【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人体下肢康复器械，具体涉及一种可穿戴串并联式下肢外骨骼装置及康复训练方法。
技术介绍
1、髋关节与膝关节受损后，需通过有效的康复训练来恢复髋、膝关节的运动机能。传统的康复训练由康复医师和患者一对一进行，可康复医师人数毕竟有限，无法满足众多患者的康复训练需要。为此，下肢康复器械被开发并逐渐成为康复治疗过程中的有效手段。然而，据专利技术人了解，现有下肢康复器械或是固定架式结构，或是自由度较少、功能单一(例如只能实现髋关节的前屈或后伸)，或是结构上臃肿复杂。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种结构简单、三自由度、多功能的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置；本专利技术的第二目的是提供利用所述下肢外骨骼装置进行康复训练的方法。
2、技术方案：本专利技术所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，呈左右对称结构，包括：
3、腰部横向调节机构，正面设置有腰部穿戴件；
4、腰部纵向调节机构，数量为两个，分别可横向移动地设置于腰部横向调节机构两端；
5、髋关节康复机构，安装在腰部纵向调节机构上并能够通过腰部纵向调节机构调节纵向位置，用于实现髋关节的前屈或后伸、内收或外展；髋关节康复机构上设置有大腿固定件；
6、以及，膝关节康复机构，串联于髋关节康复机构底部，用于实现膝关节的屈伸运动；膝关节康复机构上设置有小腿夹具。
7、进一步地，髋关节康复机构包括自上而下依次相连的上底板、3uu并联机构和下底板，大腿
8、进一步地，柔性牵引组件包括分别设置在上底板顶部四边的牵引件，牵引件包括第四电机、第二柔性牵引绳和定滑轮，第二柔性牵引绳一端与第四电机输出端相连接，另一端绕过定滑轮与下底板相连接；通过控制四根第二柔性牵引绳的伸长与缩短，带动3uu并联机构运动。
9、进一步地，膝关节康复机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、小腿夹具和第二电机，其中第一连杆一端与下底板通过虎克铰相连接，第一连杆另一端与第二连杆通过转动铰链相连接，第二连杆另一端与小腿夹具通过虎克铰相连接；第三连杆一端与小腿夹具通过转动铰链相连接，第三连杆另一端与第四连杆通过转动铰链相连接，第四连杆另一端与下底板通过转动铰链相连接；第二电机固定于下底板底部，用于驱动第四连杆转动。
10、进一步地，所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置还包括弹簧离合助力机构和第一柔性牵引绳，弹簧离合助力机构设置在髋关节康复机构上，第一柔性牵引绳连接膝关节康复机构和弹簧离合助力机构；第一柔性牵引绳配合弹簧离合助力机构，实现患者膝关节运动助力。
11、进一步地，弹簧离合助力机构包括固定基座和弹簧，固定基座上转动连接有转动盘，通过第二轴转动连接有棘爪，转动盘上同轴固定有棘轮，该棘轮与棘爪相适配；固定基座背面固定有第三电机，该第三电机用于驱动棘爪转动；转动盘外缘设置有一圈牵引绳连接孔；弹簧一端固定在固定基座上，另一端固定在转动盘上；第一柔性牵引绳一端连接转动盘上的牵引绳连接孔，另一端连接小腿夹具；固定基座与下底板相固定。
12、本专利技术通过增设的弹簧离合助力机构和第一柔性牵引绳，能够在主动运动康复模式下，有效将髋关节和膝关节肌肉组织执行互补的能量回收和能量传递，对患者进行助力，以实现更多的训练时长。
13、进一步地，腰部横向调节机构包括十字型滑轨座，十字型滑轨座具有左右各一个横向的滑轨，滑轨上滑动设置有滑块；腰部纵向调节机构安装在滑块上。
14、进一步地，滑轨背面安装有第一电机和圆柱凸轮机构，圆柱凸轮机构包括箱座以及安装于箱座中的凸轮和从动件，从动件前端与滑块相连接，凸轮前端具有当其转动时控制从动件左右移动的滑槽，第一电机驱动凸轮转动。
15、进一步地，腰部纵向调节机构包括杆件和滑套件，杆件固定在滑块上，杆件上开设有一系列纵向排列的螺纹孔，滑套件套设在杆件上，二者通过螺钉固定，通过杆件上不同位置的螺纹孔能够调节滑套件在杆件上的位置；髋关节康复机构固定在滑套件上。
16、本专利技术所述的康复训练方法，采用所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，包括：
17、被动运动康复功能：髋关节的两个自由度的运动由髋关节康复机构实现，通过控制柔性牵引组件中四个牵引件的四根柔性牵引绳的伸长与缩短，带动3uu并联机构运动，实现髋关节的前屈或后伸、内收或外展；膝关节的一个自由度的运动由膝关节康复机构实现，通过第二电机转动，实现膝关节的屈伸运动；
18、主动运动康复功能：基于弹簧离合助力机构实现，分为两个阶段；第一阶段，当患者膝关节伸展时，第一柔性牵引绳拉伸，带动转动盘顺时针转动，弹簧拉伸蓄能，棘轮和棘爪配合，实现制动，防止转动盘反向转动；第二阶段，棘爪脱离棘轮，储存在弹簧中的能量将被释放，第一柔性牵引绳带动操作者膝关节进行弯曲，实现下肢运动过程的助力。
19、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
20、(1)本专利技术能够实现髋关节的前屈或后伸、内收或外展运动，实现膝关节的屈伸运动，具有三自由度、多功能的优点，能够满足患者不同的被动运动康复训练需要；
21、(2)髋关节康复机构和膝关节康复机构串联，髋关节康复机构和膝关节康复机构均为并联式结构，串并联式机构较传统的串联机构具有精度高的优点，较单纯的并联机构又具有运动范围大的特点，从而极大扩展了现有穿戴式外骨骼装置的运动范围，提高了精确性，减少了下肢的运动限制；装置整体结构上更为简单。
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1.一种可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，呈左右对称结构，包括：
2.根据权利要求1所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，髋关节康复机构包括自上而下依次相连的上底板、3UU并联机构和下底板，大腿固定件安装在下底板上；3UU并联机构包括上底座、下底座和三根曲杆，曲杆两端分别通过虎克铰与两底座连接，所述三根曲杆呈相互缠绕状；上底板顶部设置有柔性牵引组件，用于带动3UU并联机构运动，实现髋关节的前屈或后伸、内收或外展。
3.根据权利要求2所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，柔性牵引组件包括分别设置在上底板顶部四边的牵引件，牵引件包括第四电机、第二柔性牵引绳和定滑轮，第二柔性牵引绳一端与第四电机输出端相连接，另一端绕过定滑轮与下底板相连接；通过控制四根第二柔性牵引绳的伸长与缩短，带动3UU并联机构运动。
4.根据权利要求3所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，膝关节康复机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、小腿夹具和第二电机，其中第一连杆一端与下底板通过虎克铰相连接，第一连杆另一端与第二连杆通过转动铰链
5.根据权利要求4所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，还包括弹簧离合助力机构和第一柔性牵引绳，弹簧离合助力机构设置在髋关节康复机构上，第一柔性牵引绳连接膝关节康复机构和弹簧离合助力机构；第一柔性牵引绳配合弹簧离合助力机构，实现患者膝关节运动助力。
6.根据权利要求5所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，弹簧离合助力机构包括固定基座和弹簧，固定基座上转动连接有转动盘，通过第二轴转动连接有棘爪，转动盘上同轴固定有棘轮，该棘轮与棘爪相适配；固定基座背面固定有第三电机，该第三电机用于驱动棘爪转动；转动盘外缘设置有一圈牵引绳连接孔；弹簧一端固定在固定基座上，另一端固定在转动盘上；第一柔性牵引绳一端连接转动盘上的牵引绳连接孔，另一端连接小腿夹具；固定基座与下底板相固定。
7.根据权利要求1所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，腰部横向调节机构包括十字型滑轨座，十字型滑轨座具有左右各一个横向的滑轨，滑轨上滑动设置有滑块；腰部纵向调节机构安装在滑块上。
8.根据权利要求7所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，滑轨背面安装有第一电机和圆柱凸轮机构，圆柱凸轮机构包括箱座以及安装于箱座中的凸轮和从动件，从动件前端与滑块相连接，凸轮前端具有当其转动时控制从动件左右移动的滑槽，第一电机驱动凸轮转动。
9.根据权利要求7所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，腰部纵向调节机构包括杆件和滑套件，杆件固定在滑块上，杆件上开设有一系列纵向排列的螺纹孔，滑套件套设在杆件上，二者通过螺钉固定，通过杆件上不同位置的螺纹孔能够调节滑套件在杆件上的位置；髋关节康复机构固定在滑套件上。
10.一种康复训练方法，采用权利要求6所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，呈左右对称结构，包括：
2.根据权利要求1所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，髋关节康复机构包括自上而下依次相连的上底板、3uu并联机构和下底板，大腿固定件安装在下底板上；3uu并联机构包括上底座、下底座和三根曲杆，曲杆两端分别通过虎克铰与两底座连接，所述三根曲杆呈相互缠绕状；上底板顶部设置有柔性牵引组件，用于带动3uu并联机构运动，实现髋关节的前屈或后伸、内收或外展。
3.根据权利要求2所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，柔性牵引组件包括分别设置在上底板顶部四边的牵引件，牵引件包括第四电机、第二柔性牵引绳和定滑轮，第二柔性牵引绳一端与第四电机输出端相连接，另一端绕过定滑轮与下底板相连接；通过控制四根第二柔性牵引绳的伸长与缩短，带动3uu并联机构运动。
4.根据权利要求3所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，膝关节康复机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、小腿夹具和第二电机，其中第一连杆一端与下底板通过虎克铰相连接，第一连杆另一端与第二连杆通过转动铰链相连接，第二连杆另一端与小腿夹具通过虎克铰相连接；第三连杆一端与小腿夹具通过转动铰链相连接，第三连杆另一端与第四连杆通过转动铰链相连接，第四连杆另一端与下底板通过转动铰链相连接；第二电机固定于下底板底部，用于驱动第四连杆转动。
5.根据权利要求4所述的可穿戴串并联式下肢外骨骼装置，其特征在于，还包括弹簧离合助力机构和第一柔性牵引绳，弹簧离合助力机构设置在髋关节康复机构上，第一柔性牵引绳连接膝...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兵华，刘芳华，王陈，蒋隆意，吕俊伟，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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