[发明专利]可变刚度的踝足康复矫形器及其运动控制方法

摘要

本发明公开了一种可变刚度的踝足康复矫形器及其运动控制方法，踝足康复矫形器包括绑带、小腿支架、脚板、可变刚度磁流变弹性驱动器、人机交互系统、传感与控制系统；可变刚度磁流变弹性驱动器由电机元件、磁流变制动器和刚度调节机制组成，可以实时调节系统刚度、缓冲地面冲击以及提高系统能量效率和安全性；人机交互系统基于智能终端应用程序，辅助矫形器的使用，为偏瘫患者及物理治疗师提供矫形器状态监控及操控、在线声音反馈、运动表现总结等多种交互功能。本发明控制方法是基于偏瘫患者步态分析和需求，以及可变刚度磁流变弹性驱动器驱动、制动、混合制动和刚度调节等功能，输出期望的辅助力矩和运动，实现患者踝足的康复训练。

主权项

1.可变刚度的踝足康复矫形器，其特征在于：包括小腿支架、脚板、可变刚度磁流变弹性驱动器，其中可变刚度磁流变弹性驱动器由驱动制动部分和刚度调节机制构成，小腿支架绑在小腿上，脚板供足部踩踏，刚度调节机制连接小腿支架和脚板，驱动制动部分驱动刚度调节机制工作，其中：驱动制动部分包括驱动器底座、固定座A、电机A、行星减速器、磁流变制动器、同步带传动机构，所述固定座A固定于驱动器底座上，磁流变制动器的外壳固定于固定座A一侧，磁流变制动器中的转轴一端水平贯穿固定座A后从固定座A另一侧穿出，且转轴可自由转动，行星减速器的外壳固定于固定座A，电机A中电机轴的输出端与行星减速器的输入端同轴传动连接，同步带传动机构由两个同步带轮以及传动带构成，其中一个同步带轮同轴固定于固定座A内部的磁流变制动器的转轴上，另一个同步带轮同轴固定于行星减速器的输出端，并由传动带传动连接两个同步带轮；刚度调节机制包括固定座B、固定座C、电机B、丝杆螺母机构、连杆、关节连接件、关节传动轴、扭簧，所述固定座B固定于驱动器底座上，且固定座B位于转轴穿出固定座A的方向上，关节传动轴呈轴向水平并转动安装于固定座B中，关节连接件固定于关节传动轴随关节传动轴转动，关节连接件上端固定连接于固定座C下端，丝杆螺母机构中的丝杆呈轴向竖直并转动安装于固定座C内，电机B固定于固定座C上端，电机B的电机轴输出端与丝杆上端传动连接，所述扭簧设于固定座B和固定座A之间，扭簧由内圈、外圈和连接内、外圈的多个柔性单元构成，其中内圈同轴固定于磁流变制动器的转轴穿出固定座A的一端，所述连杆由圆板和连接于圆板径向一端的杆臂构成，其中圆板与扭簧的外圈同轴且面面相贴固定连接，连杆的杆臂平行于丝杆，杆臂中设有与杆臂延伸方向平行的导轨槽，丝杆螺母机构中螺母上固定有滑块，滑块滑动安装于杆臂的导轨槽中，所述小腿支架固定于固定座C一侧，脚板连接于固定座B对应于小腿支架所在方向一侧。