本发明专利技术涉及一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统和方法，六杆系统至少包括控制模块、驱动设备、第一可变杆长组件和第二可变杆长组件。第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接。控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：获取患者的身形参数，对患者的身形参数进行分析而后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据。调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长。控制模块控制驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。可模拟不同杆长运动轨迹的方法包括以下步骤：调整可变杆长组件的杆长。杆长。杆长。
【技术实现步骤摘要】
一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统及方法
[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统及方法。
技术介绍
[0002]对患有慢性病的老年人和永久残疾患者等存在行动障碍的人群采用智能外骨骼机器人辅助康复训练能够在一定程度上代替专业康复训练师辅助患者恢复运动能力。智能外骨骼机器人通过模拟人体的下肢运动轨迹，带动患者完成相关康复动作，重塑肢体与中枢神经之间的联系，恢复患者的肢体自主运动功能。
[0003]智能外骨骼机器人有电机驱动、液压驱动、气缸驱动和启动人工肌肉驱动等多种方式，其中电机驱动相较于其余驱动方式控制更简单，且控制精度更易于保证。机器人包括能够灵活模拟空间所需轨迹的多自由度机器人和仅能模拟单一轨迹的单自由度机器人。多自由度机器人需要计算多个关节的扭矩并控制设置于每个关节的电机驱动，在使用过程中机器人的制作、控制和维修成本高。由于康复运动过程中多为单一动作的多次重复，因此只需要一个电机驱动的、稳定性和制作成本更低的单自由度机器人为更优的选择。
[0004]例如，CN110840711A公开了一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，包括机架、扶手、瓦特I型六杆机构、脚踏板、电机以及减重背心；所述扶手与机架一体设置，所述减重背心固定在机架上用于固定和支撑使用者的上身，所述机架上左右对称设置两个瓦特I型六杆机构，所述六杆机构包括曲柄杆AB、三角形杆BCE、三角形杆CDF、连杆FG和连杆GEH，其中连杆GEH由彼此呈一固定角度的杆GE和杆EH在E端一体连接组成，曲柄杆AB为驱动端，杆EH为执行端，曲柄杆AB与三角形杆BCE通过B端铰接，三角形杆BCE与三角形杆CDF通过C端铰接，三角形杆CDF的F端与连杆GEH的G端之间铰接有连杆FG，连杆GEH与三角形杆BCE通过E端铰接，六杆机构的A端固定一连接轴穿过机架并与传动机构输出端连接，六杆机构的D端通过连接轴转动连接在机架上，电机通过传动机构连接六杆机构的驱动端，六杆机构的执行端通过脚踏板弯管与脚踏板连接，在电机的驱动下六杆机构运动，并使脚踏板以一定的速度模拟人体步态轨迹。六杆结构各个连杆的长度通过优化设计得到。
[0005]上述六杆机构在单一电机的驱动下能够带动脚踏板模拟人体的步态轨迹，在使用时，康复人员能够通过穿戴该下肢康复机器人进行康复训练。但上述六杆机构在使用的过程中仅仅能够模拟单一的运动轨迹，而由于不同患者的身形参数不同，患者的各个关节的运动轨迹也各有差异，该下肢康复机器人无法针对不同的患者提供契合患者的运动轨迹，导致患者的实际康复运动效果与理想的康复训练效果存在难以估计的差异，使用的过程中仍然存在局限性，并且由于下肢康复机器人本身的成本较高，针对不同患者个性化定制最优尺寸的康复机器人难以实现，因此提升下肢康复机器人的普适性是十分必要的且具有较高的经济价值。
[0006]现有的单自由度康复训练机器人除运动轨迹单一以外，还存在适应性差的问题。现有的单自由度康复训练机器人在使用的过程中，左右腿的康复训练结构和运动轨迹相
似，而对于一些左右脚长短不同、肢体残缺、关节外翻等特殊患者而言，其左右脚的运动轨迹无法做到一致，在康复训练时，上述现有装置并不适用。
[0007]CN106137674B公开了一种下肢康复训练外骨骼装置，包括：一支撑组件，所述支撑组件由一固定于地面的下支架、一与下支架固定连接的中支架以及一位于中支架上端且通过调节机构连接的上支架构成；一安装于所述上支架上的弹簧组件，所述弹簧组件用于调节上肢对下肢的压力；一安装于所述下支架上的动力组件，所述动力组件输出的动力一部分通过脚端传送带送至脚步构件，另一部分通过轴端传送带送至大腿组件，所述大腿组件包括一与轴端传送带相连的上传动轴和一与所述上传动轴连接的大腿端传送带。依据调速装置、调力装置和传动装置之间的有效配置、机构的合理设计、驱动装置位置和数量的合理使用，该现有技术使装置能够适用于肌力较弱的残疾人和老年人，但仍然未能摆脱驱动装置数量多，配置成本高和适用性差的问题；并且在实际的使用过程中，患者进行康复训练时同时需要训练左右肢的协调性能，刺激神经回路，辅助患者快速恢复，也加速患者回归社会生活；但上述的装置在使用时系统同时控制患者的左右肢体的驱动装置和调力装置，与此同时需要处理的数据繁多，而各机构在接收到控制信号的同时还存在不同时长的反应延迟，在训练时各机构的协调性能差，康复效果难以保证，因此需要进行改进。
[0008]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
[0009]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统，利用单一的驱动装置，能够驱动可变杆长组件模拟多条运动轨迹，节约成本，数据不需要实时计算，延迟少，左右肢体协调活动准确性高；在低成本的基础上，对不同身形的患者的适应性强，尤其适用于左右下肢肌力不平衡或缺损的残疾患者，能够根据不同残疾程度的患者提供针对性的运动轨迹，也可根据患者的肌力恢复进程提供进阶的运动轨迹，使用灵活性高。
[0010]具体方案如下，一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统，至少包括控制模块、驱动设备、连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件。第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接。
[0011]控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
[0012]获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
[0013]调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
[0014]控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。
[0015]这样设置的有益之处在于：
[0016](1)调整杆长以调整运动轨迹的方式相较于通过实时反馈控制多个驱动组件来调整运动轨迹的方式节省大量的使用成本和维护成本，并且只需要控制一个驱动组件，数据
提前处理，所需要搭载的数据处理模块要求低，数据延迟少，更有利于患者双下肢的运动协调；
[0017](2)对患者的身形参数进行分析后，能够输出高度适应患者身形的运动轨迹，在按照既定轨迹运行时，患者的各个关节角度吻合实际运动过程中的关节角度，实际训练效果与理想训练效果较为吻合；
[0018](3)使用风险小，机械装置能够采用提前检查的方式规避使用过程中损坏的问题，而数据运行程序和电控发生损坏的规避难度大，并且后果难以预料，使用安全性较差。
[0019]根据一种优选的实施方式，输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据的方法为：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统，其特征在于，至少包括控制模块、驱动设备、连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件，第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接；控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。2.根据权利要求1所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统，其特征在于，输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据的方法为：分析患者的身形数据，结合康复训练运动数据库，得出患者将进行康复训练运动的下肢的运动轨迹；定义可变杆长组件的参数，输入患者的下肢运动轨迹，使用多目标优化算法迭代出一系列最有用的参数组合解；选取最优的参数组合解，输出该参数组合解。3.根据权利要求2所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统，其特征在于，得出患者将进行康复训练运动的下肢的运动轨迹的方法为：分析患者左右下肢的残疾情况，确定患者的左右下肢与第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的连接点；根据患者的左下肢与第一可变杆长组件的第一连接点计算第一连接点的运动轨迹，根据患者的右下肢与第二可变杆长组件的第二连接点计算第二连接点的运动轨迹；分别输出第一连接点的运动轨迹和第二连接点的运动轨迹。4.根据权利要求2所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆系统，其特征在于，可变杆长组件(300)包括：曲柄杆件(310)、三角杆件组A(320)、三角杆件组B(330)、连接杆件(340)、执行杆件(350)和杆件之间的旋转副(360)，所述曲柄杆件(310)与动力设备连接以获得驱动力并在所述动力设备的带动下做完整的圆周运动，所述三角杆件组A(320)连接所述曲柄杆件(310)和所述执行杆件(350)以带动所述执行杆件(350)运动，所述三角杆件组B(330)与所述三角杆件组A(320)连接，所述三角杆件组B(330)通过所述连接杆件(340)连接所述执行杆件(350)，所述执行杆件(350)背离所述连接杆件(340)的一端与患者下肢连接，所述曲柄杆件(310)、三角杆件组A(320)、三角杆件组B(330)、连接杆件(340)和执行杆件(350)中的至少一个杆长可变，以使得所述曲柄杆件(310)在所述动力设备的带动下做圆周运动时，由于所述三角杆件组B(330)与所述三角杆件组A...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵萍，张涯婷，赵熙然，王洋，龚龙晓，刘韦铭，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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