[发明专利]穿戴式柔性下肢康复机器人

说明书

本发明公开了一种穿戴式柔性下肢康复机器人，包括：大腿模块、关节模块和负载模块；大腿模块包括大腿框架，大腿框架内分别设有一对双出杆气缸，每一个双出杆气缸的一端通过气路连接比例阀，另一端连接拉力传感器，拉力传感器通过动力传送机构连接关节模块；关节模块包括关节框架，所述关节框架的两侧分别安装串联弹性驱动器；负载模块包括一对侧板，侧板分别与关节框架两侧的串联弹性驱动器连接；一对侧板之间连接小腿延长件。本发明气缸与关节模块中设计的串联弹性执行器组合能够实现柔性传动，从而更好地抵抗运动过程中的各种干扰，气动安全回路能够确保多种紧急情况下的安全应急措施，确保康复训练安全第一。

技术领域

本发明属于康复医疗器械技术领域，尤其涉及一种穿戴式柔性下肢康复机器人。

背景技术

随着我国社会老龄化及交通事故问题的增加，膝关节运动障碍患者的数量也与日俱增。医学研究表明，肢体运动能力的恢复与科学的康复训练密切相关。而传统的康复训练大多需专人陪护，高昂的康复服务费用令许多患者望而却步，最终因得不到及时的康复训练而导致肌肉“萎缩”。

康复训练机器人作为肢体运动障碍患者进行康复训练的辅助器械，有望节约大量的医护人员及时间，使患者实现自助康复训练，而得到了较为广泛的研究。现有技术公布的可穿戴或脚踏式的下肢康复训练机器人，主要利用电机以及减速器和连杆机构进行动力输出，驱动相应的关节摆动。另外，还有利用液压缸结合连杆机构的运动实现康复训练机器人相应关节摆动的。而前述这些穿戴式康复机器人均采用传统的刚性机械传动，不仅体积笨重，运动惯量大，而且步态僵硬，穿戴者舒适性差、安全性较低，使用者在康复训练中出现意外情况时容易因为机构刚性过大而出现二次伤害。

采用气动肌肉作为驱动器的可穿戴式康复训练机器人由于属于高柔性的传动系统，相对刚性传动更具安全性，例如亚利桑那大学的RUPERT穿戴式康复训练机器人，利用气动肌肉舒张与收缩时直线长度的变化结合连杆机构完成驱动机械关节的运动；电子张力驱动器，利用电信号的刺激控制张力材料的收缩或放松，进而经过传动机构实现机械关节的高柔性传动，例如SuitX公司的Phoenix下肢康复训练机器人。然而，这两种柔性驱动器的结构较为复杂，控制难度极高，控制精度较低、输出力较小，康复训练效果较差。

发明内容

针对现有穿戴式下肢康复训练机器人存在的刚性传动，体积笨重、运动惯量大、穿戴者舒适性差、安全性低；高柔性传动机构结构复杂、控制困难、精度较低、康复训练效果较差等不足，本发明提出一种穿戴式柔性下肢康复机器人，该机器人兼顾刚性与高柔性传动优点、能够实现柔顺控制、轻量化以及高安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的一种穿戴式柔性下肢康复机器人，包括：大腿模块、关节模块和负载模块；

所述大腿模块包括大腿框架，所述大腿框架内分别设有一对双出杆气缸，每一个双出杆气缸的一端通过气路连接比例阀，另一端连接拉力传感器，所述拉力传感器通过动力传送机构连接关节模块；

所述关节模块包括关节框架，所述关节框架的两侧分别安装串联弹性驱动器，所述串联弹性驱动器与动力传送机构连接；

所述负载模块包括一对侧板，所述侧板分别与关节框架两侧的串联弹性驱动器连接；所述一对侧板之间连接小腿延长件。

进一步地，还包括：气动安全回路，所述气动安全回路包括依次串联连接的高速换向阀和单向节流阀；所述高速换向阀与总气源连接，所述单向节流阀与比例阀分别连接。

进一步地，所述大腿框架外侧安装有紧急按钮，按一次紧急按钮时，高速换向阀和比例阀同时迅速失电复位，此时双出杆气缸的两腔通过比例阀的中位，经过单向节流阀的节流口，与大气导通，以指数递减形式排气，并使双出杆气缸稳定地转换到自由状态；

进一步地，需要锁定康复机器人的关节运动时，按两次紧急按钮，两比例阀同时在相同位置上全开，此时双出杆气缸同时输出相同大小的力。