[發明專利]一種可模擬不同桿長運動軌跡的六桿系統及方法

在審

• 申請號: 202210971426.6
• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115300326A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 趙萍;張涯婷;趙熙然;王洋;龔龍曉;劉韋銘
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61H3/00;A63B23/04;B25J9/00
• 代理公司: 北京之于行知識產權代理有限公司 11767
• 代理人: 呂曉蓉

本發明涉及一種可模擬不同桿長運動軌跡的六桿系統和方法，六桿系統至少包括控制模塊、驅動設備、第一可變桿長組件和第二可變桿長組件。第一可變桿長組件與第一驅動設備連接；第二可變桿長組件與第二驅動設備連接。控制模塊按照如下方法輔助患者完成康復訓練：獲取患者的身形參數，對患者的身形參數進行分析而后輸出第一可變桿長組件和第二可變桿長組件的優選桿長組合數據。調整第一可變桿長組件和第二可變桿長組件的各桿長。控制模塊控制驅動設備帶動第一可變桿長組件和第二可變桿長組件按照既定軌跡運行，帶動患者的下肢按照既定軌跡完成康復訓練動作。可模擬不同桿長運動軌跡的方法包括以下步驟：調整可變桿長組件的桿長。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種可模擬不同桿長運動軌跡的六桿系統及方法。

背景技術

對患有慢性病的老年人和永久殘疾患者等存在行動障礙的人群采用智能外骨骼機器人輔助康復訓練能夠在一定程度上代替專業康復訓練師輔助患者恢復運動能力。智能外骨骼機器人通過模擬人體的下肢運動軌跡，帶動患者完成相關康復動作，重塑肢體與中樞神經之間的聯系，恢復患者的肢體自主運動功能。

智能外骨骼機器人有電機驅動、液壓驅動、氣缸驅動和啟動人工肌肉驅動等多種方式，其中電機驅動相較于其余驅動方式控制更簡單，且控制精度更易于保證。機器人包括能夠靈活模擬空間所需軌跡的多自由度機器人和僅能模擬單一軌跡的單自由度機器人。多自由度機器人需要計算多個關節的扭矩并控制設置于每個關節的電機驅動，在使用過程中機器人的制作、控制和維修成本高。由于康復運動過程中多為單一動作的多次重復，因此只需要一個電機驅動的、穩定性和制作成本更低的單自由度機器人為更優的選擇。

例如，CN110840711A公開了一種基于六桿機構的單自由度下肢康復機器人，包括機架、扶手、瓦特I型六桿機構、腳踏板、電機以及減重背心；所述扶手與機架一體設置，所述減重背心固定在機架上用于固定和支撐使用者的上身，所述機架上左右對稱設置兩個瓦特I型六桿機構，所述六桿機構包括曲柄桿AB、三角形桿BCE、三角形桿CDF、連桿FG和連桿GEH，其中連桿GEH由彼此呈一固定角度的桿GE和桿EH在E端一體連接組成，曲柄桿AB為驅動端，桿EH為執行端，曲柄桿AB與三角形桿BCE通過B端鉸接，三角形桿BCE與三角形桿CDF通過C端鉸接，三角形桿CDF的F端與連桿GEH的G端之間鉸接有連桿FG，連桿GEH與三角形桿BCE通過E端鉸接，六桿機構的A端固定一連接軸穿過機架并與傳動機構輸出端連接，六桿機構的D端通過連接軸轉動連接在機架上，電機通過傳動機構連接六桿機構的驅動端，六桿機構的執行端通過腳踏板彎管與腳踏板連接，在電機的驅動下六桿機構運動，并使腳踏板以一定的速度模擬人體步態軌跡。六桿結構各個連桿的長度通過優化設計得到。

上述六桿機構在單一電機的驅動下能夠帶動腳踏板模擬人體的步態軌跡，在使用時，康復人員能夠通過穿戴該下肢康復機器人進行康復訓練。但上述六桿機構在使用的過程中僅僅能夠模擬單一的運動軌跡，而由于不同患者的身形參數不同，患者的各個關節的運動軌跡也各有差異，該下肢康復機器人無法針對不同的患者提供契合患者的運動軌跡，導致患者的實際康復運動效果與理想的康復訓練效果存在難以估計的差異，使用的過程中仍然存在局限性，并且由于下肢康復機器人本身的成本較高，針對不同患者個性化定制最優尺寸的康復機器人難以實現，因此提升下肢康復機器人的普適性是十分必要的且具有較高的經濟價值。

現有的單自由度康復訓練機器人除運動軌跡單一以外，還存在適應性差的問題。現有的單自由度康復訓練機器人在使用的過程中，左右腿的康復訓練結構和運動軌跡相似，而對于一些左右腳長短不同、肢體殘缺、關節外翻等特殊患者而言，其左右腳的運動軌跡無法做到一致，在康復訓練時，上述現有裝置并不適用。