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专利号: 2023103119651
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,包括运动场景模拟装置、运动场景虚拟仿真系统及步宽调节装置;运动场景虚拟仿真系统放置在运动场景模拟装置前方地面上,能够提供包括平地、台阶、坡道、跨越障碍物、滑倒场景的虚拟仿真;所述步宽调节装置放置在地面上,所述运动场景模拟装置安装在步宽调节装置上,且所述运动场景模拟装置左右对称设置两个,通过步宽调节装置可动态调节两侧运动场景模拟装置的间距;

所述运动场景模拟装置包括底座模块及步态生成装置;所述底座模块固定安装在步宽调节装置上,所述步态生成装置固定安装在底座模块的顶部;

所述步态生成装置包括前摆臂模块、法兰摆臂模块、后摆臂模块、踏板模块及驱动平台;

所述前摆臂模块包括前上摆臂及前下摆臂,所述前上摆臂与前下摆臂铰接,所述前上摆臂连接在驱动平台的对应输出端;

所述法兰摆臂模块包括同步带传动模块、法兰臂及下摆臂,所述法兰臂通过同步带传动模块连接在驱动平台的对应输出端,所述下摆臂与法兰臂铰接;

所述后摆臂模块包括后上摆臂及后下摆臂,所述后上摆臂与后下摆臂铰接,所述后上摆臂连接在驱动平台的对应输出端;

所述踏板模块包括踏板底座、前转轴及后转轴,所述后转轴上同轴安装后摆臂模块和法兰摆臂模块,所述前转轴上安装前摆臂模块;

所述法兰臂与后上摆臂上端同轴安装,所述后摆臂模块与法兰摆臂模块组成了两自由度剪式连杆机构,所述前摆臂模块、后摆臂模块、法兰摆臂模块、踏板模块共同组成了一个三自由度平面八杆机构。

2.如权利要求1所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,还包括多模感知与智能控制系统,所述多模感知与智能控制系统包括多模感知模块及智能控制模块;所述多模感知模块用于感知人体平衡状态、运动意图及机器人运动状态;所述智能控制模块用于控制运动场景模拟装置和步宽调节装置。

3.如权利要求2所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,所述底座模块,包括底座板、侧板及支撑钢架;所述支撑钢架固定安装在底座板上;所述侧板固定安装在支撑钢架侧面,且与底座板垂直。

4.如权利要求3所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,所述驱动平台包括安装底板、外安装支架、内安装支架、驱动电机、同步带轮系及减速器;所述外安装支架、内安装支架竖直平行安装在安装底板上;所述同步带轮系安装在内安装支架与外安装支架之间;所述驱动电机通过电机支架固定安装在安装底板上;所述减速器固定安装在外安装支架上;所述驱动电机、同步带轮系、减速器各设有三个,组成三套驱传动模组并分别作用于前摆臂模块、后摆臂模块和法兰摆臂模块;所述驱动平台固定安装在支撑钢架顶端。

5.如权利要求4所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,所述踏板模块还包括踏板、万向球板及万向球;所述踏板固定安装在踏板底座上;所述万向球板通过前转轴、后转轴与踏板底座相连;所述万向球包含多个,安装在万向球板对应位置;所述万向球与所述侧板之间滚动接触。

6.如权利要求5所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,所述多模感知模块包括足底压力采集系统、激光测距系统及姿态与肌电采集系统;所述足底压力采集系统包含多个足底压力传感器,覆盖于踏板上表面,用于实时采集患者训练过程中的足底压力数据;所述激光测距系统包含多个激光测距传感器,分布安装在踏板下表面,用于实时测量踏板位姿;所述姿态与肌电采集系统包括穿戴在患者身上的多个惯性传感器和多个肌电传感器;

所述足底压力采集系统通过足底压力传感器实时获取的足底压力信息,所述激光测距系统通过激光测距传感器获取当前踏板位姿信息,所述姿态与肌电采集系统通过惯性传感器获取人体姿态信息、通过肌电传感器获取人体皮肤表面肌电信息;

获取的足底压力信息、人体姿态信息、表面肌电信息、踏板位姿信息被上传至上位机,通过算法进行患者下肢步态、人体平衡状态、运动意图及机器人运动状态的感知;

感知得到的当前人体姿态信息同步发送至运动场景虚拟仿真系统,用于运动场景虚拟仿真系统的交互控制;

感知得到患者运动信息后,通过轨迹规划算法将人体运动意图转化为踏板位置信息序列并下发至下位机,踏板位置信息序列经过运动学逆解得到各摆臂模块的关节角度序列,并按照其对应的时间节点下发至各驱动电机,从而控制踏板位置。

7.如权利要求1所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,所述步宽调节装置包括底板、导轨滑块模组、齿轮齿条模组及驱动模组;所述导轨滑块模组的导轨固定安装在底板上,滑块与运动场景模拟装置的底座板固定连接;所述齿轮齿条模组的齿条固定安装在底板上;所述驱动模组固定安装在运动场景模拟装置的底座板上,其输出轴穿过底座模块底座板上的通孔,与齿轮齿条模组的齿轮连接,通过齿轮齿条模组传动,使运动场景模拟装置在导轨滑块模组的导轨上滑动调节步宽。

8.如权利要求1所述的一种多运动场景模拟与康复训练机器人,其特征在于,还包括安全防护装置,所述安全防护装置包括吊架、悬吊背心、安全绳,所述吊架的四个支脚支撑在地面上,架空于运动场景模拟装置上方,所述悬吊背心通过安全绳连接在吊架上。