[发明专利]面向膝关节康复的非圆齿轮-五杆机构外骨骼康复装置

说明书

本发明公开了面向膝关节康复的非圆齿轮‑五杆机构外骨骼康复装置，包括两个外骨骼机构；外骨骼机构包括伺服电机和非圆齿轮‑五杆机构；非圆齿轮‑五杆机构包括非圆齿轮一、非圆齿轮二、五杆机构和足部脚踏；五杆机构包括曲柄、传动轴、连杆一、连架杆、连杆二和小腿固定板。本发明通过伺服电机驱动非圆齿轮一，继而驱动非圆齿轮二，并通过两个非圆齿轮啮合的变速变幅运动实现连杆二与小腿固定板固定位置处的四位姿点运动轨迹，从而使小腿固定板带动小腿相对大腿做先收缩再屈伸的往复运动，且膝关节在与四位姿点运动形状完全一致且平移一定距离的运动轨迹上往复运动，保证膝关节按正常人的膝关节运动轨迹曲线和姿态角度变化训练，康复效果好。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及面向膝关节康复的非圆齿轮-五杆机构外骨骼康复装置。

背景技术

脑卒中又称中风、急性脑血管病，中国每年脑卒中新发病例约150万，患病者中有85％引起偏瘫症状。医学研究表明，脑卒中患者可以通过科学合理的康复训练来恢复肢体运动功能。传统的康复训练主要依赖于康复医师高度熟练的经验技巧和一对一的徒手训练，很难实现高强度、有针对性和重复性的康复训练要求，康复训练成本也颇高，康复治疗过程中的康复阶段也相对模糊。因此，患者可借助下肢外骨骼康复机构来减轻康复医师的工作量、降低康复训练成本，可以通过标准化重复运动，来起到锻炼下肢肌肉，刺激神经系统控制肢体行走，从而恢复下肢运动机能的作用。

膝关节作为人体中最大最复杂的关节，是下肢中首要的功用部件，起到了行走时站立支撑，给上下楼梯、起立下蹲等运动提供动力等作用。现有的人体下肢膝关节康复机构中，多数为外骨骼式康复训练机器人。在康复训练过程中通常只考虑了膝关节的屈伸转动角度训练，未着重考虑人体下肢在正常行走时的步态情况，并且其对人机信息交互、运动控制等都提出了较高要求，为此这类康复机构往往价格都比较昂贵，无法大范围普及到个体。因此，有必要提出一种患者康复训练时膝关节运动轨迹和运动姿态模式较接近于正常人、促进膝关节恢复的外骨骼康复装置来有效提高脑卒中患者步行能力及日常活动能力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有下肢膝关节康复机构的不足，提供一种面向膝关节康复的非圆齿轮-五杆机构外骨骼康复装置。

本发明包括外框架和外骨骼机构；两个外骨骼机构对称置于外框架两侧。所述的外骨骼机构包括支撑架、伺服电机和非圆齿轮-五杆机构；所述的支撑架固定在外框架上；所述的伺服电机固定在支撑架上，由控制器控制；所述的非圆齿轮-五杆机构包括非圆齿轮一、非圆齿轮二、五杆机构和足部脚踏；所述的五杆机构包括曲柄、传动轴、连杆一、连架杆、连杆二和小腿固定板；两根传动轴分别支承在一个带座外球面轴承上，两个带座外球面轴承均与支撑架固定；其中一根传动轴与伺服电机的输出轴通过联轴器连接，且该传动轴与非圆齿轮一和曲柄的一端均固定；另一根传动轴与非圆齿轮二和连架杆的一端均固定，所述的非圆齿轮二与非圆齿轮一啮合；曲柄的另一端与连杆一的一端铰接，连杆一的另一端与呈三角形的连杆二在第一个角位处铰接；连架杆的另一端与连杆二在第二个角位处铰接；连杆二在第三个角位处与小腿固定板的上端固定；所述小腿固定板的下端与足部脚踏铰接。

优选地，还包括靠背组件；所述的靠背组件包括穿戴背带和腰部支撑件；腰部支撑件固定在外框架上；穿戴背带固定在腰部支撑件上。

优选地，所述的支撑架包括立柱和安装板；安装板固定在立柱上；所述的伺服电机通过伺服电机安装架固定在安装板上；所述的带座外球面轴承与立柱固定。

优选地，所述小腿固定板的内侧固定有腿部柔性绑带。

优选地，所述足部脚踏的顶面固定有脚部柔性绑带。

优选地，设计连杆二与小腿固定板固定位置处的四位姿点运动轨迹，设计过程具体如下：通过数据采集系统捕捉人体行走时膝关节中心的四个位姿点，分别记点P1、P2、P3和P4，通过该四个位姿点进行曲线拟合，得到连杆二与小腿固定板固定位置处的四位姿点运动轨迹。