[发明专利]一种直驱式康复外骨骼及训练方法

权利要求书

1.一种直驱式康复外骨骼，其特征在于：包括机架、髋关节力矩电机、大腿外骨骼、膝关节力矩电机和小腿外骨骼，两个所述大腿外骨骼的上端分别通过两个所述髋关节力矩电机与所述机架的两端可转动连接，两个所述小腿外骨骼的上端分别通过两个所述膝关节力矩电机与两个所述大腿外骨骼的下端可转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种直驱式康复外骨骼，其特征在于：所述髋关节力矩电机和所述膝关节力矩电机均为永磁同步力矩电机，且所述永磁同步力矩电机通过伺服驱动器伺服控制。

3.一种基于上述直驱式康复外骨骼的训练方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定的步态曲线，包括各个步态下的髋关节角度θ_hip和膝关节角度θ_knee，设定外骨骼输出力矩T_out＝λ₀·T_N：

式中：T_N为髋关节/膝关节的额定输出转矩；

λ₀为髋关节/膝关节的初始关节助力系数；

θ_hip为髋关节角度，以竖直方向为参考零点，向前抬腿为正，向后摆腿为负；

θ_knee为和膝关节角度，以小腿伸直为参考零点，小腿向后弯曲为正；

S2、获取康复训练过程中膝关节所受力矩T_knee，计算公式为：

式中：I_knee为膝关节力矩电机的电枢电流；

K_T1为膝关节力矩电机转矩常数；

M_leg为小腿骨骼重量；

L_leg为小腿外骨骼长度；

L_thigh为大腿外骨骼长度；

S3、获取康复训练过程中髋关节所受力矩T_hip，计算公式为：

式中：I_hip为髋关节力矩电机的电枢电流；

K_T2为髋关节力矩电机转矩常数；

M_knee为膝关节电机重量；

S4、康复外骨骼按照设定的步态曲线带动患者下肢运动进行识别训练，并计算外骨骼与患者匹配差异μ，计算公式为：

式中：T_f为前文计算得到的患者关节力矩T_hip或T_knee；

n为一个步态周期内的采样数；

计算连续m个步态周期的均值；

S5、设定匹配度判别灵敏度α，当|μ|-α＞0，则调节关节助力系数λ＝λ₀-μ，外骨骼输出的力矩T_out＝λ·T_N；

S6、重复步骤S2-S5，患者经过康复训练，逐步恢复运动能力，所需的关节助力系数将逐步减小，当助力系数减小到一定程度时，表明患者已具备主动康复训练的条件，可以进行主动康复训练。

4.根据权利要求3所述的一种训练方法，其特征在于：设定髋关节/膝关节的力矩安全阈值T_safe，当关节力矩T_hip＞T_safe或T_knee＞T_safe时，髋关节力矩电机/膝关节力矩电机停机保护。