[发明专利]一种外骨骼膝关节康复机器人

说明书

本发明涉及一种外骨骼膝关节康复机器人，基于人工肌肉的单自由度四连杆仿生膝关节结构，包括大腿固定机构、四连杆仿生膝关节机构和小腿固定机构，大腿固定机构的上部通过四连杆仿生膝关节机构的一端固定连接，而四连杆仿生膝关节机构的另一端固定连接小腿固定机构下部，大腿固定机构下部通过人工肌肉连接小腿固定机构的上部。大腿固定机构作为定平台，小腿固定机构作为动平台。该仿生膝关节在人工肌肉驱动下，能实现膝关节的平面单自由度运动，实现膝关节的屈伸运动，可达屈伸角度90°，屈伸角度即为大腿固定机构与小腿固定机构的夹角。本发明机构简单无需再另外添加传动装置，机构具有柔性，能防止二次伤害，适合于外骨骼膝关节康复技术领域。

技术领域

本发明属于外骨骼康复领域，特别涉及到一种外骨骼膝关节康复机器人。

背景技术

康复机器人是用于病人康复治疗的重要辅助工具，为了预防膝关节术后的关节粘连，病人术后需要进行腿部的屈伸运动训练。由于我国人口老龄化形式严峻，现有康复训练理疗师的数量不能满足训练的要求，所以采用膝关节康复训练装置代替人工对患者进行下肢康复训练是一种行之有效的方法。研究表明，各种康复装置的高重复训练在膝关节置换术后、脑血管病后遗症和截瘫病人的术后康复中对肢体功能恢复十分有效，能够起到加速病人康复的作用。

康复机器人用于病人的康复主要是依靠仿生关节机构与驱动装置的协调配合。良好的仿生关节机构可以贴合人体膝关节的运动模式，良好的驱动装置可以减少传动机构的布置，简化整体结构，因此，外骨骼膝关节康复机器人的驱动装置的选择和布置是性能的关键。

现有外骨骼康复机器人主要有悬吊式减重康复机器人，穿戴式外骨骼机器人以及板式和跑步台训练机器人。对于悬吊式减重系统患者身体固定上体，重心提高，导致身体的摆动或转动，患者不能很好的控制自己的姿势体态而造成二次伤害，增加了患者的恐惧，会对患者康复产生不利影响。并且依然需要专业的陪护人员。大多悬吊系统或者外骨骼穿戴系统辅助操作过多，患者过于被动，难以充分发挥其主观控制意识。穿戴式机器人由于操作流程复杂，需要专业康复治疗师陪护，耗费大量人力。板式和跑步台训练机器人训练效果较为理想，但是占用空间大，机构与控制复杂。

发明内容

针对现有康复机器人存在的缺陷，本发明提供了一种外骨骼膝关节康复机器人，包括大腿固定机构、仿生膝关节机构、小腿固定机构，大腿固定机构与仿生膝关节机构的一端相连接，仿生膝关节机构的另一端与小腿固定机构相连接；大腿固定机构通过人工肌肉机构与小腿固定机构相连接，人工肌肉机构提供动力使得使用者的腿部的膝关节实现屈伸以进行往复训练。

进一步地，仿生膝关节机构包括第一固定件和第二固定件以及四连杆机构，四连杆机构由四条长度尺寸各不相同的连杆两两铰接在一起构成的，第一固定件和第二固定件分别与一对相对设置的连杆固定连接，四连杆的不同长度设置为使得运动轨迹贴合人体膝关节的J字形瞬心运动轨迹，且膝关节的屈伸角度大于90度。

优选地，四条连杆的长度即一条连杆上两个铰接孔之间的距离分别为：47mm，30mm，35mm，18mm，第一固定件和第二固定件分别与其中两条长度最短的连杆固定连接，使得使用者膝关节的屈伸角度达到135度。

进一步地，人工肌肉机构包括至少一根人工肌肉，人工肌肉的两端分别通过虎克铰与大腿固定机构和小腿固定机构可活动地固定连接。

优选地，人工肌肉包括两对对称设置的人工肌肉，人工肌肉为充气收缩型人工肌肉。

进一步地，大腿固定机构包括：大腿托环和支腿，以及第一虎克铰固定板，支腿与大腿托环固定连接，第一虎克铰固定板设置在大腿托环上。

优选地，大腿托环包括第一大腿托环、第二大腿托环、第三大腿托环，一对第一固定件将第一大腿托环、第二大腿托环、第三大腿托环相互连接在一起，四个第一虎克铰固定板固定设置在第三大腿托环上，支腿与第二大腿托环固定连接，将整个大腿固定机构支撑在地面上。