專利名稱：繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種康復(fù)機(jī)器人，特別涉及一種模塊化的繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
由于腦癱或其它意外事故導(dǎo)致的肢體運(yùn)動(dòng)障礙的病人人數(shù)較多，因此，豐富康復(fù) 訓(xùn)練手段，提高康復(fù)訓(xùn)練效率具有很大的迫切性和必要性。傳統(tǒng)的康復(fù)治療依賴于治療師的經(jīng)驗(yàn)及徒手操作技術(shù)，訓(xùn)練效率低下，工作量大， 人力成本高，并且，由于訓(xùn)練過程中，缺乏評(píng)價(jià)訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效果關(guān)系的客觀數(shù)據(jù)，因而， 難以對(duì)訓(xùn)練方法進(jìn)行合理的優(yōu)化?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)器人的產(chǎn)生有效地解決了以上問題，通過機(jī)器帶動(dòng)肢體做成千上萬的 重復(fù)性的運(yùn)動(dòng)，不僅將治療師從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來，康復(fù)治療手段的量化有效地 保證了康復(fù)治療的質(zhì)量。目前，國內(nèi)外對(duì)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研究主要有瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)和瑞士 Balgrist大學(xué)聯(lián)合研制的步行康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)L0K0MAT，該機(jī)器人具有兩條步態(tài)矯正 外骨骼機(jī)械腿，每一條外骨骼腿有髖、膝關(guān)節(jié)兩個(gè)自由度，分別由帶滾珠絲杠的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)；美國Delaware大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院和醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研制的具有重力平衡系統(tǒng)的下肢 外骨骼步態(tài)矯形器，通過減輕或消除腿部重力對(duì)步行的影響；哈爾濱工業(yè)大學(xué)張立勛等設(shè) 計(jì)了一種模擬正常人的步態(tài)規(guī)律的康復(fù)機(jī)器人，該機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)對(duì)康復(fù)病人下肢肌肉及行 走功能的訓(xùn)練；清華大學(xué)王人成等設(shè)計(jì)了一種具有反向驅(qū)動(dòng)能力的減重步行康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器 人；浙江大學(xué)楊燦軍等設(shè)計(jì)一種多體位外骨骼下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，該機(jī)器人可滿足康復(fù) 病人坐姿、站立和平躺三種訓(xùn)練狀態(tài)；燕山大學(xué)趙鐵石等設(shè)計(jì)了一種生物融合式足關(guān)節(jié)康 復(fù)機(jī)器人，以人足仿生研究為基礎(chǔ)，把人的膝下肢體作為運(yùn)動(dòng)分支融合到機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn) 各種復(fù)雜的康復(fù)訓(xùn)練。分析上述康復(fù)機(jī)器人，主要針對(duì)的是下肢的康復(fù)訓(xùn)練。而實(shí)際上，許多下肢癱瘓病 人，其致病原因主要為腰部以及脊柱的損傷。為此，本發(fā)明將提出一種針對(duì)腰部康復(fù)訓(xùn)練需 要的機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其針對(duì)康復(fù)訓(xùn)練 過程中如何協(xié)調(diào)控制康復(fù)病人的骨盆運(yùn)動(dòng)軌跡問題，通過一套重力平衡單元和多根牽引 繩的協(xié)調(diào)動(dòng)作，再現(xiàn)了康復(fù)病人在站立情況下的正常人骨盆運(yùn)動(dòng)軌跡，達(dá)到了腰部的有效 康復(fù)訓(xùn)練。該機(jī)器人各部分功能實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化與模塊后，可根據(jù)康復(fù)病人的病情及個(gè)體差 異、進(jìn)行構(gòu)型改變、康復(fù)訓(xùn)練幅度與強(qiáng)度的調(diào)整。同時(shí)，考慮到近些年來發(fā)展迅速的繩驅(qū)動(dòng) 技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單，慣性小，質(zhì)量輕，安全性好、模塊化程度高等優(yōu)點(diǎn)，為此，本發(fā)明將以繩 作為驅(qū)動(dòng)，提出一種構(gòu)型可變的，動(dòng)力外置的模塊化腰部康復(fù)機(jī)器人。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案一種繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，包括機(jī)架、用于承接康復(fù)病人的重力平衡單元、用于驅(qū)動(dòng) 牽引繩的繩索繞放單元、用于實(shí)現(xiàn)康復(fù)病人腰部康復(fù)訓(xùn)練的繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元以及自 動(dòng)控制繩索繞放單元?jiǎng)幼鞯目刂茊卧?，其中所述重力平衡單元，包括承重背心以及扶手?所述承重背心置于機(jī)架內(nèi)，且承重背心懸掛連接在機(jī)架的機(jī)頂下方，所述扶手安裝在機(jī)架 上；所述繩索繞放單元，包括驅(qū)動(dòng)模塊、繞線模塊、排線模塊以及張緊模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊的 輸出軸與繞線模塊的繞線軸同軸連接，所述排線模塊與繞線模塊聯(lián)動(dòng)連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊、 繞線模塊、排線模塊以及張緊模塊分別安裝在機(jī)架上；所述繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元，包括繞 在康復(fù)病人腰部的康復(fù)腰帶、牽引繩以及引導(dǎo)滑輪，所述牽引繩一端繞制在繞線模塊的繞 線軸上，另一端順序穿過排線模塊、張緊模塊以及引導(dǎo)滑輪后與康復(fù)腰帶連接，另外，所述 康復(fù)腰帶水平地置于機(jī)架內(nèi)，且康復(fù)腰帶上至少連接有六條牽引繩，每一條牽引繩對(duì)應(yīng)地 配置有一個(gè)繩索繞放單元；所述控制單元，通過控制各繩索繞放單元的驅(qū)動(dòng)模塊來控制相 應(yīng)牽引繩的繩長變化，以符合正常人步行時(shí)的骨盆運(yùn)動(dòng)規(guī)律。所述機(jī)架由框架以及安裝在框架上下兩端面的連接板組成，所述繩索繞放單元安 裝在連接板上；所述康復(fù)腰帶均布有四個(gè)繩連接位點(diǎn)，所述牽引繩為六條，該六條牽引繩分 成兩組，其中一組含有四條牽引繩，該四條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰帶連接的 連接段皆分別與康復(fù)腰帶位于同一水平面，同時(shí)該四條牽引繩分別與康復(fù)腰帶的四個(gè)繩連 接位點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接，余下一組含有兩條牽引繩，該兩條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰 帶連接的連接段皆分別傾斜地置于康復(fù)腰帶上方，同時(shí)該兩條牽引繩分別與康復(fù)腰帶的一 組相對(duì)設(shè)置的繩連接位點(diǎn)相連接。所述機(jī)架由框架以及安裝在框架上下兩端面的連接板組成，所述繩索繞放單元安 裝在連接板上；所述康復(fù)腰帶均布有四個(gè)繩連接位點(diǎn)，所述牽引繩為八條，該八條牽引繩分 成兩組，每一組皆分別含有四條牽引繩，同時(shí)每一組的四條牽引繩皆分別與康復(fù)腰帶的四 個(gè)繩連接位點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接，其中一組的每一條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰帶連接的 連接段皆分別與康復(fù)腰帶位于同一水平面，而余下一組的每一條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直 接與康復(fù)腰帶連接的連接段皆分別與康復(fù)腰帶傾斜設(shè)置，傾斜設(shè)置的四條牽引繩中，其中 相對(duì)設(shè)置的兩條牽引繩傾斜地置于康復(fù)腰帶上方，而相對(duì)設(shè)置的另兩條牽引繩則傾斜地置 于康復(fù)腰帶下方。所述驅(qū)動(dòng)模塊包括電機(jī)底座以及固定地安裝在電機(jī)底座上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述電機(jī) 底座固定連接在機(jī)架上；所述繞線模塊包括繞線軸以及繞線底座，所述排線模塊包括導(dǎo)向 軸、絲杠、絲杠螺母、滑槽、導(dǎo)向輪以及滑輪架，所述繞線軸、絲杠以及導(dǎo)向軸的兩端皆分別 支撐于繞線底座，且繞線軸、絲杠以及導(dǎo)向軸相互平行，所述絲桿螺母固定地安裝在滑輪架 上，且絲杠的杠體與絲桿螺母配合連接，而導(dǎo)向軸的軸體則穿過滑輪架放置，所述導(dǎo)向輪以 及滑槽分別與滑輪架固定連接，且滑槽上開設(shè)牽引繩通道；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與繞線 軸同軸連接，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與絲桿連接；所述張緊模塊包括彈性 張緊底座以及通過輪軸支撐在彈性張緊底座上的張緊輪，所述彈性張緊底座包括底板以及 連接于底板上的兩相對(duì)設(shè)置的支撐板，所述底板固定地安裝在機(jī)架上，兩支撐板相對(duì)地開 設(shè)一組腰形孔，所述輪軸的兩端穿過前述兩腰形孔放置，且輪軸的兩端分別與底板之間連 接彈簧。所述同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)副或者同步齒形帶傳動(dòng)副。
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所述承重背心通過彈性被動(dòng)保護(hù)索懸掛連接在機(jī)架的頂部，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索 一端與承重背心連接，另一端則繞過導(dǎo)向滑輪后與扶手連接，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索包括被 動(dòng)保護(hù)繩索以及與被動(dòng)保護(hù)繩索連接的彈性連接件。所述彈性被動(dòng)保護(hù)索由兩被動(dòng)保護(hù)繩索以及連接在兩被動(dòng)保護(hù)繩索之間的彈性 連接件組成，所述扶手上設(shè)置被動(dòng)繩索張緊部，其中一條被動(dòng)保護(hù)繩索與承重背心連接，另 一條被動(dòng)保護(hù)繩索則與扶手上的繩索連接孔連接。所述被動(dòng)繩索張緊部為螺紋連接副。所述承重背心包括鎖緊帶以及與鎖緊帶連接的吊帶，所述鎖緊帶的兩端通過連接 件連接，所述吊帶上安裝有保護(hù)索連接扣以及調(diào)節(jié)扣。所述連接件為紐扣連接件、褡褳連接件或者拉鏈。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
1、本發(fā)明將各部分功能實(shí)現(xiàn)模塊化，成本低，易于推廣應(yīng)用；本發(fā)明采用控制單元自動(dòng) 控制各繩索繞放單元的驅(qū)動(dòng)模塊來控制相應(yīng)牽引繩的繩長變化，以符合正常人步行時(shí)的骨 盆運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能因人、因病進(jìn)行訓(xùn)練參數(shù)的調(diào)節(jié)與構(gòu)型的改變，達(dá)到最佳康復(fù)訓(xùn)練效果。2、本發(fā)明將驅(qū)動(dòng)模塊的輸出軸與繞線模塊的繞線軸同軸連接，所述排線模塊與繞 線模塊聯(lián)動(dòng)連接，使得繞在繞線軸上的牽引繩通過排線模塊排線時(shí)，能夠始終與繞線軸垂 直，有效地通過控制牽引繩繩長變化來符合正常人步行時(shí)的骨盆運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)康復(fù)病人 的腰部康復(fù)。


圖1 繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人整體裝配圖中標(biāo)號(hào)名稱機(jī)架1、重力平衡單元2、繩索繞放單元3、繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元4、控 制單元5、框架1-1、連接板1-2
圖2 上(下)連接板與繩索繞放單元的裝配圖； 圖3 重力平衡單元的的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)名稱被動(dòng)保護(hù)繩索21、彈性連接件22、導(dǎo)向滑輪23、被動(dòng)繩索張緊部M、承 重背心25、扶手沈
圖4 承重背心的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)名稱調(diào)節(jié)紐扣25-1、紐扣孔25-2、鎖緊帶25-3、吊帶25-4、保護(hù)索連接扣 25-5、調(diào)節(jié)扣25-6
圖5 扶手的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)名稱被動(dòng)繩索張緊部對(duì)、繩索連接孔對(duì)-1、扶手沈、螺栓孔沈-1 圖6 繩索繞放單元的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)名稱驅(qū)動(dòng)模塊31、繞線模塊32、排線模塊33、張緊模塊34 圖7 繩索繞放單元的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號(hào)名稱驅(qū)動(dòng)電機(jī)31-1、電機(jī)底座31-2、聯(lián)軸器31-3、繞線軸32-1、繞線底座 32-2、軸承32-3、端蓋32-4、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)32_5、導(dǎo)向軸33_1、滑槽33_2、絲杠螺母33_3、導(dǎo) 向輪33-4、滑輪架33-5、絲杠33-6、導(dǎo)向輪23、牽引繩41、張緊模塊34 圖8:張緊模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)名稱支撐板34-1、張緊輪34-2、輪軸34 — 3、彈簧34_4 圖9 繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中標(biāo)號(hào)名稱牽引繩41、康復(fù)腰帶42、引導(dǎo)滑輪43 圖10 康復(fù)腰帶的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中標(biāo)號(hào)名稱繩索連接孔42-1。圖11 正常人步行運(yùn)動(dòng)時(shí)骨盆中心運(yùn)動(dòng)軌跡。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖 詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，本發(fā)明所述的繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，包括機(jī)架1、用于承接康復(fù)病 人的重力平衡單元2、用于驅(qū)動(dòng)牽引繩的繩索繞放單元3、用于實(shí)現(xiàn)康復(fù)病人腰部康復(fù)訓(xùn)練 的繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元4以及自動(dòng)控制繩索繞放單元3動(dòng)作的控制單元5，其中
所述機(jī)架1，如圖1所示，由若干型材構(gòu)成的框架1-1以及分別連接在框架1-1頂部和 框架1-1底部的兩連接板1-2組裝而成。如圖2所示，所述連接板1-2上分布安裝孔，以用 于安裝繩索繞放單元3，繩索繞放單元3通過螺紋緊固件，如螺栓緊固連接在連接板1-2上。 另外，所述框架1-1型材要求帶有滑槽，以利于各引導(dǎo)滑輪的位置調(diào)整及固定。所述重力平衡單元2，如圖3所示，包括承重背心25以及扶手沈，所述承重背心25 置于機(jī)架1內(nèi)，且承重背心25懸掛連接在機(jī)架1的機(jī)頂下方，所述扶手沈安裝在機(jī)架1上； 所述承重背心25通過彈性被動(dòng)保護(hù)索懸掛連接在機(jī)架1的頂部，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索一端 與承重背心25連接，另一端則繞過導(dǎo)向滑輪23后與扶手沈連接，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索包 括被動(dòng)保護(hù)繩索21以及與被動(dòng)保護(hù)繩索21連接的彈性連接件22，彈性連接件22由能實(shí)現(xiàn) 軸向伸縮的彈性體或者彈性材料組成。所述彈性被動(dòng)保護(hù)索由兩被動(dòng)保護(hù)繩索21以及連 接在兩被動(dòng)保護(hù)繩索21之間的彈性連接件22組成，如圖5所示，所述扶手沈上分別設(shè)置 能實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)動(dòng)自鎖的被動(dòng)繩索張緊部M以及繩索連接孔，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索的其中 一條被動(dòng)保護(hù)繩索21與承重背心25連接，另一條被動(dòng)保護(hù)繩索21則與扶手沈上的繩索 連接孔連接。所述被動(dòng)繩索張緊部M為螺紋連接副，通過旋轉(zhuǎn)該螺紋連接副，實(shí)現(xiàn)扶手沈 長度的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制被動(dòng)保護(hù)繩索21長度以及張力的目的，另外，扶手沈?yàn)檎郫B型 或軸向伸縮形，以適應(yīng)不同形體康復(fù)病人的需求，扶手26固定于機(jī)架1的豎直型材上，并可 沿型材垂直升降。如圖4所示，所述承重背心25包括鎖緊帶以及與鎖緊帶連接的吊帶，所 述鎖緊帶的兩端通過連接件連接，所述吊帶上安裝有保護(hù)索連接扣以及調(diào)節(jié)扣。通過調(diào)整 調(diào)節(jié)扣，達(dá)到調(diào)整吊帶長度的目的；通過將被動(dòng)保護(hù)繩索21與保護(hù)索連接扣連接，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)承重背心25的懸掛連接；所述連接件可以為紐扣連接件、褡褳連接件或者拉鏈。當(dāng)為紐 扣連接件時(shí)，即該紐扣連接件包括紐扣以及與紐扣配合使用的紐扣孔，將紐扣安裝在鎖緊 帶一端，紐扣孔開設(shè)在鎖緊帶另一端，且對(duì)于同一紐扣間隔地配設(shè)多個(gè)紐扣孔，通過紐扣與 不同的紐扣孔扣接，實(shí)現(xiàn)鎖緊帶圍接后直徑調(diào)節(jié)，滿足不同康復(fù)病人需求。另外，鎖緊帶采 用彈性材料制作。所述繩索繞放單元3，如圖6所示，包括驅(qū)動(dòng)模塊31、繞線模塊32、排線模塊33以 及張緊模塊34，所述驅(qū)動(dòng)模塊31的輸出軸與繞線模塊32的繞線軸同軸連接，所述排線模塊33與繞線模塊32通過同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)連接，所述同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)副或者同 步齒形帶傳動(dòng)副。所述驅(qū)動(dòng)模塊31、繞線模塊32與排線模塊33以及張緊模塊34分別安裝 在機(jī)架1上；如圖7所示，所述驅(qū)動(dòng)模塊31包括電機(jī)底座31-2以及固定地安裝在電機(jī)底座 31-2上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)31-1，所述電機(jī)底座31-2固定連接在機(jī)架1上，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)31_1含有 制動(dòng)裝置，以防止突然斷電時(shí)牽引繩的混亂；所述繞線模塊32包括繞線軸以及繞線底座， 所述排線模塊33包括導(dǎo)向軸、絲杠、絲杠螺母、滑槽、導(dǎo)向輪以及滑輪架，所述繞線軸、絲杠 以及導(dǎo)向軸的兩端皆分別支撐于繞線底座，且繞線軸、絲杠以及導(dǎo)向軸相互平行，所述絲桿 螺母固定地安裝在滑輪架上，且絲杠的杠體與絲桿螺母配合連接，而導(dǎo)向軸的軸體則穿過 滑輪架放置，所述導(dǎo)向輪以及滑槽分別與滑輪架固定連接，且滑槽上開設(shè)牽引繩通道；所述 驅(qū)動(dòng)電機(jī)31-1的輸出軸通過聯(lián)軸器與繞線軸同軸連接，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)31-1的輸出軸通過同 步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與絲桿連接；如圖8所示，所述張緊模塊34包括彈性張緊底座以及通過輪軸支 撐在彈性張緊底座上的張緊輪，所述彈性張緊底座包括底板以及連接于底板上的兩相對(duì)設(shè) 置的支撐板，所述底板固定地安裝在機(jī)架1上，兩支撐板相對(duì)地開設(shè)一組腰形孔，所述輪軸 的兩端穿過前述兩腰形孔放置，且輪軸的兩端分別與底板之間連接彈簧。當(dāng)牽引繩處于張 緊狀態(tài)時(shí)，彈簧由于牽引繩的拉力而伸長，張緊輪的輪軸帶動(dòng)張緊輪沿腰形孔上移。從而達(dá) 到力的平衡；當(dāng)牽引繩拉力減小乃至為零時(shí)，由于彈簧的回復(fù)力，促使張緊輪的輪軸帶動(dòng)張 緊輪沿腰形孔下移，達(dá)到張緊的目的。所述繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元4，包括繞在康復(fù)病人腰部的康復(fù)腰帶、牽引繩以及引 導(dǎo)滑輪，所述牽引繩一端繞制在繞線模塊32的繞線軸上，另一端順序穿過排線模塊33、張 緊模塊34以及引導(dǎo)滑輪后與康復(fù)腰帶連接，另外，所述康復(fù)腰帶水平地置于機(jī)架1內(nèi)，由于 骨盆運(yùn)動(dòng)為6個(gè)自由度，在控制過程中考慮到重力可作為1根虛擬的主動(dòng)繩，故而，骨盆的 運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)至少需6根牽引繩?？紤]到重力具有不可控性，圖9給出了采用8根牽引繩 的康復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案，且該八條牽引繩分兩組均布在康復(fù)腰帶上。每一條牽引繩對(duì)應(yīng)地配 置有一個(gè)繩索繞放單元3 ；所述控制單元5，通過控制各繩索繞放單元3的驅(qū)動(dòng)模塊31來控 制相應(yīng)牽引繩的繩長變化，以符合圖11所示的正常人步行運(yùn)動(dòng)時(shí)骨盆中心點(diǎn)軌跡。其中，8 根牽引繩與康復(fù)腰帶42的連接關(guān)系如下牽引繩41-1和41-5通過引導(dǎo)滑輪連接在康復(fù)腰 帶的點(diǎn)42-1上，牽引繩41-2和41-6連接在點(diǎn)42-2上，牽引繩41-3和41-7連接在點(diǎn)42-3 上，牽引繩41-4和41-8連接在點(diǎn)42-4上。其中康復(fù)腰帶42可根據(jù)康復(fù)病人的腰部尺寸 調(diào)節(jié)大小，如圖10所述，連接點(diǎn)在其上均布；其中，繩索41-1、41-2、41-3、41-4與康復(fù)腰帶 需保持在一個(gè)水平面內(nèi)；其中，控制重力方向運(yùn)動(dòng)的牽引繩41-6、41-8可視需要略去。控制系統(tǒng)由嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、限位開關(guān)等組成。其中，腰部 康復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度、速度等參數(shù)可因人而調(diào)節(jié)，并送嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行軌跡規(guī)劃。依據(jù)規(guī)劃結(jié) 果，電機(jī)驅(qū)動(dòng)各主動(dòng)繩索協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生所需的腰部康復(fù)運(yùn)動(dòng)。使用時(shí)，康復(fù)病人站于機(jī)架1中間，穿上承重背心25和腰帶，根據(jù)康復(fù)病人的身 型調(diào)節(jié)康復(fù)腰帶的尺寸和承重背心25的大?。豢祻?fù)病人手動(dòng)調(diào)節(jié)被動(dòng)繩索張緊部MM，通 過調(diào)節(jié)螺紋副的旋轉(zhuǎn)，使被動(dòng)保護(hù)繩索21處于張緊狀態(tài)；根據(jù)康復(fù)病人的位置手動(dòng)調(diào)節(jié)引 導(dǎo)滑輪43-1、43-2、43-3、44-4的高度，使其在同一水平面內(nèi)，從而保證其與康復(fù)腰帶42在 同一水平面上；控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)31-1，使各根牽引繩處于張緊狀態(tài)，測(cè)出牽引繩41-5、41-6、 41-7、41-8與上述水平面的夾角，計(jì)算出各根繩的初始長度，從而確定初始狀態(tài)，本發(fā)明可
8以采用內(nèi)置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)31-1上的角位移傳感器將讀出各驅(qū)動(dòng)繩索的初始長度即為控制模 塊初始輸入?yún)?shù)；然后，根據(jù)正常人步行時(shí)骨盆運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)其進(jìn)行軌跡規(guī)劃，通過控制模 塊控制繩長變化，對(duì)病人進(jìn)行腰部康復(fù)訓(xùn)練。 如圖11所示，其公開了正常人步行運(yùn)動(dòng)時(shí)骨盆中心運(yùn)動(dòng)軌跡，在一個(gè)步態(tài)周期 內(nèi)，骨盆中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以看成為沿X軸(冠狀軸)、Y軸(矢狀軸)、z軸(垂直軸)以正弦規(guī) 律移動(dòng)的同時(shí)繞Z軸(垂直軸)以正弦規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。骨盆中心的軌跡函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，包括機(jī)架、用于減輕康復(fù)病人腰部負(fù)荷的 重力平衡單元、用于驅(qū)動(dòng)牽引繩的繩索繞放單元、用于實(shí)現(xiàn)康復(fù)病人腰部康復(fù)訓(xùn)練的繩索 驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元以及自動(dòng)控制繩索繞放單元?jiǎng)幼鞯目刂茊卧?，其中所述重力平衡單元，包括承重背心以及扶手，所述承重背心置于機(jī)架內(nèi)，且承重背心懸 掛連接在機(jī)架的機(jī)頂下方，所述扶手安裝在機(jī)架上；所述繩索繞放單元，包括驅(qū)動(dòng)模塊、繞線模塊、排線模塊以及張緊模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊 的輸出軸與繞線模塊的繞線軸同軸連接，所述排線模塊與繞線模塊聯(lián)動(dòng)連接，所述驅(qū)動(dòng)模 塊、繞線模塊、排線模塊以及張緊模塊分別安裝在機(jī)架上；所述繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元，包括繞在康復(fù)病人腰部的康復(fù)腰帶、牽引繩以及引導(dǎo)滑 輪，所述牽引繩一端繞制在繞線模塊的繞線軸上，另一端順序穿過排線模塊、張緊模塊以及 引導(dǎo)滑輪后與康復(fù)腰帶連接，另外，所述康復(fù)腰帶水平地置于機(jī)架內(nèi)，且康復(fù)腰帶上至少連 接有六條牽引繩，每一條牽引繩對(duì)應(yīng)地配置有一個(gè)繩索繞放單元；所述控制單元，通過控制各繩索繞放單元的驅(qū)動(dòng)模塊來控制相應(yīng)牽引繩的繩長變化， 以符合正常人步行時(shí)的骨盆運(yùn)動(dòng)軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)架由框架以及安 裝在框架上下兩端面的連接板組成，所述繩索繞放單元安裝在連接板上；所述康復(fù)腰帶均 布有四個(gè)繩連接位點(diǎn)，所述牽引繩為六條，該六條牽引繩分成兩組，其中一組含有四條牽引 繩，該四條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰帶連接的連接段皆分別與康復(fù)腰帶位于同 一水平面，同時(shí)該四條牽引繩分別與康復(fù)腰帶的四個(gè)繩連接位點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接，余下一組含有 兩條牽引繩，該兩條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰帶連接的連接段皆分別傾斜地置 于康復(fù)腰帶上方，同時(shí)該兩條牽引繩分別與康復(fù)腰帶的一組相對(duì)設(shè)置的繩連接位點(diǎn)相連 接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)架由框架以及安 裝在框架上下兩端面的連接板組成，所述繩索繞放單元安裝在連接板上；所述康復(fù)腰帶均 布有四個(gè)繩連接位點(diǎn)，所述牽引繩為八條，該八條牽引繩分成兩組，每一組皆分別含有四條 牽引繩，同時(shí)每一組的四條牽引繩皆分別與康復(fù)腰帶的四個(gè)繩連接位點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接，其中一 組的每一條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰帶連接的連接段皆分別與康復(fù)腰帶位于 同一水平面，而余下一組的每一條牽引繩通過引導(dǎo)導(dǎo)輪后直接與康復(fù)腰帶連接的連接段皆 分別與康復(fù)腰帶傾斜設(shè)置，傾斜設(shè)置的四條牽引繩中，其中相對(duì)設(shè)置的兩條牽引繩傾斜地 置于康復(fù)腰帶上方，而相對(duì)設(shè)置的另兩條牽引繩則傾斜地置于康復(fù)腰帶下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括電 機(jī)底座以及固定地安裝在電機(jī)底座上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述電機(jī)底座固定連接在機(jī)架上；所述 繞線模塊包括繞線軸以及繞線底座，所述排線模塊包括導(dǎo)向軸、絲杠、絲杠螺母、滑槽、導(dǎo)向 輪以及滑輪架，所述繞線軸、絲杠以及導(dǎo)向軸的兩端皆分別支撐于繞線底座，且繞線軸、絲 杠以及導(dǎo)向軸相互平行，所述絲桿螺母固定地安裝在滑輪架上，且絲杠的杠體與絲桿螺母 配合連接，而導(dǎo)向軸的軸體則穿過滑輪架放置，所述導(dǎo)向輪以及滑槽分別與滑輪架固定連 接，且滑槽上開設(shè)牽引繩通道；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與繞線軸同軸連接，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸 出軸通過同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與絲桿連接；所述張緊模塊包括彈性張緊底座以及通過輪軸支撐在 彈性張緊底座上的張緊輪，所述彈性張緊底座包括底板以及連接于底板上的兩相對(duì)設(shè)置的支撐板，所述底板固定地安裝在機(jī)架上，兩支撐板相對(duì)地開設(shè)一組腰形孔，所述輪軸的兩端 穿過前述兩腰形孔放置，且輪軸的兩端分別與底板之間連接彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為 齒輪傳動(dòng)副或者同步齒形帶傳動(dòng)副。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述承重背心通過彈 性被動(dòng)保護(hù)索懸掛連接在機(jī)架的頂部，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索一端與承重背心連接，另一端 則繞過導(dǎo)向滑輪后與扶手連接，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索包括被動(dòng)保護(hù)繩索以及與被動(dòng)保護(hù)繩 索連接的彈性連接件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述彈性被動(dòng)保護(hù)索由 兩被動(dòng)保護(hù)繩索以及連接在兩被動(dòng)保護(hù)繩索之間的彈性連接件組成，所述扶手上設(shè)置被動(dòng) 繩索張緊部，其中一條被動(dòng)保護(hù)繩索與承重背心連接，另一條被動(dòng)保護(hù)繩索則與扶手上的 繩索連接孔連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述被動(dòng)繩索張緊部為 螺紋連接副。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述承重背心包括鎖緊 帶以及與鎖緊帶連接的吊帶，所述鎖緊帶的兩端通過連接件連接，所述吊帶上安裝有保護(hù) 索連接扣以及調(diào)節(jié)扣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述連接件為紐扣連接 件、褡褳連接件或者拉鏈。全文摘要
本發(fā)明公開一種繩驅(qū)動(dòng)腰部康復(fù)機(jī)器人，包括機(jī)架、重力平衡單元、繩索繞放單元、繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元以及控制單元，繩索驅(qū)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)單元包括康復(fù)腰帶、牽引繩以及引導(dǎo)滑輪，康復(fù)腰帶至少連接有六條牽引繩，每一條牽引繩對(duì)應(yīng)配置一個(gè)繩索繞放單元；控制單元通過控制各繩索繞放單元來控制相應(yīng)牽引繩繩長變化，帶動(dòng)康復(fù)患者腰部依正常人步行時(shí)的骨盆運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。因此，本發(fā)明針對(duì)康復(fù)訓(xùn)練中如何協(xié)調(diào)控制康復(fù)病人的骨盆運(yùn)動(dòng)軌跡問題，通過一套重力平衡單元和多根牽引繩協(xié)調(diào)動(dòng)作，再現(xiàn)康復(fù)病人在站立步行情況下的正常人骨盆運(yùn)動(dòng)軌跡，達(dá)到腰部的有效康復(fù)訓(xùn)練。該機(jī)器人可根據(jù)康復(fù)病人的病情及個(gè)體差異、進(jìn)行構(gòu)型改變、康復(fù)訓(xùn)練幅度與強(qiáng)度的調(diào)整。
文檔編號(hào)A61H1/00GK102068363SQ20111002735
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者吳洪濤, 王衛(wèi)東, 王鵬, 蔣素榮, 陳柏, 陳筍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)