[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明属于医疗康复器械技术领域，具体为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。

背景技术

对于踝关节损伤的患者来说，治疗方式一般是医生一对一对其进行阶段性训练，从而逐渐恢复患者踝关节的运动功能，但这种治疗方式的最终效果往往取决于医生的临床经验以及对患者康复情况的主观判断，也就导致治疗效率相对较低。而随着机器人技术的普遍应用，医疗康复机器人目前已经在高精度微创手术、康复训练及医护辅助等方面得到了广泛应用，使得踝关节损伤治疗方式有了新的突破口。然而，现有的医疗康复设备多直接采用刚性的电机作为驱动源，这使得机构整体的柔顺性和安全性相对较差，一旦对患者施加的力过大或者机构转动角度过大都容易对患者造成新的伤害，因此需要设计一种具备柔顺性、安全的康复机构。

此外，目前踝关节康复机构训练模式控制主要集中在通过提前设定机构相应的运动轨迹，进行末端机构的轨迹跟踪，以实现康复早期的康复训练，整体康复训练模式相对单一，难以实现患者在不同康复阶段的康复训练需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供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，为肢体运动障碍人群提供一套柔顺、安全的可穿戴康复设备，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。

为了实现上述目的地，本发明采用的技术方案为：

一种气动肌肉柔性驱动的并联踝关节康复系统，所述的并联踝关节康复系统包括并联踝关节康复机构、控制座椅和主控制系统；

所述的并联踝关节康复机构包括上平台、下平台、脚托模块、气动肌肉、脚托支撑杆、上支撑杆、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；

所述的下平台固定安装在控制座椅前部分的机架上，下支撑杆通过法兰固连在下平台的中心处，上支撑杆通过法兰固连在上平台的中心处，上支撑杆与下支撑杆之间再通过虎克铰链进行固连；脚托支撑杆通过法兰固连在上平台的中心处，脚托模块通过轴承与脚托支撑杆过盈配合；脚托模块包括脚托、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；而下三根气动肌肉通过法兰盘及虎克铰链分别与上平台、下平台相连且沿下支撑杆的主轴方向均匀分布，上两根气动肌肉通过法兰盘及虎克铰链分别与上平台、脚托相连且沿脚托的长轴方向水平对称分布；

集成阀块组固定连接在座椅机架底部的横梁的中间位置处，减压阀组悬挂在座椅机架中部的横梁的中间位置处，可调节脚架通过滑动角件安装在座椅机架的侧边，若干气压传感器安装在控制座椅侧边的横梁上；

所述的集成阀块组包括高速开关阀、光耦隔离继电器驱动模块、阀块组上支架和阀块组底座；所述的光耦隔离继电器驱动模块固连在阀块组上支架上，高速开关阀固定在阀块组底座和阀块组上支架之中，阀块之间通过阀块组底座的梯形结构配合连接