[发明专利]一种穿戴式腰部康复外骨骼机器人

说明书

本发明公开了一种穿戴式腰部康复外骨骼机器人，它包括腰部仿生机构、信息采集系统和控制系统；模拟人体肢体运动，腰部仿生机构采用4‑UPS‑PS并联机器人人机耦合仿生机构构型，由微型电动推杆构成4轴并联仿生机构支撑人体上身重量，为腰椎提供柔和稳定的支撑力；信息采集系统实时感测腰部仿生机构的空间位置姿态以及各个电动推杆的力信息和位移信息，控制系统根据信息采集系统的检测数据控制和调整电动推杆的位移及其施加在腰部的牵引力，使作用于腰椎的力量大小恒定。腰部仿生机构有四个自由度，可实现腰部的三自由度的转动运动和腰椎一个自由度的牵引移动，使用者的移动自由不受影响，可以全天佩戴。自适应满足腰椎的活动度和稳定性，安全可靠。

技术领域

本发明涉及柔性外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种穿戴式腰部康复外骨骼机器人。

背景技术

腰椎疼痛在我国乃至全世界都是普遍存在的临床上常见的顽固性疾患之一，严重困扰着患者的日常工作和生活。市场上腰部康复产品很多,但现有腰部功能康复设备都存在不能满足长时间有效提供稳定支撑以及机构庞大不能随身携带等问题，能够自适应满足腰椎的活动度以及稳定性并且方便患者随身穿戴的腰部康复智能产品几乎没有。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种结构紧凑、柔顺轻巧，能够减轻腰椎压力、治疗腰肌劳损引起的不适以及腰椎间盘突出引起的腰痛，能够自动感应腰椎变化并智能化实时调整支撑力，使得作用于人体腰椎的力量大小恒定，并且使用者的移动自由不受影响，可以全天佩戴的人机耦合的穿戴式腰部康复外骨骼机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

穿戴式腰部康复外骨骼机器人，包括腰部仿生机构、信息采集系统和控制系统，所述腰部仿生机构是由四个微型电动推杆驱动的4-UPS-PS并联机构，并联机构的动平台和定平台分别通过柔性部件呈环形腰围状围绕在人体腰部脊椎的上部和下部，即动平台与人体胸骨联结，定平台与人体胯骨联结；四个微型电动推杆驱动并联机构支撑人体上身重量使得腰椎被牵引伸开从而释放腰椎压力，通过四自由度的腰部仿生机构牵引腰椎实现腰部的三自由度的转动和一个自由度的牵引移动，即腰椎进行前后屈伸、左右侧弯和旋转运动及在牵引作用下可以微微伸开；这里，4UPS的含义是：直线牵引组件包含4个分支，每个分支的结构为UPS，U、P、S分别表示虎克副、移动副、球副；

信息采集系统用于实时感测腰部仿生机构的空间位置姿态以及各个电动推杆的力信息和位移信息，控制系统根据信息采集系统的检测数据控制和调整电动推杆的位移及其施加在腰部的牵引力，使作用于腰椎的力量大小恒定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述信息采集系统包括拉压力传感器、线性位移传感器和惯性测量单元，拉压力传感器用于感测腰部的牵引力，线性位移传感器实时检测各个电动推杆的伸出长度，惯性测量单元采用双传感器测量方法，分别安装在所述动平台和定平台上，用于实时检测腰部的空间运动姿态和相对位置。

作为本发明的一种优选技术方案，控制系统包括调整装置、记录装置和无线传输装置，所述调整装置用于调整电动推杆施加在使用者腰部的牵引力大小和方向；所述记录装置用于记录使用者在佩戴期间的动作和位置，识别可能导致使用者腰部疼痛的动作和位置，从而通过控制系统使使用者无法执行可能导致伤害或增加疼痛的移动；无线传输装置向处理器系统传输信息采集系统和记录装置的数据。

作为本发明的一种优选技术方案，所述腰部仿生机构的动平台和定平台上分别设置有横向自动收紧机构，用于调节穿戴在人体腰部的松紧度，所述横向自动收紧机构包括横向设置的微型电机、拉紧带和压力传感器，微型电机配减速器经齿轮传动，带动收紧滚子转动拉紧所述拉紧带，横向设置的压力传感器用于实时监控横向拉紧力，并实时反馈调节，自适应地根据腰围大小和松紧度来调整皮带横向收紧的量，防止穿戴随时间和动作变化而松弛，与人体良好适配。