一种移乘搬运式下肢康复机器人

技术领域

本发明涉及康复机器人领域，具体是一种移乘搬运式下肢康复机器人。

背景技术

人口老龄化问题已成为全球共同的社会问题，半失能老人数量不断增加，为减轻老人护理负担及照顾到老人独自起居的意愿，移位机即移乘机器人开始出现。移位机是一种帮助下肢体障碍者进行移乘搬运的康复辅具，可极大减轻护理人员的工作负担。移乘搬运是指把行动不便的被护理人从床上转移到轮椅，或从轮椅转移到床上、卫生间等体力劳动。

目前市面上已出现多种移位机，但是它们大多都需要护理人员辅助使用者使用，没能解放护理人员的劳动力，自动化程度较差，功能较为单一。申请号为201710340526.8的文献公开了一种移乘搬运护理机器人，能够实现移乘功能，但其只能单一的实现机械搬运功能，对于存在下肢障碍的病人而言，其更渴望在移乘的基础上增加下肢康复功能。并且其机构的工作状态座椅高度固定，应用对象范围比较局限。因此，有必要设计一种能实现老人或不同程度下肢障碍的病人完成自主转移并增加下肢训练功能的机器人。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种移乘搬运式下肢康复机器人。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种移乘搬运式下肢康复机器人，其特征在于，该机器人包括机架、移乘搬运装置、升降座椅装置、下肢训练装置和移动装置；

升降座椅装置具有升降功能，机器人处于坐姿工作位时用于使用者坐于其上；下肢训练装置设置于机器人的站姿工作位处，用于使用者在站姿状态下通过脚部动力实现末端牵引带动腿部关节运动，从而实现腿部康复训练功能；移动装置用于机器人的移动；

所述移乘搬运装置包括移乘搬运装置架体、电动推杆一、滑块、滑轨组件、控制台、夹持手臂、连杆一、连杆二和连杆三；

移乘搬运装置架体的底部固定于机架上；电动推杆一的壳体固定于移乘搬运装置架体上，电动推杆一的输出端水平输出；电动推杆一的输出末端固定有滑块；连杆三竖直固定于机架上；两个连杆二相互平行设置，其一端均铰接于连杆三上，另一端均与连杆一铰接；连杆一、两个连杆二和连杆三构成平行四边形机构；控制台、连杆一与滑轨组件三者相互固定连接；滑轨组件内开有竖直方向的滑轨；滑块滑动设置于滑轨组件的竖直滑轨中；夹持手臂固定于控制台上，为使用者提供支撑力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明在实现移乘搬运功能的同时，加入下肢康复训练功能，并将两个功能有机结合。相比于传统的移乘搬运机器人，具有舒适性好、功能丰富、应用对象广泛等优点。

(2)本发明的移乘搬运装置能够实现使用者在床上与机器人之间的移乘搬运，同时能够实现使用者在机器人上站姿状态与坐姿状态的相互转换，便于实现站姿状态下的下肢康复训练。

(3)本发明的移乘搬运装置中，电动推杆一的水平直线运动转换成夹持手臂的弧线运动，通过一个方向运动可以同时实现两个方向的运动，减少了动力原件的数量，便于下一步对装置的控制。通过平行四边形机构保证在移乘搬运过程中，夹持手臂始终与地面保持平行，使用者上身始终保持竖直。

(4)本发明通过旋转升降的方式实现座椅的升降，同时通过平行四边形机构保证在坐立转换过程中座椅与地面始终保持平行。

(5)本发明的下肢训练装置中，使用者在站姿状态下，通过脚部动力带动整个下肢运动，通过弹簧使底轮始终贴紧底轮轨道，从而实现脚部的高度变化，在只使用一组轮毂电机的情况下对使用者进行康复训练，减少了电机的数量，不但节省了成本，并且相比多电机外骨骼具有舒适性好、执行简单、定量化、可重复性强等优点，能进行更贴近人体步态的康复训练。

(6)本发明采用电动推杆作为动力部件，不需要复杂的成套系统支持，同时节约大量空间；在无维护的情况下，可以安全可靠的工作；没有油污的污染，还可以大幅度降低噪音，保持洁净安静的工作环境；输出力矩大，运行平稳，能够保证移乘搬运的平稳性与可靠性，保证坐立姿态的顺利转换。

(7)本发明的移乘搬运装置和下肢训练装置的长度均可调节，可适应不同高度的使用者，应用对象范围广。

附图说明

图1为本发明处于坐姿工作位的整体结构立体示意图；

图2为本发明处于站姿工作位的整体结构主视示意图；

图3为本发明的整体结构立体示意图；

图4为本发明的移乘搬运装置的立体示意图；

图5为本发明的升降座椅装置的立体示意图；

图6为本发明的下肢训练装置的立体示意图；

图7为本发明图6的A部分的局部放大示意图；

图8为本发明的下肢训练装置的主视示意图；

图9为本发明的移动轴与轮毂支架的安装示意图。

图中，机架1、移乘搬运装置2、升降座椅装置3、下肢训练装置4、移动装置5；

移乘搬运装置架体2-1、电动推杆一2-2、电动推杆支撑件2-3、滑块2-4、滑轨组件2-5、控制台2-6、夹持手臂2-7、连杆一2-8、连杆二2-9、连杆三2-10；

电动推杆二3-1、平行升降杆3-2、座椅3-3、座椅铰节3-4；

髋关节连接件一4-1、髋关节连接件二4-2、大腿外骨骼4-3、膝关节连接件一4-4、膝关节连接件二4-5、小腿外骨骼4-6、踝关节连接件一4-7、踝关节连接件二4-8、脚部外骨骼4-9、外骨骼支架4-10、弹簧4-11、轮毂支架4-12、轮毂电机4-13、底轮4-14、底轮轨道4-15、L形板4-16、移动轴4-17、底轮轨道固定板4-18。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本发明权利要求的保护范围。

本发明提供了一种移乘搬运式下肢康复机器人(简称机器人)，其特征在于，该机器人包括机架1、移乘搬运装置2、升降座椅装置3、下肢训练装置4和移动装置5；

升降座椅装置3具有升降功能，机器人处于坐姿工作位时用于使用者坐于其上；下肢训练装置4设置于机器人的站姿工作位处，用于使用者在站姿状态下通过脚部动力实现末端牵引带动腿部关节运动，从而实现腿部康复训练功能；移动装置5用于机器人的移动，可采用车轮；

所述移乘搬运装置2包括移乘搬运装置架体2-1、电动推杆一2-2、滑块2-4、滑轨组件2-5、控制台2-6、夹持手臂2-7、连杆一2-8、连杆二2-9和连杆三2-10；

移乘搬运装置架体2-1的底部固定于机架1上；电动推杆一2-2的壳体通过螺钉固定于移乘搬运装置架体2-1上，电动推杆一2-2的输出端水平输出；电动推杆一2-2的输出末端固定有滑块2-4；连杆三2-10通过直角连接件固定于机架1上，并保证连杆三2-10始终竖直；两个连杆二2-9相互平行设置，其一端通过销轴均铰接于连杆三2-10上，另一端通过销轴均与连杆一2-8铰接；连杆一2-8、两个连杆二2-9和连杆三2-10构成平行四边形机构，保证连杆一2-8与连杆三2-10始终保持平行；控制台2-6、连杆一2-8与滑轨组件2-5三者通过螺钉相互固定连接；滑轨组件2-5内开有竖直方向的滑轨；滑块2-4滑动设置于滑轨组件2-5的竖直滑轨中，滑块2-4能够在滑轨组件2-5的竖直滑轨中沿竖直方向上下滑动；夹持手臂2-7通过螺钉固定于控制台2-6上，为使用者提供支撑力。

优选地，移乘搬运装置2还包括电动推杆支撑件2-3；电动推杆支撑件2-3的底部通过螺栓固定于移乘搬运装置架体2-1的水平板上，顶部与电动推杆一2-2的壳体固定连接，进一步支撑电动推杆一2-2，为电动推杆一2-2提供竖直方向的约束，防止电动推杆一2-2受到外部载荷而破坏定位精度，进一步保证电动推杆一2-2的输出端水平输出。

优选地，滑块2-4采用楔形滑块或梯形滑块。

优选地，在坐姿工作位、站姿工作位与坐站转换过程中，控制台2-6始终贴近使用者，并与夹持手臂2-7始终保持水平。

优选地，所述升降座椅装置3包括电动推杆二3-1、平行升降杆3-2和座椅3-3；

两个平行升降杆3-2相互平行设置，其一端均铰接于机架1上，另一端均通过座椅铰节3-4与座椅3-3铰接；机架1、两个平行升降杆3-2与座椅3-3构成平行四边形机构，实现座椅3-3在坐姿工作位、站姿工作位与坐站转换过程中始终保持水平；电动推杆二3-1的壳体铰接于机架1上，其输出端与一个平行升降杆3-2的中部铰接。

优选地，座椅3-3为骑马式座椅，节约空间的同时也增加了舒适度。

优选地，所述下肢训练装置4包括髋关节连接件一4-1、髋关节连接件二4-2、大腿外骨骼4-3、膝关节连接件一4-4、膝关节连接件二4-5、小腿外骨骼4-6、踝关节连接件一4-7、踝关节连接件二4-8、脚部外骨骼4-9、外骨骼支架4-10、弹簧4-11、轮毂支架4-12、轮毂电机4-13、底轮4-14、底轮轨道4-15、L形板4-16和移动轴4-17；

外骨骼支架4-10固定于机架1上；髋关节连接件二4-2固定于外骨骼支架4-10上；髋关节连接件一4-1转动安装于髋关节连接件二4-2上；大腿外骨骼4-3的一端与髋关节连接件一4-1固定连接，另一端与膝关节连接件一4-4固定连接；膝关节连接件二4-5转动安装于膝关节连接件一4-4上；小腿外骨骼4-6的一端与膝关节连接件二4-5固定连接，另一端与踝关节连接件二4-8固定连接；踝关节连接件一4-7转动安装于踝关节连接件二4-8上；脚部外骨骼4-9固定于踝关节连接件一4-7上；

脚部外骨骼4-9的一侧固定有L型板4-16；底轮轨道4-15通过轨道固定板4-18固定于机架1上；底轮4-14转动安装于轮毂支架4-12中；轮毂电机4-13的壳体固定于轮毂支架4-12上，其输出端与底轮4-14的轴心固定连接，带动底轮4-14转动；底轮4-14设置于底轮轨道4-15中；移动轴4-17的一端固定于轮毂支架4-12的顶部上，另一端滑动设置于L形板4-16的通孔中，能够沿L型板4-16的竖直方向上下滑动，轮毂支架4-12与L形板4-16形成移动副；弹簧4-11嵌套在移动轴4-17上，一端与轮毂支架4-12接触或固定连接，另一端与L型板4-16接触或固定连接，保证底轮4-14始终与底轮轨道4-15接触。

优选地，大腿外骨骼4-3的长度可自由调整并通过紧固螺栓固定长度，以适应不同使用者的大腿长度。

优选地，小腿外骨骼4-6的长度可自由调整并通过紧固螺栓固定长度，以适应不同使用者的小腿长度。

优选地，小腿外骨骼4-6和大腿外骨骼4-3上均设置有绑带，用于与人体的相应位置固定。

优选地，脚部外骨骼4-9上设置有绑带，用于与人体的脚部固定。

优选地，底轮轨道4-15还能够插入床的底部，起到固定机器人的作用。

本发明的工作原理和工作流程是：

当使用者由床上转移到机器人上时，移动装置5带动机器人移动至床边，机器人通过移动装置5的制动和/或底轮轨道4-15插入床的底部起到固定的效果；使用者坐在床上，双脚放在脚部外骨骼4-9上；电动推杆二3-1工作，带动座椅3-3升降，使之处于使用者面前一定高度处且不超过胸部高度；电动推杆一2-2伸长，带动滑块2-4在滑轨组件2-5中竖直向下滑动，连杆一2-8、两个连杆二2-9和连杆三2-10组成的平行四边形机构顺时针转动，带动夹持手臂2-7沿竖直方向降低且沿水平方向靠近使用者，进而将夹持手臂2-7插入使用者的腋窝；然后电动推杆一2-2缩短，带动滑块2-4在滑轨组件2-5中竖直向上滑动，连杆一2-8、两个连杆二2-9和连杆三2-10组成的平行四边形机构逆时针转动，带动夹持手臂2-7沿水平方向带动使用者向靠近机器人的方向运动(即向前移动)且沿竖直方向抬高，将使用者抬高，使得使用者站起一定高度；待使用者被动站立后，电动推杆二3-1伸长，带动机架1、两个平行升降杆3-2与座椅3-3组成的平行四边形机构顺时针转动，座椅3-3下落并通过使用者两腿间向后移动到使用者坐姿的臀部位置，此时电动推杆二3-1停止运动；电动推杆一2-2伸长，进而带动夹持手臂2-7沿竖直方向降低且沿水平方向向后移动，使得使用者的臀部坐在座椅3-3上，完成从床到机器人的移乘搬运工作；由移动装置5乘载使用者移动；

当使用者由坐姿切换为站姿时，确认夹持手臂2-7插入使用者的腋窝后，电动推杆一2-2缩短，进而带动夹持手臂2-7沿水平方向带动使用者向前移动且沿竖直方向抬高，将使用者抬高至站姿；与此同时，电动推杆二3-1缩短，带动机架1、两个平行升降杆3-2与座椅3-3组成的平行四边形机构逆时针转动，座椅3-3升高；在移动过程中，夹持手臂2-7和座椅3-3同步运动使人体舒适，且夹持手臂2-7提供主要的支撑力，座椅3-3提供辅助支撑力(或者座椅3-3始终与使用者不接触，不提供支撑力，防止使用者从夹持手臂2-7上滑落)；当达到站姿工作位后，电动推杆一2-2停止工作，电动推杆二3-1仍然缩短至座椅3-3从使用者下肢脱离，回到初始位置时停止运动；

当使用者使用下肢训练装置4时，使用者此时处于站姿，此时使用者脚部踩在脚部外骨骼4-9上且可通过绑带固定也可不固定，使用者小腿与小腿外骨骼4-6可通过绑带固定也可不固定，使用者大腿与大腿外骨骼4-3可通过绑带固定也可不固定；轮毂电机4-13工作，带动底轮4-14沿底轮轨道4-15前后移动，保证底轮4-14的运动轨迹为直线，从而使脚部外骨骼4-9运动，带动使用者整个腿部运动，从而达到对人体下肢的康复训练；

当使用者由站姿切换为坐姿时，此时夹持手臂2-7处于使用者的腋窝中；电动推杆一2-2伸长，进而带动夹持手臂2-7沿竖直方向降低且沿水平方向向后移动；与此同时，电动推杆二3-1伸长，从而带动座椅3-3下降至坐姿工作位，使用者坐在座椅3-3上；在移动过程中，夹持手臂2-7和座椅3-3同步运动使人体舒适，且夹持手臂2-7提供主要的支撑力，座椅3-3提供辅助支撑力(或者座椅3-3始终与使用者不接触，不提供支撑力，防止使用者从夹持手臂2-7上滑落)；

当使用者由机器人转移到床上时，移动装置5带动机器人移动至床边，使用者背对着床，坐在座椅3-3上，机器人通过移动装置5的制动和/或底轮轨道4-15插入床的底部起到固定的效果；确认夹持手臂2-7插入使用者的腋窝后，电动推杆一2-2缩短，进而带动夹持手臂2-7沿水平方向带动使用者向远离床的方向运动(即向前移动)且沿竖直方向抬高，将使用者抬高，使得使用者站起一定高度；待使用者被动站立后，电动推杆二3-1缩短，从而带动座椅3-3升高至人体前方并回到站姿时的位置；然后电动推杆一2-2伸长，进而带动夹持手臂2-7沿竖直方向降低且沿水平方向向靠近床的方向运动，将使用者放在床上，完成从机器人到床的移乘搬运工作。

本发明未述及之处适用于现有技术。