[发明专利]一种下肢关节康复训练机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种下肢关节康复训练机器人，属于医疗设备领域。

背景技术

近年来，康复机器人以其自动化、精确化以及智能化的特点开始逐渐替代传统的人工物理治疗。康复机器人可分为辅助型和治疗型两种，其中治疗型下肢康复机器人可以划分为单自由度和多自由度下肢康复机器人。单自由度下肢康复训练机器人运动单一，其应用范围仅限于局部关节的康复，无法实现腿部各个关节的协调运动，训练效果不佳；多关节下肢康复训练机器人能够帮助患者进行多种多样的主被动训练，根据患者的情况确定个性化的训练模式。目前，国内医院应用的下肢康复设备大多为单自由度康复训练器，多自由度下肢康复训练机器人主要依赖进口，价格昂贵。近几年，国内开始对多自由度下肢康复训练机器人进行研究，申请公布号为CN 102949281 A的中国发明专利公开了一种下肢关节康复机器人，用于对下肢残障者进行被动、主动和助力训练。该发明技术方案存在下列不足：采用低速级同步带传动方案机械腿在运动过程容易发生微颤，机械腿在运动过程容易发生微颤；在机械腿长度调节方式上，采用丝杠螺母传动和侧向燕尾槽导向，存在运动间隙。

发明内容

针对上述存在问题，本发明旨在提供一种可用于坐卧式下肢康复的、结构合理、安全性高、成本低的机器人。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种下肢关节康复机器人，包括踝关节装置、膝关节装置、髋关节装置、机械腿大腿调节装置、机械腿小腿调节装置、机架，膝关节动力组件整体后置于髋关节后部，髋关节动力组件整体设置于机架上，其特征在于：

(1)所述踝关节装置包括电机驱动部分、脚踏板部分、踝关节支架和小腿内套，电机驱动部分安装在踝关节支架上，踝关节支架和脚踏板部分通过前、后踏板支杆相连；电机经减速器减速后，与动输出轴相连接的锥齿轮与固连在小腿内套的不完全锥齿轮的啮合传动实现了踝关节的运动；不完全锥齿轮的自身结构使锥齿轮的转动限定于一定的范围内，小腿内套的结构构成机械限位，踝关节转动到极限位置时，小腿内套触发限位开关，限位开关发出信号限制电机转动，构成电器限位，通过控制器设定编码器的脉冲数控制电机的运动极限位置，构成软件限位；踏板骨架的一端对称安装有两个压力传感器，其中，上压力传感器用螺栓和踏板骨架连接并预紧，下压力传感器用螺栓通过传感器底座和踏板骨架连接并预紧，传感器触点框固定在踏板上盖上，踏板骨架的另一端通过踏板转轴和踏板支架相连，踏板支架用螺栓固定在踏板上盖上；康复训练时，把患者脚部通过扣带固定在踏板上盖，上压力传感器产生压力信号，表示脚前掌对踏板上盖施加压力，下压力传感器产生压力信号，表示脚后掌对踏板上盖施加压力，根据压力与力臂的乘积来计算踝关节所受力矩和方向；

(2)所述膝关节装置包括由电机、相对位置编码器、制动器、扭矩传感器、绝对位置编码器、限位开关组成的电器部件，以及由谐波减速器、带轮、齿轮、同步带、发信凸轮、绳轮组构成的传动部件；电机的动力传递给主动带轮和主动带轮，主动带轮通过同步带与被动带轮相连，被动带轮与制动器相连，电机失控或发生危险时，由制动器紧急制动，保证患者安全；另一个主动带轮通过同步带与被动带轮相连，被动带轮与谐波减速器的输入轴相连，谐波减速器的输出轴与主动齿轮相连，主动齿轮通过介轮带动从动齿轮转动，从动齿轮与扭矩传感器的一端相连，扭矩传感器的另一端与小腿机架相连，从而带动小腿机架转动，实现了膝关节的运动；所述扭矩传感器配置有膝关节扭矩传感器配卸荷装置，绝对位置编码器配置有膝关节绝对位置编码器卸荷装置，可在掉电情况下记录膝关节的转动角度，避免了开机后、训练前对膝关节的原点复位；安装在从动齿轮轴上的发信凸轮与安装在小腿机架上的限位开关组合来控制膝关节的极限运动范围，形成电器限位，通过控制器设定带有相对位置编码器的电机的运动极限位置，实现膝关节在正常运动范围内运动，构成软件限位；