跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的制作方法

本實用新型涉及康復機器人技術領域，尤其涉及一種跟隨式下肢運動康復全向移動機器人。

背景技術：

在人口老齡化日益加劇的中國，下肢行走不便的老年人的數量越來越多，同時，由于交通事故、運動扭傷以及其它各種疾病引起的下肢運動功能障礙的人群也在逐年增加。患者除了采取早期的手術治療和藥物治療外，科學、正確、合理的肢體康復訓練對于肢體運動機能的恢復起到相當重要的作用。為此，需要一種機械裝置來幫助患者進行助行康復訓練，從而逐步恢復下肢運動功能。現如今的康復機器人，如北京理工大學研發的一種康復機器人(專利申請號2009100881588)，該康復機器人可以實現助行康復訓練的目的，其行走移動單元采用四輪移動方式，有兩個主動車輪和兩個被動車輪，兩個主動車輪各有一臺電機單獨驅動，這種移動底盤無法實現全方位移動，改向不靈活；該康復機器人采用可沿著背板上下滑動的立柱來調節機器人的高度，但平衡輔助操縱把手的寬度不可調節，只適用于一定體型的患者；這些都限制了該機器人的使用范圍。另外，如華中科技大學研發的一種康復助行機器人(專利申請號2011104330357X)，該康復助行機器人同樣可以實現助行康復訓練的目的，其中機器人底盤中心對稱分布安裝三個麥克納姆輪，用于實現行走機構的全方位移動，但麥克納姆輪結構復雜，加工制造成本高，若采用連續切換輪，同樣能夠實現全方位移動的效果，并且加工難度及成本大為降低；該康復助行機器人操縱把手設計為高度和俯仰角度可以自由調節，用于滿足不同身高體型使用者的需求，但操縱把手的左右寬度卻不可調節，這樣將降低使用的舒適性，進而影響康復訓練的效果。

技術實現要素：

為克服上述的問題，本實用新型人團隊進一步進行研究，探索一種跟隨式下肢運動康復全向移動機器人，本實用新型主要提出該機器人的機械系統，本實用新型的康復全向移動機器人不僅可以全方位移動地跟隨運動康復訓練者，并且機器人的高度、寬度可調，能夠適合不同體型的人群使用，通過調節合理、舒適的高度和寬度，將起到更好的康復訓練效果。

本實用新型的具體技術方案為：跟隨式下肢運動康復全向移動機器人，包括U形移動底架、上方U形護架、跌倒防護裝置和伸縮支撐裝置。所述U形移動底架包括：U形架；全向移動底盤，所述全向移動底盤與所述U形架前端彎曲段的下方相連，所述全向移動底盤包括：底盤主架，所述底盤主架與所述U形架相連；連續切換輪組件，所述連續切換輪組件為三個，連接在所述底盤主架的底面，且呈圓周陣列三角分布，所述連續切換輪組件包括：固定框，所述固定框與所述底盤主架相連；連續切換輪裝配體，所述連續切換輪裝配體安裝于所述固定框中間且與所述固定框可樞轉地相連；驅動件，所述驅動件與所述連續切換輪裝配體相連以驅動所述連續切換輪裝配體轉動；萬向輪組件，所述萬向輪組件為兩個，兩個所述萬向輪組件分別與所述U形架的兩個末端相連，并支撐所述U形架；所述跌倒防護裝置位于所述上方U形護架的下方，并與所述上方U形護架相連；所述伸縮支撐裝置為三個，且三個所述伸縮支撐裝置一端分別與所述U形架前端彎曲段和所述U形架的兩個末端相連，所述伸縮支撐裝置的另一端分別與所述上方U形護架的前端彎曲段和所述上方U形護架的兩個末端相連。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述固定框包括兩個側板，兩個所述側板上設有軸座；所述連續切換輪裝配體 包括連續切換輪與輪軸，所述輪軸與所述連續切換輪同軸相連，所述輪軸裝設于所述固定框的兩個所述側板的所述軸座內，且所述軸座與所述輪軸間設有軸承；所述驅動件包括固定體和驅動軸，所述固定體與所述固定框相連，所述驅動軸與所述輪軸相連并驅動所述輪軸轉動；所述驅動件采用直流減速電機。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述全向移動底盤還包括連接法蘭，所述全向移動底盤通過所述連接法蘭與所述U形架前端彎曲段相連。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述上方U形護架包括：U形框，所述U形框包括兩個側桿；側護杠，所述側護杠為兩個，且兩個所述側護杠分別與所述U形框的兩個所述側桿相連；加強橫梁，所述加強橫梁設在兩個所述側護杠之間且與兩個所述側護杠相連；調寬護板組件，所述調寬護板組件為兩個且分別設在兩個所述側護杠上，且所述調寬護板組件還包括：護板，所述護板為兩個且分別與兩個所述側護杠相連；調寬軌道，所述調寬軌道為兩個且分別設在所述護板兩側；調節螺栓，所述調節螺栓為兩個且設在所述側護杠的前端；鎖死螺栓，所述鎖死螺栓設在所述側護杠的后端；操縱把手，所述操縱把手為兩個且分別與兩個所述護板相連。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述上方U形護架還包括：下伸連桿，所述下伸連桿為三個且均與所述U形框相連，三個所述伸縮支撐裝置分別通過三個所述下伸連桿與所述U形框相連。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述伸縮支撐裝置包括：固定桿，所述固定桿與所述U形架相連；伸縮桿，所述伸縮桿可伸縮地與所述上方U形護架的所述下伸連桿相連。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述跌倒防護裝置包括：防跌護褲，所述防跌護褲穿戴在人體上；連接索具，所述連接索具為多個，且所述連接索具的一端與所述防跌護褲相連，另一端與所述上方U形護架相連；同時，連接索具上設有拉力傳感器。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述加強橫梁中間設有儀表安裝接口，用于安裝顯示儀表；所述U形移動底架上設有電氣設備安裝接口，用于安裝電氣設備，所述電氣設備包括控制模塊與電源模塊。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述上方U形護架上還設有行走意圖檢測裝置。

作為優選，在本實用新型技術方案的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人中，所述U形移動底架的所述U形架由金屬管材折彎而成；所述上方U形護架的所述U形框由金屬管材折彎而成。

通過上述技術方案，所述連續切換輪裝配體為三個且三個所述連續切換輪裝配體在三個所述驅動件的各自驅動下，三個所述連續切換輪根據所輸入轉向和轉速的不同可以實現所述全向移動底盤在平面上全方位移動。所述顯示儀表用于顯示機器人的運動狀態、訓練數據以及切換主動、被動等多種康復訓練模式等，方便進行人機交互操作。當下肢行動不便的患者需要進行康復訓練時，設置所述顯示儀表為主動康復訓練模式，此時機器人將在控制系統的作用下自動感應人體位置從而跟隨使用者的行走軌跡；若使用者不能完全獨立站立或者重心不穩時，可以將雙手放在兩個所述側護杠的所述護板上，以便能支撐身體的部分重力，在一定程度上能夠防止跌倒；同時，由于具有所述的跌倒防護裝置，使用者穿戴上所述防跌護褲，當使 用者重心不穩即將跌倒時，所述防跌護褲能夠防止使用者跌落地面，用于確保使用者的安全；機器人除了自動跟隨使用者的行走軌跡之外，使用者還可以手握操縱把手控制機器人的行走軌跡，該手控方式可以滿足使用者主動控制多樣化的需求；當使用者需要進行特定行走軌跡康復訓練時，操作所述顯示儀表切換為被動康復訓練模式，使用者跟隨機器人預先設定好的行走軌跡進行助行康復訓練。

此外，所述伸縮桿與所述固定桿之間可伸縮地相連；當使用者的身高較高或者較矮時，可以通過上下調節所述伸縮桿實現跟隨式下肢運動康復全向移動機器人豎直高度的調節；同時，通過放松所述鎖死螺栓并左右調節所述護板可以實現跟隨式下肢運動康復全向移動機器人左右寬度的調節，這樣不僅可以提高跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的使用舒適度，而且滿足了更多人群的使用需求。

采用本實用新型的技術方案將能獲得以下有益效果：(1)采用所述全向移動底盤，實現所述下肢運動康復機器人的全方位移動，使用者可最大程度地模擬正常人的步態規律和習慣進行康復訓練；(2)采用所述伸縮支撐裝置和所述調寬護板組件，實現了所述跟隨式下肢運動康復全向移動機器人高度和寬度的調節，可以滿足更多人群的使用需求；(3)采用所述跌倒防護裝置，可以防止使用者在康復訓練過程中意外跌倒造成二次傷害，從而進一步提升了系統的安全性。

附圖說明

圖1是根據本實用新型實施例的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的立體示意圖；

圖2是圖1所示的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的另一立體示意圖；

圖3是圖1中Ⅰ處的局部放大圖；

圖4是圖1所示的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的連續切換輪組件的剖視示意圖；

圖5是圖1中Ⅱ處的局部放大圖；

圖6是圖2中Ⅲ處的局部放大圖；

圖7是圖1所示的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的降低高度的立體示意圖；

圖8是圖1所示的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的提升高度的立體示意圖；

圖9是圖1所示的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的減小寬度的立體示意圖；

圖10是圖1所示的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的加大寬度的立體示意圖；

附圖標記：

1000跟隨式下肢運動康復全向移動機器人；

1U形移動底架；

11U形架；12全向移動底盤；13萬向輪組件；14基座；

121底盤主架；122連續切換輪組件；123連接法蘭；

1211電氣設備安裝接口；

1221固定框；1222連續切換輪裝配體；1223驅動件；1224軸座；

12211側板；

12221連續切換輪；12222輪軸；

12231固定體；12232驅動軸；

141上基座；142下基座；

131萬向輪連接件；132萬向輪；

2上方U形護架；

21U形框；22連接套；23側護杠；24加強橫梁；25調寬護板組件；26下伸連桿；

211側桿；2111超聲波傳感器；

241儀表安裝接口；242顯示儀表；

251護板；252調寬軌道；253調節螺栓；254鎖死螺栓；255操縱把手；

3跌倒防護裝置；

31防跌護褲；32連接索具；33拉力傳感器；

4伸縮支撐裝置；

41固定桿；42伸縮桿。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

下面結合圖1至圖10詳細描述根據本實用新型實施例的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人。

如圖1、圖2、圖3所示，跟隨式下肢運動康復全向移動機器人包括：U形移動底架1、上方U形護架2、跌倒防護裝置3和伸縮支撐裝置4。U形移動底架1包括：U形架11、全向移動底盤12、萬向輪組件13。全向移動底盤12與U形架11前端彎曲段的下方相連，全向移動底盤12包括：底盤主架121，底盤主架121與U形架11相連；連續切換輪組件122，連續切換輪組件122為三個，連接在底盤主架121的底面，且呈圓周陣列三角分布，連續切換輪組件122包括：固定框1221，固定框1221與底盤主架121相連；連續切換輪裝配體1222，連續切換輪裝配體1222安裝于固定框1221中間且與固定框1221可樞轉地相連；驅動件1223，驅動件1223 與連續切換輪裝配體1222相連以驅動連續切換輪裝配體1222轉動；萬向輪組件13為兩個，兩個萬向輪組件13分別與U形架11的兩個末端相連，并支撐U形架11；跌倒防護裝置3位于上方U形護架2的下方，并與上方U形護架2相連；伸縮支撐裝置4為三個，且三個伸縮支撐裝置4一端分別與U形架11前端彎曲段和U形架11的兩個末端相連，伸縮支撐裝置4的另一端分別與上方U形護架2的前端彎曲段和上方U形護架2的兩個末端相連。

具體地，如圖1、圖2、圖3所示的實施例，U形移動底架1還包括基座14，基座14為三個，基座14為分體式，包括上基座141和下基座142，上基座141和下基座142中間分別設有半圓槽，上基座141和下基座142扣壓在U形架11上，上基座141和下基座142件通過螺紋連接件連接，使基座14與U形架11夾緊。基座14為三個，包括一個前基座1401和兩個后基座1402，前基座1401固定在U形架11的前端彎曲段，用以連接U形架11與伸縮支撐裝置4，以及U形架11與全向移動底盤12；后基座1402固定在U形架11的后端兩直線段處，用以連接U形架11與伸縮支撐裝置4。

如圖3所示，全向移動底盤12還包括：連接件123，全向移動底盤12通過連接件123與U形架11相連，底盤主架121還包含電氣設備安裝接口1211，用以安裝電氣設備，所述電氣設備包括控制模塊與電源模塊。

在本實用新型的一些實施例中，上方U形護架2上還設有行走意圖檢測裝置，所述行走意圖檢測裝置包括操縱把手255、跌倒防護裝置3的拉力傳感器33，以及兩個側桿211上安裝的超聲波傳感器2111，如圖5、圖6所示。

具體的，如圖4所示的連續切換輪組件的剖視示意圖，連續切換輪組件122通過固定框1221與底盤主架121相連，固定框1221與底盤主架121通過螺紋連接 件相連，固定框1221包括兩個側板12211，兩個側板12211上設有軸座1224，軸座1224與側板12211通過螺紋連接件相連；連續切換輪裝配體1222包括連續切換輪12221與輪軸12222，輪軸12222與連續切換輪12221同軸相連，并且兩者通過鍵連接實現同步轉動，輪軸12222裝設于連接在固定框1221的兩個側板12211上的軸座1224內，且軸座1224與輪軸12222間設有軸承；驅動件1223包括固定體12231和驅動軸12232，固定體12231與固定框1221相連，驅動軸12232與輪軸12222相連并驅動輪軸12222轉動；本實施例中，驅動件1223采用直流減速電機，具有驅動效率高、便于控制等優點。

再進一步的，萬向輪組件13包括萬向輪連接件131和萬向輪132，兩個萬向輪連接件131與U形架11兩個直線段的末端相連，萬向輪132通過螺紋連接件連接于萬向輪連接件131下方。

如圖1、圖2所示，通過上述實施例的技術方案，三個連續切換輪12221分別在三個驅動件1223的不同轉向、不同轉速的驅動下可以實現全向移動底盤12的全方位移動，同時，兩個萬向輪組件13起到輔助移動的作用，與全向移動底盤12一起實現跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的全方位移動。

如圖1、圖2、圖5與圖6所示的實施例，上方U形護架2包括：U形框21、連接套22、側護杠23、加強橫梁24、調寬護板組件25和下伸連桿26。其中，U形框21還包括兩個側桿211，加強橫梁24上設有儀表安裝接口241，顯示儀表242安裝在儀表安裝接口241。如圖1、圖2、圖6所示，連接套22開有橫向通孔，U形框21的前端彎曲段套在連接套22的橫向孔中并與連接套22通過螺紋連接件相連，類似的，U形框21的兩個側桿211末端套在兩個連接套22的橫向孔中并與連接套22通過螺紋連接件相連；而且，如圖6所示的局部放大圖，側護杠23為兩個， 且兩個側護杠23分別與兩個側桿211在豎直方向上通過螺紋連接件相連；并且，調寬護板組件25為兩個，且分別與側護杠23通過螺紋連接件相連，且調寬護板組件25還包括：護板251、調寬軌道252、調節螺栓253、鎖死螺栓254和操縱把手255。其中，護板251與側護杠23通過螺栓相連，調寬軌道252設在護板251的兩側，進一步的，如圖5所示的局部放大圖，調節螺栓253為兩個，且兩個調節螺栓253均設在側護杠23的前端，調節螺栓253分為光軸段和螺紋段，螺紋段與側護杠23的螺紋孔通過螺紋副相連，光軸段與調寬軌道252配合，且螺栓頭與護板251之間留有一定的間隙，使護板251能更好地沿著調節螺栓253移動，而且，如圖4所示的局部放大圖，鎖死螺栓254設在側護杠23的后端，且與側護杠23的螺紋孔通過螺紋副相連，用于放松或者鎖緊護板251的位置；操縱把手255為兩個，且兩個操縱把手255分別與兩個護板251相連，在使用過程中，使用者的雙肘分別放在兩個護板251上，同時雙手握在兩個操縱把手255上，可以通過操作操縱把手255實現手控控制機器人的行走軌跡；再進一步的，加強橫梁24設在兩個側護杠23之間，并通過螺栓或者焊接的方式與兩個側護杠23相連，且加強橫梁24在中間處設有儀表安裝接口241；另外，顯示儀表242通過螺栓連接于儀表安裝接口241處，顯示儀表242用于顯示交互界面和進行人機交互操作。

作為優選的實施方案，如圖1、圖2所示，U形移動底架1的U形架11由金屬管材彎折而成；同樣的，上方U形護架2的U形框21也由金屬管材彎折而成，在其他的實施例中，U形架11與U形框21也可以采用金屬管焊接而成。

另外，伸縮支撐裝置4為三個，如圖1、圖2所示，伸縮支撐裝置4還包括固定桿41和伸縮桿42，且三個固定桿41分別與三個上基座141通過螺紋連接件相連。在本實施例中，伸縮支撐裝置4為電動推桿，在其他實施例中還可以為絲杠、 齒輪齒條傳動等其他的一些方案。下面詳細地描述下伸連桿26與伸縮桿42的連接方式，下伸連桿26為三個，且U形框21前端彎曲段的下伸連桿26的下端與伸縮桿42通過螺紋連接件相連，上端套在連接套22的連接孔中并通過螺紋連接件相連，另外兩個下伸連桿26與伸縮桿42的連接方式和U形框21前端彎曲段的下伸連桿26與伸縮桿42的連接方式類似。

如圖1、圖2、圖6所示的實施例中，跌倒防護裝置3還包括防跌護褲31、連接索具32和拉力傳感器33。其中，防跌護褲31穿戴在人體上，如圖1、2所示，連接索具32有多個，每一個連接索具32的一端與防跌護褲31相連，另一端與上方U形護架2的側桿211相連。進一步的，如圖1、圖2、圖5、圖6所示的實施例，連接索具32上還裝有拉力傳感器33，拉力傳感器33的一端通過套環套在連接索具32上，另一端與防跌護褲31相連，拉力傳感器33的受力情況，可以結合其他檢測裝置的參數綜合判斷使用者的行走意圖。當拉力傳感器33的測量值大于設置值時，即表示使用者跌倒拉動了防跌護褲31，這時防跌護褲31就可以保護穿戴在里面的使用者，使其不會受到二次傷害；同時，控制系統控制驅動件1223處于鎖定狀態，使與驅動件1223相連的連續切換輪裝配體1222也處于鎖定狀態，從而使得跟隨式下肢運動康復全向移動機器人處于停機鎖定狀態，進一步確保使用者的使用安全。

進一步的，如圖1、圖2、圖5、圖6所示的實施例，兩個側桿211上還可分別裝有兩個超聲波傳感器2111。所述行走意圖檢測裝置包括操縱把手255、跌倒防護裝置3的拉力傳感器33，以及兩個側桿211上安裝的超聲波傳感器2111。操縱把手255可以通過使用者人手控制在一定的錐形區域內轉動，跌倒防護裝置3的拉力傳感器33可以將受力情況，超聲波傳感器2111檢測使用者相對機器人的位置，上述的信息反饋到控制系統，以判斷使用者的行走意圖，并與本實用新型的跟隨式 下肢運動康復全向移動機器人關聯，從而實現機器人的跟隨運動。具體地，使用者可通過顯示儀表242選擇康復訓練模式，當選擇主動訓練的自動模式時，四個超聲波傳感器2111與拉力傳感器33聯合檢測到使用者的相對位置，并將數據反饋給控制系統，判讀其行走意圖，控制系統通過控制三個驅動件1223的轉速和轉向改變全向移動底盤12的運動狀態；當使用者選擇主動訓練的手控模式時，四個超聲波傳感器2111不參與工作，使用者手控地操作操作把手255，根據路況或者使用者的意圖操作操縱把手255，控制系統獲取控制信號并進行處理，進而控制三個驅動件1223各自的轉速和轉向改變全向移動底盤12的運動狀態，實現手控模式下的康復訓練。

通過上述的技術方案，使用者需要進行下肢康復訓練時，可以將雙肘放在兩個護板251上，同時通過顯示儀表242選擇主動或者被動訓練模式，全向移動底盤12根據需要改變三個驅動件1223各自的轉向和轉速，達到跟隨式下肢運動康復全向移動機器人全方位移動的效果，進而輔助使用者進行下肢康復訓練。

進一步的，本實用新型的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人可以上下調節高度以適應不同身高的使用者。具體的，如圖7所示，當跟隨式下肢運動康復全向移動機器人需要降低高度時，使伸縮支撐裝置4的固定桿41固定不動，伸縮桿42相對固定桿41向下移動時，帶動與伸縮桿42相連的下伸連桿26向下運動，同時U形框21與下伸連桿26相連，這樣U形框21隨著伸縮桿42同時向下運動，進而降低了康復機器人機械系統的高度；如圖8所示，當跟隨式下肢運動康復全向移動機器人需要提升高度時，使伸縮支撐裝置4的固定桿41固定不動，伸縮桿42相對固定桿41向上移動，帶動與伸縮桿42相連的下伸連桿26向上運動，同時U形框21與下伸連桿26相連，這樣U形框21隨著伸縮桿42同時向上運動，進而提高了康 復機器人的高度。

此外，本實用新型的跟隨式下肢運動康復全向移動機器人可以根據使用者的體型肥胖程度以及使用舒適度需求來調節寬度。具體的，如圖9所示，當跟隨式下肢運動康復全向移動機器人需要減小寬度時，放松鎖死螺栓254，左右滑移護板251，當左側護板251向右滑動并而右側護板251向左滑動，使得跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的寬度減小；相反地，如圖10所示，當左側護板251向左滑動而右側護板251向右滑動時，跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的寬度增大，這樣就可以通過調節護板251來改變跟隨式下肢運動康復全向移動機器人的寬度，直到寬度合適時再擰緊鎖死螺栓254。

對于機器人的其他構成，已為現有技術，且為本領域的普通技術人員熟知，故不再詳細描述。當然，為了美觀，可將全向移動底盤12等處進行美觀裝飾，也屬于常用方案，不做介紹。

盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。