【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，属于康复辅助器械。
技术介绍
1、腰椎位居人体躯干的中部，是脊柱运动的重要枢纽，它的稳定性直接影响着脊柱的稳定和运动。当代社会中有很多需要从事重物搬运或者需要长时间、频繁弯腰的职业，往往也就造成这类职业人群腰背部肌肉及相关软组织劳损，引起脊柱失稳从而导致下腰痛（low back pain，lbp）的发生。下腰痛（low back pain，lbp）是指后背的腰、骶部的疼痛或不适感，有时会伴有下肢放射痛，它严重影响了患者的生活和工作能力，且缺乏有效的诊断与治疗手段。因此需要一种低成本、简单的方法来解决这类问题。
2、目前有一些机械外骨骼主要是带动人体进行稳定的被动运动，结构冗杂，灵活性差；有一些机器人的每个运动副都有驱动，不仅增加许多控制成本，且控制效果不佳，并且极易带来运动危险；有一些机器人设计了踝关节的机器足以实现将力卸到地上，但是穿戴极其困难，且体验感欠佳，成本也较高。
3、因此，针对腰部活动严重受限的下腰痛患者设计并提出了一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人作为一种模仿生物外骨骼而开发的装置，能够为穿戴者提供腰部支撑、腰部机能增强等帮助。其次，目前已有的腰椎外骨骼大多都需要通过绑带固定于肩部或者大腿，从而在助力过程中会对肩部造成一定的压力，或者会对行走造成一定程度上的不便。目前在腰部助力外骨骼的研究大多局限于针对弯腰提物进行助力，因此应该提出一种结构紧凑、能够实现腰部三自由度运动的一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，包括：
3、上弹性束缚件，固定在人体上腰部；
4、下弹性束缚件，固定在人体下腰部；
5、三自由度球面并联机构，上弹性束缚件和下弹性束缚件通过三自由度球面并联机构相连接，所述三自由度球面并联机构用于配合上弹性束缚件和下弹性束缚件对人体腰部三个自由度的运动进行助力。
6、进一步的，所述上弹性束缚件和下弹性束缚件分别为上腰松紧带和下腰松紧带；
7、所述上腰松紧带和下腰松紧带依据人体工程学设计成贴合腰部曲线的弧形腰护网。
8、进一步的，所述三自由度球面并联机构包括：多个围绕上弹性束缚件和下弹性束缚件等间隔设置的变刚度气动肌腱组件；
9、所述变刚度气动肌腱组件包括：上球销座、负压气管、变刚度气动肌腱、正压气管接头和下球销座；
10、上球销座和下球销座分别与变刚度气动肌腱的两端球铰连接；所述变刚度气动肌腱的上端设有负压气管，用于对变刚度气动肌腱进行抽气的负压气管；所述变刚度气动肌腱的下端设有用于向变刚度气动肌腱内的气腔进行充气控制气腔伸长或者弯曲的正压气管接头。
11、进一步的，所述变刚度气动肌腱组件的数量为四个。
12、进一步的，所述上弹性束缚件和下弹性束缚件前后左右四端设有用于分别安装上球销座和下球销座的通孔，且有多排通孔用于调节上球销座（201）和下球销座的位置。
13、进一步的，所述变刚度气动肌腱包括上端盖、硅胶外层膜、下端盖、人工肌腱和pet材质麦拉片中层膜组成；
14、所述pet材质麦拉片中层膜贴附在人工肌腱表面，成鱼鳞状排布；所述硅胶外层膜将pet材质麦拉片中层膜密封包裹住；
15、硅胶外层膜、pet材质麦拉片中层膜和人工肌腱的两端分别与下端盖和上端盖连接，硅胶外层膜、人工肌腱以及下端盖和上端盖之间形成密闭空间，所述pet材质麦拉片中层膜位于所述密闭空间内，所述密闭空间的内部与负压气管相通。
16、进一步的，所述人工肌腱由包括三个气腔，每个气腔圆周排列相隔120°，气腔现状为扇形。
17、进一步的，所述上球销座和下球销座分别球铰连接上球头和下球头，所述下球头设有连接正压气管接头，所述正压气管接头用于给变刚度气动肌腱提供驱动力。
18、进一步的，所述上球头和下球头均带有螺纹，分别与所述上端盖（401）和所述下端盖连接。
19、本专利技术所达到的有益效果：
20、1、设计的一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人采用上下分离双腰带设计，利用双腰带固定于腰间对腰部进行支撑，固定脊椎的同时收紧腹部拉离力，分散腰肌压力，为腰椎助力减压。
21、2、该上腰松紧带和下腰松紧带由轻薄可透气的腰护网，优质高弹力松紧带制成，根据人体工程学将腰带设计成弧形，更加贴合腰部曲线，腰带两端设计为强力魔术贴，粘贴牢固，可以根据穿戴者随意调节腰带的松紧。
22、3、该上腰松紧带和下腰松紧带四端分别装有球铰链，连接着四个变刚度气动肌腱，呈双h支撑，贴合肌肉走向，托举腰椎，分担上半身的重量，以缓解脊柱的压力。一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人可以看作一个三自由度球面并联机构，通过四个变刚度气动肌腱可以实现对腰部三个自由度的运动进行助力，比如若需要进行弯腰动作，则后面两只变刚度气动肌腱同时伸长对背部施加推力，前面两根变刚度气动肌腱给予腹部一定的支撑力。
23、4、该变刚度气动肌腱能输出很大的驱动力，完成助力功能，并且该气动肌腱可变刚度，当其刚度比较小的时候能弯曲，完成助力功能；当其刚度比较大的时候能支撑很大的重物，完成对人体支撑的功能。pet材质麦拉片有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。
24、5、本专利技术结构简单、体重较轻、运动灵活、舒适性高、易于穿戴，该机器人结构设计简单明了，以实现机器人的轻质化。用户穿戴简单且贴合紧密，为用户提供较好的舒适度。
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1.一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述上弹性束缚件和下弹性束缚件分别为上腰松紧带（1）和下腰松紧带（10）；
3.根据权利要求1所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述三自由度球面并联机构包括：多个围绕上弹性束缚件和下弹性束缚件等间隔设置的变刚度气动肌腱组件；
4.根据权利要求1所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述变刚度气动肌腱组件的数量为四个。
5.根据权利要求4所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述上弹性束缚件和下弹性束缚件前后左右四端设有用于分别安装上球销座（201）和下球销座的通孔，且有多排通孔用于调节上球销座（201）和下球销座的位置。
6.根据权利要求3所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述变刚度气动肌腱包括上端盖（401）、硅胶外层膜（402）、下端盖（403）、人工肌腱（404）
7.根据权利要求6所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述人工肌腱（404）由包括三个气腔，每个气腔圆周排列相隔120°，气腔现状为扇形。
8.根据权利要求6所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述上球销座（201）和下球销座分别球铰连接上球头（202）和下球头（6），所述下球头（6）设有连接正压气管接头（9），所述正压气管接头（9）用于给变刚度气动肌腱提供驱动力。
9.根据权利要求8所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述上球头（202）和下球头（6）均带有螺纹，分别与所述上端盖（401）和所述下端盖（403）连接。
...【技术特征摘要】
1.一种基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述上弹性束缚件和下弹性束缚件分别为上腰松紧带（1）和下腰松紧带（10）；
3.根据权利要求1所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述三自由度球面并联机构包括：多个围绕上弹性束缚件和下弹性束缚件等间隔设置的变刚度气动肌腱组件；
4.根据权利要求1所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述变刚度气动肌腱组件的数量为四个。
5.根据权利要求4所述的基于并联机构的可穿戴式变刚度腰椎助力机器人，其特征在于，所述上弹性束缚件和下弹性束缚件前后左右四端设有用于分别安装上球销座（201）和下球销座的通孔，且有多排通孔用于调节上球销座（201）和下球销座的位置。
6.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐林森，王立生，汪志焕，叶良志，陈根，张恒玮，康政鸿，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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