[發明專利]冗余約束柔索驅動下肢訓練并聯康復機器人及其控制方法

在審

• 申請號: 202010243559.2
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111419632A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 訾斌;楊正蒙;李元;孫智
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61B5/11;A63B23/04
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 張果果

本發明公開了一種冗余約束柔索驅動下肢訓練并聯康復機器人及其控制方法，包括外框架，冗余柔索驅動裝置，以及位于外框架內的上肢穿戴式可調固定裝置、下肢腿部電流式傳感器、腳部固定裝置。上肢穿戴式可調固定裝置穿戴于人體腰部以上部位，下肢腿部電流式傳感器穿戴于人體腿部，腳部固定裝置穿戴于人體腳部并與運動平臺固定。下肢腿部電流式傳感器和位于腳部固定裝置上的壓力傳感器識別人體運動意圖。同時康復機器人采用冗余約束增加其本體的平衡性，也可將被動訓練、主動訓練以及主被動訓練多種康復訓練策略相結合，在冗余約束柔索并聯機構驅動下，實現對人體下肢的康復訓練。

技術領域

本發明涉及康復醫療訓練器械技術領域，尤其涉及一種冗余約束柔索驅動下肢訓練并聯康復機器人及其控制方法。

背景技術

我國已經成為世界上人口老齡化速度最快的國家之一 ，同時我國殘疾人比例也位居世界較高國家之列，老年人和殘疾人的護理與康復已成為一個重要的社會問題。現代康復醫學研究表明，神經系統具有自我重塑性，運動康復訓練能夠重新建立肢體與腦部損傷中樞神經間的聯系，逐步刺激促使腦部損傷部位康復，達到對肢體行為的有效控制。然而，目前中國康復醫療資源總量不足、人才匱乏、體系尚不完善。傳統康復訓練由康復治療師對患者進行一對一的康復治療，效率低、成本高、操作場合受限。這種康復方式效果差異明顯，由于缺乏客觀的康復參數，患者的康復效果依賴于康復師的個人經驗與技術水平，在很大程度上影響患者的康復效果。因此，康復機器人成為了萬眾矚目的新型康復醫療產品。專利申請號“CN201910361439.X”設計了一種末端牽引式、可同時對人體腰部及下肢多關節同時或分別進行康復訓練的機器人，幫助患者完成康復訓練。專利申請號“CN201810606101.1”設計了一種步態式康復訓練裝置，幫助患者完成下肢的康復訓練。專利申請號“CN201910227324.1”設計了一種外骨骼可穿戴機器人及其檢測人體運動意圖的檢測方法，通過檢測足底壓力、關節角度，助患者完成康復訓練。然而還存在著諸如以下問題：一是訓練方式多為被動訓練，適合早期的康復訓練，較難適應中期及后期的康復訓練。二是外骨骼機器人設計結構復雜，其自身平衡的維持依然是個研究難題，通常需要穿戴在患者身上，通過患者施力平衡，患者承受額外的重量負擔。三是外骨骼康復訓練機器人與人體直接接觸，采用電機直接驅動方式，其啟動與停止的加速度、轉動慣量較大，易對患者下肢造成二次傷害。

發明內容

本發明目的為了彌補已有技術的缺陷，提供一種冗余約束柔索驅動下肢訓練并聯康復機器人及其運動控制方法，采用冗余約束增加機器人本體的平衡性，同時也可將被動訓練、主動訓練以及主被動訓練多種康復訓練策略相結合，在腿部運動意圖識別傳感器和冗余約束柔索并聯機構作用下，實現對人體下肢的康復訓練。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種冗余約束柔索驅動下肢訓練并聯康復機器人，包括有外框架、NAO仿人機器人、上肢穿戴式可調固定裝置、下肢腿部電流式傳感器、腳部固定裝置、卷筒機構、滾珠絲桿副、八組驅動柔索、伺服電機和運動平臺，所述的腳部固定裝置固定在運動平臺上，運動平臺位于外框架的內側，所述的驅動柔索一端連接運動平臺，另一端連接柔索驅動裝置，柔索驅動裝置驅動驅動柔索帶動運動平臺實現六個自由度的空間運動，所述的NAO仿人機器人通過腳部固定裝置安裝在運動平臺上，所述的下肢腿部電流式傳感器套在NAO仿人機器人的腿部，所述的上肢穿戴式可調固定裝置套在NAO仿人機器人的腰部以上部位，所述的卷筒機構安裝在外框架的上端，卷筒機構與上肢穿戴式可調固定裝置固定連接。所述NAO仿人機器人模擬人形，完成人體的相應動作。

所述的外框架包括有由底板、多個橫桿和多個立柱構成的立方體框架，在外框架的頂部還設有4個垂直于對角線分布的斜橫桿。