[發明專利]柔索氣動肌肉聯合驅動腰部康復機器人

有效

• 申請號: 201410356441.5
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104127299A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 訾斌;孫鳳龍;尹光才
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及的是一種醫療康復訓練器械，具體是一種具有6自由度的柔索氣動肌肉聯合驅動腰部康復機器人。

技術背景

由于社會老齡化和其它意外原因導致的腰部運動障礙的病人數量呈上升趨勢，因此對提高腰部康復訓練水平和效率有了進一步的要求。現有的技術條件下一般通過柔索驅動腰部進行轉動,但柔索驅動轉動的效果不是很明顯,在這個過程中腰部轉動的角度十分有限，很難適應較大角度的彎腰和擺動，且康復訓練效率較低，然而氣動肌肉卻適合于驅動較大范圍的轉動。因此通過柔索氣動肌肉聯合驅動腰部康復機器人可以有效地解決上述問題，大大提高腰部康復訓練的水平和效率。柔索氣動肌肉聯合驅動是指同時采用柔索和氣動肌肉兩種驅動方式，這樣可以結合柔索柔順性好、不易對患者造成傷害，氣動肌肉重量輕、初始力大、具有良好的柔順性和安全性的優點，并且能夠提高腰部康復訓練水平。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種柔索氣動肌肉聯合驅動腰部康復機器人，能夠對腰部實現6個運動自由度的全方位康復訓練。該機器人中設計了一個氣動肌肉驅動部件3，一個柔索驅動部件4和一個旋轉平臺2。康復訓練的過程中氣動肌肉驅動部件3帶動腰部模擬沿X軸和Y軸的轉動；柔索驅動部件4帶動腰部模擬正常行走過程中人體盆骨沿X、Y和Z軸的平動軌跡；旋轉平臺2帶動腰部模擬沿Z軸的轉動，從而實現腰部6運動自由度的康復訓練。該腰部康復訓練機器人針對病人個體的差異可以調節訓練強度和幅度大小，因此提高該發明的適應性。

為實現上述技術目的，本發明采用采用如下技術方案：

一種柔索氣動肌肉聯合驅動腰部康復裝置，包括立方體基座，柔索驅動部件，氣動肌肉驅動部件，旋轉平臺以及腰部平臺，其特征在于：所述立方體基座底部中間設有旋轉平臺，用于人體站立和帶動腰部轉動，在所述旋轉平臺上方，根據成人平均身高設有腰部平臺，用于輔助人體站立和帶動腰部運動，所述的腰部平臺為水平放置的U型腰部平臺，所述的U型腰部平臺兩側邊分別連接一套氣動肌肉驅動部件，兩端頭以及U型端底部分別連接一個柔索驅動部件；所述的兩套氣動肌肉驅動部件安裝到所述立方體基座兩側面的橫梁上，所述的兩套氣動肌肉驅動部件通過關節軸安裝到所述立方體基座上，所述的三個柔索驅動部件通過安裝到所述立方體基座頂部橫梁上的三個滑輪模塊給U型腰部平臺提供向上拉力，所述的立方體基座內還設有位于腰部平臺前方的人體扶手。

所述的氣動肌肉驅動部件包括第一平行四邊形傳動結構和第二平行四邊形傳動結構，所述的第一平行四邊形傳動機構由連接桿a1、b1、c1、d1依次連接而成，第二平行四邊形傳動機構由連接桿a2、b2、c2、d2依次連接而成，所述的連接桿c1和d1連接點處和a2與b2連接點處之間設有連接軸，所述的第一平行四邊形傳動機構和第二平行四邊形傳動機構通過該連接軸以平面相差90°角度連接起來形成總傳動機構，所述的總傳動機構一端通過連接在c2與d2連接點處的連接軸連接腰部平臺，另一端通過連接在a1與b1連接軸上的關節軸安裝在所述立方體基座側面的橫梁上，還包括與關節軸垂直安裝的橫梁，所述的橫梁可圍繞關節軸轉動并帶動總傳動機構運動，所述的橫梁兩端分別安裝有垂直橫梁豎直設置的氣動肌肉動力單元。

所述的柔索驅動部件包括連接在U型腰部平臺上的柔索，所述的柔索穿過安裝在立方基座頂端橫梁上的滑輪模塊，另一端纏繞在卷軸上。

所述的旋轉平臺由大V帶輪支撐控制，所述的大V帶輪通過軸承安裝在立方基座底部中心，通過連接步進電機的V帶驅動，所述的步進電機安裝在立方基座一側，其主軸和大V帶輪之間通過V帶連接，所述的V帶一側設有V帶輪張緊模塊。

所述的V帶輪張緊模塊通過張緊支座安裝在立方基座底部，所述的張緊支座上設有可通過調整螺釘調整位置的張緊輪導軌，所述張緊輪導軌內通過轉軸固定有張緊輪，所述V帶可以在張緊輪內滑動。

所述的卷軸均有相應的步進電機控制。

所述的氣動肌肉驅動平臺選用Festo公司的Mckibben型氣動肌肉，通過對氣動肌肉充氣、放氣實現肌肉的收縮與伸長，從而驅動兩個串聯的平行四邊形傳動機構，進而通過腰部平臺帶動腰部彎腰、后仰和左右擺動一定的角度。

柔索驅動部件通過步進電機帶動柔索轉動達到長度變化的效果，柔索懸掛通過安裝在立方基座頂部橫梁的滑輪模塊實現換向，當三根柔索綜合作用時可以模擬正常人走路過程中盆骨的平動軌跡。

通過步進電動機主軸通過V帶傳動，進而驅動大V帶輪13轉動實現旋轉平臺精確的轉動角度，從而使腰部達到扭動的效果，且角度可以進行調節，適應個體差異。