[发明专利]一种直驱式康复外骨骼及训练方法

说明书

本发明公开了一种直驱式康复外骨骼，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；一种训练方法，获取髋关节/膝关节角度，设定步态曲线和外骨骼输出力矩，获取髋关节/膝关节所受力矩，计算外骨骼与患者匹配度差异，设定匹配灵敏度，调节关节助力系数，康复训练。本发明一种直驱式康复外骨骼采用力矩电机直接驱动患者下肢关节运动，无需额外的传感器，精确测量监控患者各个关节所受的康复力矩，并根据患者的关节康复力矩设计了训练方法，能够使康复外骨骼的助力大小与患者的康复需求相匹配，提高外骨骼康复训练效果，同时可以根据康复力矩进行康复效果评估。

技术领域

本发明涉及康复领域，尤其涉及一种直驱式康复外骨骼及训练方法。

背景技术

据统计资料显示，我国有数千万因脑卒中、脊髓损伤以及各种事故造成的 下肢瘫痪、半瘫等行走功能性障碍。这些患者均需要进行康复训练来改善患肢 功能，甚至逐步恢复行走能力。

传统康复训练通常由医师手动协助病人站立及行走训练，工作强度大，训 练效果低下，且很难保证康复训练动作的标准性与一致性。

康复外骨骼融合了人工智能、人体工程学、电气自动化及仿生机械设计， 能够满足不同患者及不同阶段的训练要求。其带动脑卒中及下肢瘫痪患者的下 肢进行康复训练，利用大脑具有的可塑造性，准确、及时的重复康复训练能促 进神经组织功能进行代偿或者重组，弥补受到损伤的神经细胞所缺失的功能， 从而使得患者提高运动控制能力，促进各个关节肌群的协调运动，最终恢复步 行功能。

传统技术的缺点：

1、未能对关节力矩进行准确实时的测量，不能对痉挛、脱臼等治疗过程中 的突发生理状态进行及时的判断，容易在康复治疗过程中对人体造成二次损伤， 而且不能对患者进行有效准确的康复效果评估；

2、未将患者关节力矩反馈引入控制环节，康复外骨骼助力大小不能与人体 康复需求准确匹配，导致康复治疗不能达到最优效果。

原因：

1、传统康复外骨骼采用推杆、连杆驱动外骨骼运动时，对作用于患者关节 的力矩难以精确测量与监控，当运动超出患者承受能力范围时，会对患者造成 拉伤；

2、传统康复外骨骼采用电机加减速器的方式驱动外骨骼时，由于减速器的 启动力矩及间隙等原因，关节往复运动中会造成测量力矩的误差较大，若使用 力矩传感器测量关节力矩，则会增加外骨骼结构的复杂度；

3、传统康复外骨骼对患者的助力力矩大小未能根据患者需求进行调整，当 患者逐步恢复运动能力时，依然按照较大的助力水平进行训练，则会引起患者 的惰性，不利于康复效果的提升。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种直驱式康复外骨骼及训 练方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种直驱式康复外骨骼，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。

具体地，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。

一种基于上述直驱式康复外骨骼的训练方法，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：