[发明专利]一种肩胛带仿生助力柔性外骨骼机构

说明书

本发明涉及一种肩胛带仿生助力柔性外骨骼机构，伸缩执行臂与伸缩支撑臂相对设置，并通过两组伸缩摆动臂组件相连，形成可伸缩的平行四边形机构；两组中的伸缩摆动臂A和伸缩摆动臂B中的任一个的一端通过前伸/后缩模块化旋转装置与伸缩执行臂或伸缩支撑臂转动连接，其余的伸缩摆动臂的一端与伸缩执行臂或伸缩支撑臂动连接；上提/下落支撑臂通过上提/下落模块化旋转装置与伸缩支撑臂相连；前伸/后缩模块化旋转装置及上提/下落模块化旋转装置均与各自的套索驱动单元连接，由各自的套索驱动单元提供前伸/后缩以及上提/下落的驱动力矩。本发明解决了偏瘫患者肩胛带康复训练问题，同时有效避免人机肩部运动奇异位形，提高人机运动相容性。

技术领域

本发明涉及人体生物力学和医疗康复领域中的外骨骼机器人，具体地说是一种肩胛带仿生助力柔性外骨骼机构。

背景技术

我国中风发病率世界第一，随着生活节奏和人口老龄化加快、生活压力增大，心脑血管及神经系统疾病造成的中风偏瘫患者逐年增加，其中约3/4患者有不同程度的神经损伤和功能运动障碍，严重影响生活质量。研究表明，中枢神经系统具有高度可塑性，对偏瘫患肢展开及时有效的康复训练，有助于恢复中枢神经对肢体运动的支配与控制，增强肌肉力量，重塑患肢运动功能，并有效预防肌肉萎缩，骨质疏松等并发症。传统临床方法主要以医生徒手康复训练为主，存在诸多局限，如康复效率低，劳动强度大；治疗效果受医生经验和水平影响较大，无法精确控制训练参数；无法对康复训练进行客观评价。

康复外骨骼系统是将机器人技术引入临床康复医学领域而产生的一种辅助或替代医生完成患者康复训练的机器人系统。上肢康复外骨骼可穿戴于患肢外侧，对其进行准确、持续、有效的上肢康复训练治疗，同时通过感知系统可对人机交互力信息、人体运动学和生理学数据实时记录，提高患者穿戴舒适性，实时定量评估康复训练效果，为改进和优化康复方案提供客观依据。

康复外骨骼是典型的人机一体化系统，人—机关节运动轴线不匹配会造成关节疼痛、运动空间受限等影响康复训练效果，甚至造成患肢二次伤害，因此，康复外骨骼设计时要求尽可能实现人—机关节运动轴线相匹配。然而，目前的上肢康复外骨骼在肩部复合体康复训练方面仍存在较大缺陷。

人体肩部是由盂肱关节和肩胛带组成的肩部复合体，具有灵活性、高稳定性差的特点。盂肱关节为球窝关节，肩胛带是由肩锁关节、胸锁关节和肩胛胸壁关节组成的运动链，任意单个关节无法独立运动。当肱骨上抬时，锁骨相对胸骨绕胸锁关节转动，肩胛骨相对锁骨绕肩锁关节转动，同时也会在胸骨表面侧滑，从而带动盂肱关节窝向上倾斜，这个复杂协调运动过程使得盂肱关节转动中心出现漂移，实现肱骨大范围内运动。因此，肩部复合体运动中，肩胛带可为盂肱关节转动中心提供冠状面的前伸/后缩和水平面的上提/下落两个运动。而现有康复外骨骼通常采用三个轴线垂直相交的旋转关节等效人体肩部运动，该方案仅考虑盂肱关节运动，忽略肩胛带运动，导致在肱骨大范围运动时会造成人—机肩部运动奇异位形与干扰；同时，中风患者由于神经受损，无法自主产生肩胛带运动，只有依靠移动躯干来补偿肩胛带运动，大大降低康复训练效果，并极易产生其他并发症。另一方面，传统康复外骨骼驱动电机集成在关节处，使外骨骼执行机构具有较大质量和惯量，增加驱动性能要求，降低控制精度及稳定性，存在系统故障时患肢坠落的安全隐患。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种肩胛带仿生助力柔性外骨骼机构，适用于中风、偏瘫等运动功能障碍患者肩部复合体日常动作助力与康复训练。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：