【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼及其訓(xùn)練方法
[0001]本專利技術(shù)涉及康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼及其訓(xùn)練方法。
技術(shù)介紹
[0002]隨著我國(guó)人口老齡化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，患有慢性疾病的患者也越來越多，其中中風(fēng)導(dǎo)致老年人肢體行動(dòng)不便的病例越來越多。同時(shí)，由于交通事故或其他意外傷害等原因?qū)е孪轮珰埣驳娜藬?shù)也在增加，其中膝關(guān)節(jié)作為我們?nèi)梭w運(yùn)動(dòng)中最重要的關(guān)節(jié)之一，其出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能障礙的事例較為常見。如果對(duì)于這些關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者及時(shí)采取治療和康復(fù)訓(xùn)練，可以很大程度的增強(qiáng)或恢復(fù)患者的運(yùn)動(dòng)能力。
[0003]傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練方法主要是靠理療師的“手把手”的康復(fù)訓(xùn)練，其訓(xùn)練效果與理療師的技術(shù)水平以及個(gè)人精力等因素有關(guān)，很難實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的周期性康復(fù)訓(xùn)練，并且我國(guó)理療師的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足患者的需求，無法使更多的患者得到及時(shí)的康復(fù)訓(xùn)練。目前，康復(fù)外骨骼機(jī)器人逐漸應(yīng)用在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，可以有效地輔助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練?？祻?fù)外骨骼機(jī)器人是一種集信號(hào)采集、信號(hào)處理、自動(dòng)控制等為一體的人機(jī)交互裝置，完美的將人的智力和機(jī)器人的體力結(jié)合在一起，可以為患者提供長(zhǎng)時(shí)間的、周期性的和系統(tǒng)性的康復(fù)訓(xùn)練，避免了理療師長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)工作時(shí)帶來的疲勞感影響了患者的康復(fù)訓(xùn)練效果。同時(shí)，外骨骼機(jī)器人可以采集到患者康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的關(guān)節(jié)力矩、足底壓力以及行走步態(tài)等數(shù)據(jù)，可以為醫(yī)生提供一份詳細(xì)的訓(xùn)練效果數(shù)據(jù)，為醫(yī)生制定下一步的訓(xùn)練計(jì)劃提供依據(jù)。
[0004]驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)是外骨骼機(jī)器人的關(guān)鍵組成部分，其性能的好壞直...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，包括綁定于人體大腿部位上的大腿支架(4)、綁定于人體小腿部位上的小腿支架(5)，所述大腿支架(4)的一側(cè)通過螺釘連接有位置可調(diào)節(jié)的大腿連接板(2)，所述小腿支架(5)的相同側(cè)通過螺釘連接有位置可調(diào)節(jié)的小腿連接板(3)，所述小腿連接板(3)的頂部與大腿連接板(2)的底部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其特征在于：所述大腿支架(4)的正側(cè)面上設(shè)置有水平位置可橫向調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)(1)，所述驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)(1)包括機(jī)架(6)、固定安裝于機(jī)架(6)上的動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)(7)、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于機(jī)架(6)上并與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)(7)的動(dòng)力輸出端傳動(dòng)連接的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(8)、分別與剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(8)的動(dòng)力輸出端和小腿連接板(3)的動(dòng)力輸入端相連接的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)(9)；還包括傳感系統(tǒng)和與傳感系統(tǒng)電連接的控制系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括設(shè)置于驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)(1)內(nèi)的編碼器組、設(shè)置于大腿連接板(2)和小腿連接板(3)之間的角度傳感器(10)、設(shè)置于小腿支架(5)下方的壓力傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)(7)包括固定安裝于機(jī)架(6)頂部一側(cè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(72)、固定連接于驅(qū)動(dòng)電機(jī)(72)底部輸出端上的蝸桿(75)、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于支架(6)上并與蝸桿(75)嚙合連接的蝸輪(76)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(8)包括固定安裝于機(jī)架(6)側(cè)面上的中心輪軸支座(815)、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于中心輪軸支座(815)上的中心輪軸(83)，所述中心輪軸(83)的一端固定連接有扭簧連接件(82)，所述扭簧連接件(82)的端面上固定連接有扭簧(81)，扭簧(81)的動(dòng)力輸入端與動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)(7)的動(dòng)力輸出端固定連接；所述中心輪軸(83)的另一端固定安裝有小中心齒輪(84)，所述小中心齒輪(84)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有套設(shè)在中心輪軸(83)上的中心輪支架(88)，所述中心輪支架(88)的側(cè)面軸連接有三個(gè)分別與小中心齒輪(84)嚙合連接的行星輪(85)，三個(gè)所述行星輪(85)的外側(cè)同時(shí)嚙合連接有與中心輪支架(88)固定連接的大中心內(nèi)齒輪(86)，所述大中心內(nèi)齒輪(86)的外側(cè)固定連接有大中心外齒輪(87)，三個(gè)行星輪(85)的外側(cè)軸端共同固定連接有行星架(89)；還包括固定安裝于機(jī)架(6)上的剛度調(diào)節(jié)電機(jī)(812)、固定安裝于剛度調(diào)節(jié)電機(jī)(812)的輸出軸端并與大中心外齒輪(87)嚙合連接的剛度調(diào)節(jié)齒輪(810)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述扭簧(81)包括同軸設(shè)置的內(nèi)圈(8101)和外圈(8102)，所述內(nèi)圈(8101)和外圈(8102)之間一體設(shè)置有多個(gè)均勻分布的彈性體(8103)，所述彈性體(8103)為連續(xù)回折的波浪狀結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)(9)包括固定連接于剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(8)動(dòng)力輸出端的行星架軸(91)、固定連接于小腿連接板(3)頂部的膝關(guān)節(jié)輸出軸(95)，所述大腿連接板(2)的底部轉(zhuǎn)動(dòng)套接于膝關(guān)節(jié)輸出軸(95)上，所述行星架軸(91)的軸端和膝關(guān)節(jié)輸出軸(95)的軸端通過同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述角度傳感器(10)固定設(shè)置于膝關(guān)節(jié)輸出軸(95)的軸端，所述小腿連接板(2)的側(cè)面底部固定連接有角度傳感器固定件(11)，角度傳感器(10)的檢測(cè)輸入端固定連接于角度
傳感器固定件(11)上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述大腿支架(4)的前側(cè)固定設(shè)置有第一支架連接件(13)，且第一支架連接件(13)上開設(shè)有至少一個(gè)水平設(shè)置的定位滑槽，所述支架(6)的側(cè)面固定設(shè)置有第二支架連接件(14)，且第二支架連接件(14)上開設(shè)有與定位滑槽相匹配的螺紋孔組，第二支架連接件(14)和第一支架連接件(13)通過螺紋連接于螺紋孔組內(nèi)且設(shè)置于定位滑槽內(nèi)的鎖緊螺釘進(jìn)行緊固。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有剛度調(diào)節(jié)與能量回收功能的膝關(guān)節(jié)外骨骼，其特征在于：所述控制系統(tǒng)包括控制器盒(15)、分別設(shè)置于控制器盒(15)內(nèi)的平板電腦(17)、單片機(jī)(18)、鋰電池(19)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器(20)、剛度調(diào)節(jié)電機(jī)控制器(21)、分別設(shè)置在控制器盒(15)外側(cè)的單片機(jī)開關(guān)(22)和急停開關(guān)(23)，所述編碼器組包括設(shè)置于動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)(7)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)編碼器(71)和設(shè)置于剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(8)上的剛度調(diào)節(jié)電機(jī)編碼器(811)；所述鋰電池(19)為整個(gè)控制系統(tǒng)供電，急停開關(guān)(23)串接于控制電路的總干路上，單片機(jī)開關(guān)(22)串接于單片機(jī)(18)的供電支路上，所述平板電腦(17)與單片機(jī)(18)雙向通訊連接，所述驅(qū)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳兵，鄭成旺，訾斌，周斌，趙萍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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