[实用新型]气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人

说明书

本实用新型公开了一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，包括支撑模块、主运动模块、动力传输模块和传感模块，动力传输模块的气动肌肉组件连接通过滑轮机构的柔索驱动主运动模块，主运动模块包括固定于底座上的一轴支撑以及一轴、二轴、三轴、脚踏板、动平台，支撑模块包括底座及固定于底座上的肌肉支架与腿托撑杆。本实用新型采用气动人工肌肉替代传统刚性电机驱动器，再配合柔索与滑轮机构改变气动肌肉单一驱动方向，为机器人辅助患者脚踝康复训练提供多自由度辅助动力，提高训练的安全性与柔顺性；通过内置多种机构调节装置提高机构的灵活度以适应不同患者需求，有效提高机器人辅助患者脚踝康复训练效果。

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体地指一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人。

背景技术

截至2015年底，中国60岁以上老年人口已达2.22亿，脑卒中成为60岁以上老年人的第二大致残原因。脑卒中患者绝大多数伴随踝关节功能障碍，由于运动神经受损、下肢力量衰退与运动控制失常，导致患者难以保持正常步态。因此，提高患者踝关节运动能力、纠正步态，成为脑卒中患者康复急需解决的问题。研究表明，积极康复治疗可使90％脑卒中患者重新获得行走和生活自理能力，然而由于缺乏康复治疗，我国脑卒中患者残疾率高达75％。老龄化趋势与肢体残疾庞大基数，使得我国临床康复从业人员与康复设备的需求巨大，现有的人工康复方式和康复设备已远远不能满足市场需求，采用机器人进行康复辅助训练成为必然。设计一种脚踝康复机器人能满足人体脚踝日常运动的基本方式，包括背屈/跖屈、内翻/外翻和内收/外展运动，对于患者脚踝康复训练具有重要作用。

现有康复医疗器械多采用电机驱动器等刚性驱动方式。Girone M等设计了Rutgers机器人，它是一种双作用气缸驱动的六自由度Stewart机器人，通过对人的脚踝施加阻力来达到康复训练的效果，该机器人承载能力强，但自由度过多，超过了脚踝康复对自由度的要求，采用六个气缸驱动，结构复杂。此外，刚性电机驱动导致康复训练过程中的柔顺性和安全性不够，容易出现由于施力或训练角度过大对患者受伤肢体造成二次伤害。气动肌肉因其运动方式和物理特性与生物肌肉相似，并且具有内在柔顺性强、输出力-自重比大、结构简单轻便、适于穿戴等特点，成为机器人领域的新型驱动器。新西兰奥克兰大学Zhang,武汉理工大学Meng等提出一种三自由度气动肌肉驱动并联机构脚踝康复机器人，但是其工作空间与辅助输出没有完全覆盖人体脚踝康复训练需求范围。美国哈佛大学Park等设计了一种新型柔性踝关节康复机器人，采用气动肌肉模拟人体踝关节肌肉-肌腱-韧带模型，通过患者肌电信号控制气动肌肉施力完成背屈/跖屈和内翻/外翻动作，但无法帮助在训练初期自主运动能力较差的患者进行被动训练。美国密歇根大学Sawicki等采用多根气动肌肉分别为脚踝康复机器人提供背屈和跖屈力矩，仅能帮助患者完成单一自由度运动。国内目前对脚踝康复机器人的研究的机构还比较少。专利CN201510404891.1和CN201511007657.1均设计了刚性电机驱动的脚踝康复机器人，能满足基本的人体脚踝康复需求，但是机构固定装置太过简单，没有考虑腿部其它关节运动对脚踝康复训练的影响。专利CN201510472613.X提出了一种气动肌肉并联驱动的脚踝康复机器人，采用四根并联的驱动器直接拉动下平台，该装置在内翻/外翻动作上的旋转性能明显不足，无法完全覆盖脚踝训练运动范围与辅助力输出需求。