[發明專利]面向膝關節康復的非圓齒輪-五桿機構外骨骼康復裝置

在審

• 申請號: 202210943373.7
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN115350051A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 陳建能;姚坤;喻陳楠;郇曉龍;宗燕宇;徐袁翔
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 杭州昊澤專利代理事務所(特殊普通合伙) 33449
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了面向膝關節康復的非圓齒輪?五桿機構外骨骼康復裝置，包括兩個外骨骼機構；外骨骼機構包括伺服電機和非圓齒輪?五桿機構；非圓齒輪?五桿機構包括非圓齒輪一、非圓齒輪二、五桿機構和足部腳踏；五桿機構包括曲柄、傳動軸、連桿一、連架桿、連桿二和小腿固定板。本發明通過伺服電機驅動非圓齒輪一，繼而驅動非圓齒輪二，并通過兩個非圓齒輪嚙合的變速變幅運動實現連桿二與小腿固定板固定位置處的四位姿點運動軌跡，從而使小腿固定板帶動小腿相對大腿做先收縮再屈伸的往復運動，且膝關節在與四位姿點運動形狀完全一致且平移一定距離的運動軌跡上往復運動，保證膝關節按正常人的膝關節運動軌跡曲線和姿態角度變化訓練，康復效果好。

技術領域

本發明屬于醫療器械技術領域，具體涉及面向膝關節康復的非圓齒輪-五桿機構外骨骼康復裝置。

背景技術

腦卒中又稱中風、急性腦血管病，中國每年腦卒中新發病例約150萬，患病者中有85％引起偏癱癥狀。醫學研究表明，腦卒中患者可以通過科學合理的康復訓練來恢復肢體運動功能。傳統的康復訓練主要依賴于康復醫師高度熟練的經驗技巧和一對一的徒手訓練，很難實現高強度、有針對性和重復性的康復訓練要求，康復訓練成本也頗高，康復治療過程中的康復階段也相對模糊。因此，患者可借助下肢外骨骼康復機構來減輕康復醫師的工作量、降低康復訓練成本，可以通過標準化重復運動，來起到鍛煉下肢肌肉，刺激神經系統控制肢體行走，從而恢復下肢運動機能的作用。

膝關節作為人體中最大最復雜的關節，是下肢中首要的功用部件，起到了行走時站立支撐，給上下樓梯、起立下蹲等運動提供動力等作用。現有的人體下肢膝關節康復機構中，多數為外骨骼式康復訓練機器人。在康復訓練過程中通常只考慮了膝關節的屈伸轉動角度訓練，未著重考慮人體下肢在正常行走時的步態情況，并且其對人機信息交互、運動控制等都提出了較高要求，為此這類康復機構往往價格都比較昂貴，無法大范圍普及到個體。因此，有必要提出一種患者康復訓練時膝關節運動軌跡和運動姿態模式較接近于正常人、促進膝關節恢復的外骨骼康復裝置來有效提高腦卒中患者步行能力及日常活動能力。

發明內容

本發明的目的在于針對現有下肢膝關節康復機構的不足，提供一種面向膝關節康復的非圓齒輪-五桿機構外骨骼康復裝置。

本發明包括外框架和外骨骼機構；兩個外骨骼機構對稱置于外框架兩側。所述的外骨骼機構包括支撐架、伺服電機和非圓齒輪-五桿機構；所述的支撐架固定在外框架上；所述的伺服電機固定在支撐架上，由控制器控制；所述的非圓齒輪-五桿機構包括非圓齒輪一、非圓齒輪二、五桿機構和足部腳踏；所述的五桿機構包括曲柄、傳動軸、連桿一、連架桿、連桿二和小腿固定板；兩根傳動軸分別支承在一個帶座外球面軸承上，兩個帶座外球面軸承均與支撐架固定；其中一根傳動軸與伺服電機的輸出軸通過聯軸器連接，且該傳動軸與非圓齒輪一和曲柄的一端均固定；另一根傳動軸與非圓齒輪二和連架桿的一端均固定，所述的非圓齒輪二與非圓齒輪一嚙合；曲柄的另一端與連桿一的一端鉸接，連桿一的另一端與呈三角形的連桿二在第一個角位處鉸接；連架桿的另一端與連桿二在第二個角位處鉸接；連桿二在第三個角位處與小腿固定板的上端固定；所述小腿固定板的下端與足部腳踏鉸接。

優選地，還包括靠背組件；所述的靠背組件包括穿戴背帶和腰部支撐件；腰部支撐件固定在外框架上；穿戴背帶固定在腰部支撐件上。

優選地，所述的支撐架包括立柱和安裝板；安裝板固定在立柱上；所述的伺服電機通過伺服電機安裝架固定在安裝板上；所述的帶座外球面軸承與立柱固定。

優選地，所述小腿固定板的內側固定有腿部柔性綁帶。

優選地，所述足部腳踏的頂面固定有腳部柔性綁帶。

優選地，設計連桿二與小腿固定板固定位置處的四位姿點運動軌跡，設計過程具體如下：通過數據采集系統捕捉人體行走時膝關節中心的四個位姿點，分別記點P1、P2、P3和P4，通過該四個位姿點進行曲線擬合，得到連桿二與小腿固定板固定位置處的四位姿點運動軌跡。