專利名稱：一種具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)，可以作為穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成單元，用于對(duì)下肢偏癱或下肢運(yùn)動(dòng)功能損傷的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，以幫助患者恢復(fù)下肢運(yùn)動(dòng)功能和正常步態(tài)的重建。
背景技術(shù)：
減重步行訓(xùn)練是下肢康復(fù)醫(yī)療采用的主要方法，由吊帶承受患者部分體重以減少下肢的負(fù)荷，并在醫(yī)師幫助下借助于運(yùn)動(dòng)平板進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。訓(xùn)練過程中一般需要兩名醫(yī)師相互協(xié)調(diào)，一名醫(yī)師幫助患者完成下肢擺動(dòng)和足-板接觸運(yùn)動(dòng)，另一名醫(yī)師保持患者直立并幫助患者進(jìn)行髖伸展。減重步行訓(xùn)練可以獲得較為理想的下肢康復(fù)醫(yī)療效果，但在很大程度上取決于醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)。另外，減重步行訓(xùn)練還需要在特定環(huán)境中進(jìn)行，訓(xùn)練過程中醫(yī)師的工作強(qiáng)度大、占時(shí)較長、效率較低。由于專業(yè)人員的缺乏，很多患者只能選擇自行訓(xùn)練，往往因方法不夠科學(xué)或訓(xùn)練量不足導(dǎo)致康復(fù)效果不夠理想。為彌補(bǔ)專業(yè)人員的不足，減輕醫(yī)師工作強(qiáng)度并為患者提供及時(shí)有效的醫(yī)療服務(wù)。自上世紀(jì)九十年代以來，一些研究機(jī)構(gòu)相繼開展了穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)的研制工作。穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)可以顯著降低醫(yī)師的工作強(qiáng)度，并具有訓(xùn)練參數(shù)重復(fù)性好、訓(xùn)練指標(biāo)可根據(jù)需要設(shè)定以及能夠有效加快下肢康復(fù)進(jìn)程等優(yōu)點(diǎn)。穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)主要由減重裝置、運(yùn)動(dòng)平板和下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人等組成。下肢康復(fù)訓(xùn)練的過程是患者穿戴下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)并經(jīng)吊帶減重后，機(jī)器人機(jī)構(gòu)根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)規(guī)律導(dǎo)引下肢協(xié)同運(yùn)動(dòng)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。現(xiàn)有研制的有代表性的穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)主要有蘇黎士 Balgrist醫(yī)學(xué)康復(fù)中心與Hocoma醫(yī)療器械公司研制的L0K0MAT系統(tǒng)，荷蘭Twente大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所研制的LOPES系統(tǒng)和美國特拉華大學(xué)機(jī)械工程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研制的ALEX系統(tǒng)等。其中，已有部分穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)(如L0K0MAT系統(tǒng))開始進(jìn)入臨床應(yīng)用階段。穿戴型下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)是典型的人-機(jī)一體化系統(tǒng)，為保證康復(fù)訓(xùn)練過程中人-機(jī)系統(tǒng)的安全性，要求下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢之間具有良好的運(yùn)動(dòng)相容性，以避免人-機(jī)之間在連接(穿戴)部位產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用以及由此導(dǎo)致的人-機(jī)運(yùn)動(dòng)干涉和安全問題。從現(xiàn)有下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成看，機(jī)器人機(jī)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)多采用單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(如L0K0MAT系統(tǒng)中的機(jī)器人機(jī)構(gòu))或兩個(gè)單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(如LOPES系統(tǒng)中的機(jī)器人機(jī)構(gòu))通過高副低代來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)等效，膝關(guān)節(jié)均為單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)軸線擬人體下肢對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行分解布位。機(jī)器人機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的尺度參數(shù)則根據(jù)人體下肢骨胳的比例和長度確定，或構(gòu)件設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)式以增強(qiáng)對(duì)人體下肢尺度的適應(yīng)性。在人-機(jī)連接(穿戴)方式上，均采用機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢在大、小腿的中下部通過固聯(lián)于機(jī)器人構(gòu)件的綁帶或穿戴件以緊致穿戴的形式相連接。根據(jù)人體解剖學(xué)，人體下肢骨胳的髖關(guān)節(jié)為如圖1所示的三自由度球窩關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)為圖2所示的單自由度滑車球狀關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)在繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還伴生有軸線的滑移運(yùn)動(dòng)。顯然，現(xiàn)有下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢在關(guān)節(jié)形式以及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)屬性上是不同的，區(qū)別在于人體下肢髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)為繞球窩中心的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)為單自由度滑車球狀關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)其關(guān)節(jié)軸線還存在有滑移運(yùn)動(dòng)，而下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)只能是繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)人體下肢與機(jī)器人機(jī)構(gòu)在大、小腿的中下部穿戴連接(穿戴)后，人體下肢與機(jī)器人機(jī)構(gòu)形成封閉的空間運(yùn)動(dòng)鏈。由于兩者在關(guān)節(jié)形式及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)屬性上的差異，容易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)意義上的不相容現(xiàn)象，導(dǎo)致人-機(jī)之間在連接部位發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉與沖突。若人-機(jī)在大、小腿連接部位為無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的緊致連接，僅由于兩者在膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)屬性上的差異就可能導(dǎo)致人-機(jī)之間發(fā)生運(yùn)動(dòng)沖突，原因是人-機(jī)在大、小腿處連接后形成的局部閉鏈的理論自由度為零。如果允許在人-機(jī)連接部位處有很小的彈性變形(人體下肢連接部位的軟組織彈性變形)，則在康復(fù)訓(xùn)練過程中當(dāng)人-機(jī)之間大、小腿的相對(duì)位形偏離到一定幅度時(shí)，因連接部位的彈性變形過大，也必然會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致康復(fù)訓(xùn)練難以進(jìn)行或出現(xiàn)安全問題。因此，應(yīng)該綜合考慮下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢在關(guān)節(jié)形式、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)屬性上的差異以及人-機(jī)之間連接形式等對(duì)人-機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)相容性的影響，從人-機(jī)系統(tǒng)的整體角度出發(fā)進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以改善機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢之間的運(yùn)動(dòng)相容性，提高下肢康復(fù)訓(xùn)練的安全性和有效性。

發(fā)明內(nèi)容
為了使下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有更好的人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性，以提高下肢康復(fù)訓(xùn)練的安全性與康復(fù)訓(xùn)練的醫(yī)療效果，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)。其設(shè)計(jì)理念是下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)由外骨骼機(jī)構(gòu)以及用于與人體下肢相連的連接關(guān)節(jié)和連接件組成。其中，外骨骼機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的功能是帶動(dòng)人體下肢作左、右側(cè)擺運(yùn)動(dòng)和前、后屈曲運(yùn)動(dòng)，連接關(guān)節(jié)和連接件的作用是在外骨骼構(gòu)件與綁帶或穿戴件之間增加運(yùn)動(dòng)自由度以改善人-機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)相容性。本發(fā)明的技術(shù)方案一種具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由外骨骼機(jī)構(gòu)以及用于與人體下肢相連的連接關(guān)節(jié)和連接件組成。如圖3所示，外骨骼機(jī)構(gòu)含有兩條構(gòu)成相同，且左、右對(duì)稱布置的分支機(jī)構(gòu)。左分支機(jī)構(gòu)由腰部構(gòu)件1，上腿構(gòu)件2，下腿構(gòu)件3，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)A，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)B和單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)C組成。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)A與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)B的回轉(zhuǎn)軸線彼此正交，構(gòu)成左分支機(jī)構(gòu)的兩自由度髖關(guān)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)C為左分支機(jī)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)，其回轉(zhuǎn)軸線與關(guān)節(jié)B的回轉(zhuǎn)軸線相平行。左分支機(jī)構(gòu)中構(gòu)件之間的連接關(guān)系是腰部構(gòu)件1與上腿構(gòu)件2通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)B相連，上腿構(gòu)件2與下腿構(gòu)件3通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)C相連。右分支機(jī)構(gòu)由腰部構(gòu)件4，上腿構(gòu)件5，下腿構(gòu)件6，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)D，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)E和單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)F組成。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)D與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)E的回轉(zhuǎn)軸線彼此正交，構(gòu)成右分支機(jī)構(gòu)的兩自由度髖關(guān)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)F為右分支機(jī)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)，其回轉(zhuǎn)軸線與關(guān)節(jié)E的回轉(zhuǎn)軸線相平行。右分支機(jī)構(gòu)中構(gòu)件之間的連接關(guān)系是腰部構(gòu)件4與上腿構(gòu)件5通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)E相連，上腿構(gòu)件5與下腿構(gòu)件6通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)F相連。左、右兩條分支機(jī)構(gòu)分別通過腰部構(gòu)件1、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)A以及腰部構(gòu)件4、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)D在腰部聯(lián)接構(gòu)件0的兩端與其連接為一體，由此構(gòu)成具有六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的外骨骼機(jī)構(gòu)。
外骨骼機(jī)構(gòu)與人體下肢的連接方式是左分支機(jī)構(gòu)的上腿構(gòu)件2和下腿構(gòu)件3分別與人體左下肢的大腿和小腿通過連接關(guān)節(jié)及連接件相連接。上腿構(gòu)件2與人體左下肢大腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接件依次為沿上腿構(gòu)件2桿長方向上移動(dòng)的滑塊7、與滑塊7固聯(lián)的桿件8、與桿件8固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)G以及與球副關(guān)節(jié)G固聯(lián)的綁帶9。下腿構(gòu)件3與人體左下肢小腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接間依次為沿下腿構(gòu)件3桿長方向上移動(dòng)的滑塊10、與滑塊10固聯(lián)的桿件11、沿桿件11桿長方向移動(dòng)的滑塊12、與滑塊12固聯(lián)的桿件13、與桿件13固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)H以及與球副關(guān)節(jié)H固聯(lián)的綁帶14。右分支機(jī)構(gòu)的上腿構(gòu)件5和下腿構(gòu)件6分別與人體右下肢的大腿和小腿通過連接關(guān)節(jié)及連接件相連接。上腿構(gòu)件5與人體右下肢大腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接件依次為沿上腿構(gòu)件5桿長方向上移動(dòng)的滑塊15、與滑塊15固聯(lián)的桿件16、與桿件16固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)I以及與球副關(guān)節(jié)I固聯(lián)的綁帶17。下腿構(gòu)件6與人體右下肢小腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接間依次為沿下腿構(gòu)件6桿長方向上移動(dòng)的滑塊18、與滑塊18固聯(lián)的桿件19、沿桿件19桿長方向移動(dòng)的滑塊20、與滑塊20固聯(lián)的桿件21、與桿件21固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)J以及與球副關(guān)節(jié)J固聯(lián)的綁帶22。所述的外骨骼機(jī)構(gòu)和所有的連接關(guān)節(jié)及連接件共同構(gòu)成具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)。為了簡化下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需要在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中去除部分連接件，如去除滑塊12、桿件13以及滑塊20、桿件21，使桿件11與球副關(guān)節(jié)H、桿件19與球副關(guān)節(jié)J之間固聯(lián)。或鎖定部分連接關(guān)節(jié)中的部分自由度，如鎖定三自由度球副關(guān)節(jié)G繞桿件8、三自由度球副關(guān)節(jié)I繞桿件16的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，使球副關(guān)節(jié)G和球副關(guān)節(jié)I均退化為兩自由度虎克鉸關(guān)節(jié)。或者球副關(guān)節(jié)H和球副關(guān)節(jié)J均退化為兩自由度虎克鉸關(guān)節(jié)；或者球副關(guān)節(jié)G和球副關(guān)節(jié)I，球副關(guān)節(jié)G和球副關(guān)節(jié)I均退化為兩自由度虎克鉸關(guān)節(jié)。與以上相類似的簡化設(shè)計(jì)方案均屬于本下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)方案所涵蓋的范圍。本發(fā)明的有益效果人體下肢通過綁帶9、綁帶14、綁帶17和綁帶22與下肢康訓(xùn)練復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)緊致連接后，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以導(dǎo)引人體下肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)人體下肢較大幅度的左、右側(cè)擺運(yùn)動(dòng)和前、后屈曲運(yùn)動(dòng)。由于在外骨骼機(jī)構(gòu)與綁帶之間增置了連接關(guān)節(jié)和連接件，使人體下肢與康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)通過綁帶緊致連接所構(gòu)成的人-機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)相容性得到明顯改善，有助于提高下肢康復(fù)訓(xùn)練的安全性及康復(fù)訓(xùn)練的醫(yī)療效果。


圖1為人體下肢的三自由度球窩髖關(guān)節(jié)。圖2為人體下肢的單自由度滑車球狀膝關(guān)節(jié)。圖3為本發(fā)明的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)。圖4為本發(fā)明的實(shí)施方式1。圖5為本發(fā)明的實(shí)施方式2。圖6為本發(fā)明的實(shí)施方式3。圖3中，0-腰部聯(lián)接構(gòu)件，1-腰部構(gòu)件，2-上腿構(gòu)件，3-下腿構(gòu)件，A-單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，B-單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，C-單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，4-腰部構(gòu)件，5-上腿構(gòu)件，6-下腿構(gòu)件，D-單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，E-單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，F(xiàn)-單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，7-滑塊，8-桿件，G-三自由度球副關(guān)節(jié)，9-綁帶，10-滑塊，11-桿件，12-滑塊，13-桿件，H-三自由度球副關(guān)節(jié)，14-綁帶，15-滑塊，16-桿件，I-三自由度球副關(guān)節(jié)，17-綁帶，18-滑塊，19-桿件，20-滑塊，21-桿件，J-三自由度球副關(guān)節(jié)，22-綁帶。 圖4中，23-三自由度球窩髖關(guān)節(jié)，24-單自由度滑車球狀膝關(guān)節(jié)，25-大腿，26-小腿，27-三自由度球窩髖關(guān)節(jié)，28-單自由度滑車球狀膝關(guān)節(jié)，29-大腿，30-小腿。圖6中，31-兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度虎克鉸關(guān)節(jié)，32-兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度虎克鉸關(guān)節(jié)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1 本發(fā)明的實(shí)施方式1如圖4所示，下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢的連接(穿戴)方式是外骨骼左分支機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)A和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)B的回轉(zhuǎn)軸線交點(diǎn)與人體左下肢球窩髖關(guān)節(jié)23的中心點(diǎn)重合，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)C的回轉(zhuǎn)軸線與人體左下肢滑車球狀膝關(guān)節(jié)M的回轉(zhuǎn)軸線彼此平行，左分支機(jī)構(gòu)分別通過綁帶9和綁帶14與左下肢的大、小腿緊致連接。外骨骼右分支機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)D和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)E的回轉(zhuǎn)軸線交點(diǎn)與人體由下肢球窩髖關(guān)節(jié)27的中心點(diǎn)重合，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)F的回轉(zhuǎn)軸線與人體右下肢滑車球狀膝關(guān)節(jié)觀的回轉(zhuǎn)軸線彼此平行，右分支機(jī)構(gòu)分別通過綁帶17和綁帶22與右下肢的大、小腿緊致連接。實(shí)施方式2 本發(fā)明的實(shí)施方式2如圖5所示，在該實(shí)施方式中下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢的連接方式與實(shí)施方式1相同。實(shí)施方式2相對(duì)實(shí)施方式1的差異之處是在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中去掉了滑塊12、桿件13、滑塊20和桿件21，且桿件11和桿件19分別直接與球副關(guān)節(jié)H及球副關(guān)節(jié)J直接固聯(lián)。實(shí)施方式3 本發(fā)明的實(shí)施方式3如圖6所示，在該實(shí)施方式中下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)與人體下肢的連接方式與實(shí)施方式2相同。實(shí)施方式3相對(duì)實(shí)施方式2的差異之處是在球副關(guān)節(jié)H及球副關(guān)節(jié)J中，分別去掉了繞桿件11和桿件19桿長方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，球副關(guān)節(jié)H及球副關(guān)節(jié)J分別退化為具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的虎克鉸關(guān)節(jié)31和32。
權(quán)利要求
1.一種具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括外骨骼機(jī)構(gòu)以及用于與人體下肢相連接的連接關(guān)節(jié)和連接件；其特征在于外骨骼機(jī)構(gòu)含有兩條構(gòu)成相同，且左、右對(duì)稱布置的分支機(jī)構(gòu)，左、右兩條分支機(jī)構(gòu)通過腰部連接構(gòu)件連接為一體；左分支機(jī)構(gòu)由腰部構(gòu)件(1)，上腿構(gòu)件O)，下腿構(gòu)件(3)，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(A)，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(B)和單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(C)組成；其中，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(A)與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(B)的回轉(zhuǎn)軸線彼此正交，構(gòu)成左分支機(jī)構(gòu)的兩自由度髖關(guān)節(jié)；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(C)為左分支機(jī)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)，其回轉(zhuǎn)軸線與關(guān)節(jié)(B)的回轉(zhuǎn)軸線相平行；右分支機(jī)構(gòu)由腰部構(gòu)件G)，上腿構(gòu)件(5)，下腿構(gòu)件(6)，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(D)，單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(E)和單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(F)組成；其中，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(D)與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(E)的回轉(zhuǎn)軸線彼此正交，構(gòu)成右分支機(jī)構(gòu)的兩自由度髖關(guān)節(jié)；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(F)為右分支機(jī)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)，其回轉(zhuǎn)軸線與關(guān)節(jié)(E)的回轉(zhuǎn)軸線相平行；左分支機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的連接關(guān)系是腰部構(gòu)件(1)與上腿構(gòu)件(2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)⑶相連，上腿構(gòu)件⑵與下腿構(gòu)件⑶通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(C)相連；右分支機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的連接關(guān)系是腰部構(gòu)件⑷與上腿構(gòu)件(5)通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(E)相連，上腿構(gòu)件(5)與下腿構(gòu)件(6)通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(F)相連；左、右兩條分支機(jī)構(gòu)分別通過腰部構(gòu)件(1)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(A)以及腰部構(gòu)件G)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(D)在腰部聯(lián)接構(gòu)件(0)的兩端與其連接為一體，由此構(gòu)成具有六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的外骨骼機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于外骨骼左分支機(jī)構(gòu)的上腿構(gòu)件(2)和下腿構(gòu)件(3)分別與人體左下肢的大腿和小腿通過連接關(guān)節(jié)及連接件相連接；上腿構(gòu)件( 與人體左下肢大腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接件依次為沿上腿構(gòu)件( 桿長方向上移動(dòng)的滑塊(7)、與滑塊(7)固聯(lián)的桿件(8)、與桿件⑶固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)(G)以及與球副關(guān)節(jié)(G)固聯(lián)的綁帶(9)；下腿構(gòu)件(3)與人體左下肢小腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接間依次為沿下腿構(gòu)件C3)桿長方向上移動(dòng)的滑塊(10)、與滑塊(10)固聯(lián)的桿件(11)、沿桿件(11)桿長方向移動(dòng)的滑塊(12)、與滑塊(12)固聯(lián)的桿件(13)、與桿件(13)固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)(H)以及與球副關(guān)節(jié)(H)固聯(lián)的綁帶(14)；外骨骼右分支機(jī)構(gòu)的上腿構(gòu)件( 和下腿構(gòu)件(6)分別與人體右下肢的大腿和小腿通過連接關(guān)節(jié)及連接件相連接；上腿構(gòu)件( 與人體右下肢大腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接件依次為沿上腿構(gòu)件( 桿長方向上移動(dòng)的滑塊(15)、與滑塊(15)固聯(lián)的桿件(16)、與桿件(16)固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)(I)以及與球副關(guān)節(jié)(I)固聯(lián)的綁帶(17)；下腿構(gòu)件(6)與人體右下肢小腿之間的連接關(guān)節(jié)與連接間依次為沿下腿構(gòu)件(6)桿長方向上移動(dòng)的滑塊(18)、與滑塊(18)固聯(lián)的桿件(19)、沿桿件(19)桿長方向移動(dòng)的滑塊(20)、與滑塊00)固聯(lián)的桿件(21)、與桿件(21)固聯(lián)的三自由度球副關(guān)節(jié)(J)以及與球副關(guān)節(jié)(J)固聯(lián)的綁帶02)；或者桿件(11)與球副關(guān)節(jié)(H)、桿件(19)與球副關(guān)節(jié)(J)之間固聯(lián)；或球副關(guān)節(jié)(G)和球副關(guān)節(jié)(I)均退化為兩自由度虎克鉸關(guān)節(jié)；或者球副關(guān)節(jié)(H)和球副關(guān)節(jié)(J)均退化為兩自由度虎克鉸關(guān)節(jié)；或者球副關(guān)節(jié)(G)和球副關(guān)節(jié)(I)，球副關(guān)節(jié)(H)和球副關(guān)節(jié)(J)均退化為兩自由度虎克鉸關(guān)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有人-機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由外骨骼機(jī)構(gòu)以及用于與人體下肢相連的連接關(guān)節(jié)和連接件構(gòu)成。其中，外骨骼機(jī)構(gòu)含有左、右兩條對(duì)稱布置的分支機(jī)構(gòu)，兩條分支機(jī)構(gòu)均由腰部構(gòu)件、上腿構(gòu)件、下腿構(gòu)件以及髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)組成。兩條分支機(jī)構(gòu)通過腰部連接構(gòu)件聯(lián)為一體，每條分支機(jī)構(gòu)的上腿構(gòu)件和下腿構(gòu)件分別與人體單側(cè)下肢的大腿和小腿通過連接關(guān)節(jié)及連接件相連，外骨骼機(jī)構(gòu)以及全部的連接關(guān)節(jié)和連接件共同組成下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可導(dǎo)引人體下肢作較大幅度的左、右側(cè)擺運(yùn)動(dòng)和前、后屈曲運(yùn)動(dòng)。此外還使穿戴后形成的人-機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)相容性得到明顯改善，能夠提高下肢康復(fù)訓(xùn)練的安全性和有效性。
文檔編號(hào)A61H1/02GK102389359SQ201110196558
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者吳希瑤, 張自強(qiáng), 李劍鋒, 肖博, 鄧楚慧 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)