[發(fā)明專利]用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人及運動控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110171151.3
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN113041564B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 譚苗苗
• 申請（專利權）人: 北京聯(lián)合大學
• 主分類號: A63B23/04
• 分類號: A63B23/04;A63B21/00;A61H1/02
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 李佳佳

1.一種用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，包括床體(5)和回轉(zhuǎn)臺(7)，其特征在于，還包括小臂電動缸(1)、小臂(2)、翻轉(zhuǎn)機構(3)、大臂(4)、大臂電動缸(6)、回轉(zhuǎn)電動缸(8)和翻轉(zhuǎn)電動缸(9)，所述回轉(zhuǎn)電動缸采用中部半軸連接方式；所述醫(yī)療康復機器人為雙重平行四邊形結構；所述床體(5)固定，回轉(zhuǎn)臺(7)為第一層轉(zhuǎn)動機構，安裝于床體(5)下方，通過回轉(zhuǎn)電動缸(8)驅(qū)動，帶動回轉(zhuǎn)臺(7)、翻轉(zhuǎn)機構(3)、大臂(4)、小臂(2)共同繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動；所述翻轉(zhuǎn)機構(3)為第二層轉(zhuǎn)動機構，安裝于回轉(zhuǎn)臺(7)上，通過翻轉(zhuǎn)電動缸(9)驅(qū)動，帶動翻轉(zhuǎn)機構(3)、大臂(4)、小臂(2)繞翻轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動；所述大臂(4)為第三層轉(zhuǎn)動機構，安裝于翻轉(zhuǎn)機構(3)上，通過大臂電動缸(6)驅(qū)動，帶動大臂(4)、小臂(2)繞大臂回轉(zhuǎn)軸(2407)轉(zhuǎn)動；所述小臂(2)為第四層轉(zhuǎn)動機構，安裝于大臂(4)末端，通過小臂電動缸(1)驅(qū)動，帶動小臂(2)繞小臂回轉(zhuǎn)軸(2403)轉(zhuǎn)動。

2.如權利要求1所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)臺(7)包括回轉(zhuǎn)支承(701)、回轉(zhuǎn)支座(702)、回轉(zhuǎn)連接軸(704)和電動缸連接半軸(705)，回轉(zhuǎn)電動缸(8)伸縮帶動回轉(zhuǎn)支座(702)轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)支承(701)內(nèi)圈一端通過螺栓與床體(5)連接，回轉(zhuǎn)支承(701)外圈一端通過螺栓與回轉(zhuǎn)支座(702)連接，回轉(zhuǎn)電動缸(8)一端通過銷軸連接回轉(zhuǎn)支座(702)，回轉(zhuǎn)電動缸(8)另一端通過銷軸與床體(5)連接。

3.如權利要求1所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)機構(3)包括翻轉(zhuǎn)支座(301)、翻轉(zhuǎn)連接軸(302)、上連桿(305)、下連桿(303)、回轉(zhuǎn)支座(306)、翻轉(zhuǎn)電動缸連接半軸(308)、隨動上連桿(309)和隨動下連桿(304)，翻轉(zhuǎn)電動缸(9)伸縮帶動翻轉(zhuǎn)機構(3)轉(zhuǎn)動，上連桿(305)、下連桿(303)分別通過銷軸連接回轉(zhuǎn)支座(306)，隨動上連桿(309)、隨動下連桿(304)與上連桿(305)、下連桿(303)通過四個銷軸連接，隨動上連桿(309)、隨動下連桿(304)分別與翻轉(zhuǎn)支座(301)通過銷軸連接。

4.如權利要求1所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述醫(yī)療康復機器人還包括連接架(2404)、調(diào)整機構(2405)、大臂翻轉(zhuǎn)支座(2408)、大臂電動缸上連接軸(2409)、大臂電動缸下連接軸(2410)、小臂電動缸后連接軸(2412)、小臂電動缸前連接軸(2413)。

5.如權利要求4所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述大臂電動缸(6)伸縮帶動大臂(4)實現(xiàn)俯仰動作，小臂電動缸(1)伸縮帶動小臂(2)實現(xiàn)小臂屈膝動作。

6.如權利要求5所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述大臂(4)通過大臂回轉(zhuǎn)軸(2407)與大臂翻轉(zhuǎn)支座(2408)連接，通過小臂回轉(zhuǎn)軸(2403)與小臂(2) 相連。

7.如權利要求6所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述大臂電動缸(6)缸筒采用前端半軸連接方式固定在大臂翻轉(zhuǎn)支座(2408)上，其缸桿通過大臂電動缸上連接軸(2409)與大臂臂體(2406)連接。

8.如權利要求7所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述小臂電動缸(1)缸筒采用后端半軸連接方式通過小臂電動缸后連接軸(2412)與小臂(2)連接，小臂電動缸(1)缸桿通過小臂電動缸前連接軸(2413)與大臂(4)的連接架(2404)連接。

9.如權利要求8所述的用于髖關節(jié)康復的醫(yī)療康復機器人，其特征在于，所述大臂臂體(2406)與連接架(2404)之間通過調(diào)整機構(2405)連接，調(diào)整機構(2405)為兩側(cè)正反螺紋結構。

10.一種醫(yī)療康復機器人運動控制方法，采用如權利要求1至9任一項所述的醫(yī)療康復機器人實現(xiàn)髖關節(jié)康復，其特征在于，所述醫(yī)療康復機器人通過連桿轉(zhuǎn)動運動控制方式實現(xiàn)髖關節(jié)康復，包括：

回轉(zhuǎn)電動缸采用中部半軸連接方式，回轉(zhuǎn)臺由回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)支座組成，在回轉(zhuǎn)電動缸的伸縮作用下，帶動回轉(zhuǎn)基座轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈一端通過螺栓與床體連接，回轉(zhuǎn)支承外圈一端通過螺栓與回轉(zhuǎn)基座連接，回轉(zhuǎn)電動缸一端通過銷軸連接回轉(zhuǎn)基座，回轉(zhuǎn)電動缸另一端通過銷軸與床體連接，回轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)了醫(yī)療康復機器人繞Z軸旋轉(zhuǎn)運動；翻轉(zhuǎn)機構主要用于實現(xiàn)醫(yī)療康復機器人繞X軸旋轉(zhuǎn)運動，大臂、小臂主要用于實現(xiàn)醫(yī)療康復機器人模擬大腿俯仰及屈膝動作；利用雙重平行四邊形構造，使醫(yī)療康復機器人繞某Ox軸線轉(zhuǎn)動，以髖關節(jié)大轉(zhuǎn)子為中心O點，上連桿、下連桿鉸點A、B連線通過O點，隨動上連桿、隨動下連桿鉸點C、D連線也通過O點，上連桿鉸點連線AEF線與下連桿鉸點連線BGH線以及OCD線平行，隨動上連桿連線CEG線與隨動下連桿連線DFH線以及OAB線平行，連線交點E、F、G、H為連桿連接鉸點；以A、B點為固定點，C點、D點以及翻轉(zhuǎn)支座上所有點必然繞O點旋轉(zhuǎn)；將髖關節(jié)大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中心點作為坐標原點O點，由O點指向床體尾部為Ox軸，由O點指向床體側(cè)邊為Oy軸，由O點指向床體頂部為Oz軸；翻轉(zhuǎn)機構的翻轉(zhuǎn)中心軸線在Ox軸線上，通過翻轉(zhuǎn)機構電動缸驅(qū)動使其繞Ox軸線轉(zhuǎn)動；大臂回轉(zhuǎn)軸中心線在Oy軸線上，通過大臂電動缸驅(qū)動使其繞Oy軸線轉(zhuǎn)動；回轉(zhuǎn)部回轉(zhuǎn)中心線在Oz軸線上，通過回轉(zhuǎn)電動缸驅(qū)動使其繞Oz軸線轉(zhuǎn)動；通過上述三個轉(zhuǎn)動組合，實現(xiàn)以O點為中心的三個旋轉(zhuǎn)自由度的轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)機器人帶動下肢繞髖關節(jié)大轉(zhuǎn)子中心任意方向轉(zhuǎn)動；

翻轉(zhuǎn)機構實現(xiàn)機器人繞X軸旋轉(zhuǎn)運動，包括：翻轉(zhuǎn)機構由翻轉(zhuǎn)支座、上連桿、下連桿、隨動上連桿、隨動下連桿組成，在翻轉(zhuǎn)電動缸的伸縮作用下，帶動翻轉(zhuǎn)機構轉(zhuǎn)動；上連桿、下連桿分別通過銷軸連接到回轉(zhuǎn)支座上，隨動上連桿、隨動下連桿與上連桿、下連桿通過四個銷軸連接，隨動上連桿、隨動下連桿分別與翻轉(zhuǎn)支座通過銷軸連接；電動缸采用前端半軸連接方式安裝在回轉(zhuǎn)支座上，減少電動缸占機器人空間，另一端與下連桿連接；

大臂、小臂實現(xiàn)機器人模擬大腿俯仰及屈膝動作，包括：大臂電動缸伸縮帶動大臂實現(xiàn)俯仰動作，小臂電動缸伸縮帶動小臂實現(xiàn)小臂屈膝動作；大臂通過大臂回轉(zhuǎn)軸與翻轉(zhuǎn)支座連接，通過小臂回轉(zhuǎn)軸與小臂相連；大臂電動缸缸筒采用前端半軸連接方式固定在翻轉(zhuǎn)支座上，缸桿通過大臂電動缸上連接軸與大臂臂體連接；小臂電動缸缸筒采用后端半軸連接方式通過小臂電動缸后連接軸與小臂連接，小臂電動缸缸桿通過小臂電動缸前連接軸與大臂的連接架連接；大臂臂體與連接架之間通過調(diào)整機構連接，調(diào)整機構為兩側(cè)正反螺紋結構，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動調(diào)整機構調(diào)整大臂伸長或縮短，以滿足不同大腿長度的患者應用；

患者平躺于病床上，術腿與機器人大臂、小臂捆綁連接；腿部無需用力，在機器人控制下，驅(qū)動串聯(lián)機器人各關節(jié)運動，實現(xiàn)屈髖、外旋、外展、內(nèi)收、后伸髖關節(jié)康復動作。