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申请/专利权人：长春大学

摘要：一种履带式站立康复轮椅属于下肢站立康复训练装置技术领域，包括履带车、薄膜压力传感器、护栏架、座椅、座椅旋转结构、丝杠滑台和控制器。本发明根据康复医学理论和康复机器人结合的原理，通过步进电机Ⅰ带动横梁在径向平面的旋转运动和步进电机Ⅱ带动移动平台上的座椅沿着横梁方向移动的共同作用使得下肢功能障碍患者从初始坐姿状态在90度范围内进行站立康复训练，起到了下肢康复训练的作用，同时将康复训练装置安装于履带车主体上，起到移动代步行走的功能。

主权项：1.一种履带式站立康复轮椅，其特征是：包括履带车（1）、薄膜压力传感器（2）、护栏架（3）、座椅（4）、座椅旋转结构（5）、丝杠滑台（6）和控制器，所述履带车（1）的上部与护栏架（3）固定连接；所述护栏架（3）的内底部固定安装有钣金Ⅰ（7）；所述薄膜压力传感器（2）固定安装在钣金Ⅰ（7）的上部；所述座椅旋转结构（5）安装在护栏架（3）的内部；所述丝杠滑台（6）固定安装在座椅旋转结构（5）的上部；所述座椅（4）固定安装在丝杠滑台（6）的上部；所述控制器分别与履带车（1）、薄膜压力传感器（2）、座椅旋转结构（5）以及丝杠滑台（6）连接；所述座椅旋转结构（5）包括立柱（501）、横梁（502）、配重块（503）、主动轴（504）、同步带轮Ⅰ（505）、同步带（506）、同步带轮Ⅱ（507）、从动轴（508）、步进电机Ⅰ（509）、蜗轮蜗杆减速器（510）、轴（511）和角度编码器（512）；所述立柱（501）固定安装在钣金Ⅰ（7）的上部一侧边缘，立柱（501）的上部设置有凹槽；所述横梁（502）的中部安装在立柱（501）的凹槽内，并且横梁（502）以立柱（501）为分界点，横梁（502）的上部一端与配重块（503）固定连接，横梁（502）的上部另一端与丝杠滑台（6）固定连接，横梁（502）在与凹槽侧壁对应的两侧均固定连接有法兰盘（513），横梁（502）的一侧法兰盘（513）通过键与主动轴（504）连接，横梁（502）的另一侧法兰盘（513）通过键与从动轴（508）连接；所述主动轴（504）通过轴承和轴承座安装在立柱（501）上，主动轴（504）与同步带轮Ⅰ（505）的内部连接；所述同步带（506）的一端与同步带轮Ⅰ（505）啮合传动连接，同步带（506）的另一端与同步带轮Ⅱ（507）啮合传动连接；所述同步带轮Ⅱ（507）套装在轴（511）的外部；所述轴（511）与蜗轮蜗杆减速器（510）的输出孔固定连接；所述蜗轮蜗杆减速器（510）与步进电机Ⅰ（509）均固定安装在钣金Ⅰ（7）的上部，蜗轮蜗杆减速器（510）通过螺栓与步进电机Ⅰ（509）固定连接；所述从动轴（508）通过轴承和轴承座安装在立柱（501）上；所述角度编码器（512）通过联轴器Ⅰ（514）连接并采用直角支架Ⅰ（515）固定安装于立柱（501）上；所述丝杠滑台（6）包括步进电机Ⅱ（601）、滚珠丝杠（602）、移动平台（603）和位移编码器（604）；所述滚珠丝杠（602）的一端通过联轴器与步进电机Ⅱ（601）连接，滚珠丝杠（602）的另一端通过联轴器Ⅱ（605）与位移编码器（604）连接；所述移动平台（603）套装在滚珠丝杠（602）的外部，移动平台（603）的上部与座椅（4）固定连接；所述位移编码器（604）通过直角支架Ⅱ（606）固定连接在滚珠丝杠（602）的端部；所述薄膜压力传感器（2）用于人体站立时准确测得下肢功能障碍患者的足底压力，通过牛顿欧拉逆动力学算法可以算出人体缺少的辅助力；所述角度编码器（512）用于测量横梁（502）的旋转角度，达到规划测量下肢功能障碍患者起立角度的功能；所述位移编码器（604）用于测量移动平台（603）上的座椅（4）沿着横梁（502）方向移动的位移量，达到补偿下肢功能障碍患者站立状态时及过程中座椅（4）支撑臀部缺少的位移量；步进电机Ⅰ（509）带动横梁（502）在径向平面的旋转运动和步进电机Ⅱ（601）带动移动平台（603）上的座椅（4）沿着横梁（502）方向移动的共同作用使得下肢功能障碍患者从初始坐姿状态在90度范围内进行站立康复训练，两台步进电机的协调控制使座椅（4）处的运动轨迹和患者起立时臀部髋关节的运动轨迹近似重合，达到辅助下肢功能障碍患者站立康复训练的目的。

全文数据：一种履带式站立康复轮椅技术领域本发明属于下肢站立康复训练装置技术领域，特别是涉及到一种履带式站立康复轮椅。背景技术目前市面上普遍存在的辅助站立康复机器人多为下肢穿戴式辅助起立装置，但存在造价高、自身重量大、穿戴费时、训练数据无法记录和无法对站立轨迹进行追踪的缺点。另外部分下肢功能障碍患者需要专业护理医师来进行康复训练，费用昂贵且依赖性较强，并无法自主选择性移动行走。还有部分站立康复机器人辅助患者多为被动康复训练，站立过程中上肢需参与提供辅助力，但长期依靠手臂辅助站立，使得上肢各关节站立瞬时承受载荷较大，而造成上肢过度使用的慢性撞击综合症，目前也没有很好的办法解决。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。发明内容本发明所要解决的技术问题是：提供一种履带式站立康复轮椅用来解决目前市面上的辅助站立康复机器人多为下肢穿戴式辅助起立装置，造价高、穿戴费时；被动康复训练容易造成上肢过度使用的慢性撞击综合症等技术问题。一种履带式站立康复轮椅包括履带车、薄膜压力传感器、护栏架、座椅、座椅旋转结构、丝杠滑台和控制器，所述履带车的上部与护栏架固定连接；所述护栏架的内底部固定安装有钣金Ⅰ；所述薄膜压力传感器固定安装在钣金Ⅰ的上部；所述座椅旋转结构安装在护栏架的内部；所述丝杠滑台固定安装在座椅旋转结构的上部；所述座椅固定安装在丝杠滑台的上部；所述控制器分别与履带车、薄膜压力传感器、座椅旋转结构以及丝杠滑台连接。所述履带车包括直流减速电机、履带、带轮和钣金Ⅱ；所述直流减速电机安装于履带车的车体尾端，直流减速电机通过履带与带轮连接；所述带轮位于履带车的车体前端；所述钣金Ⅱ固定安装在履带车的车体上部。所述座椅旋转结构包括立柱、横梁、配重块、主动轴、同步带轮Ⅰ、同步带、同步带轮Ⅱ、从动轴、步进电机Ⅰ、蜗轮蜗杆减速器、轴和角度编码器；所述立柱固定安装在钣金Ⅰ的上部一侧边缘，立柱的上部设置有凹槽；所述横梁的中部安装在立柱的凹槽内，并且横梁以立柱为分界点，横梁的上部一端与配重块固定连接，横梁的上部另一端与丝杠滑台固定连接，横梁在与凹槽侧壁对应的两侧均固定连接有法兰盘，横梁的一侧法兰盘通过键与主动轴连接，横梁的另一侧法兰盘通过键与从动轴连接；所述主动轴通过轴承和轴承座安装在立柱上，主动轴与同步带轮Ⅰ的内部连接；所述同步带的一端与同步带轮Ⅰ啮合传动，同步带的另一端与同步带轮Ⅱ啮合传动；所述同步带轮Ⅱ套装在轴的外部；所述轴与蜗轮蜗杆减速器的输出孔固定连接；所述蜗轮蜗杆减速器与步进电机Ⅰ均固定安装在钣金Ⅰ的上部，蜗轮蜗杆减速器通过螺栓与步进电机Ⅰ固定连接；所述从动轴通过轴承和轴承座安装在立柱上；所述角度编码器通过联轴器Ⅰ连接并采用直角支架Ⅰ固定安装于立柱上。所述丝杠滑台包括步进电机Ⅱ、滚珠丝杠、移动平台和位移编码器；所述滚珠丝杠的一端通过联轴器与步进电机Ⅱ连接，滚珠丝杠的另一端通过联轴器Ⅱ与位移编码器连接；所述移动平台套装在滚珠丝杠的外部，移动平台的上部与座椅固定连接；所述位移编码器通过直角支架Ⅱ固定连接在滚珠丝杠的端部。所述丝杠滑台通过螺栓螺母固定连接直角支架Ⅲ，并通过直角支架Ⅲ安装于横梁的上部。所述护栏架的连接处均设置有角码连接件。通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：1、在从动轴上连接的角度编码器可以测量横梁的旋转角度，达到精准规划测量下肢功能障碍患者起立角度的功能，在滚珠丝杠尾端连接的位移编码器可以测量移动平台上的座椅沿着横梁方向移动的位移量，以达到补偿下肢功能障碍患者站立状态时过程中座椅支撑臀部缺少的位移量，在两个编码器的测量下可以准确规划人体站立运动轨迹。2、在钣金Ⅰ上安装薄膜压力传感器，人体站立时准确测得下肢功能障碍患者的足底压力，通过牛顿欧拉逆动力学算法可以算出人体缺少的辅助力，这样通过装置补充辅助力，最大程度的发挥自主力。3、移动装置采用履带车的形式，增加了下肢功能障碍患者的户外康复体验，患者还可以在移动过程中实现上空取物，充分实现了移动代步行走的功能。本发明是一种可以使下肢功能障碍患者移动代步行走的装置，在此基础上增加站立康复训练功能，避免了穿戴式康复机器人的繁琐，而且可以利用闭环控制使下肢功能障碍患者不在需要手臂支撑即可独立进行站立康复训练。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：图1为本发明一种履带式站立康复轮椅的结构示意图。图2为本发明一种下肢站立康复训练移动装置的后视结构示意图。图中1-履带车、2-薄膜压力传感器、3-护栏架、4-座椅、5-座椅旋转结构、6-丝杠滑台、7-钣金Ⅰ、101-直流减速电机、102-履带、103-带轮、104-钣金Ⅱ、301-角码连接件、501-立柱、502-横梁、503-配重块、504-主动轴、505-同步带轮Ⅰ、506-同步带、507-同步带轮Ⅱ、508-从动轴、509-步进电机Ⅰ、510-蜗轮蜗杆减速器、511-轴、512-角度编码器、513-法兰盘、514-联轴器Ⅰ、515-直角支架Ⅰ、601-步进电机Ⅱ、602-滚珠丝杠、603-移动平台、604-位移编码器、605-联轴器Ⅱ、606-直角支架Ⅱ、607-直角支架Ⅲ。具体实施方式本发明的目的是公开一种能够辅助下肢功能障碍患者进行站立康复训练的移动装置，它根据康复医学理论和康复机器人结合的原理，通过步进电机Ⅰ509带动横梁502在径向平面的旋转运动和步进电机Ⅱ601带动移动平台603上的座椅4沿着横梁502方向移动的共同作用使得下肢功能障碍患者从初始坐姿状态在90度范围内进行站立康复训练，起到了下肢康复训练的作用，同时将康复训练装置安装于履带车1主体上，起到移动代步行走的功能。为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。如图所示，一种履带式站立康复轮椅，包括履带车1、薄膜压力传感器2、护栏架3、座椅4、座椅旋转结构5、丝杠滑台6和控制器，其中履带车1包括直流减速电机101、履带102、带轮103、钣金Ⅱ104，由直流减速电机101直接驱动作为动力，直流减速电机101安装于履带车1的车体尾端，通过差速驱动控制带轮103带动履带102使履带车1移动行走。护栏架3是由铝型材通过角码连接件301与T型螺栓、法兰螺母组装而成，护栏架3包括立杆和扶手，护栏架3在履带车1的钣金Ⅱ104上通过T型螺栓和法兰螺母固定连接，安放于车体钣金Ⅱ104平台四周，在护栏架3底部同时安装一个钣金Ⅰ7用于支撑人体脚底板，并放置两个薄膜压力传感器2来测量人体足底的压力，扶手的高度可以随着下肢功能障碍患者的不同身高进一步来调整。座椅旋转结构5包括立柱501、横梁502、配重块503、主动轴504、同步带轮Ⅰ505、同步带506、同步带轮Ⅱ507、从动轴508、步进电机Ⅰ509、蜗轮蜗杆减速器510、轴511和角度编码器512。在站立过程中，通过步进电机Ⅰ509提供驱动力，经蜗轮蜗杆减速器510降速后以增大扭矩来驱动主动轴504，从而带动同步带轮Ⅰ505啮合的同步带506来传递动力，其中蜗轮蜗杆减速器510通过螺栓螺母固定连接安装在护栏架3底部的钣金Ⅰ7上，步进电机Ⅰ509与蜗轮蜗杆减速器510通过螺栓螺母固定连接上，同时在蜗轮蜗杆减速器510的输出孔上连接一根轴511经同步带轮Ⅱ507和同步带506传导步进电机Ⅰ509的输出动力，另一端同步带轮6带动主动轴504，主动轴504和从动轴508通过轴承和轴承座安装在立柱501上，在横梁502上安放一法兰盘513并通过螺栓螺母固定连接，横梁502通过法兰盘513分别与主动轴504和从动轴508连接。法兰盘513与主动轴504通过键连接达到传动的目的，这样主动轴504就可以使横梁502在径向平面内作旋转运动，横梁502的另一侧也通过螺栓固定连接上法兰盘513，这样法兰盘513就可以跟着从动轴508同时旋转，角度编码器512通过联轴器Ⅰ514连接并采用直角支架Ⅰ515固定安装于立柱501上，用来测量横梁502运动的旋转角度。丝杠滑台6包括步进电机Ⅱ601、滚珠丝杠602、移动平台603和位移编码器604。整个丝杠滑台6都利用螺栓螺母固定连接直角支架Ⅲ607安装于横梁502上，在站立过程中，通过步进电机Ⅱ601提供驱动力经滚珠丝杠602带动移动平台603，座椅4安装于移动平台603上，这样就实现了座椅4沿着横梁502的方向移动，滚珠丝杠602尾端经联轴器Ⅱ605连接一位移编码器604，通过直角支架Ⅱ606固定连接，位移编码器604可以测量座椅4移动的位移量，这样就可以计算出患者站立过程中座椅4支撑臀部髋关节时所需要的位移量。配重块503安放在横梁502的一侧顶端，由配重块503的重量来平衡人的体重。本发明的具体实施方式如下，初始状态时患者坐在移动装置平台护栏架3内的座椅4上，脚底踩着薄膜压力传感器2，步进电机Ⅰ509启动工作，经蜗轮蜗杆减速器510减速后，使得扭矩足够大到令横梁502旋转运动，这样人随着横梁502在径向平面内缓慢站立起来，而丝杠滑台6在步进电机Ⅱ601的驱动下使得移动平台603上的座椅4沿着横梁502的方向移动，起到辅助支撑臀部的作用，这样通过两台步进电机的协调控制就可以使座椅4处的运动轨迹和患者起立时臀部髋关节的运动轨迹近似重合，达到辅助下肢功能障碍患者站立康复训练的目的，与此同时履带车1通过直流电机差速驱动带动患者移动行走。控制器分别与直流减速电机101、步进电机Ⅰ509、步进电机Ⅱ601以及薄膜压力传感器2连接，控制各电子部件的运行。本发明主要应用于老龄患者、偏瘫患者、脊髓受损患者、中风患者和下肢肌肉力量不足患者，平衡能力下降，站立行走困难，统称为下肢功能障碍患者，可以预防下肢功能障碍患者肌肉萎缩、关节挛缩等。由于患者的功能障碍，不能独立完成肢体训练，而人工辅助站立既无法保证患者每次都能够沿相同的轨迹完成训练，又无法记录训练参数和保证训练强度，所以本发明致力于帮助下肢功能障碍患者能够解决康复训练的难题。本发明将辅助站立康复训练机器人技术应用于移动载体上，涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术，属于下肢康复医疗器械领域，未来将朝着智能化、人性化、模块化等方向发展。

权利要求：1.一种履带式站立康复轮椅，其特征是：包括履带车1、薄膜压力传感器2、护栏架3、座椅4、座椅旋转结构5、丝杠滑台6和控制器，所述履带车1的上部与护栏架3固定连接；所述护栏架3的内底部固定安装有钣金Ⅰ7；所述薄膜压力传感器2固定安装在钣金Ⅰ7的上部；所述座椅旋转结构5安装在护栏架3的内部；所述丝杠滑台6固定安装在座椅旋转结构5的上部；所述座椅4固定安装在丝杠滑台6的上部；所述控制器分别与履带车1、薄膜压力传感器2、座椅旋转结构5以及丝杠滑台6连接。2.根据权利要求1所述的一种履带式站立康复轮椅，其特征是：所述履带车1包括直流减速电机101、履带102、带轮103和钣金Ⅱ104；所述直流减速电机101安装于履带车1的车体尾端，直流减速电机101通过履带102与带轮103连接；所述带轮103位于履带车1的车体前端；所述钣金Ⅱ104固定安装在履带车1的车体上部。3.根据权利要求1所述的一种履带式站立康复轮椅，其特征是：所述座椅旋转结构5包括立柱501、横梁502、配重块503、主动轴504、同步带轮Ⅰ505、同步带506、同步带轮Ⅱ507、从动轴508、步进电机Ⅰ509、蜗轮蜗杆减速器510、轴511和角度编码器512；所述立柱501固定安装在钣金Ⅰ7的上部一侧边缘，立柱501的上部设置有凹槽；所述横梁502的中部安装在立柱501的凹槽内，并且横梁502以立柱501为分界点，横梁502的上部一端与配重块503固定连接，横梁502的上部另一端与丝杠滑台6固定连接，横梁502在与凹槽侧壁对应的两侧均固定连接有法兰盘513，横梁502的一侧法兰盘513通过键与主动轴504连接，横梁502的另一侧法兰盘513通过键与从动轴508连接；所述主动轴504通过轴承和轴承座安装在立柱501上，主动轴504与同步带轮Ⅰ505的内部连接；所述同步带506的一端与同步带轮Ⅰ505啮合传动连接，同步带506的另一端与同步带轮Ⅱ507啮合传动连接；所述同步带轮Ⅱ507套装在轴511的外部；所述轴511与蜗轮蜗杆减速器510的输出孔固定连接；所述蜗轮蜗杆减速器510与步进电机Ⅰ509均固定安装在钣金Ⅰ7的上部，蜗轮蜗杆减速器510通过螺栓与步进电机Ⅰ509固定连接；所述从动轴508通过轴承和轴承座安装在立柱501上；所述角度编码器512通过联轴器Ⅰ514连接并采用直角支架Ⅰ515固定安装于立柱501上。4.根据权利要求1所述的一种履带式站立康复轮椅，其特征是：所述丝杠滑台6包括步进电机Ⅱ601、滚珠丝杠602、移动平台603和位移编码器604；所述滚珠丝杠602的一端通过联轴器与步进电机Ⅱ601连接，滚珠丝杠602的另一端通过联轴器Ⅱ605与位移编码器604连接；所述移动平台603套装在滚珠丝杠602的外部，移动平台603的上部与座椅4固定连接；所述位移编码器604通过直角支架Ⅱ606固定连接在滚珠丝杠602的端部。5.根据权利要求1或4所述的一种履带式站立康复轮椅，其特征是：所述丝杠滑台6通过螺栓螺母固定连接直角支架Ⅲ607，并通过直角支架Ⅲ607安装于横梁502的上部。6.根据权利要求1所述的一种履带式站立康复轮椅，其特征是：所述护栏架3的连接处均设置有角码连接件301。

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