[发明专利]一种在线变刚度的智能反重力动态悬吊系统

说明书

本发明公开了一种在线变刚度的智能反重力动态悬吊系统，包括机架、柔性绳、输出滑轮组件、终端动滑轮输出组件、吊架、绑带、控制器和两个拉力反馈单元，机架两侧分别设置有一个主动驱动系统，主动驱动系统包括滚筒和能够驱动滚筒转动的驱动装置，柔性绳绕在终端动滑轮输出组件中的动滑轮上，拉力反馈单元包括定滑轮、S型拉力传感器和定滑轮组件，柔性绳一端依次穿过输出滑轮组件、一个力反馈单元中的定滑轮组件和定滑轮，最终绕进一个滚筒中；柔性绳另一端依次穿过输出滑轮组件、另一个力反馈单元中的定滑轮组件和定滑轮，最终绕进另一个滚筒中。本发明实现了保持减重力恒定和减重力变化的连续性，兼顾系统工作的稳定性和使用的安全性。

技术领域

本发明涉及康复机械技术领域，特别是涉及一种在线变刚度的智能反重力动态悬吊系统。

背景技术

随着我国的老龄化问题越来越突出，心脑血管疾病和神经系统疾病的人数也急剧增加，其中由脊髓损伤、脑血管意外、脑外伤等中枢神经系统疾病引起的下肢运动功能障碍患者的人数正在逐年上升。根据损伤位置的不同，病情也会有所差异，从完全无征兆到半身不遂、完全瘫痪都可能存在。目前临床治疗方法主要有肌电生物反馈与综合康复训练结合法、反重力(减重)步态康复训练疗法和针灸联合康复训练法等。

减重(反重力)被动康复训练是目前患者早期介入治疗的最有效的方法之一。目前应用于下肢康复训练的机器人是在减重(反重力)步态训练基础上发展而来的智能训练系统，减重康复训练系统的发展主要分为四个阶段：第一阶段的静态减重系统，第二阶段的被动平衡减重系统，第三阶段的被动弹性减重系统，第四阶段的主动动力减重系统。其中的主动动力减重(反重力)系统主要通过主动动力来实现减重，由气动、液压、电磁或其它主动力产生装置,在行走过程中提供所需的力。由于主动动力减重(反重力)系统既可以模拟正常人的行走姿态，又可以承担一部分的人体重量，在康复训练治疗过程中，通过反重力支持装置减少患者下肢的负重，并将步行三要素(负重、迈步、平衡)有机结合起来，促进正常步态模式的建立，其在恢复步行能力、纠正步态、改善平衡及减轻肌肉痉挛等方面有很大优势，能够弥补静态减重系统、被动平衡减重系统、被动弹性减重系统的缺点，故成为热门研究领域。

现有的反重力悬吊系统普遍存在如下缺点：一方面，现有的反重力悬吊系统的重量减轻靠配重来实现，即通过滑轮组将绳一端的重物的重力传导至人体一端，以这种配重的方式来实现减重(即反重力)。这种减重方式在绳子上下运动过程中，绳子会存在一定的加速度，并且这个加速度不断变化时，会使得绳上的拉力也不断变化；与此同时，在实际使用过程中，配重的重物也是明显存在加速度的，所以这种反重力悬吊系统的减重力时刻在变化。另外，人在行走过程中，人体的位置会发生实时变化，减重的绳子可能会左右摆动，这也会导致减重力不恒定；在使用的过程中期望的恒力减重，受配重物体的限制，改变配重大小非常不便，需要选择相应重量的物体来实现预定的减重值，减重力不连续。另一方面，现有的反重力悬吊系统大多采用传统机械弹簧来实现重量减轻，即通过滑轮组将绳一端与弹簧连接，另一端与人体连接，利用弹簧的弹性势能来实现减重(即反重力)。在使用过程中，人若改变行走的速度，为保证行走过程中减重值的恒定，绳拉力需随人行走速度的改变而改变，而传统机械弹簧的刚度为固定值(弹簧的固有特性)，依靠弹簧弹性势能传导到绳上的拉力不会随人行走速度的变化而变化，从而无法保证人行走速度变化时的减重值恒定,即在不同步速时，反重力系统的适应性不好；同时，受使用情况和环境因素的影响，传统机械弹簧的使用寿命也存在较大差异，弹簧易老化和疲劳断裂的现象普遍存在，定期检查和更换较为麻烦，后期维护保养成本也会随之增加，同时存在一定的安全隐患；另外，采用传统机械弹簧会使反重力悬吊系统整体结构不美观和复杂笨重，给初期设计带来一定的难度，广泛推广使用的可能性较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线变刚度的智能反重力动态悬吊系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现保持减重力恒定和减重力变化的连续性，兼顾系统工作的稳定性和使用的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：