[发明专利]一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法

摘要

本发明公开了一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法，其针对人体下肢康复训练过程中如何高效、安全的实现恢复病人下肢的行走能力以及增加训练装置的适应性等问题，通过本发明实现了人体下肢5个运动自由度的全方位康复训练。该康复装置增设有角度、位移、压力传感器，通过检测病人的相关运动参数可进行自适应调整，且下肢外骨骼、调宽、调高机构以及反重力跑步机都采用了模块化设计，可根据康复病人的体型以及康复进展进行训练强度和幅度大小的调节，从而提高了适应性。将所设计的下肢外骨骼集成到了反重力跑步机上，增加了病人进行康复训练时的舒适性的同时，也提高了康复训练的效果。

主权项

一种下肢外骨骼康复训练装置，包括反重力跑步机（400）；所述反重力跑步机（400）包含有机架（401）、支撑气囊（402）、跑板、跑带、控制显示屏幕（403）；在机架上设有跑板和支撑气囊（402），其中支撑气囊（402）位于跑板的上方，且设有一个圆孔；训练者在进行康复训练时，训练者的腰部位于支撑气囊（402）上的圆孔中；支撑气囊（402）充满气后，将训练者的腰部夹持住；在跑板的长度方向上设有跑带；在机架的一端设有表盘；设有表盘的一端为反重力跑步机（400）的前端；所述跑板的宽度大于跑带的宽度；外露在跑带左、右两侧的跑板依次称为左侧跑板条、右侧跑板条；其特征在于：设有下肢外骨骼（100）、下肢外骨骼调宽机构（200）、下肢外骨骼调高机构（300）；所述下肢外骨骼（100）包括：髋关节托板（101）、锥齿轮（102）、髋关节轴承座（103）、转轴（104）、谐波减速器（105）、下肢端电机支架（106）、下肢端伺服电机（107）、下肢端第一连杆（108）、下肢端第二连杆（109）、角度传感器（110）、大腿上杆件（111）、大腿连接柔性带（112）、下肢端第一螺钉（113）、大腿下杆件（114）、电动缸（115）、螺栓螺母副（116）、夹具曲轴（117）、夹具底板（118）、夹具底板连接螺钉（119）、下肢端第三连杆（120）、角度传感器（121）、小腿上杆件（122）、小腿下杆件（123）、下肢端第二螺钉（124）、小腿连接柔性带（125）、脚部踏板（126）；髋关节托板（101）为矩形板；在髋关节托板（101）的一端设有1对髋关节轴承座（103）；在髋关节轴承座（103）之间设有转轴（104）；在转轴（104）上装配有锥齿轮（102）；所述转轴（104）的一端延伸至相邻髋关节轴承座（103）的外部；延伸至髋关节轴承座（103）外部的转轴（104）的端部与下肢端第一连杆（108）的一端相连接；在髋关节托板（101）的中部设有下肢端电机支架（106）；在下肢端电机支架（106）上设有下肢端伺服电机（107）；所述下肢端伺服电机（107）通过谐波减速器（105）与转轴（104）活动连接；在髋关节托板（101）的另一端设有圆孔；在设有圆孔一端的髋关节托板（101）的端部设有矩形连接凸台；在朝向下肢端电机支架（106）一侧的矩形连接凸台上设有水平连接块；在水平连接块上开有圆孔；水平连接块上的圆孔与髋关节托板（101）上的圆孔相对应；在背向下肢端电机支架（106）一侧的矩形连接凸台上设有竖直连接块；竖直连接块与大腿上杆件（111）的一端活动连接；所述大腿上杆件（111）呈矩形块状；在大腿上杆件（111）的表面设有大腿上杆侧杆；所述大腿上杆侧杆与下肢端第一连杆（108）位于髋关节托板（101）的同一侧面；大腿上杆侧杆与下肢端第二连杆（109）的一端相连接；下肢端第二连杆（109）的另一端与下肢端第一连杆（108）的另一端相连接；大腿下杆件（114）为中空的方管；大腿上杆件（111）的另一端固定在大腿下杆件（114）的一端开口中；在大腿下杆件（114）的侧壁上设有电动缸（115）；电动缸（115）包括伸缩杆及固定在伸缩杆外部的电动缸套管；电动缸（115）的伸缩杆的端部与下肢端第三连杆（120）的一端相连接；在设有电动缸（115）的大腿下杆件（114）的侧壁上设有夹具底板（118）；通过夹具底板连接螺钉（119）将夹具底板（118）固定在大腿下杆件（114）上；夹具底板（118）与1对夹具曲轴（117）的一端固定连接；通过螺栓螺母副（116）将前述夹具曲轴（117）的另一端连接在一起，进而将夹具曲轴（117）的曲部与电动缸（115）的伸缩杆外部的电动缸套管连接在一起；在大腿下杆件（114）的侧壁上设有2根大腿连接柔性带（112）；大腿下杆件（114）的另一端与小腿上杆件（122）的一端活动连接；与大腿下杆件（114）相连与小腿上杆件（122）的端部与下肢端第三连杆（120）的另一端活动连接；小腿下杆件（123）为中空的方管；小腿上杆件（122）的另一端固定在小腿下杆件（123）一端的开口中；在小腿下杆件（123）的侧壁上设有2根小腿连接柔性带（125）；在小腿下杆件（123）的另一端与脚部踏板（126）的一端活动连接；所述下肢外骨骼调宽机构（200）包括：纵向导向套（201）、调高托板（202）、小带轮（203）、同步带（204）、大带轮（205）、调宽轴承座（206）、调宽丝杠（207）、调宽电机支架（208）、调宽伺服电机（209）、调宽托板（210）、调宽机构滚珠（211）、横向导向套（212）、横向导向槽（213）、支撑导向柱（214）、第一减震弹簧（215）、第二减震弹簧（216）；调高托板（202）为矩形板；在调高托板（202）的一端设有纵向导向套（201）；在设有纵向导向套（201）一侧的调高托板（202）端部与相邻的下肢外骨骼调高机构（300）相连接；纵向导向套（201）与相邻的下肢外骨骼调高机构（300）相配合；在调高托板（202）的一面上设有2个调宽轴承座（206）；在前述2个调宽轴承座（206）之间设有调宽丝杠（207）；在调宽丝杠（207）上设有调宽机构滚珠（211）；在调宽机构滚珠（211）上设有调宽托板（210）；在调宽丝杠（207）两侧的调高托板（202）上设有横向导向槽（213）；所述横向导向槽（213）的长度方向与调宽丝杠（207）的长度方向相互平行；在调宽托板（210）上设有支撑导向柱（214）和横向导向套（212）；在支撑导向柱（214）上依次套有第一减震弹簧（215）、第二减震弹簧（216）；横向导向套（212）与相邻的横向导向槽（213）相互配合；在调宽丝杠（207）上设有大带轮（205）；在与大带轮（205）相对应的调高托板（202）上开有长条孔；在靠近长条孔的调高托板（202）的另一面上设有调宽电机支架（208）；在调宽电机支架（208）上设有调宽伺服电机（209）；所述调宽伺服电机（209）上配有小带轮（203）；在调高托板（202）上的长条孔中设有一个同步带（204）；同步带（204）的两端分别与位于调高托板（202）两侧的小带轮（203）、大带轮（205）相连接；所述下肢外骨骼调高机构（300）包括：背板（301）、纵向导向槽（302）、螺母座（303）、T形丝杠（305）、调高机构滚珠（306）、联轴器（307）、调高电机支架（308）、调高伺服电机（309）、调高支撑架（310）；调高支撑架（310）为矩形块；调高支撑架（310）竖直放置；在调高支撑架（310）的一个侧面上设有开口；在调高支撑架（310）的开口处配有背板（301）；在与设有开口的侧面相对的调高支撑架（310）的另一侧面上开有窗口；在背板（301）的长度方向的一端设有调高电机支架（308）；在调高电机支架（308）上设有调高伺服电机（309）；同过联轴器（307）将调高伺服电机（309）与T形丝杠（305）的一端相连接；在T形丝杠（305）的杆身上套有一个调高机构滚珠（306）；在调高机构滚珠（306）两端的T形丝杠（305）上分别设有1个螺母座（303）；所述螺母座（303）与背板（301）固定连接；在位于T形丝杠（305）两侧的背板（301）上各设有1个纵向导向槽（302）；纵向导向槽（302）、调高机构滚珠（306）经过调高支撑架（310）上的窗口与下肢外骨骼调宽机构（200）相连接；在调高伺服电机（309）的驱动下，带动下肢外骨骼调宽机构（200）沿T形丝杠（305）的长度方向移动；在左侧跑板条、右侧跑板条上分别设有一个下肢外骨骼调高机构（300）；在每个下肢外骨骼调高机构（300）朝向跑带的一侧均设有一个下肢外骨骼调宽机构（200）；在每个下肢外骨骼调宽机构（200）朝向控制显示屏幕（403）的一侧均设有一个下肢外骨骼（100）；通过下肢外骨骼调高机构（300）调节下肢外骨骼调宽机构（200）相对于跑带的高度；通过下肢外骨骼调宽机构（200）调节下肢外骨骼（100）相对于跑带的左右位置；下肢外骨骼（100）负责当训练者在反重力跑步机（400）上进行康复行走训练时，与训练者的下肢相连接，并辅助训练者的下肢运动；还包括计算机控制系统（500），所述计算机控制系统（500）分别与下肢外骨骼（100）、下肢外骨骼调宽机构（200）、下肢外骨骼调高机构（300）、反重力跑步机（400）相连接；由人工向计算机控制系统（500）输入控制参数；由计算机控制系统（500）将人工输入的控制参数转换成控制指令，并传递至下肢外骨骼（100）、下肢外骨骼调宽机构（200）、下肢外骨骼调高机构（300）、反重力跑步机（400）分别执行；同时，人工向计算机控制系统（500）接收下肢外骨骼（100）、反重力跑步机（400）反馈的信号，并根据人工输入的控制参数对下肢外骨骼（100）、反重力跑步机（400）的运行进行调整。