[实用新型]一种适用于多个关节的进阶式康复机器人

说明书

本实用新型公开了一种适用于多个关节的进阶式康复机器人，包括上部机架、下部机架、中间连杆、可拆卸护具和两个气动肌肉，所述中间连杆下端通过中心转轴与下部机架中部铰接相连，上端与上部机架中部相连；两个气动肌肉顶部与上部机架通过均主动平移机构相连，底部与下部机架通过被动平移机构相连，可拆卸护具固定安装在下部机架上，通过两个气动肌肉的收缩带动可拆卸护具绕着中心转轴转动进行康复训练，通过主动平移机构调整两个气动肌肉之间的相对距离，从而调整进阶式康复机器人运动能力半径。本实用新型结构简单，能针对患者康复效果进行实时调整，大大提高患者主动参与康复训练的意愿及其康复效果。

技术领域

本实用新型属于康复医疗器械领域，涉及一种康复训练机器人，具体涉及一种适用于多个关节的进阶式康复机器人。

背景技术

随着我国进入人口老龄化社会，与骨关节损伤相关的患病人群正在逐渐增加，患者术后恢复周期长且往往恢复效果不佳。现代康复医学理论认为，对于关节运动能力受损的患者，在经过前期的手术与药物治疗之后，通过适量、科学的术后辅助康复训练能够有效提高患者运动机能的恢复效果。在患者的术后辅助康复方面，人工辅助康复训练需要耗费大量的人力物力资源，且无法提供客观的量化评价。而在康复机器人的辅助下，康复策略与训练任务可以根据不同患者在不同康复阶段的需求进行调整；此外，借助先进传感技术，康复机器人能对患者的康复训练效果进行实时定量的评价。因此，康复机器人能有效地解决传统人工辅助训练中存在的问题，从而提高患者的康复训练效果。

液压缸、电机等传统刚性机器人驱动方式易导致患者在康复训练中受到二次伤害。而气动肌肉作为一种柔性驱动器，能够提供柔顺的辅助力，在机器人关节驱动方面表现出优越性。现有的柔性康复机器人多为针对单一关节损伤部位而设计的医疗器具，适用范围有限、结构复杂导致资源利用率不高。中国专利200720088558.5提出的肩关节康复训练装置，使用四根气动肌肉驱动器提供肩关节两个活动自由度，一方面系统冗余度高，另一方面需要将康复训练装置佩戴在患者背上，增加了患者的负担。中国专利201310476999.2提出的一种气动肌肉驱动的穿戴式肘关节康复训练装置仅适用于单自由度肘关节康复训练，所述装置组件过多，在选择康复部位以及康复运动自由度方面均存在局限性。针对肩关节、肘关节、膝关节等单关节康复训练的机器人关节驱动原理相似，设计一种结构简单且能同时应用于多个不同关节的康复机器人，提高设备利用率的同时也能有效降低目前昂贵的康复设备给患者带来的经济压力。中国专利201620133907.X中提出的一种拮抗式气动肌肉驱动的变转轴大转角仿生膝关节，采用拮抗肌肉对的驱动形式。该机构虽然具有仿生柔性特性，但其装置为固定结构无法调节机构参数与辅助输出大小，难以满足不同患者的康复需求。中国专利201210415541.1提出的机构参数可调的通用型气动肌肉仿生关节机构，其气动肌肉配置可进行人工调节以改变关节运动范围输出，但存在操作繁琐、调节精度低、调节范围小等问题。针对肩、肘、膝等不同关节运动范围和辅助需求的差异性，需要设计一种新型的自动化调节装置有效提高机构参数调节的便捷性与精确性。此外，根据人体关节康复相关的医学文献可知，患者的系统康复一般分为急性期(初期)、亚急性期(中期)、功能期(后期)三个阶段。在康复初期，患者不能做任何随意运动，只能依靠康复辅助设备进行持续被动训练，此时所需的关节运动范围小，关节辅助力矩大；在康复中期，患者已经恢复一定的主动运动能力，除了基础的被动康复训练，还应增加患者参与的主动训练，此时所需的关节运动范围较初期要大，并且由于患者可以主动参与，辅助力矩可以相应减小；在康复后期，患者已经恢复大部分运动功能，主要是患者的主动训练，应尽可能增大关节的运动范围，并进一步减小辅助力矩。可以看出，对应于不同康复阶段，患者所需的关节运动范围以及辅助力矩大小存在渐进式变化趋势。现有的大多数康复机器人所能提供的关节运动区间以及辅助输出力矩范围固定，多仅能满足患者在某一阶段的康复训练需求，并未考虑患者在整个康复进程中的渐进式康复状态与康复需求变化，不能实现机器人辅助的进阶式康复训练。中国专利201410041058.0提出了一种踝关节康复机器人及其主被动复合训练策略，该装置结构较为复杂笨重并且其所提供的输出力矩与运动范围具有局限性，无法满足关节损伤较为严重的患者在前期被动训练时辅助需求，不具备分阶段康复训练特性。因此，设计一种能够针对患者所处的不同康复阶段的辅助需求和运动能力，实时调整机器人机构参数以提供合适的关节运动范围及辅助输出力矩，并根据患者运动状态反馈进行实时辅助输出调节的进阶式康复机器人控制系统，对于提高患者的关节康复效率与推广智能康复设备的市场应用至关重要。