[發明專利]一種氣動肌肉柔性驅動的并聯踝關節康復系統及控制方法

有效

• 申請號: 202110484608.6
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113332678B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 王孫安;劉文捷;周民;張斌權;于鎮源
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A63B23/08
• 分類號: A63B23/08;A63B21/00;A63B24/00;A61H1/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種氣動肌肉柔性驅動的并聯踝關節康復系統及控制方法，包括并聯踝關節康復機構和控制座椅，所述的康復機構包括上/下平臺、腳托模塊、氣動肌肉、腳托支撐桿、上/下支撐桿、法蘭、法蘭盤以及虎克鉸鏈；所述的控制座椅包括可調節腳架，減壓閥組，集成閥塊組以及座椅機架。康復訓練控制方法包括選擇訓練模式，設置相關參數，確定期望的運動軌跡，求解出各個氣動肌肉的期望長度，對各個氣動肌肉進行氣壓控制及長度閉環控制，從而完成康復機構整體的控制。本發明公開的康復系統為踝關節損傷人群提供一套柔順、安全的康復設備，以及不同需求下的康復訓練方法，將改善患者康復效果，提高患者在康復訓練過程中的主動性和積極性。

技術領域

本發明屬于醫療康復器械技術領域，具體為一種氣動肌肉柔性驅動的并聯踝關節康復系統及控制方法。

背景技術

對于踝關節損傷的患者來說，治療方式一般是醫生一對一對其進行階段性訓練，從而逐漸恢復患者踝關節的運動功能，但這種治療方式的最終效果往往取決于醫生的臨床經驗以及對患者康復情況的主觀判斷，也就導致治療效率相對較低。而隨著機器人技術的普遍應用，醫療康復機器人目前已經在高精度微創手術、康復訓練及醫護輔助等方面得到了廣泛應用，使得踝關節損傷治療方式有了新的突破口。然而，現有的醫療康復設備多直接采用剛性的電機作為驅動源，這使得機構整體的柔順性和安全性相對較差，一旦對患者施加的力過大或者機構轉動角度過大都容易對患者造成新的傷害，因此需要設計一種具備柔順性、安全的康復機構。

此外，目前踝關節康復機構訓練模式控制主要集中在通過提前設定機構相應的運動軌跡，進行末端機構的軌跡跟蹤，以實現康復早期的康復訓練，整體康復訓練模式相對單一，難以實現患者在不同康復階段的康復訓練需求。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供了一種氣動肌肉柔性驅動的并聯踝關節康復系統及控制方法，為肢體運動障礙人群提供一套柔順、安全的可穿戴康復設備，以及不同需求下的康復訓練方法，將改善患者康復效果，提高患者在康復訓練過程中的主動性和積極性。

為了實現上述目的地，本發明采用的技術方案為：

一種氣動肌肉柔性驅動的并聯踝關節康復系統，所述的并聯踝關節康復系統包括并聯踝關節康復機構、控制座椅和主控制系統；

所述的并聯踝關節康復機構包括上平臺、下平臺、腳托模塊、氣動肌肉、腳托支撐桿、上支撐桿、下支撐桿、法蘭、法蘭盤以及虎克鉸鏈；所述的控制座椅包括可調節腳架，減壓閥組，集成閥塊組以及座椅機架；

所述的下平臺固定安裝在控制座椅前部分的機架上，下支撐桿通過法蘭固連在下平臺的中心處，上支撐桿通過法蘭固連在上平臺的中心處，上支撐桿與下支撐桿之間再通過虎克鉸鏈進行固連；腳托支撐桿通過法蘭固連在上平臺的中心處，腳托模塊通過軸承與腳托支撐桿過盈配合；腳托模塊包括腳托、壓力傳感器和陀螺儀，腳托與壓力傳感器固定連接，陀螺儀固結在垂直于腳托轉動軸的凹槽內；而下三根氣動肌肉通過法蘭盤及虎克鉸鏈分別與上平臺、下平臺相連且沿下支撐桿的主軸方向均勻分布，上兩根氣動肌肉通過法蘭盤及虎克鉸鏈分別與上平臺、腳托相連且沿腳托的長軸方向水平對稱分布；

集成閥塊組固定連接在座椅機架底部的橫梁的中間位置處，減壓閥組懸掛在座椅機架中部的橫梁的中間位置處，可調節腳架通過滑動角件安裝在座椅機架的側邊，若干氣壓傳感器安裝在控制座椅側邊的橫梁上；

所述的集成閥塊組包括高速開關閥、光耦隔離繼電器驅動模塊、閥塊組上支架和閥塊組底座；所述的光耦隔離繼電器驅動模塊固連在閥塊組上支架上，高速開關閥固定在閥塊組底座和閥塊組上支架之中，閥塊之間通過閥塊組底座的梯形結構配合連接