下肢康复训练外骨骼系统及其步行控制方法与髋关节结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108392378A(43)申请公布日2018.08.14(21)申请号201810080536.7(22)申请日2018.01.28(71)申请人浙江大学地址310013浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人杨灿军杨巍徐铃辉王汉松魏谦笑马张翼(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人何彬(51)Int.Cl.A61H3/00(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图10页(54)发明名称下肢康复训练外骨骼系统及其步行控制方法与髋关节结构(57)摘要本发明涉及一种下肢康复训练外骨骼系统及其步行控制方法与髋关节结构，属于医疗机器人技术领域。髋关节结构包括外展自由度欠驱动机构，外展自由度欠驱动机构包括安装座、左髋关节内收驱动臂、右髋关节内收驱动臂及驱动器；左髋关节内收驱动臂与右髋关节内收驱动臂可在内收单腿支撑位置与欠外展位置间往复摆动地安装在安装座上；驱动器用于在单腿步态周期内，驱动两髋关节内收驱动臂中的摆动侧者保持在欠外展位置上，且支撑侧者内收动作。基于该结构设置的髋关节，能在康复训练过程中避免出现侧倾问题，可广泛应用于下肢无力或偏瘫患者的康复训练。CN108392378ACN108392378A权利要求书1/2页1.一种下肢康复训练外骨骼系统的步行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：识别步骤，识别出所述外骨骼系统在单腿步态周期中的支撑侧腿与摆动侧腿；控制步骤，控制摆动侧髋关节在所述摆动侧腿摆动动作的过程中保持欠外展状态，并控制支撑侧髋关节在所述支撑侧腿的单腿支撑过程中内收至满足零力矩点平衡判据。2.根据权利要求1所述的步行控制方法，其特征在于：所述欠外展状态为摆动侧髋关节的内收外展角度为0度。3.根据权利要求1或2所述的步行控制方法，其特征在于，所述内收至满足零力矩点平衡判据的步骤包括：获取所述外骨骼系统的足底压力数据；控制所述支撑侧髋关节内收至所述支撑侧腿的足底压力处于预设区间内。4.一种下肢康复训练外骨骼系统用的髋关节结构，包括内收外展自由度驱动机构；其特征在于，所述内收外展自由度驱动机构为外展自由度欠驱动机构，包括：安装座；左髋关节内收驱动臂，通过左铰轴安装在所述安装座上，可绕所述左铰轴的轴线在内收单腿支撑位置与欠外展位置间往复摆动；右髋关节内收驱动臂，通过右铰轴安装在所述安装座上，可绕所述右铰轴的轴线在内收单腿支撑位置与欠外展位置摆动位置间往复摆动；驱动器，用于在单腿步态周期内，驱动两髋关节内收驱动臂中的摆动侧者保持在所述欠外展位置上且支撑侧者内收动作。5.根据权利要求4所述的髋关节结构，其特征在于：所述驱动器包括旋转驱动器，及两套受所述旋转驱动器驱动地迫使髋关节内收驱动臂绕铰轴的轴线间歇性摆动的间歇运动机构：旋转驱动器的数量为一个，其旋转输出轴上固设有主输入齿轮；所述间歇运动机构包括与髋关节内收驱动臂同步转动地固定连接的输出齿轮，及同时和所述主输入齿轮与所述输出齿轮啮合的过渡齿轮；所述过渡齿轮为由完全齿轮与不完全齿轮构成的双联齿轮，所述完全齿轮与所述主输入齿轮啮合，所述不完全齿轮与所述输出齿轮啮合；两套所述间歇运动机构中的不完全齿轮上的齿部互斥地与对应输出齿轮接触啮合驱动。6.根据权利要求5所述的髋关节结构，其特征在于，所述驱动器包括：锁止机构，数量为两个，分别用于将摆动至所述欠外展位置上或所述内收单腿支撑位置上的对应髋关节内收驱动臂有选择地锁止于该位置上。7.根据权利要求6所述的髋关节结构，其特征在于：所述锁止机构包括与所述完全齿轮啮合的控制齿轮，可转动地安装在所述安装座上且与所述控制齿轮同步转动地固定连接的凸轮，可绕铰轴的轴线摆动地安装在所述安装座上且摆动端抵压于所述凸轮的曲形导向部上的摆动顶爪，及一端与所述摆动顶爪铰接且另一端与对应髋关节内收驱动臂铰接的锁止连杆；所述曲形导向部包括小径锁止圆弧部及大径锁止圆弧部；所述摆动顶爪、所述锁止连杆、所述髋关节内收驱动臂及所述安装座构成以所述安装2CN108392378A权利要求书2/2页座为机架的铰链四连杆机构。8.根据权利要求7所述的髋关节结构，其特征在于：所述铰链四连杆机构上的两连架杆的转向相反；沿所述下肢康复训练外骨骼系统的高度方向，所述摆动顶爪上的动铰轴位于其上定铰轴与对应髋关节内收驱动臂上的动铰轴之间，所述摆动顶爪上两个铰轴均位于髋关节内收驱动臂上的动铰轴下方；沿所述下肢康复训练外骨骼系统的横向，所述摆动顶爪上两个铰轴均位于对应髋关节内收驱动臂上的动铰轴邻近外骨骼系统矢状面的一侧，凸轮轴位于所述摆动顶爪上两个铰轴邻近所述矢状面的一侧；髋关节内收驱动臂位于所述欠外展位置时，所述摆动端抵压于所述大径锁止圆弧部上；髋关节内收驱动臂位于所述内收单腿支撑位