一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统及控制方法.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CN113332678A(43)申请公布日2021.09.03(21)申请号202110484608.6(22)申请日2021.04.30(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人王孙安刘文捷周民张斌权于镇源(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人闵岳峰(51)Int.Cl.A63B23/08(2006.01)A63B21/00(2006.01)A63B24/00(2006.01)A61H1/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统及控制方法(57)摘要本发明公开了一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统及控制方法，包括并联踝关节康复机构和控制座椅，所述的康复机构包括上/下平台、脚托模块、气动肌肉、脚托支撑杆、上/下支撑杆、法兰、法兰盘以及虎克铰链；所述的控制座椅包括可调节脚架，减压阀组，集成阀块组以及座椅机架。康复训练控制方法包括选择训练模式，设置相关参数，确定期望的运动轨迹，求解出各个气动肌肉的期望长度，对各个气动肌肉进行气压控制及长度闭环控制，从而完成康复机构整体的控制。本发明公开的康复系统为踝关节损伤人群提供一套柔顺、安全的康复设备，以及不同需求下的康复训练方法，将改善患者康复效果，提高患者在康复训练过程中的主动性和积极性。CN113332678ACN113332678A权利要求书1/2页1.一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统，其特征在于，所述的并联踝关节康复系统包括并联踝关节康复机构(7)、控制座椅(9)和主控制系统；所述的并联踝关节康复机构(7)包括上平台(5)、下平台(19)、脚托模块(6)、气动肌肉(4)、脚托支撑杆(17)、上支撑杆(3)、下支撑杆(1)、法兰(20)、法兰盘(18)以及虎克铰链(2)；所述的控制座椅(9)包括可调节脚架(8)，减压阀组(11)，集成阀块组(12)以及座椅机架(10)；所述的下平台(19)固定安装在控制座椅(9)前部分的机架上，下支撑杆(1)通过法兰(20)固连在下平台(19)的中心处，上支撑杆(3)通过法兰(20)固连在上平台(5)的中心处，上支撑杆(3)与下支撑杆(1)之间再通过虎克铰链(2)进行固连；脚托支撑杆(17)通过法兰(20)固连在上平台(5)的中心处，脚托模块(6)通过轴承与脚托支撑杆(17)过盈配合；脚托模块(6)包括脚托、压力传感器和陀螺仪，脚托与压力传感器固定连接，陀螺仪固结在垂直于脚托转动轴的凹槽内；而下三根气动肌肉(4)通过法兰盘(18)及虎克铰链(2)分别与上平台(5)、下平台(19)相连且沿下支撑杆(1)的主轴方向均匀分布，上两根气动肌肉(4)通过法兰盘(18)及虎克铰链(2)分别与上平台(5)、脚托相连且沿脚托的长轴方向水平对称分布；集成阀块组(12)固定连接在座椅机架(10)底部的横梁的中间位置处，减压阀组(11)悬挂在座椅机架(10)中部的横梁的中间位置处，可调节脚架(8)通过滑动角件安装在座椅机架(10)的侧边，若干气压传感器安装在控制座椅(9)侧边的横梁上；所述的集成阀块组(12)包括高速开关阀(15)、光耦隔离继电器驱动模块(13)、阀块组上支架(14)和阀块组底座(16)；所述的光耦隔离继电器驱动模块(13)固连在阀块组上支架(14)上，高速开关阀(15)固定在阀块组底座(16)和阀块组上支架(14)之中，阀块之间通过阀块组底座(16)的梯形结构配合连接气压传感器用于实时检测气动肌肉内部的气压值，并将所测得数据传给主控制系统，主控制系统通过判断气动肌肉内部的气压是否达到目标气压，再根据控制策略下发相应的控制指令，从而实现气动肌肉气压的闭环控制；压力传感器用于实时检测脚托与患者脚部之间的接触力值，并将所测得数据传给主控制系统，主控制系统通过判断接触力变化的大小是否超过阈值，再根据相关控制算法下发相应的控制指令，从而实现对外界变化的适应。2.根据权利要求1所述的一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统，其特征在于，所述的座椅机架(10)由铝合金型材构成，形成整个座椅机架的框架。3.根据权利要求1所述的一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统，其特征在于，所述的气动肌肉(4)包括编织网(23)、乳胶管(26)、通气端头(21)、封闭端头(25)、卡扣(27)以及接头(24)；所述的编织网(23)和乳胶管(26)通过卡扣(27)、接头(24)相配合的楔形结构将编织网(23)和乳胶管(26)与其固定连接，然后再配合通气端头(21)形成可通气的密闭端，配合封闭端头(25)形成封闭端，从而实现气动肌肉气体的储存功能。4.根据权利要求1所述