[发明专利]一种基于气动肌肉的智能可穿戴下肢

说明书

技术领域

本发明属于康复系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于气动肌肉的智能可穿戴下肢。

背景技术

康复医学是20世纪中期出现的新兴学科，其目的在于通过物理疗法，运动疗法，生活训练，技能训练，言语训练和心理咨询等多种手段减轻和消除患者的功能障碍，使身体残留部分的功能得到最充分的发挥，弥补和重建患者的功能缺失，达到最大可能的生活自理，劳动和工作的能力。

据统计，目前我国由于中风、脊髓损伤以及各种事故引起的肢体功能障碍患者有877万人，而其中半数以上可以通过训练改善肢体功能。传统的康复训练是首先是从专业医生手把手的指导下开始，而后由病人的健康上肢或其家属、护士人工对病人患肢进行反复牵引。随着科学技术的发展，医疗机器人技术得到快速发展，康复机器人就是机器人技术在康复医疗方面的新应用。由于机器人不存在疲倦问题，能够满足不同患者的训练强度要求，因而更加适合于患者单独进行康复训练。

目前国内很多研究机构在下肢康复机器人领域已经取得了一些研究成果。中国专利201110456585.4公布了一种康复训练机器人控制系统及控制方法，该机器人控制系统针对踝关节的康复训练进行设计，通过采集患者足底压力信号和小腿部表面肌电信号来反映患者的主动意识进而驱动康复机器人为患者主动康复训练。该方法覆盖面较窄，并且只是针对踝关节做的设计，不能满足大部分人的需求。

中国发明专利公开号：CN102068367，名称：下肢多训练模式康复机器人。使用了链式传动提供了髋关节、膝关节、踝关节屈伸3个自由度，进行康复训练。但是机器人固定，无法供患者进行行走。

中国发明专利公开号：CN201888908，名称：步态训练康复机器人。将患者躯干固定，患者的下肢运动移动下方履带，实现行走动作。对于中风、偏瘫患者等普遍的不对称功能障碍，无法实现转弯、斜坡，避障等动作，功能较为单一。

另外，目前康复机器人中现有的驱动方式主要有电机和人工气动肌肉等。电机能实现精确的运动控制，被广泛用于上肢康复机器人中；但电机的力矩/质量比较低，采用电机驱动的康复机器人的转动关节臂属于电机－齿轮－连杆机构，在关节处集中电机和减速机构，使得关节变得粗大、笨重，电机的驱动电压较高，这都不利于机器人结构的紧凑和小型化；而且电机的体积和价格成反比，要设计出轻巧的上肢康复机器人，必须选择价格昂贵的微型电机，维护费用较高；同时电机驱动方式存在安全隐患，加大了控制系统的复杂性。基于肌肉仿生的人工气动肌肉模拟人体骨骼肌的工作形式，具有灵活性好、功率/质量比大、直接驱动能力强、柔顺性好、成本低、可靠性高、维修管理容易、质量轻、价格低廉等优势，虽然其响应速度相对较慢，但这恰好能够满足上肢康复机器人的低速工作要求。

综上可知，目前的下肢康复训练机器人还没有使用气动肌肉并根据患者下肢具体情况来驱动康复训练机器人，这些机器人要么是固定的无法行走，要么就只是强行驱动，这样不利于患者的康复，某种程度上还可能由于康复机器的生拉硬拽导致患者腿部拉伤。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于气动肌肉的智能可穿戴下肢，通过气动肌肉驱动模块驱动下肢运动，具有轻巧、灵活、高效等特点。

为实现上述发明目的，本发明一种基于气动肌肉的智能可穿戴下肢，其特征在于，包括：

一可穿戴下肢外骨骼，包括腰臀固定绑带、外骨骼连接件、下肢外骨骼；

在腰臀固定绑带的内嵌入中央处理器，其外部连接遥控模块，再通过外骨骼连接件把腰臀固定绑带和下肢外骨骼连接起来；

在下肢外骨骼中包括左右两侧的大腿外骨骼固定板、小腿外骨骼固定板及脚部外骨骼固定板，各固定板内侧带有供患者穿戴所用的卡环，下肢外骨骼的各关节连接处均通过外骨骼连接件连接；

在腰臀固定绑带和下肢外骨骼的连接处，以及下肢外骨骼的各关节连接处均置有气动肌肉驱动模块；

一中央处理器，内设有预先训练得到的数据库，用于接收压力传感器和角度传感器采集的压力数据和角度数据，再根据获取的角度、压力数据与数据库比对，计算出下肢运动的驱动力并发送给气动肌肉驱动模块；

中央处理器还能接收遥控模块发送的运动指令，并直接将运动指令转发给气动肌肉驱动模块；

一压力传感器，内置在下肢外骨骼的卡环中，用于检测患者运动时的主动力，并发送给中央处理器；

一角度传感器，置于外骨骼连接件的转轮处，用于检测患者关节的运动角度，并发送给中央处理器；

一气动肌肉驱动模块，用于接收中央处理器发送的驱动力，再根据该驱动力驱动下肢的运动；