[发明专利]一种气液并联驱动上肢康复训练助力系统

权利要求书

1.一种气液并联驱动上肢康复训练助力系统，其特征在于：它是由：上肢固定架(1)、肩关节X轴固定件(2)、肩关节XY轴连接件(3)、液压缸A(4）、气压缸(5)、液压缸B(6)、缸体连接件(7)、气液缸推杆连接接头(8)、上臂连接杆(9)、肩关节Z轴内圈(11)、肩关节Z轴外圈(12)、上臂连杆(13)、下臂连杆(14)、握把(15)组成；

肩关节可实现三个自由度的旋转，肩关节X轴旋转轴线穿过肩关节X轴固定件(2)，肩关节Z轴旋转轴线与肩关节Z轴内圈(11)、肩关节Z轴外圈(12)同轴，肩关节Y轴旋转轴线与肩关节X轴旋转轴线、肩关节Z轴旋转轴线相互垂直；肘关节旋转轴线穿过上臂连杆(13)的旋转轴心；

上肢固定架(1)与人体背部贴合，肩关节X轴固定件(2)与上肢固定架(1)连接，肩关节X轴固定件(2)与肩关节XY轴连接件(3)铰接，液压缸A(4)、气压缸(5)、液压缸B(6)的三个缸体与缸体连接件(7)连接，液压缸A(4)、气压缸(5)、液压缸B(6)的三个推杆与气液缸推杆连接接头(8)连接，缸体连接件(7)与肩关节XY轴连接件(3)铰接，气液缸推杆连接接头(8)与上臂连接杆(9)铰接，上臂连接杆(9)与肩关节Z轴外圈(12)连接，肩关节Z轴内圈(11)、肩关节Z轴外圈(12)之间通过轴承连接，可相对转动，肩关节Z轴内圈(11)与上臂连杆(13)连接，上臂连杆(13)与下臂连杆(14)铰接，下臂连杆(14)与握把(15)连接。

2.根据权利要求1所述一种气液并联驱动上肢康复训练助力系统，其特征在于：该系统的传感器包括握把压力传感器、肩关节关节角位移传感器、肘关节角位移传感器，其中角位移传感器可用电位计、位置敏感元件或码盘测量相应关节的转角位置。

3.根据权利要求1所述一种气液并联驱动上肢康复训练助力系统，其特征在于：具有四种系统运作模式：

（1）被动运动模式：在被动运动模式下，上肢医疗康复训练系统预先编入关节动作形式，通过各个传感器的测量和控制系统闭环完成规划动作，训练者被动随之运动；该实施方案的工作过程：

通过动力学和运动学计算分析，首先将系统的运动模式编入系统程序，通过气液缸执行器和各个传感器，闭环完成系统预定运动模式的控制；

（2）助力运动模式：在助力运动模式下，系统读取传感器传输的数据，根据该数据预测训练者的运作趋势，上肢医疗康复训练系统沿着这个运动趋势运行，起到助力训练的作用；该实施方案的工作过程：

系统首先通过轴关节角位移传感器、肩关节角位移传感器、力传感器传回的数据，经过运动学分析计算出当前时刻上肢医疗康复训练系统的位姿，并预测下一时刻系统运动位姿，通过驱动气液缸达到预测位姿，然后再次读取传感器位置预测下一时刻的系统运动位姿，如此反复进行系统的闭环控制；

（3）主动运动模式：在主动运动模式下，系统实时跟踪预测训练者的运动趋势，上肢康复助力系统跟随上肢运动，运动过程中不提供辅助力和阻力；适用于患者改善期，主要是促进选择性运动和速度运动更好的恢复；该实施方案的工作过程：

系统首先读取传感器传回的数据，经过运动学分析计算出当前时刻上肢医疗康复训练系统的位姿，预测下一时刻系统运动位姿，通过气液缸驱动各个驱动关节达到预测位姿，然后再次读取传感器，预测下一时刻的系统运动位姿，如此反复进行系统的闭环控制；

（4）抗阻运动模式：在抗阻运动模式下，患者需要克服阻力才能完成运动，适用于康复阶段的改善期和强化训练；该实施方案的工作过程：

通过调整液压阀，使得系统阻尼增加到预定值；气缸两腔的气动阀始终打开，不做控制，系统作为被动系统，只做开环控制。

4.根据权利要求1所述一种气液并联驱动上肢康复训练助力系统，其特征在于：系统运行过程中，所涉及到的两种控制方式如下：

形式一：离线开环液体阻尼调节控制方式：气液并联缸中的液压缸部分通过单向节流阀开环控制，气压缸部分通过气动阀（比例阀、开关阀或流量阀）进行闭环控制；这种控制形式的系统平台通过离线开环调节液压缸单向节流阀开口来调整系统阻尼大小；在康复训练的四种运动模式中，均可采用此种控制方式；

形式二：在线闭环液体阻尼调节控制方式：气液并联缸中的液压缸通过高速开关阀（或比例阀、流量阀）闭环控制，达到一定的系统阻尼；同时，气液并联缸中的气压缸通过气动阀（比例阀、开关阀或流量阀）进行闭环控制；

这种控制形式的系统平台通过闭环在线调整液压阀的开口和流量改变液压缸的阻尼达到不同的运动特性；在康复训练的四种运动模式中，均可采用此种控制方式；而在抗阻运动模式控制中的优势尤为明显。