[发明专利]一种仿生步态运动训练机器人

说明书

一种仿生步态运动训练机器人主要包括鞍座机构、传感减重机构、主撑杆机构、次撑杆机构、中控动力机构、脚踏机构、底座。依据健康人体步态中髋、膝和踝关节关键自由度等仿生学数据，通过机械结构对使用者髋部和双脚三个位置进行有效联动支撑，保证鞍座机构轨迹与人体臀部行走过程轨迹一致，仅使用单电机配合传动机构，可使双脚踏板机构和鞍座机构三点同时完成仿生学运动轨迹，辅助使用者按照对标健康人体的仿生学特征进行步态训练。传感减重机构可根据患者康复状态进行实时定量化减重支撑，实现原地助力行走、步态仿生训练、站姿减负休憩等仿生智能的使用功能。轻量化的自重与低廉的加工成本，利于商品化生产、家庭化普及，可填补领域空白。

技术领域

本发明属于运动机械设备领域，涉及可对下肢运动功能障碍患者进行步态运动训练的机电一体化的一种仿生步态运动训练机器人。

背景技术

人体运动的最主要行为之一是步态行走。康复医学临床实践证明，对非永久性截瘫患者进行被动式步态训练，可有效激发其神经肌肉系统的活力，预期向有益方向康复。对于下肢运动功能障碍患者，在康复过程中无法进行完全自主的步态训练，而被动式步态训练需借助有效的动力设备辅助。目前，国内外结构简单的步态训练设备，常见于健身用动力设备领域，很难使患者实现仿生运动训练效果，而非仿生的步态运动训练会给患者肌肉骨骼等造成不同程度的畸态康复。目前国内外专用于仿生步态训练的动力设备基本是多自由度的机械系统，左右腿运动辅助机构由多动力源驱动执行，再通过控制系统协调髋、膝和大、小腿形成仿生步态。机械结构和控制系统复杂，成本高，造价贵，难于在医院或康复机构中普遍推广，更难以家庭化应用推广。因此，基于对标健康使用者步态行走状态时髋、膝和踝关节自由度，依据仿生学和人体工学原理，设计机械结构简单、造价低、使用方便、轻量化的仿生步态运动训练机器人，在仿生康复设备研究领域和市场需求方面都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生步态运动训练机器人，以解决上述技术问题，使机构简单，方便家庭使用推广，依据仿生学原理，设计一种在使用者进行步态行走训练时，人机交互体验感良好的机器设备，减少电机使用台数并做结构轻量化处理，通过鞍座及束带在腰部高于人体重心位置做安全捆束，提供摔倒防护辅助力，基于人体步态运动ZMP判据进行机械结构动平衡分析设计，避免使用者在步态训练中发生摔倒；脚踏板运动轨迹基于大数据统计下的人体步态行走仿生学数据进行设计，可使患者能够按照对标健康人体步态特征进行仿生康复训练。鞍座处安装压力传感器，实时检测分析使用者上身对下肢的压力，实时反馈控制直线伺服电机输出载荷，向上通过鞍座对患者提供减重支撑，分担患者上身体重对下肢载荷，实现减负效果，根据不同的病例状态和行走能力，为不同的下肢运动功能障碍患者提供定制的步态行走训练计划，科实现有针对性的步态康复训练。

为达到上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现：

所述的一种仿生步态运动训练机器人，包括鞍座机构1、传感减重机构2、主撑杆机构3、次撑杆机构4、中控动力机构5、脚踏机构6、底座7，所述鞍座机构1通过支座104固联到传感减重机构2中的压力传感器201上端，传感减重机构2向下栓接到主撑杆机构3中的上杆301上端，主撑杆机构3下端铰接固定于中控动力机构5的相应位置，次撑杆机构4上端铰接在主撑杆机构3的中部，次撑杆机构4下端铰接固定在中控动力机构5上相应位置，中控动力机构5整体栓接固定在底座7上，两组脚踏机构6通过内部传动固连在中控动力机构5内。

所述的一种仿生步态运动训练机器人，其特征在于：鞍座机构1包括丁形束带101、背板102、坐板103、支座104，所述丁形束带101左右两端分别嵌入固定在背板102的左右两端，丁形束带101底端嵌入固定在坐板103前端，背板102、坐板103、支座104分别通过开孔处铆接固连成一体。

所述的一种仿生步态运动训练机器人，其特征在于：传感减重机构2包括压力传感器201、紧固钉202、直线伺服电机203，所述压力传感器201底座过盈镶嵌在直线伺服电机203动子上端所开孔槽内，紧固钉202穿过直线伺服电机203动子上所开通孔，将压力传感器201上端与支座104下端固连。