基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人仿生領(lǐng)域，是結(jié)合機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)和仿生學(xué)為一體的機(jī)電一體化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于人民生活水平的提高，交通運(yùn)輸工具迅速增多，因交通事故造成神經(jīng)損傷或肢體損傷而不能正常行走的人數(shù)呈上升趨勢。同時(shí)醫(yī)學(xué)水平的發(fā)展、生活水平的提高、人口出生率的下降等因素導(dǎo)致我國也進(jìn)入了老年化國家的行列。通常病人需要在專業(yè)護(hù)理人員的幫助下才能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，但醫(yī)療費(fèi)用的昂貴和護(hù)理人員的匱乏，多數(shù)患者選擇在家獨(dú)自訓(xùn)練，但由于缺乏專業(yè)知識(shí)，時(shí)常因訓(xùn)練方法的不夠科學(xué)，多數(shù)患者錯(cuò)過了肢體康復(fù)的最佳時(shí)間，不但沒能恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)功能，甚至加重了運(yùn)動(dòng)功能障礙，致使患者逐漸喪失了恢復(fù)肢體活動(dòng)能力的機(jī)會(huì)。
[0003]如果康復(fù)機(jī)器人可以自主進(jìn)行康復(fù)評估和治療活動(dòng)，這必將降低康復(fù)成本，促進(jìn)康復(fù)訓(xùn)練的普及。目前情況來看，雖然各國都對下肢康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了研究，也推出了一些簡單的康復(fù)訓(xùn)練器械，但一些關(guān)鍵技術(shù)還沒達(dá)到解決，離大規(guī)模推廣應(yīng)用還有一段距離。在我國，針對康復(fù)機(jī)器人的研究較晚，而且一直沒有實(shí)質(zhì)性的突破。根據(jù)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，每款機(jī)器人均有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，例如機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)擬人化不足，還未形成訓(xùn)練與評測的有機(jī)結(jié)合、對患者機(jī)體病患沒有準(zhǔn)確的評價(jià)等。在充分考慮擬人化設(shè)計(jì)的原則的前提下，設(shè)計(jì)了一款2-PSS/U機(jī)構(gòu)的仿生關(guān)節(jié)式下肢康復(fù)機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人。
[0005]對2-PSS/U機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)自身只有兩個(gè)自由度，用于人體下肢中時(shí)，在靜平臺(tái)中心處安裝一個(gè)伺服電機(jī)，使之具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，且控制方便。
[0006]考慮到機(jī)器人的穿戴性、舒適性、擬人性等各方面，設(shè)計(jì)出模塊化仿生關(guān)節(jié)和可調(diào)機(jī)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)可調(diào)機(jī)構(gòu)即可滿足身高胖瘦差異?？烧{(diào)機(jī)構(gòu)中的的自鎖機(jī)構(gòu)可以在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)自鎖。
[0007]考慮到舒適性的問題，引入了較多舒適性要求的組件，如寬腰帶和綁帶。
【附圖說明】
[0008]圖1是2-PSS/U機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖:
圖1中，1-主伺服電機(jī)蓋板；2_主伺服電機(jī)；3_動(dòng)平臺(tái)；4_萬向鉸；5_球頭桿端軸承；6-絲桿螺母；7_靜平臺(tái)；8_次伺服電機(jī)。
[0009]圖2是可調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖:
圖2中，1-自鎖桿桿端；2_上貼合板；3_鎖緊螺母；4_下貼合板。
[0010]圖3是自鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖；
圖4是2-PSS/U模塊化仿生關(guān)節(jié)式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡圖:
圖4中，1-夾腰板；2_腰部支撐板；3_仿生關(guān)節(jié)模塊；4_可調(diào)大腿上板；5_可調(diào)大腿下板；6_膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；7_可調(diào)小腿上板；8_可調(diào)小腿下板；9_仿生關(guān)節(jié)模塊；10_腳底板；11-可自鎖可調(diào)機(jī)構(gòu)；12-小腿綁帶；13-膝關(guān)節(jié)伺服電機(jī)蓋板；14-小腿綁帶；15_可自鎖可調(diào)機(jī)構(gòu)；16_可調(diào)腰帶。
【具體實(shí)施方式】
[0011]1、2-PSS/U機(jī)構(gòu)的【具體實(shí)施方式】。
[0012]機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力輸入為三個(gè)伺服電機(jī)，主伺服電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)次伺服電機(jī)提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過絲桿螺母轉(zhuǎn)化為移動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)作用于球鉸副S上，推動(dòng)平臺(tái)繞著萬向鉸U的中心旋轉(zhuǎn)。通過2-PSS/U機(jī)構(gòu)外加動(dòng)平臺(tái)上的主伺服電機(jī)，組成一個(gè)具有三個(gè)相互垂直且相交于萬向鉸U旋轉(zhuǎn)中心的仿生關(guān)節(jié)。把具有三個(gè)相互垂直且相交于一點(diǎn)的機(jī)構(gòu)認(rèn)為是一模塊，該模塊可以運(yùn)用在人體中具有相同自由度的地方。人體下肢中髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)均具有三個(gè)相同的旋轉(zhuǎn)自由度，雖然具體結(jié)構(gòu)形式不同，但其關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)原理是相同的。可以利用具有相同的部件代替。
[0013]2、模塊化仿生關(guān)節(jié)的【具體實(shí)施方式】。
[0014]仿生關(guān)節(jié)模塊就是2-PSS/U機(jī)構(gòu)外加一個(gè)伺服電機(jī)組成，具有三個(gè)垂直相交的旋轉(zhuǎn)自由度，與人體下肢髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)自由度完全相同，可把它作為一個(gè)模塊進(jìn)行任意組裝構(gòu)造，
3、可調(diào)機(jī)構(gòu)的的【具體實(shí)施方式】。
[0015]為了滿足不同身高胖瘦的人群，一些必要部位的尺寸必須是可調(diào)的，所以設(shè)計(jì)出可調(diào)的桿長。當(dāng)需要調(diào)節(jié)長度時(shí)，抬起自鎖桿，當(dāng)自鎖桿的上表面與上貼合板垂直時(shí)，調(diào)整下帖合板與上貼合板的相對位置至合適時(shí)，壓下自鎖桿與上貼合板接觸，必要時(shí)可以旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母調(diào)節(jié)。上貼合面與下貼合面相對滑動(dòng)時(shí)，自鎖機(jī)構(gòu)中的四組螺桿起著導(dǎo)向的作用，保證滑動(dòng)時(shí)候出現(xiàn)抽屜現(xiàn)象。當(dāng)自鎖桿桿端與上貼合面表面接觸時(shí)，自鎖桿桿頭部與上貼合板的接觸點(diǎn)落在該機(jī)構(gòu)的摩擦圓內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自鎖。在大腿、小腿及髖部處均采用了該結(jié)構(gòu)。
[0016]4、保證穿戴舒適性的【具體實(shí)施方式】。
[0017]在腰部引入了軟質(zhì)的寬腰帶，并且軟質(zhì)腰帶的前后均可以調(diào)節(jié)長度，左右兩端是由硬質(zhì)材料制作，并通過螺栓連接在夾腰板上，確保能最大限度的滿足病人腰部的舒適性要求。在大腿、小腿、及腳踝處均設(shè)計(jì)了綁帶，綁帶結(jié)構(gòu)與腰帶機(jī)構(gòu)類似，均為較寬的軟質(zhì)材料制成，且兩邊可以調(diào)節(jié)大小，確保能滿足不同胖瘦人群對舒適性的要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:具有2-PSS/U機(jī)構(gòu)、模塊化仿生關(guān)節(jié)和可調(diào)機(jī)構(gòu)，并且引入了較多舒適性要求的組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述2-PSS/U機(jī)構(gòu)可以滿足各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述模塊化仿生關(guān)節(jié)可以保證機(jī)器人與人體下肢髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)自由度完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述可調(diào)機(jī)構(gòu)用于調(diào)整桿的長度以滿足不同身高胖瘦的人群，其中的自鎖機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自鎖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，舒適型組件可以滿足人對機(jī)器人的舒適性要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于仿生關(guān)節(jié)的下肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于：設(shè)計(jì)了2-PSS/U機(jī)構(gòu)、模塊化仿生關(guān)節(jié)和可調(diào)機(jī)構(gòu)，并且引入了較多舒適性要求的組件。該下肢康復(fù)機(jī)器人在能夠進(jìn)行康復(fù)治療的前提下，充分達(dá)到了擬人化設(shè)計(jì)和舒適的原則。
【IPC分類】A61H1-02
【公開號(hào)】CN104688492
【申請?zhí)枴緾N201310654558
【發(fā)明人】孫寶恒
【申請人】孫寶恒
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月9日