[发明专利]基于流体转换的外骨骼辅助康复治疗系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及辅助关节康复运动的外骨骼辅助康复治疗系统。

背景技术

外骨骼最初应用在增强使用者的身体机能上，比如军队负重或者施工中的搬运工作。它的另一个应用是医疗领域中的康复治疗。中风或者意外会导致身体机能损伤，严重的会造成患者偏瘫。通过借助外力反复进行辅助肢体运动对患者的康复具有很大的帮助。现存的康复治疗机构主要通过连杆机构、齿轮机构，液压机构，人工肌肉等带动患者的肢体进行运动。这些运动机构均使用了刚性件来模拟关节的运动。刚性件的大量使用，一方面增加了系统的体积和重量，提高了制造和使用成本，另一方面，刚性件的使用在人机工程学方面的缺陷给使用者带来了极大的危险，而且，同一套设备应用于不同的患者时需要调节机构以适应患者的肌骨结构。

发明内容

本发明的目的是使用柔性件取代刚性件牵引使用者肢体运动进行康复治疗，与患者直接接触的运动牵引机构能够自适应于患者的不同肌骨结构，避免对患者关节的损伤，减少因为调节硬件而带来的驱动误差。

本发明涉及一种使用连续体柔性结构件作为驱动件和执行件，牵引使用者关节运动的康复治疗外骨骼，通过柔性件的推拉动作，控制连续体末端件的位姿，从而实现康复治疗所需要的运动。柔性件的推拉运动由流体系统驱动的多组耦合液缸活塞实现。

本发明由一个末端连续体机构、固定支架、若干引导管、流体运动转换系统、防失稳装置和运动驱动机构构成。

本发明中的连续体机构由基盘、末端盘、间隔盘和合金丝组成。间隔盘主要目的是防止合金丝在推拉过程中失稳，因此，其数量根据基盘和末端盘的间距以及合金丝推拉力的大小来确定。合金丝的数量和尺寸可以根据具体情况制定，其分布半径也可根据需要改变，每根合金丝的分布半径可以不同。合金丝的一端固定在末端盘上，并且可以在间隔盘和基盘的小孔中自由滑动。通过有规律地推拉合金丝，可以使基盘和末端盘之间的合金丝弯曲，从而改变末端盘的位置和指向。

本发明中的合金丝的另一端固定在流体运动转换系统的输出活塞上，并且套入空间引导管，空间引导管的两端固定，可以根据需要任意弯曲，保证套入其中的合金丝长度保持不变。

本发明中，末端连续体机构的变形由推拉合金丝实现，这个过程中不可避免会有失稳现象发生。在本系统中，基于保证合金丝支撑距离不超过失稳极限而设计了防失稳模块。防失稳模块主要由上端防失稳板，下端防失稳板和数量等同于合金丝数量的防失稳管模块组成。防失稳管模块的一端和上端失稳板固定，并由下端防失稳板支撑以防止偏心。其中，防失稳管模块由导管和嵌入导管中的撞块组成。合金丝穿过撞块连接到末端盘和输出活塞。

本发明中流体运动转换系统由上端配流盘、下端配流盘、若干内圈输出活塞、若干外圈输出活塞、若干内圈输出液缸、若干外圈输出液缸、若干内圈输入活塞、若干外圈输入活塞、若干内圈输入液缸、若干外圈输入液缸、若干输出液缸接头、若干输入液缸接头和流体密封盖等构成。

内圈输入液缸和外圈输入液缸的一端分别与上端配流盘连接并导通，并和外圈输出液缸的一端导通，从而保证内圈输入活塞和外圈输入活塞的运动可以合成驱动外圈输出活塞的运动，外圈输出液缸的一端和内圈输出液缸的另一端导通，通过外圈输出活塞的运动挤压流体使得内圈输出活塞向反方向运动，保证内圈输出活塞和外圈输出活塞有相反的运动。流体密封盖固定在上端配流盘上，中间通过密封片密封，通过其中间浮子的上下运动来平衡内圈输出活塞运动挤压流体的体积。输出液缸接头连接了内圈输出液缸、外圈输出液缸和上端配流盘，输入液缸接头连接了内圈输入液缸、外圈输入液缸和上端配流盘，接头处均采用密封圈，密封条或者密封胶防止液体泄漏。内圈输入活塞与内驱动盘接触，由介于两者之间的弹簧或其它弹性元件保证贴合。外圈输入活塞与外驱动盘接触，由介于两者之间的弹簧或其它弹性元件保证贴合。通过不同外径的活塞和液缸组合，可以产生各种规律的运动，可以方便实现运动行程的改变。上端配流盘和下端配流盘之间通过配流支撑柱保证间距。