[发明专利]一种基于气动肌肉的下肢康复外骨骼系统

说明书

本发明公开了一种基于气动肌肉的下肢康复外骨骼系统。包括外骨骼机构，支撑保障机构，康复训练跑台系统。外骨骼机构包括:腰部支架、髋单关节机构、膝单关节结构和足底固定件，髋、膝单关节结构包括底座、关节转盘、钢丝绳、气动肌肉、支撑件和弹簧，支撑件主要由上下两个支撑杆滑动连接构成，支撑件竖直布置在底座上，支撑件底座上固定有气动肌肉和弹簧，气动肌肉和弹簧固定在底座上，气动肌肉的输出端朝上经钢丝绳和弹簧顶端连接，钢丝绳绕过关节转盘。本发明采用气动肌肉驱动完成周期性的运动，达到康复训练的目的，具有清洁无污染，对人友好，且气动肌肉为有一定柔性的驱动元件，符合人体工学。

技术领域

本发明涉及一种用于人体下肢康复训练的结构和相应的控制系统，具体是涉及了一种基于气动肌肉的下肢康复外骨骼系统，属于康复外骨骼技术领域。

背景技术

传统的下肢康复训练方式普遍采用康复医师辅助患者完成下肢康复训练，这样康复医师的劳动强度大，且康复效果受康复医师的业务素质的影响较大，研制一款新型的下肢康复训练系统可以减轻康复医师的劳动量，且便于将患者的康复训练标准化，将适合的康复训练方式进行推广。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于气动肌肉的下肢康复外骨骼系统。

本发明系统作用是辅助需要进行下肢康复训练的患者完成周期性的康复训练，通过周期性的辅助康复运动，帮助患者恢复肌肉能力与神经能力。

本发明所采用的技术方案是：

外骨骼系统包括腰部支架、髋单关节结构、膝单关节结构和足底固定件，腰部支架依次经髋单关节结构、膝单关节结构和足底固定件连接；髋单关节结构顶部的髋关节转盘和腰部支架连接，髋单关节结构底部的髋关节底座和膝单关节结构顶部的膝关节转盘连接，膝单关节结构底部的关节底座和足底固定件连接。

髋单关节结构和膝单关节结构为结构相同的单骨骼关节结构。

所述的髋单关节结构包括髋关节底座、髋关节转盘、髋关节钢丝绳、髋关节气动肌肉、髋关节支撑件和髋关节弹簧；髋关节支撑件主要由上下两根支撑杆滑动连接构成，髋关节支撑件竖直固定在髋关节底座上，髋关节支撑件的上支撑杆顶端铰接安装有髋关节转盘，髋关节支撑件两侧的髋关节底座上固定有髋关节气动肌肉和髋关节弹簧，髋关节气动肌肉和髋关节弹簧的底端固定在底座上，髋关节气动肌肉的输出端朝上经髋关节钢丝绳和髋关节弹簧顶端连接，髋关节钢丝绳绕过髋关节转盘。

所述的膝单关节结构包括膝关节底座、膝关节转盘、膝关节钢丝绳、膝关节气动肌肉、膝关节支撑件和膝关节弹簧；膝关节支撑件主要由上下两根支撑杆滑动连接构成，膝关节支撑件竖直固定在膝关节底座上，髋关节支撑件的上支撑杆顶端铰接安装有膝关节转盘，膝关节转盘同时和髋单关节结构髋关节底座下端固定设有的连接杆铰接，膝关节支撑件两侧的膝关节底座上固定有膝关节气动肌肉和膝关节弹簧，膝关节气动肌肉和膝关节弹簧的底端固定在底座上，膝关节气动肌肉的输出端朝上经膝关节钢丝绳和膝关节弹簧顶端连接，膝关节钢丝绳绕过膝关节转盘。

所述的髋关节转盘和膝关节转盘的中心装有角度传感器。

所述的髋关节气动肌肉和膝关节气动肌肉底部的进出气口分别连接进气高速开关阀、放气高速开关阀；进气高速开关阀经缓冲气罐连接小型气泵，放气高速开关阀连接连接消声器。

所述的进气高速开关阀和放气高速开关阀均为气动高速开关阀。

所述的足底固定件上设有足底压力信号传感器。

本发明的下肢外骨骼具有三个自由度，其中髋关节和膝关节的转角由气动肌肉驱动控制，并通过气动肌肉配合关节转盘以及弹簧的结构来实现对大腿运动的控制。大腿抬升阶段依靠气动肌肉收缩来抬升大腿，通过气动肌肉放气时输出力的改变，导致弹簧的拉力大于气动肌肉输出力，从而导致大腿下降。