，大帶輪通過皮帶與小帶輪連接，小帶輪通過第一聯(lián)軸器與第一伺服電機(jī)連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是虎克鉸鏈支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是第一運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是第三運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是訓(xùn)練踏板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
`[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明:
一種六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，參見附圖1至附圖5，圖中:機(jī)架1、支座101、第一運(yùn)動(dòng)支鏈2、第二運(yùn)動(dòng)支鏈3、訓(xùn)練踏板4、第三運(yùn)動(dòng)支鏈5、第一伺服電機(jī)6、第一聯(lián)軸器7、第一電機(jī)安裝座8、虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10、第二伺服電機(jī)11、第二聯(lián)軸器12、第二電機(jī)安裝座13、球鉸14、第一上連桿15、第四轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈16、第一下連桿17、第五轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈18、下球鉸鏈19、第二上連桿20、移動(dòng)鉸鏈21、第二下連桿22、第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈23、第七轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈24,U形件25、虎克鉸鏈支座26、第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈28、第二連桿29、大帶輪30、第一轉(zhuǎn)軸31、皮帶32、小帶輪33、第二轉(zhuǎn)軸34、第一連桿35、第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈36、第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈37、腳板固定件38、連接板39。
[0021]本實(shí)施例中，機(jī)架I的主體呈等邊三角形結(jié)構(gòu)，主體的三個(gè)角上設(shè)置有豎直向上的支座101，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10中的轉(zhuǎn)軸31置于支座101上。
[0022]機(jī)架I上裝有三個(gè)虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)，三個(gè)虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于同一圓周上并且呈間隔120度設(shè)置(三個(gè)虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心呈等邊三角形分布)。虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9中的U形件25與第二伺服電機(jī)11通過第二聯(lián)軸器12連接。
[0023]運(yùn)動(dòng)支鏈通過虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9與伺服電機(jī)連接，虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9由U形件25、第一連桿35、第二連桿29、虎克鉸鏈支座26等組成；第一伺服電機(jī)6與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9中的第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈28連接，第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈28通過第二連桿29與第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈37連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈37通過第一連桿29與第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈36連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈36與虎克鉸鏈支座26連接。
[0024]虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9中的虎克鉸鏈支座26與U形件25通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈24連接，U形叉25通過聯(lián)軸器12與伺服電機(jī)11固定連接。
[0025]第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈36和第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈28兩者的軸線相互垂直并位于同一水平面上，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈37的軸線與第二伺服電機(jī)11的軸線相互垂直并位于同一垂直面上；第二伺服電機(jī)11和第一伺服電機(jī)6兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設(shè)置。
[0026]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10中的第二轉(zhuǎn)軸34上的大帶輪30通過皮帶32與小帶輪33連接，小帶輪33通過第一聯(lián)軸器7與第一伺服電機(jī)6連接。第一伺服電機(jī)6通過第一電機(jī)安裝座8安裝在機(jī)架I的下方。
[0027]第二伺服電機(jī)11通過第二電機(jī)安裝座13安裝在機(jī)架I的上方。通過電機(jī)安裝座將伺服電機(jī)與機(jī)架I連接，能夠大大減小由于伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)而引起的慣性沖擊力，這種安裝方式使伺服電機(jī)具有良好的可控性。
[0028]運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一運(yùn)動(dòng)支鏈2和第二運(yùn)動(dòng)支鏈3的結(jié)構(gòu)相同，第一運(yùn)動(dòng)支鏈2中的第一上連桿15的上端連接球鉸14，球鉸14與連接板39連接。第一上連桿15的下端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈16與第一下連桿17的一端連接，第一下連桿17的另一端通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈18與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9中的虎克鉸鏈支座26連接；第四轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈16的軸線與第二伺服電機(jī)11的軸線相平行。第二運(yùn)動(dòng)支鏈2和第三運(yùn)動(dòng)支鏈3中的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈分別與各自所連接的伺服電機(jī)的軸線相平行。
[0029]第三運(yùn)動(dòng)支鏈5的一端通過下球鉸鏈19與連接板39連接。下球鉸鏈19和兩個(gè)球鉸鏈14，三者的連線呈等邊三角形結(jié)構(gòu)。連接板39上裝有訓(xùn)練踏板4，訓(xùn)練踏板4依照人體的腳結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而制成的，訓(xùn)練踏板4上裝有腳板固定件38，腳板固定件38將康復(fù)者的腳固定在本機(jī)上，從而通過訓(xùn)練腳板帶動(dòng)康復(fù)患者實(shí)行康復(fù)訓(xùn)練。
[0030]下球鉸鏈19與第二上連桿20的一端固定連接，第二上連桿20通過移動(dòng)鉸鏈21與第二下連桿22連接，第二下連桿22的下端與第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈23連接，第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈23與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)9中的虎支鉸鏈支座26連接；第二上連桿20和第二下連桿21兩者構(gòu)成的移動(dòng)副軸線垂直于第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈28和第一轉(zhuǎn)`動(dòng)鉸鏈36構(gòu)成的水平面。
[0031]第二伺服電機(jī)11和第一伺服電機(jī)6分別設(shè)置為三個(gè),三個(gè)第二伺服電機(jī)11三者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交并呈等邊三角形結(jié)構(gòu)；三個(gè)第一伺服電機(jī)6三者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交于一點(diǎn)。這種安裝方式使腿部康復(fù)機(jī)器人中構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不受伺服電機(jī)的干涉。
[0032]第一伺服電機(jī)6的電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過第一聯(lián)軸器7將小帶輪33的第二轉(zhuǎn)軸34固聯(lián)，小帶輪33帶動(dòng)大帶輪30的第一轉(zhuǎn)軸31運(yùn)動(dòng)，大帶輪30的第一轉(zhuǎn)軸31通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈28帶動(dòng)第一連桿29運(yùn)動(dòng)，第一連桿29通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈37帶動(dòng)第二連桿35運(yùn)動(dòng)，第二連桿35通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈36帶動(dòng)虎克鉸鏈支座26運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到傳遞動(dòng)力的作用。
[0033]本實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)繞X、Y、Z軸的姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)及沿X、Y、Z軸的移動(dòng)，真實(shí)模擬人體腿部的多自由度復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，幫助患者更好的進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練。
[0034]每條運(yùn)動(dòng)支鏈在兩個(gè)伺服電機(jī)的共同作用下驅(qū)動(dòng)虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這樣就可以通過六個(gè)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)空間六自由度的康復(fù)訓(xùn)練要求。每個(gè)伺服電機(jī)分別通過控制中心的編碼器、傳感器等電子原器件進(jìn)行控制。
【權(quán)利要求】
1.一種六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，包括機(jī)架、伺服電機(jī)、三條運(yùn)動(dòng)支鏈、訓(xùn)練踏板，其特征在于:運(yùn)動(dòng)支鏈通過虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)連接，第一伺服電機(jī)與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過第二連桿與第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過第一連桿與第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第二伺服電機(jī)與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的U形件連接；第一轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈和第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈兩者的軸線相互垂直并共面，第二轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈的軸線與第二伺服電機(jī)的軸線相互垂直并共面；第二伺服電機(jī)和第一伺服電機(jī)兩者的軸線呈垂直狀態(tài)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與第一伺服電機(jī)連接，第一伺服電機(jī)安裝在機(jī)架的下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)分別通過第一電機(jī)安裝座和第二電機(jī)安裝座與機(jī)架連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)相同，第一運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一上連桿的上端連接球鉸，第一上連桿的下端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與第一下連桿的一端連接，第一下連桿的另一端通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的虎克鉸鏈支座連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:運(yùn)動(dòng)支鏈中的第三運(yùn)動(dòng)支鏈通過下球鉸鏈與連接板連接，下球鉸鏈與第二上連桿的一端連接，第二上連桿通過移動(dòng)鉸鏈與第二下連桿連接，第二下連桿的下端與第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，第六轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的虎支鉸鏈支座連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:第二伺服電機(jī)和第一伺服電機(jī)分別設(shè)置為三個(gè)，三個(gè)伺服電機(jī)三者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交并呈等邊三角形結(jié)構(gòu)；三個(gè)伺服電機(jī)三者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相交于一點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:虎克鉸鏈機(jī)構(gòu)中的U形件通過聯(lián)軸器與第二伺服電機(jī)連接，U形叉通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與虎克鉸鏈支座連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度腿部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其特征在于:第三轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的第一轉(zhuǎn)軸連接，第一轉(zhuǎn)軸上裝有大帶輪，大帶輪通過皮帶與小帶輪連接，小帶輪通過第一聯(lián)軸器與第一伺服電 機(jī)連接。
【文檔編號】A61H1/02GK103816029SQ201410082480
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月8日
【發(fā)明者】崔冰艷, 陳麗文, 王志軍, 李占賢 申請人:河北聯(lián)合大學(xué)