[發明專利]一種基于具有力感知并聯機構的骨盆支撐助行器

有效

• 申請號: 202110263287.7
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112999031B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 梁文淵;孫愛萍
• 申請（專利權）人: 國家康復輔具研究中心
• 主分類號: A61H3/04
• 分類號: A61H3/04;A61H1/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種基于具有力感知并聯機構的骨盆支撐助行器，包括：左側前輪、右側前輪、后輪、底座、高度調節下支撐架、高度調節上滑動架、左側扶手、骨盆固定繃帶、右側扶手和可折疊坐墊；其中，在底座的下表面的前端的左右兩側分別安裝左側前輪和右側前輪，與地面直接滾動接觸，在底座的下表面的后端的中心安裝一個或多個后輪，與地面直接滾動接觸；在底座后端中心上方安裝高度調節下支撐架；在高度調節下支撐架上安裝高度調節上滑動架，高度調節上滑動架能夠沿高度調節下支撐架上下滑動，實現位置調節和固定，以適應不同身高的訓練患者；在底座的上表面的前部的左右兩側分別安裝左側扶手和右側扶手，輔助訓練患者控制上軀干姿勢；在高度調節下支撐架上固定可折疊坐墊，便于訓練患者在訓練休息過程中輔助訓練患者采用坐姿休息；其特征在于，所述基于具有力感知并聯機構的骨盆支撐助行器還包括力感知六自由度并聯機構，在高度調節上滑動架上安裝力感知六自由度并聯機構，在力感知六自由度并聯機構的前表面安裝骨盆固定繃帶，骨盆固定繃帶與訓練患者的骨盆部位固定連接；

力感知六自由度并聯機構包括靜平臺、動平臺和多條支鏈；靜平臺固定安裝在高度調節上滑動架的前端，動平臺通過多條按圓周均勻分布的支鏈連接靜平臺，在動平臺的前表面固定連接骨盆固定繃帶；其中，每條支鏈為轉動-球鉸-球鉸結構，包括：支鏈驅動電機、支鏈轉動關節、第一和第二支鏈球鉸關節、第一至第三支鏈連桿以及連桿力傳感器組件，支鏈驅動電機固定安裝在靜平臺上，第一支鏈連桿的末端與支鏈驅動電機通過支鏈轉動關節實現一自由度轉動連接；第二支鏈連桿的末端與第一支鏈連桿的前端通過第一支鏈球鉸關節實現三自由度轉動連接；第二支鏈連桿和第三支鏈連桿作為支鏈目標連桿，第二支鏈連桿的前端和第三支鏈連桿的末端分別固定連接在連桿力傳感器組件的兩端，第三支鏈連桿的前端與動平臺通過第二支鏈球鉸關節實現三自由度轉動連接，第二支鏈球鉸關節安裝在動平臺的后表面；動平臺在多個支鏈驅動電機的驅動下，能夠實現三維空間的三個移動以及三個轉動共計六個自由度運動；

連桿力傳感器組件包括連桿力傳感器、第一和第二傳感器連桿連接器；在連桿力傳感器的前表面和后表面分別固定安裝第二傳感器連桿連接器和第一傳感器連桿連接器，第二支鏈連桿的前端固定安裝在第一傳感器連桿連接器內，第三支鏈連桿的末端固定安裝在第二傳感器連桿連接器內；

連桿力傳感器包括：第一至第四梁、支撐軸、支撐軸承、應變片、采集器和控制器；其中，第一至第四梁呈矩形分布，第一梁和第四梁與支鏈目標連桿的軸線方向平行，第二梁和第三梁垂直于第一梁和第四梁，第四梁的第二端固定連接第三梁的第一端，第三梁的第二端固定連接第一梁的第一端，第一梁的第二端固定連接第二梁的第一端；在第二梁的第二端設置有凹槽，在凹槽的兩側側壁上分別安裝有支撐軸承，支撐軸穿過第四梁的第一端，并且支撐軸的兩端分別連接支撐軸承，從而第四梁的第一端通過支撐軸和支撐軸承與第二梁的第二端轉動連接；在第四梁靠近第一端的表面粘貼一組應變片，應變片電學連接至采集器，采集器電學連接至控制器，控制器電學連接至支鏈驅動電機；第一梁和第二梁的剛度遠大于第三梁的剛度，第三梁的剛度大于第四梁的剛度；

當支鏈目標連桿發生力傳遞時，第一梁和第二梁由于剛度最大，不發生形變，第三梁的剛度較小，發生微小形變，進而通過杠桿原理帶動第四梁繞與第二梁連接處的支撐軸和支撐軸承轉動，由于第四梁的剛度最小以及四根梁組成的杠桿效應，在第四梁的支撐軸和支撐軸承的連接處附近區域產生大形變，在該區域粘貼的應變片能夠最靈敏地感知到支鏈目標連桿的力；同時，第四梁作為主要的力感知部位，支鏈目標連桿的力傳遞主要沿第三梁、第一梁和第二梁傳遞，達到了力感知和力傳遞的分離，能夠兼顧力傳遞和力感知兩個功能；同時，能夠保證所述連桿力傳感器僅對支鏈目標連桿軸線方向的力敏感，減少了支鏈目標連桿的其他方向受力帶來的耦合效應；應變片感知到的力由采集器采集，并傳輸至控制器；控制器檢測到支鏈目標連桿上受力的大小，作為控制支鏈驅動電機的反饋信息，控制支鏈驅動電機按照連桿力傳感器感受到的力的大小，控制各條支鏈的傳遞力，從而實現幫助患者主動完成站立減重支撐、行走平衡控制、下肢異常步態干預的目的。

2.如權利要求1所述的基于具有力感知并聯機構的骨盆支撐助行器，其特征在于，所述第一和第二傳感器連桿連接器包括底座和安裝槽，在底座上設置連接一體的安裝槽，底座固定安裝在連桿力傳感器的前端或后端，第三支鏈連桿的末端或第二支鏈連桿的前端固定安裝在安裝槽內。