一种气动减重步行助力机器人

摘要

本发明属于康复机械领域，提供一种气动减重步行助力机器人，包括坐凳机构Ⅰ、气缸机构Ⅱ、腿部机构Ⅲ、气动平衡气缸机构Ⅳ、脚踏板固定机构Ⅴ，除坐凳机构Ⅰ外，其它四部分为左右对称结构。坐凳机构Ⅰ下方连接两个气缸机构Ⅱ，两个气缸机构Ⅱ分别对应于人体的左右双腿，为左右双腿助力减重，两个气缸机构Ⅱ下方分别与腿部机构Ⅲ的自锁装置连接，自锁装置下方与腿部装置Ⅲ的小腿支撑杆10连接，每个腿部机构Ⅲ又分别通过两个气动平衡气缸机构Ⅳ与脚踏板固定机构Ⅴ连接。本发明结构简单，使用方便，能够极大地减轻患者腿部的受力情况，起到减重助力的作用；且可以有效的对人体进行平衡，并且能减少患者摔倒的情况。

说明书

技术领域

本发明属于康复机械领域，涉及一种应用于康复减重步行助力的机器人。

背景技术

目前康复机器人的主要研究内容集中在康复假肢、智能轮椅、康复机械手、医院用机器人系统等。普通患者使用康复机器人进行康复训练，可以提高患者的活动能力，改善患者的生活质量，重燃患者对生活的热情，使其能够重新回归到正常的生活状态，因而对康复机器人的研究是十分重要的。气动减重步行助力机器人能够穿戴在患者身上，为患者提供帮助支撑体重的助力，帮助患者实现步行并可以进行康复训练，对患者恢复下肢的核心肌肉群和神经系统是十分有帮助的。

发明内容

本发明提供了一种气动减重步行助力机器人，其基于人机工程学、机器人机构与人体下肢关节运动机理的关系，针对所述减重步行助力及机器人的特定部件进行了设计。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种气动减重步行助力机器人，该减重步行助力机器人为对称结构，主要包括五部分机构：坐凳机构Ⅰ、气缸机构Ⅱ、腿部机构Ⅲ、气动平衡气缸机构Ⅳ，以及脚踏板固定机构Ⅴ。

所述的坐凳机构Ⅰ包括坐凳1、连接件2、铰链3，装配图如图4所示。所述的坐凳1底部中心与连接件2顶部通过螺纹连接，连接件2底部有两个孔，通过螺钉与两个铰链3固定装配。

所述的气缸机构Ⅱ包括气缸4、圆柱销5。所述的气缸4通过圆柱销5与坐凳机构Ⅰ中的铰链3连接，同时，气缸4的气缸伸缩杆与腿部机构Ⅲ上方的自锁装置内部的自锁方杆6固定连接。两个气缸机构Ⅱ分别对应于人体的左右双腿，为左右双腿助力减重；气缸对人体的支撑力通过坐凳1传递给臀部，而不是作用于患者腿部，极大地减轻了患者腿部的受力情况，有效的起到减重助力的作用。

所述的腿部机构Ⅲ包括自锁装置以及与自锁装置连接的小腿支撑杆10。所述的自锁装置包括自锁方杆6、自锁链7、连杆8、自锁气缸9，其结构示意图如图5所示。所述的自锁链7类似于自行车链条连接在一起，一节一节套在自锁方杆6上，自锁方杆6下端通过连杆8与自锁气缸9连接。所述的小腿支撑杆10上端直接与自锁装置连接，中部与气动平衡气缸机构Ⅳ的脚踝连接件11连接，下端与脚踏板固定机构Ⅴ连接，具体连接方式为小腿支撑杆10的底端与脚踏板固定机构Ⅴ的球铰14连接，球铰14另一端与脚踏板15连接。

所述的气动平衡气缸机构Ⅳ包括脚踝连接件11、两个气动平衡气缸12以及脚踏板连接件13，装配方式如图6所示。所述的两个气动平衡气缸12上端与脚踝连接件11连接，下端通过圆柱销与脚踏板连接件13连接，并通过脚踏板连接件13与脚踏板固定机构Ⅴ的脚踏板15连接。

所述的脚踏板固定机构Ⅴ包括球铰14、脚踏板15，装配方式如图7所示。

本发明对比现有技术具有以下有益效果：

(1)本气动减重步行助力机器人是以减轻人体行走时重力对下肢关节压力为出发点设计，实现了减轻人体在行走时对下肢关节的压迫力，对人体下肢的康复具有很好的辅助效果。

(2)本减重助力机器人，无“膝关节”。相对于市面上外骨骼都需要一个膝关节，本发明无需根据不同人体定制腿部长度，可以自动适应不同人的腿的长度。

(3)本发明设计了一个可以在任意位置锁死的自锁装置，其原理利用了重量自锁，可以实现各种体重的人体实现机构自锁。

(4)本发明设计中采用了气动平衡气缸的机构对人体进行辅助平衡，能减少患者摔倒的情况。

附图说明

图1是人体穿戴示意图；

图2是减重助力机器人等轴侧示意图；

图3是减重助力机器人主视图；

图4是坐凳机构装置图；

图5是自锁装置示意图；

图6是气动平衡气缸机构装置图；

图7是脚踏板固定机构装置图；

图中：1座垫；2连接件；3铰链；4气缸；5圆柱销；6自锁方杆；7自锁链；8连接杆；9自锁气缸；10小腿支撑杆；11脚踝连接件；12气动平衡气缸；13脚踏板连接件；14球铰；15脚踏板。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。

按照如图1所示的姿态穿戴上该下肢助力减重机器人，该助力减重机器人为对称结构，两边结构一致。其中，坐凳机构Ⅰ下方连接两个气缸机构Ⅱ，两个气缸机构Ⅱ分别对应于人体的左右双腿，分别为左右双腿助力减重，两个气缸机构Ⅱ下方分别与腿部机构Ⅲ的自锁装置连接，自锁装置下方又与腿部装置Ⅲ的小腿支撑杆10连接，每个腿部机构Ⅲ又分别通过两个气动平衡气缸机构Ⅳ与脚踏板固定机构Ⅴ连接。

使用时，人的臀部位于坐凳1上方，坐凳1主要起到对人体支撑作用，并且具有一定的舒适性，本装置中，气缸对人体的支撑力也主要是通过坐凳1传递给人的臀部，而不是作用于患者的腿部，极大地减轻了患者腿部的受力情况，有效的起到减重助力的作用。

在本装置中，气缸机构Ⅱ中的气缸4连接与坐凳机构Ⅰ及自锁装置之间，通过气缸4提供的一定稳定的气压值，可以将压力值传递给坐凳1，进而通过人的臀部提供一个向上的支撑力，对人体起到减重助力的效果。

在本装置中，腿部装置Ⅲ中还加入了自锁装置，主要由一个自锁方杆6和自锁链7，下端通过一个连杆8连接有自锁气缸9，当人在行走时，其中一条腿的脚踩在地面上时，通过压力传感器的感知使自锁气缸9收回，此时，连杆8和自锁链7不接触，自锁链7处于重力自由下坠状态，由于自锁链7和自锁方杆6之间的摩察角大于压力角，实现机构自锁；此时，另一条活动腿的脚部处于抬起状态，通过压力传感器的感知使自锁气缸9伸出时，此时连杆8顶住自锁链7，此时摩察角小于压力角，机构解锁，人体的腿部可以自由活动。设计的自锁装置可以有效的满足人腿在活动与站立时的自由切换，并且将气缸产生的作用力经过小腿支撑杆、脚踏板，最终传递到地面支撑身体的重量。

脚部的气动平衡气缸机构Ⅳ由主要两个气动平衡气缸12组成，通过在脚的外侧加入两个气动平衡气缸12，分担了助力气缸4的工作量，并且能够防止当人体重心不在助力气缸4上方时，容易摔倒的情况，可以有效的对人体进行平衡，并且能减少患者摔倒的情况。

使用时，人的脚踩在脚踏板固定机构Ⅴ中的脚踏板15上，并且通过绷带对脚与脚踏板15进行绑定，在脚踏板15上也可以安装压力传感器，通过压力传感器得到的数值变化实现对助力气缸4以及气动平衡气缸12的控制，进而实现对人体助力减重的效果。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。