[发明专利]一种基于具有力感知并联机构的骨盆支撑助行器

权利要求书

1.一种基于具有力感知并联机构的骨盆支撑助行器，包括：左侧前轮、右侧前轮、后轮、底座、高度调节下支撑架、高度调节上滑动架、左侧扶手、骨盆固定绷带、右侧扶手和可折叠坐垫；其中，在底座的下表面的前端的左右两侧分别安装左侧前轮和右侧前轮，与地面直接滚动接触，在底座的下表面的后端的中心安装一个或多个后轮，与地面直接滚动接触；在底座后端中心上方安装高度调节下支撑架；在高度调节下支撑架上安装高度调节上滑动架，高度调节上滑动架能够沿高度调节下支撑架上下滑动，实现位置调节和固定，以适应不同身高的训练患者；在底座的上表面的前部的左右两侧分别安装左侧扶手和右侧扶手，辅助训练患者控制上躯干姿势；在高度调节下支撑架上固定可折叠坐垫，便于训练患者在训练休息过程中辅助训练患者采用坐姿休息；其特征在于，所述基于具有力感知并联机构的骨盆支撑助行器还包括力感知六自由度并联机构，在高度调节上滑动架上安装力感知六自由度并联机构，在力感知六自由度并联机构的前表面安装骨盆固定绷带，骨盆固定绷带与训练患者的骨盆部位固定连接；

力感知六自由度并联机构包括静平台、动平台和多条支链；静平台固定安装在高度调节上滑动架的前端，动平台通过多条按圆周均匀分布的支链连接静平台，在动平台的前表面固定连接骨盆固定绷带；其中，每条支链为转动-球铰-球铰结构，包括：支链驱动电机、支链转动关节、第一和第二支链球铰关节、第一至第三支链连杆以及连杆力传感器组件，支链驱动电机固定安装在静平台上，第一支链连杆的末端与支链驱动电机通过支链转动关节实现一自由度转动连接；第二支链连杆的末端与第一支链连杆的前端通过第一支链球铰关节实现三自由度转动连接；第二支链连杆和第三支链连杆作为支链目标连杆，第二支链连杆的前端和第三支链连杆的末端分别固定连接在连杆力传感器组件的两端，第三支链连杆的前端与动平台通过第二支链球铰关节实现三自由度转动连接，第二支链球铰关节安装在动平台的后表面；动平台在多个支链驱动电机的驱动下，能够实现三维空间的三个移动以及三个转动共计六个自由度运动；

连杆力传感器组件包括连杆力传感器、第一和第二传感器连杆连接器；在连杆力传感器的前表面和后表面分别固定安装第二传感器连杆连接器和第一传感器连杆连接器，第二支链连杆的前端固定安装在第一传感器连杆连接器内，第三支链连杆的末端固定安装在第二传感器连杆连接器内；

连杆力传感器包括：第一至第四梁、支撑轴、支撑轴承、应变片、采集器和控制器；其中，第一至第四梁呈矩形分布，第一梁和第四梁与支链目标连杆的轴线方向平行，第二梁和第三梁垂直于第一梁和第四梁，第四梁的第二端固定连接第三梁的第一端，第三梁的第二端固定连接第一梁的第一端，第一梁的第二端固定连接第二梁的第一端；在第二梁的第二端设置有凹槽，在凹槽的两侧侧壁上分别安装有支撑轴承，支撑轴穿过第四梁的第一端，并且支撑轴的两端分别连接支撑轴承，从而第四梁的第一端通过支撑轴和支撑轴承与第二梁的第二端转动连接；在第四梁靠近第一端的表面粘贴一组应变片，应变片电学连接至采集器，采集器电学连接至控制器，控制器电学连接至支链驱动电机；第一梁和第二梁的刚度远大于第三梁的刚度，第三梁的刚度大于第四梁的刚度；

当支链目标连杆发生力传递时，第一梁和第二梁由于刚度最大，不发生形变，第三梁的刚度较小，发生微小形变，进而通过杠杆原理带动第四梁绕与第二梁连接处的支撑轴和支撑轴承转动，由于第四梁的刚度最小以及四根梁组成的杠杆效应，在第四梁的支撑轴和支撑轴承的连接处附近区域产生大形变，在该区域粘贴的应变片能够最灵敏地感知到支链目标连杆的力；同时，第四梁作为主要的力感知部位，支链目标连杆的力传递主要沿第三梁、第一梁和第二梁传递，达到了力感知和力传递的分离，能够兼顾力传递和力感知两个功能；同时，能够保证所述连杆力传感器仅对支链目标连杆轴线方向的力敏感，减少了支链目标连杆的其他方向受力带来的耦合效应；应变片感知到的力由采集器采集，并传输至控制器；控制器检测到支链目标连杆上受力的大小，作为控制支链驱动电机的反馈信息，控制支链驱动电机按照连杆力传感器感受到的力的大小，控制各条支链的传递力，从而实现帮助患者主动完成站立减重支撑、行走平衡控制、下肢异常步态干预的目的。

2.如权利要求1所述的基于具有力感知并联机构的骨盆支撑助行器，其特征在于，所述第一和第二传感器连杆连接器包括底座和安装槽，在底座上设置连接一体的安装槽，底座固定安装在连杆力传感器的前端或后端，第三支链连杆的末端或第二支链连杆的前端固定安装在安装槽内。