一种移动陪伴式人体下肢康复训练机器人的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，具体是一种移动陪伴式人体下肢康复训练机器人。

背景技术：

随着我国人民生活水平的提高以及所正面临着严重的人口老龄化问题，脑卒中，即脑中风的患病比例明显变大，而且该类患者的年龄也呈现年轻化的特征，因此如何改善脑中风病人术后的康复训练问题需要亟待解决。康复机器人是现代机器人和医用器械的结合产物,目的是利用机器人辅助患者进行远程康复训练。康复机器人作为机器人领域的一个重要分支,综合了机器人学、机械学、生物医学、电子学、计算机学、材料学等诸多领域,已经成为国际领域的一个研究热点。目前康复机器人已经广泛应用到康复护理、康复轮椅,康复机械手,假肢等,这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术、新领域的发展。因此推出一种移动陪伴式人体下肢康复训练机器人，辅助医生和康复医师使患者在心情愉悦的氛围中得到有效的康复训练，提高康复训练的质量和效率就显得尤为重要。

目前市面上相关的下肢康复机器人产品以固定式为主的，一般体积尺寸都很大，通常都是放在固定场所中，比如医院、康复中心；另外这类康复设备专业化程度高，需要专业的操作人员使用；其次该类康复机器人价格昂贵，一般的医院和康复中心采购较少。

在研发过程中，现有的康复机器人具有以下缺点：

体积庞大固定场所使用：康复机器人存在整机尺寸庞大，需要固定场所使用，移动、搬运不方便，并且固定场所使用会限制患者的使用群体，不少患者并不适宜往返固定场所进行康复训练。

结构复杂：很多康复机器人在设计过程中将结构设计的很复杂，零部件众多，导致造型不美观且加工、组装不方便。

使用困难：大量康复机器人采用复杂的控制算法，将机器人做的愈加智能化，使得机器人操作者需要经过专业的培训和指导方可使用，相关的数据，图形，图表需要学习才可以分析，对操作者存在很大负担；

价格昂贵、受众群体小：大量的康复机器人采用复杂的结构和控制算法，大大提高机器人的设计、研发、生产成本，导致机器人难以被普通医院或者一般家庭接受，更难以推广，从而使得大量患者难以享受到康复治疗，缩小患者使用群体，大量的患者很难获得这样的康复治疗。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种移动陪伴式人体下肢康复训练机器人。

一种移动陪伴式人体下肢康复训练机器人，包括用于支撑人体模型力量的车架、设置在车架下端的底座外壳、设置在底座外壳上的arm控制板、设置在车架上的扶手臂，还包括：

悬吊平衡安全保护机构，用于在保证卒中患者身体平衡的同时，保护患者训练过程中的安全性；

红外测距传感系统，用于感知目标物体即人体模型的距离；

拉力传感器，通过对拉力数值的检测，感知患者是否存在跌倒的可能；

感知驱动控制系统，采用前驱移动方式使得机器人移动用以适应训练空间狭小或躲避障碍。

所述的悬吊平衡安全保护机构包括设置在车架上的悬吊安全臂、设置在悬吊安全臂上的减重服挂扣、通过减重服挂扣用于与人体模型上的减重服连接使得患者在摔倒可以起到安全防护的作用的安全吊带。

所述的安全吊带穿于患者腰部、腿部。

所述的红外测距传感系统包括设置在车架下端通过对激光相位差的检测感知目标物体距离的红外测距仪、设置在车架上与减重服配合用于识别患者运动信息并将信息传递至arm控制板的位移传感器。

所述的位移传感器是使得患者在机器人中的站立区间被划分成4个象限区间，患者移动到2象限，前向和左向的位移传感器的拉线收缩，位移数值减小，右向的位移传感器位移数值增大，arm控制板根据位移传感器的反馈信息控制机器人向左转弯；患者向前直行运动，前向的位移传感器的位移量减小，左右向的位移传感器位移量增加。

所述的感知驱动控制系统包括设置在底座外壳内用于供电的锂电池、设置在底座外壳上与锂电池配合的轮毂电机、与轮毂电机连接的从动轮、设置在底座外壳内且与从动轮配合的驱动器、设置在扶手臂上与拉力传感器配合在患者训练异常或有跌倒趋势时及时切断系统的急停开关、设置在车架上的报警灯。

所述的从动轮采用方向锁与刹车锁两种功能相结合的轮子，锁住从动轮的方向锁，用于使得该机器人在行驶过程中实现直线行驶，在此模式下对患者进行直线康复训练；打开方向锁，从动轮与万向轮功用相同，该机器人实现前进和转弯。

本发明的有益效果是：目前市面上相关的下肢康复机器人产品以固定式为主的，容易使患者在训练过程中产生厌烦情绪，康复效果有限，本发明通过将位移传感器与减重服相连，使得患者处于机器人居中位置状态时，患者在机器人中的站立区间被划分成4个象限区间，利用三组位移传感器检测患者肢体动作位移变化识别患者运动信息，并将信息发送至arm控制板，arm控制板通过驱动器控制从动轮前进或通过两轮的速度差进行转向，康复机器人结构简单，成本较低，便于在医院和家庭中推广使用，扩大患者的使用群体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的使用状态立体结构示意图；

图2为本发明的使用状态侧视结构示意图；

图3为本发明的局部结构示意图；

图4为本发明的局部剖视结构示意图；

图5为本发明的位移传感器使用状态结构示意图；

附图标记：1、车架；2、轮毂电机；3、从动轮；4、arm控制板；5、驱动器；6、悬吊安全臂；7、人体模型；8、位移传感器；9、拉力传感器；10、红外测距仪；11、安全吊带；12、扶手臂；13、报警灯；14、锂电池；15、减重服挂扣；16、急停开关；17、底座外壳。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图5所示，一种移动陪伴式人体下肢康复训练机器人，包括用于支撑人体模型7力量的车架1、设置在车架1下端的底座外壳17、设置在底座外壳17上的arm控制板4、设置在车架1上的扶手臂12，还包括：

悬吊平衡安全保护机构，用于在保证卒中患者身体平衡的同时，保护患者训练过程中的安全性；

红外测距传感系统，用于感知目标物体即人体模型7的距离；

拉力传感器9，通过对拉力数值的检测，感知患者是否存在跌倒的可能；

感知驱动控制系统，采用前驱移动方式使得机器人移动用以适应训练空间狭小或躲避障碍。

目前市面上相关的下肢康复机器人产品以固定式为主的，容易使患者在训练过程中产生厌烦情绪，康复效果有限，本发明通过将位移传感器8与减重服相连，使得患者处于机器人居中位置状态时，患者在机器人中的站立区间被划分成4个象限区间，利用三组位移传感器8检测患者肢体动作位移变化识别患者运动信息，并将信息发送至arm控制板4，arm控制板4通过驱动器5控制从动轮3前进或通过两轮的速度差进行转向，康复机器人结构简单，成本较低，便于在医院和家庭中推广使用，扩大患者的使用群体。

所述的拉力传感器9可以通过对拉力数值的检测，感知患者是否存在跌倒的可能；拉力传感器9具备双向承载、更加安全的特点,其次信号输出性更佳、测量精度高、稳定性好。

所述的悬吊平衡安全保护机构包括设置在车架1上的悬吊安全臂6、设置在悬吊安全臂6上的减重服挂扣15、通过减重服挂扣15用于与人体模型7上的减重服连接使得患者在摔倒可以起到安全防护的作用的安全吊带11。

所述的安全吊带11穿于患者腰部、腿部。

所述的红外测距传感系统包括设置在车架1下端通过对激光相位差的检测感知目标物体距离的红外测距仪10、设置在车架1上与减重服配合用于识别患者运动信息并将信息传递至arm控制板4的位移传感器8。

利用红外测距仪10可以通过对激光相位差的检测，感知目标物体距离，能够达到毫米级的分辨率，红外测距仪10具有温度适应能力强,漂移量较小、高信噪比使得目标物的颜色、表面粗糙度和材质类对检测结果影响很小的优点，体积小,更方便使用，通过单列针/孔的方式方便嵌入主板上进行使用。

如图5所示，其中附图标记a为前向，附图标记b为右向，附图标记c为左向，所述的位移传感器8是使得患者在机器人中的站立区间被划分成4个象限区间，具体包括位于患者右前方的1象限、左前方的2象限、左后方的3象限、右后方的4象限，患者移动到2象限，前向和左向的位移传感器8的拉线收缩，位移数值减小，右向的位移传感器8位移数值增大，arm控制板4根据位移传感器8的反馈信息控制机器人向左转弯；患者向前直行运动，前向的位移传感器8的位移量减小，左右向的位移传感器8位移量增加。

所述的位移传感器8设置有三组，完成4个象限的划分。

所述的感知驱动控制系统包括设置在底座外壳17内用于供电的锂电池14、设置在底座外壳17上与锂电池14配合的轮毂电机2、与轮毂电机2连接的从动轮3、设置在底座外壳17内且与从动轮3配合的驱动器5、设置在扶手臂12上与拉力传感器9配合在患者训练异常或有跌倒趋势时及时切断系统，最大程度保障患者安全进行康复训练的急停开关16、设置在车架1上的报警灯13。

机器人在机械结构上安装限位开关，在电路系统中接入断路器防止过流；此外，机器人机身安装的拉力传感器9和报警灯13，在患者训练异常或有跌倒趋势时及时切断系统，最大程度保障患者安全进行康复训练。

所述的从动轮3采用方向锁与刹车锁两种功能相结合的轮子，锁住从动轮3的方向锁，能够实现机器人在行驶过程中只能直线行驶，不能够转弯，在此模式下对患者进行直线康复训练；打开方向锁，从动轮3此时和万向轮功用相同，机器人能够实现前进和转弯，患者能够操作机器人以任意形式运动。

所述的从动轮3与轮毂电机2采取直连方式，为保证可靠地输出扭矩，轮毂电机2与从动轮3之间安装减速器。

使用方法：红外测距仪10将接收的光信号转换成电信号发送给arm控制板4上，通过编制好的程序算法对信号进行转换处理，判断患者下肢是否进行迈步，位移传感器8与减重服相连，患者处于机器人居中位置状态时，患者在机器人中的站立区间被划分成4个象限区间，患者移动到2象限，前向和左向的位移传感器8的拉线收缩，位移数值减小，右向的位移传感器8位移数值增大，arm控制板4根据位移传感器8的反馈信息控制机器人向左转弯；患者向前直行运动，前向的位移传感器8的位移量减小，左右向的位移传感器8位移量增加；根据这样的控制律逻辑，实现位移传感器8通过检测患者肢体动作位移变化识别患者运动信息，并将信息发送至arm控制板4，arm控制板4通过驱动器5控制从动轮3前进或通过两轮的速度差进行转向；安装于人体下肢康复训练机器人上的速度采集卡会采集速度信息，同时，拉力传感器9将通过数据采集板采集用户的步态信息并反馈给arm控制板4，arm控制板4对信息进行处理、判断用户是否存在跌倒可能，如果存在跌倒可能，则启动急停开关16，刹车和安全吊带11将保护用户，防止用户跌倒；数据采集板和速度采集板获得的数据都将同时显示在显示屏上。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。