[发明专利]一种固定式多自由度机械臂减重下肢外骨骼康复机器人

说明书

本发明公开了一种固定式多自由度机械臂减重下肢外骨骼康复机器人，包括固定式跑台、多自由度机械臂、人体支撑结构、下肢外骨骼，所述固定式跑台上设有跑步机和机械臂安装支座。本发明利用多自由度机械臂的结构特点来取代现有的固定式跑台下肢康复机器人的悬臂立柱结构和平行四边形平衡机构，同时实现人体的支撑和人体的减重功能。

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，具体涉及一种固定式多自由度机械臂减重下肢外骨骼康复机器人。

背景技术

下肢外骨骼康复机器人主要分为移动式和固定式，其中移动式体积小巧，移动灵活，可让患者依据自己的意图路线步行于实际场景中，但移动式结构简单，缺少相应的人体减重机构、支撑结构以及外骨骼辅助，对于腿部受伤严重无法承压，步行姿态不顺畅，且重心不稳的患者不适用，因此移动式一般是在康复后期，患者腿部有一定行走和支撑能力的情况下使用；现有的移动式也有增加减重机构和外骨骼设备的，但体积变大，重量增加，移动缓慢，而且需要开设大面积专用训练场地，成本大大增加，使用效果不佳。

固定式又分为卧床训练和跑台康复训练，卧床训练开始于康复初期，此时患者腿部可动，但还无法承力，康复设备仅用于腿部肌肉、血管的活动训练，与步态训练关系不大；跑台康复训练可涵盖整个腿部康复过程，由于跑台康复训练设计有人体减重机构，通过设定不同的人体减重值，可满足患者从无法承重到完全承重的不同阶段腿部承载需求，同时下肢外骨骼设备可辅助患者的腿部运动和矫正步行姿态，加速腿部康复训练的进程；增设的多媒体虚拟训练场景，可增加患者在训练过程中的积极性，减少疲惫感。

然而，现有的固定式跑台下肢康复机器人多数为跑台加悬吊立柱组合结构，悬吊立柱用于起吊和支撑人体，其结构类型有单边悬臂式和龙门式，立柱内部集成安装人体减重机构，侧边安装下肢外骨骼平衡机构；为了保证完全起吊患者的同时保证减重机构的控制精度不受结构变形影响，悬吊立柱的体积往往要设计得足够大，才能保证结构的刚强度性能，因此，现有的固定式跑台下肢康复机器人普遍体积庞大，高度较高，需要设计专用的训练场地来放置设备，同时由于人体悬吊点处于跑台正上方，患者必须通过轮椅被推上跑台进行装载，这就要求跑台宽度足够宽，以方便轮椅的顺利通过，再则，还需要在跑台前端或后端增设相应的辅助坡道方便轮椅的上下，这会增加占地空间以及制造成本。此外，现有的固定式跑台下肢康复机器人还存在以下问题：

1.现有的固定式跑台下肢康复机器人，人体减重机构一般为砝码滑轮组或者弹簧滑轮组结构；砝码滑轮组结构简单，维护方便，由于其通过变换砝码的数量进行减重，减重数值为离散值，康复训练过程中只能设置特定的减重值，无法实现减重值的连续无级变换，同时步态训练时人体重心上下波动会产生一定的惯性力，砝码减重无法平衡该值，会使得患者明显感受到外力的牵扯，减重效果不佳；弹簧滑轮组虽然消除了人体惯性力的影响，结构也更轻巧，但弹簧减重为保证控制精度，需要匹配多组驱动电机和采集传感器，相应的控制系统也更加复杂，立柱本体的刚度也会对控制精度造成影响；制造和维护成均较高；

2.上述系统均需要匹配滑轮系统，滑轮组需要在有限的空间内合理布置，同时滑轮自身的润滑度，以及滑轮与绳索的摩擦都会对减重值的精度有影响；

3.现有的固定式跑台下肢康复机器人，不能实现一台机子同时匹配多种身高尺寸的需求，如韩国的walkbot康复机器人有成人版和儿童版两个版本；或者同一台机子需要增设多套下肢外骨骼设备，如瑞典的lokomat康复机器人，需要增设3套不同尺寸的下肢外骨骼设备，这样极大的增加了制造成本，设备的适用范围变窄，性价比不高；

4.现有的固定式跑台下肢康复机器人，背部支撑结构要跟随人体重心上下摆动，后部一般连接平行四边形结构，由于平行四边形的结构特点，其单边摆动时总会存在前后位移偏差，患者腿部会受到前后拉扯的外力，即背部支撑结构无法实现绝对的竖直方向的摆动；同时大部分跑台康复机器人没有腰部扭动的自由度，这使得康复训练步态无法接近实际行走步态；