一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法，其针对人体下肢康复训练过程中如何高效、安全的实现恢复病人下肢的行走能力以及增加训练装置的适应性等问题，通过本发明实现了人体下肢5个运动自由度的全方位康复训练。该康复装置增设有角度、位移、压力传感器，通过检测病人的相关运动参数可进行自适应调整，且下肢外骨骼、调宽、调高机构以及反重力跑步机都采用了模块化设计，可根据康复病人的体型以及康复进展进行训练强度和幅度大小的调节，从而提高了适应性。将所设计的下肢外骨骼集成到了反重力跑步机上，增加了病人进行康复训练时的舒适性的同时，也提高了康复训练的效果。
【专利说明】
一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法
技术领域
[0001]本发明涉及医疗康复训练器械领域，具体是一种新型下肢外骨骼康复训练装置及训练方法。
【背景技术】
[0002]据有关资料显示，我国每年都会新增十万左右的肢体功能障碍的患者。这些患者给家庭和社会带来了巨大的负担，因此，十分有必要针对肢体康复开发出一套有效的疗法。运动训练法是一套十分有效的康复训练方法，它通过在康复器材上对下肢进行锻炼，刺激患者运动神经和肌肉，最终达到康复的目的。然而，就下肢康复训练而言，目前我国在该领域的研究成果不多，普遍存在训练模式单一，不能满足不同阶段康复病人的需求。或者是训练器材的自动化和智能化程度不高，训练费时费力，存在安全性或人性化程度偏低等问题。
[0003](I)中国发明专利CN103462781A是一种下肢康复机器人，通过电机连接减速器直接驱动下肢关节运动，且配有重心调节机构、腿间距调整机构和高度调节机构。其腿间距调整机构和高度调节机构都是手动调节方式，如果换一个病人就要调节一次的话会增加医护人员的工作量，不仅效率偏低，且无法保证有效的调整精度，致使康复效果偏低。专利CN103462781A中没有实时监测病人身体状况或运动状态的装置，对病人的康复效果评估仅凭医护人员的经验，无法实时精确地对康复疗效做出量化评估。专利CN10346281A采用电机加减速器直接驱动下肢关节运动，对电机的性能要求很高，如果没有限位装置，一旦电机不受控制就极可能会转动的角度过大，对病人造成伤害。
[0004](2)中国发明专利CN102335086A是一种六自由度足腿式下肢康复训练机器人，包含固定支架、跑台、可调节面板及外骨骼机械腿。专利CN102335086A的髋关节与减重机构固连，限制了病人进行步态康复时两条腿上下的相对移动和髋关节的旋内旋外自由度，无法准确模拟正常人行走时的步态规律，不利于病人的康复治疗。专利CN102335086A中的六自由度足腿式下肢康复训练机器人与病人的连接仅仅是用柔性带将病人的腿部与下肢康复外骨骼固定，没有辅助支撑装置，病人训练时上肢及腰部负担加大，会感觉疲乏甚至疼痛，不利于下肢的康复治疗。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种新型下肢外骨骼康复训练装置，以解决现有技术存在的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0007]一种新型下肢外骨骼康复训练装置，包括反重力跑步机400。所述反重力跑步机400包含有机架401、支撑气囊402、跑板、跑带、控制显示屏幕403。在机架上设有跑板和支撑气囊402，其中支撑气囊402位于跑板的上方，且设有一个圆孔。病人在进行康复训练时，病人的腰部位于支撑气囊402上的圆孔中。支撑气囊402充满气后，将病人的腰部夹持住。在跑板的长度方向上设有跑带。在机架的一端设有表盘。设有表盘的一端为反重力跑步机400的前端。所述跑板的宽度大于跑带的宽度。外露在跑带左、右两侧的跑板依次称为左侧跑板条、右侧跑板条。此外，还设有下肢外骨骼100、下肢外骨骼调宽机构200、下肢外骨骼调高机构 300。
[0008]在左侧跑板条、右侧跑板条上分别设有一个下肢外骨骼调高机构300。
[0009]在每个下肢外骨骼调高机构300朝向跑板的一侧均设有一个下肢外骨骼调宽机构200。
[0010]在每个下肢外骨骼调宽机构200朝向控制显示屏幕403的一侧均设有一个下肢外骨骼100。
[0011]通过下肢外骨骼调高机构300调节下肢外骨骼调宽机构200相对于跑带的高度。通过下肢外骨骼调宽机构200调节下肢外骨骼100相对于跑带的位置。
[0012]下肢外骨骼100负责当病人在反重力跑步机400上进行康复行走训练时，与病人的下肢相连接，并辅助病人的下肢运动。
[0013]采用本发明所述一种新型下肢外骨骼康复训练装置的训练方法，按如下步骤进行:
[0014]步骤1:将计算机控制系统500、反重力跑步机400通电。
[0015]向计算机控制系统500输入病人体型参数、康复训练参数。随后进入下一步。
[0016]步骤2:调节下肢外骨骼100的长度，使下肢外骨骼100的长度与病人小腿长度相匹配。随后进入下一步。
[0017]步骤3:通过下肢外骨骼调高机构300、下肢外骨骼调宽机构200，调节下肢外骨骼100的位置。
[0018]步骤4:令病人站到支撑气囊402的圆孔中，且病人的双腿分别站在一个下肢外骨骼100上。随后进入下一步。
[0019]步骤5:对支撑气囊402进行充气，由膨胀的支撑气囊402将患者的腰部包围并夹持起来，从而对病人一个向上的托力。
[0020]步骤6:通过控制显示屏幕403选择康复训练的工作模式:
[0021]当康复训练的工作模式被选为“主动/半主动模式”时，由肌电传感器采集病人的生理参数并向计算机控制系统500反馈。计算机控制系统500依据病人的生理参数对康复训练参数进行调整，随后将调整后的康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼100、反重力跑步机400中执行，随后进入步骤7。
[0022]当康复训练的工作模式被选为“被动模式”时，由计算机控制系统500将康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼100、反重力跑步机400和中执行，随后进入步骤7。
[0023]步骤7:由计算机控制系统500驱动下肢外骨骼100、反重力跑步机400运动，病人随之进行康复训练，随后进入步骤8。
[0024]步骤8:在病人进行康复训练的过程中，计算机控制系统500持续接收反重力跑步机400、下肢外骨骼调高机构300、下肢外骨骼调宽机构200，调节下肢外骨骼100反馈的信号，分别对反重力跑步机400、下肢外骨骼调高机构300、下肢外骨骼调宽机构200，调节下肢外骨骼100下达运行指令，随后进入步骤9。
[0025]步骤9:当病人完成步骤I设定的康复训练参数后，由计算机控制系统500控制下肢外骨骼100、反重力跑步机400的运行。病人从反重力跑步机400上下来，结束训练。
[0026]反之，计算机控制系统500控制下肢外骨骼100、反重力跑步机400的继续运行，直至病人完成康复训练。
[0027]本发明的有益技术效果:
[0028]本发明装置集被动、半主动、主动训练于一体，训练路径和训练强度可调，布置有多路传感器用于实时检测和显示病人的运动和身体参数，安全性好。采用以DSP为核心的运动控制卡，智能化程度高，控制可靠。采用先进的反重力跑步机作为病人康复训练时的载体，较以往悬挂式立式下肢康复训练器材，最大程度上减小了病人进行下肢康复训练时上肢所受到的压迫，提高了其舒适性，同时反重力跑步机重力可调的特点减小了病人下肢所受到的压力，提高了康复训练效果。具体有益技术效果如下:
[0029]I).本发明装置中单腿的下肢外骨骼部分的结构具有5个自由度，可以实现髋关节的屈伸、外展内收及旋内旋外3个自由度，膝关节的屈伸自由度和踝关节的屈伸自由度。其中，髋关节和膝关节的屈伸自由度是由电机驱动来完成的，髋关节的外展内收、旋内旋外自由度以及踝关节的屈伸自由度是由人体带动完成的，属于半约束自由度。本发明装置可以通过控制伺服电机的旋转运动，方便地实现步态规律在步幅、步频上的调整。通过对伺服电机的PID调节，可以控制电机的运动阻尼，从而实现病人的被动、半主动、主动训练。采用的连杆机构具有机械限位的功能，保证在任何情况下该康复机构都不会对病人造成二次伤害。且较一般的下肢康复训练机器人而言，且其结构紧凑，更为接近正常人行走时的步态规律。
[0030]2).本发明装置中的高度调节和宽度调节机构，能够自动进行高度和宽度调节，自动化和智能化程度高，大大减轻了医护人员的负担。配合下肢外骨骼腿部杆件长度可调的特点，能够适应多种不同体型病人的康复需求，适应性好。下肢外骨骼调宽机构、调高机构和下肢外骨骼机构都是独立的，具有模块化程度高、结构可调等特点。左右两个下肢的步态康复外骨骼互不影响，它们之间既可以进行协调动作，也可以对某一个下肢进行单独操作，增加了本发明装置的适应性和实用性。
[0031]3).本发明装置将下肢康复外骨骼与反重力跑步机相结合，最大程度上实现了病人康复训练时的舒适性和实用性。传统的下肢康复训练，大多使用悬吊装置将病人的上肢固定，承担身体的大部分重量，病人在长时间训练时会感到上肢麻木或疼痛。本发明装置将下肢康复外骨骼集成在反重力跑步机内，通过气囊托起病人的腰部从而承担病人的体重，病人的上肢完全是自由的。由于气囊是柔性的，病人的腰部并不会感到不适，而且在反重力跑步机上气囊所承受的病人体重是可调的，即可以根据病人的康复情况调节他的下肢所受到的压力，这大大增加了本发明装置对不同康复阶段病人的适应性。
[0032]4).本发明装置布置有多路传感器，可进行主/被动训练的同时，能够实时监测和显示病人的身体状况和运动参数。保证病人安全的同时，为医护人员提供定量的数据，方便他们对病人的身体恢复情况做出评估，人机交互十分方便。
【附图说明】
[0033]图1是下肢外骨骼康复训练装置的整体结构示意图。
[0034]图2是下肢.外骨骼康复训练装置隐藏反重力跑步机的支撑气囊后的示意图。
[0035]图3是下肢外骨骼局部结构不意图。
[0036]图4是下肢外骨骼整体结构示意图。
[0037]图5是下肢外骨骼调宽整体结构示意图。
[0038]图6是下肢外骨骼调高整体结构示意图。
[0039]图7是下肢外骨骼调高支撑架整体结构示意图。
[0040]图8是下肢外骨骼康复训练装置控制系统的控制流程图。
【具体实施方式】
[0041]现结合说明书附图详细说明本发明的结构特点。
[0042]参见图1和图2，一种新型下肢外骨骼康复训练装置，包括反重力跑步机400。所述反重力跑步机400包含有机架401、支撑气囊402、跑板、跑带、控制显示屏幕403。在机架上设有跑板和支撑气囊402，其中支撑气囊402位于跑板的上方，且设有一个圆孔。病人在进行康复训练时，病人的腰部位于支撑气囊402上的圆孔中。支撑气囊402充满气后，将病人的腰部夹持住。在跑板的长度方向上设有跑带。在机架的一端设有表盘。设有表盘的一端为反重力跑步机400的前端。所述跑板的宽度大于跑带的宽度。外露在跑带左、右两侧的跑板依次称为左侧跑板条、右侧跑板条。其特征在于:设有下肢外骨骼100、下肢外骨骼调宽机构200、下肢外骨骼调高机构300。
[0043]在左侧跑板条、右侧跑板条上分别设有一个下肢外骨骼调高机构300。
[0044]在每个下肢外骨骼调高机构300朝向跑板的一侧均设有一个下肢外骨骼调宽机构200。
[0045]在每个下肢外骨骼调宽机构200朝向控制显示屏幕403的一侧均设有一个下肢外骨骼100。
[0046]通过下肢外骨骼调高机构300调节下肢外骨骼调宽机构200相对于跑带的高度。通过下肢外骨骼调宽机构200调节下肢外骨骼100相对于跑带的位置。
[0047]下肢外骨骼100负责当病人在反重力跑步机400上进行康复行走训练时，与病人的下肢相连接，并辅助病人的下肢运动。
[0048]进一步说，设有计算机控制系统500，所述计算机控制系统500与下肢外骨骼100相连接。
[0049]由人工向计算机控制系统500输入控制参数。由计算机控制系统500将人工输入的控制参数转换成控制指令，并传递至下肢外骨骼100执行。
[0050]进一步说，设有计算机控制系统500，所述计算机控制系统500分别与下肢外骨骼100、下肢外骨骼调宽机构200、下肢外骨骼调高机构300、反重力跑步机400相连接。
[0051 ]由人工向计算机控制系统500输入控制参数。由计算机控制系统500将人工输入的控制参数转换成控制指令，并传递至下肢外骨骼100、下肢外骨骼调宽机构200、下肢外骨骼调高机构300、反重力跑步机400分别执行。
[0052]同时，人工向计算机控制系统500接收下肢外骨骼100、反重力跑步机400反馈的信号，并根据人工输入的控制参数对下肢外骨骼100、反重力跑步机400的运行进行调整。
[0053]参见图6，进一步说，所述下肢外骨骼调高机构300包括:背板301、纵向导向槽302、螺母座303、T形丝杠305、调高机构滚珠306、联轴器307、调高电机支架308、调高伺服电机309、调高支撑架310。
[0054]调高支撑架310为矩形块，如图7所示。调高支撑架310竖直放置。在调高支撑架310的一个侧面上设有开口。在调高支撑架310的开口处配有背板301。在与设有开口的侧面相对的调高支撑架310的另一侧面上开有窗口。
[0055]在背板301的长度方向的一端设有调高电机支架308。在调高电机支架308上设有调高伺服电机309。同过联轴器307将调高伺服电机309与T形丝杠305的一端相连接。
[0056]在T形丝杠305的杆身上套有一个调高机构滚珠306。
[0057]在调高机构滚珠306两端的T形丝杠305上分别设有I个螺母座303。所述螺母座303与背板301固定连接。
[0058]在位于T形丝杠305两侧的背板301上各设有I个纵向导向槽302。
[0059]纵向导向槽302、调高机构滚珠306经过调高支撑架310上的窗口与下肢外骨骼调宽机构200相连接。在调高伺服电机309的驱动下，带动下肢外骨骼调宽机构200沿T形丝杠305的长度方向移动。
[0060]参见图5，进一步说，所述下肢外骨骼调宽机构200包括:纵向导向套201、调高托板202、小带轮203、同步带204、大带轮205、调宽轴承座206、调宽丝杠207、调宽电机支架208、调宽伺服电机209、调宽托板210、调宽机构滚珠211、横向导向套212、横向导向槽213、支撑导向柱214、第一减震弹簧215、第二减震弹簧216。
[0061 ]调高托板202为矩形板。在调高托板202的一端设有纵向导向套201。在设有纵向导向套201—侧的调高托板202端部与相邻的下肢外骨骼调高机构300相连接。纵向导向套201与相邻的下肢外骨骼调高机构300相配合。
[0062]在调高托板202的一面上设有2个调宽轴承座206。在前述2个调宽轴承座206之间设有调宽丝杠207。
[0063]在调宽丝杠207上设有调宽机构滚珠211。在调宽机构滚珠211上设有调宽托板210。在调宽丝杠207两侧的调高托板202上设有横向导向槽213。所述横向导向槽213的长度方向与调宽丝杠207的长度方向相互平行。在调宽托板210上设有支撑导向柱214和横向导向套212。在支撑导向柱214上依次套有第一减震弹簧215、第二减震弹簧216。横向导向套212与相临的横向导向槽213相互配合。
[0064]在调宽丝杠207上设有大带轮205。
[0065]在与大带轮205相对应的调高托板202上开有长条孔。在靠近长条孔的调高托板202的另一面上设有调宽电机支架208。在调宽电机支架208上设有调宽伺服电机209。所述调宽伺服电机209上配有小带轮203。在调高托板202上的长条孔中设有一个同步带204。同步带204的两端分别与位于调高托板202两侧的小带轮203、大带轮205相连接。
[0066]参见图3和4，进一步说，所述下肢外骨骼100包括:髋关节托板101、锥齿轮102、髋关节轴承座103、转轴104、谐波减速器105、下肢端电机支架106、下肢端伺服电机107、下肢端第一连杆108、下肢端第二连杆109、角度传感器110、大腿上杆件111、大腿连接柔性带112、下肢端第一螺钉113、大腿下杆件114、电动缸115、螺栓螺母副116、夹具曲轴117、夹具底板118、夹具底板连接螺钉119、下肢端第三连杆120、角度传感器121、小腿上杆件122、小腿下杆件123、下肢端第二螺钉124、小腿连接柔性带125、脚部踏板126。
[0067]髋关节托板101为矩形板。在髋关节托板101的一端设有I对髋关节轴承座103。在髋关节轴承座103之间设有转轴104。在转轴104上装配有锥齿轮102。所述转轴104的一端延伸至相邻髋关节轴承座103的外部。延伸至髋关节轴承座103外部的转轴104的端部与下肢端第一连杆108的一端相连接。
[0068]在髋关节托板101的中部设有下肢端电机支架106。在下肢端电机支架106上设有下肢端伺服电机107。所述下肢端伺服电机107通过谐波减速器105与转轴104活动连接。
[0069]在髋关节托板101的另一端设有圆孔。在设有圆孔一端的髋关节托板101的端部设有矩形连接凸台。在朝向下肢端电机支架106—侧的矩形连接凸台上设有水平连接块。在水平连接块上开有圆孔。水平连接块上的圆孔与髋关节托板101上的圆孔相对应。在背向下肢端电机支架106—侧的矩形连接板上设有竖直连接块。
[0070]竖直连接块与大腿上杆件111的一端活动连接。所述大腿上杆件111呈矩形块状。在大腿上杆件111的表面设有角度传感器110和大腿上杆侧杆。所述大腿上杆侧杆与下肢端第一连杆108位于髋关节托板101的同一侧面。大腿上杆侧杆与下肢端第二连杆109的一端相连接。下肢端第二连杆109的另一端与下肢端第一连杆108的另一端相连接。
[0071]大腿下杆件114为中空的方管。大腿上杆件111的另一端固定在大腿下杆件114的一端开口中。
[0072]在大腿下杆件114的侧壁上设有电动缸115。电动缸115包括伸缩杆及固定在伸缩杆外部的电动缸套管。电动缸115的伸缩杆的端部与下肢端第三连杆120的一端相连接。
[0073]在设有电动缸115的大腿下杆件114的侧壁上设有夹具底板118。通过夹具底板连接螺钉119将夹具底板118固定在大腿下杆件114上。夹具底板118与I对夹具曲轴117的一端固定连接。通过螺栓螺母副116将前述夹具曲轴117的另一端连接在一起，进而将夹具曲轴117的曲部与电动缸115的伸缩杆外部的电动缸套管连接在一起。
[0074]在大腿下杆件114的侧壁上设有2根大腿连接柔性带112。
[0075]大腿下杆件114的另一端与小腿上杆件122的一端活动连接。与大腿下杆件114相连与小腿上杆件122的端部与下肢端第三连杆120的另一端活动连接。
[0076]小腿下杆件123为中空的方管。小腿上杆件122的另一端固定在小腿下杆件123—端的开口中。
[0077]在小腿下杆件123的侧壁上设有2根小腿连接柔性带125。在小腿下杆件123的另一端与脚部踏板126的一端活动连接。
[0078]进一步说，控制显示屏幕403带有参数设置单元。通过参数设置单元向反重力跑步机400输入病人的训练参数。
[0079]病人的训练参数的设置及运动状态的参数通过控制显示屏幕403显示病人进行训练时的运动状态。
[0080]参见图1至图7，优选的技术方案是，所述下肢外骨骼调高机构300包括:背板301、纵向导向槽302、螺母座303、调高位移传感器304、T形丝杠305、调高机构滚珠306、联轴器307、调高电机支架308、调高伺服电机309、调高支撑架310。
[0081 ]调高支撑架310为矩形块。调高支撑架310竖直放置。在调高支撑架310的一个侧面上设有开口。在调高支撑架310的开口处配有背板301。在与设有开口的侧面相对的调高支撑架310的另一侧面上开有窗口。在背板301的长度方向的一端设有调高电机支架308。在调高电机支架308上设有调高伺服电机309。同过联轴器307将调高伺服电机309与T形丝杠305的一端相连接。在T形丝杠305的杆身上套有一个调高机构滚珠306。在调高机构滚珠306两端的T形丝杠305上分别设有I个螺母座303。所述螺母座303与背板301固定连接。在位于T形丝杠305两侧的背板301上各设有I个纵向导向槽302。纵向导向槽302、调高机构滚珠306经过调高支撑架310上的窗口与下肢外骨骼调宽机构200相连接。在调高伺服电机309的驱动下，带动下肢外骨骼调宽机构200沿T形丝杠305的长度方向移动。在螺母座303上设有调高位移传感器304，通过调高位移传感器304检测调高机构滚珠306的位置。
[0082]所述下肢外骨骼调宽机构200包括:纵向导向套201、调高托板202、小带轮203、同步带204、大带轮205、调宽轴承座206、调宽丝杠207、调宽电机支架208、调宽伺服电机209、调宽托板210、调宽机构滚珠211、横向导向套212、横向导向槽213、支撑导向柱214、第一减震弹簧215、第二减震弹簧216、调宽位移传感器217。
[0083]调高托板202为矩形板。在调高托板202的一端设有纵向导向套201。在设有纵向导向套201—侧的调高托板202端部与相邻的下肢外骨骼调高机构300相连接。纵向导向套201与相邻的下肢外骨骼调高机构300相配合。
[0084]在调高托板202的一面上设有2个调宽轴承座206。在前述2个调宽轴承座206之间设有调宽丝杠207。
[0085]在调宽丝杠207上设有调宽机构滚珠211。在调宽机构滚珠211上设有调宽托板210。在调宽丝杠207两侧的调高托板202上设有横向导向槽213。所述横向导向槽213的长度方向与调宽丝杠207的长度方向相互平行。在调宽托板210上设有支撑导向柱214和横向导向套212。其中，横向导向套212设在朝向调高托板202—侧的调宽托板210的端面上，横向导向套212设在背向调高托板202—侧的调宽托板210的端面上。在支撑导向柱214上依次套有第一减震弹簧215、第二减震弹簧216。横向导向套212与相临的横向导向槽213相互配合。
[0086]在调宽丝杠207上设有调宽位移传感器217和大带轮205。所述调宽位移传感器217位于调宽丝杠207的一端，大带轮205位于调宽丝杠207的另一端。
[0087]在与大带轮205相对应的调高托板202上开有长条孔。在靠近长条孔的调高托板202的另一面上设有调宽电机支架208。在调宽电机支架208上设有调宽伺服电机209。所述调宽伺服电机209上配有小带轮203。小带轮203、大带轮205、调高托板202上的长条孔的位置相互对应。在调高托板202上的长条孔中设有一个同步带204。同步带204的两端分别与位于调高托板202两侧的小带轮203、大带轮205相连接。
[0088]所述下肢外骨骼100包括:髋关节托板101、锥齿轮102、髋关节轴承座103、转轴104、谐波减速器105、下肢端电机支架106、下肢端伺服电机107、下肢端第一连杆108、下肢端第二连杆109、角度传感器110、大腿上杆件111、大腿连接柔性带112、下肢端第一螺钉113、大腿下杆件114、电动缸115、螺栓螺母副116、夹具曲轴117、夹具底板118、夹具底板连接螺钉119、下肢端第三连杆120、角度传感器121、小腿上杆件122、小腿下杆件123、下肢端第二螺钉124、小腿连接柔性带125、脚部踏板126、压力传感器127。
[0089]髋关节托板101为矩形板。在髋关节托板101的一端设有I对髋关节轴承座103。在髋关节轴承座103之间设有转轴104。在转轴104上装配有锥齿轮102。所述转轴104的一端延伸至相邻髋关节轴承座103的外部。延伸至髋关节轴承座103外部的转轴104的端部与下肢端第一连杆108的一端相连接。
[0090]在髋关节托板101的中部设有下肢端电机支架106。在下肢端电机支架106上设有下肢端伺服电机107。所述下肢端伺服电机107通过谐波减速器105与转轴104活动连接。
[0091]在髋关节托板101的另一端设有圆孔。在设有圆孔一端的髋关节托板101的端部设有矩形连接凸台。在朝向下肢端电机支架106—侧的矩形连接凸台上设有水平连接块。在水平连接块上开有圆孔。水平连接块上的圆孔与髋关节托板101上的圆孔相对应。水平连接块上的圆孔、髋关节托板101上的圆孔用以与下肢外骨骼调宽机构200相连接。在背向下肢端电机支架106—侧的矩形连接凸台上设有竖直连接块。
[0092]竖直连接块与大腿上杆件111的一端活动连接。所述大腿上杆件111呈矩形块状。在大腿上杆件111的表面设有角度传感器110和大腿上杆侧杆。所述大腿上杆侧杆与下肢端第一连杆108位于髋关节托板101的同一侧面。大腿上杆侧杆与下肢端第二连杆109的一端相连接。下肢端第二连杆109的另一端与下肢端第一连杆108的另一端相连接。
[0093]大腿下杆件114为中空的方管。大腿上杆件111的另一端固定在大腿下杆件114的一端开口中。在大腿上杆件111的另一端的侧壁上开有一组螺钉孔。在与大腿上杆件111相连的大腿下杆件114的侧壁上开有螺钉孔，通过下肢端第一螺钉113将大腿上杆件111固定在大腿下杆件114中。
[0094]在大腿下杆件114的侧壁上设有电动缸115。电动缸115包括伸缩杆及固定在伸缩杆外部的电动缸套管。电动缸115的可以这么称呼伸缩杆的端部与下肢端第三连杆120的一端相连接。
[0095]在设有电动缸115的大腿下杆件114的侧壁上设有夹具底板118。通过夹具底板连接螺钉119将夹具底板118固定在大腿下杆件114上。夹具底板118与I对夹具曲轴117的一端固定连接。通过螺栓螺母副116将前述夹具曲轴117的另一端连接在一起，进而将夹具曲轴117的曲部与电动缸115的可以这么称呼伸缩杆外部的电动缸套管连接在一起。
[0096]在大腿下杆件114的侧壁上设有2根大腿连接柔性带112。
[0097]大腿下杆件114的另一端与小腿上杆件122的一端活动连接。与大腿下杆件114相连与小腿上杆件122的端部与下肢端第三连杆120的另一端活动连接。
[0098]小腿下杆件123为中空的方管。小腿上杆件122的另一端固定在小腿下杆件123—端的开口中。在小腿上杆件122的另一端的侧壁上开有一组螺钉孔。在与小腿上杆件122相连的小腿下杆件123的侧壁上开有螺钉孔，通过下肢端第二螺钉124将小腿上杆件122固定在小腿下杆件123中。
[0099]在小腿下杆件123的侧壁上设有2根小腿连接柔性带125。在小腿下杆件123的另一端与脚部踏板126的一端活动连接。在脚部踏板126上设有压力传感器127。
[0100]所述计算机控制系统500包括:运动控制卡、肌电传感器、通信电路、电源和人机操作界面。
[0101 ] 所述运动控制卡以DSP为运动控制核心。
[0102]所述肌电传感器布置在病人身上。肌电传感器负责检测病人的生理电信号。
[0103]运动控制卡经过通信电路分别与肌电传感器、人机操作界面、压力传感器127、下肢端伺服电机107、电动缸115、调宽伺服电机209、调宽位移传感器217、调高位移传感器304、调高伺服电机309、反重力跑步机400相连接。
[0104]通过人机操作界面向运动控制卡输入控制参数。
[0105]通过运动控制卡将输入的控制参数转换成控制指令，并分别传递至下肢端伺服电机107、电动缸115、调宽伺服电机209、调高伺服电机309、反重力跑步机400执行。
[0106]运动控制卡接收肌电传感器、压力传感器127、调宽位移传感器217、调高位移传感器304、反重力跑步机400反馈的信号，并结合控制参数对反重力跑步机400的运行状态、下肢外骨骼100的运行状态进行调整。
[0107]运动控制卡通过电源取电。
[0108]参见图8，采用本发明所述一种新型下肢外骨骼康复训练装置的训练方法，按如下步骤进行:
[0109]步骤1:将计算机控制系统500、反重力跑步机400通电。
[0110]向计算机控制系统500输入病人体型参数、康复训练参数。随后进入下一步。
[0111]步骤2:调节下肢外骨骼100的长度，使下肢外骨骼100的长度与病人小腿长度相匹配。随后进入下一步。
[0112]步骤3:通过下肢外骨骼调高机构300、下肢外骨骼调宽机构200，调节下肢外骨骼100的位置。
[0113]步骤4:令病人站到支撑气囊402的圆孔中，且病人的双腿分别站在一个下肢外骨骼100上。随后进入下一步。
[0114]步骤5:对支撑气囊402进行充气，由膨胀的支撑气囊402将患者的腰部包围并夹持起来，从而对病人一个向上的托力。
[0115]步骤6:通过控制显示屏幕403选择康复训练的工作模式:
[0116]当康复训练的工作模式被选为“主动/半主动模式”时，由肌电传感器采集病人的生理参数并向计算机控制系统500反馈。计算机控制系统500依据病人的生理参数对康复训练参数进行调整，随后将调整后的康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼100、反重力跑步机400中执行，随后进入步骤7。
[0117]当康复训练的工作模式被选为“被动模式”时，由计算机控制系统500将康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼100、反重力跑步机400和中执行，随后进入步骤7。
[0118]步骤7:由计算机控制系统500驱动下肢外骨骼100、反重力跑步机400运动，病人随之进行康复训练，随后进入步骤8。
[0119]步骤8:在病人进行康复训练的过程中，计算机控制系统500持续接收反重力跑步机400、下肢外骨骼调高机构300、下肢外骨骼调宽机构200，调节下肢外骨骼100反馈的信号，分别对反重力跑步机400、下肢外骨骼调高机构300、下肢外骨骼调宽机构200，调节下肢外骨骼100下达运行指令，随后进入步骤9。
[0120]步骤9:当病人完成步骤I设定的康复训练参数后，由计算机控制系统500控制下肢外骨骼100、反重力跑步机400的运行。病人从反重力跑步机400上下来，结束训练。
[0121]反之，计算机控制系统500控制下肢外骨骼100、反重力跑步机400的继续运行，直至病人完成康复训练。
[0122]参见图8，优选的技术方案是，采用本发明所述一种新型下肢外骨骼康复训练装置的训练方法，按如下步骤进行:
[0123]步骤1:将计算机控制系统500、反重力跑步机400通电。
[0124]向计算机控制系统500输入病人体型参数、康复训练参数。随后进入下一步。
[0125]步骤2:通过调节大腿上杆件111与大腿下杆件114的相对位置，调节下肢外骨骼100的上段与病人大腿长度相匹配。随后进入下一步。
[0126]通过调节小腿上杆件122与小腿下杆件123的相对位置，调节下肢外骨骼100的下段与病人小腿长度相匹配。随后进入下一步。
[0127]步骤3:通过驱动调高伺服电机309、调宽伺服电机209，实现下肢外骨骼调高机构300的高度调节、下肢外骨骼调宽机构200的宽窄调节的功能，实现下肢外骨骼100的位置调
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[0128]步骤4:令病人站到支撑气囊402的圆孔中，且病人的双腿分别站在一个下肢外骨骼100上。随后进入下一步。
[0129]步骤5:对支撑气囊402进行充气，由膨胀的支撑气囊402将患者的腰部包围并夹持起来，从而对病人一个向上的托力。
[0130]步骤6:通过控制显示屏幕403选择康复训练的工作模式:
[0131]当康复训练的工作模式被选为“主动/半主动模式”时，由肌电传感器采集病人的生理参数并向计算机控制系统500反馈。计算机控制系统500依据病人的生理参数对康复训练参数进行调整，随后将调整后的康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼100、反重力跑步机400中执行，随后进入步骤7。
[0132]当康复训练的工作模式被选为“被动模式”时，由计算机控制系统500将康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼100、反重力跑步机400和中执行，随后进入步骤7。
[0133]步骤7:由计算机控制系统500中的运动控制卡驱动下肢端伺服电机107、电动缸115运动/伸缩，实现下肢外骨骼100的运动，随后进入步骤8。
[0134]步骤8:运动控制卡接收压力传感器127、调宽位移传感器217、调高位移传感器304反馈的信号，分别对下肢端伺服电机107、电动缸115、调宽伺服电机209、调高伺服电机309下达运行指令，随后进入步骤9。
[0135]步骤9:当病人完成步骤I设定的康复训练参数后，由计算机控制系统500控制下肢外骨骼100、反重力跑步机400的运行。病人从反重力跑步机400上下来，结束训练。
[0136]反之，计算机控制系统500控制下肢外骨骼100、反重力跑步机400的继续运行，直至病人完成康复训练。
[0137]在图1中的反重力跑步机支撑气囊402被固定安装在反重力跑步机机架401上，支撑气囊402完全将下肢康复外骨骼包裹，只留下一个出口用于固定支撑康复训练的患者。患者进行康复训练时，将支撑气囊402内充满超过一个大气压的压力可调气体，从而将患者的腰部托起，达到一个“悬浮”的效果。由于支撑气囊402是柔性的，所以它对患者的腰部有一个保护支撑作用，患者在受到支撑气囊402托举力的同时，对下肢的压迫力减小，这更加促进了下肢康复训练的效果。支撑气囊402产生的托举力是可调的，这增加了本发明装置对不同康复阶段患者的适应性。
[0138]图2是隐藏反重力跑步机气囊后所发明下肢外骨骼康复训练装置安装在反重力跑步机上的结构示意图。所发明的下肢外骨骼康复训练装置的训练主体结构由下肢外骨骼100、下肢外骨骼调宽机构200以及下肢外骨骼调高机构300组成。其中下肢外骨骼100与下肢外骨骼调宽机构200是半约束连接，具体是下肢外骨骼100上的髋关节托板101的端部留有一突出的圆孔，将其套在下肢外骨骼调宽机构200上的支撑导向柱214上，从而髋关节托板101只能绕着支撑导向柱214做左右的摆动和上下的直线移动，其中直线移动时会受到第一减震弹簧215和第二减震弹簧216弹力的约束，起到缓冲隔震的作用。下肢外骨骼100的作用是穿戴在病人身上以带动病人完成步态康复训练。下肢外骨骼调宽机构200通过螺母座和导向装置与调高机构300固连，具体是通过调高托板202的端部安装的4个导向套201与调高机构300上的纵向导向槽302连接，以及调高托板202通过螺钉与调高机构滚珠306固连，最终使得整个下肢外骨骼调宽机构200能够沿着T形丝杠305做竖直方向上的移动。下肢外骨骼调宽机构200的作用是带动下肢外骨骼100做左右方向的水平横移，调节下肢外骨骼100与患者髋部的水平距离。下肢外骨骼调高机构300与反重力跑步机机架401固连，具体是通过螺钉将调高支撑架310与反重力跑步机机架401固连。下肢外骨骼调高机构300的作用是带动下肢外骨骼调宽机构200和下肢外骨骼100做上下的直线运动，最终调节下肢外骨骼100与患者髋部的竖直距离。
[0139]图3是下肢外骨骼100局部结构示意图。大腿上杆件111和大腿下杆件114上布置有螺纹孔，通过下肢端第一螺钉113将二者固连，通过调节螺钉螺孔的不同位置，从而可以调节整个大腿杆件的长度。大腿下杆件114上还连接有电动缸115，电动缸115的顶部通过螺栓螺母配合与大腿下杆114件相连，用于确定电动缸的安装位置。而电动缸115的缸体则通过缸体夹具与大腿下杆件114相连。缸体夹具由四部分组成:夹具底板118、夹具曲轴117、夹具底板连接螺钉119以及连接夹具曲轴的螺栓螺母副116。夹具底板118通过夹具底板连接螺钉119与大腿下杆件114固连，夹具曲轴117通过转动销连接在夹具底板118上，通过螺栓螺母副118调节夹具曲轴117之间的距离，从而夹紧电动缸115的缸体，固定电动缸115的安装位置。小腿上杆件122通过转动副与大腿下杆件114相连，电动缸115的输出轴通过转动副与下肢端第三连杆120的一侧相连，下肢端第三连杆120的另一侧则通过转动副与小腿上杆件122相连。电动缸115的输出轴的直线运动通过下肢端第三连杆120的连接，最终转化为小腿上杆件122绕大腿下杆件114末端的转动，从而实现了膝关节的屈伸运动。同样的，小腿上杆件122和小腿下杆件123上均布有螺孔，通过下肢端第二螺钉124连接和调节二者之间的距离。脚部踏板126通过转动副与小腿下杆件123相连，实现了踝关节的屈伸运动。同时，脚部踏板126和小腿下杆件123的转动连接部位，均有一块突出的限位块，它可以限制患者踝关节转动的极限角度，避免患者的踝关节受到伤害。在脚部踏板126与患者足底的接触面上，还设有压力传感器127，用来实时监测患者足底所受的压力，确保康复过程的安全性。整个下肢外骨骼通过柔性带112和125分别固定在患者的大腿和小腿上，从而带动患者进行康复训练。
[0140]图4是下肢外骨骼整体结构示意图。其中，下肢外骨骼髋关节的驱动机构及其与大腿上杆件111的连接机构主要安放在髋关节托板101上，下肢外骨骼髋关节的驱动机构工作原理如下:下肢端伺服电机107被安装在下肢端电机支架106上，下肢端电机支架106通过螺栓螺母配合与髋关节托板101上。下肢端伺服电机107的输出轴与谐波减速器105的输入端连接，谐波减速器105的输出端，通过一对锥齿轮102的配合，将下肢端伺服电机105的转动转化为安装在一对髋关节轴承座103上的转轴104的转动。转轴104靠近人体外侧的轴端，固连在下肢端第一连杆108的一端，下肢端第一连杆108的另一端通过转动副与下肢端第二连杆109的一端连接，下肢端第二连杆109的另一端则通过转动副连接到大腿上杆件111的突出部分。当下肢端伺服电机107工作时，经过减速传动机构后，转化为转轴104的转动，转轴104则通下肢端第一连杆108和下肢端第一连杆108驱动大腿上杆件绕着髋关节托板101上最前端的突出部分转动，下肢端第一连杆108、下肢端第二连杆109、大腿上杆件111以及髋关节托板101共同组成了一个曲柄摇杆机构，其中，下肢端第一连杆108是曲柄，下肢端第二连杆109是连杆，大腿上杆件111是摇杆，髋关节托板101是机架。当然，也可以将下肢端第一连杆108的曲柄作用换成是摇杆作用，则整个机构变成了双摇杆机构，其原理是相同的。之所以这里采用曲柄摇杆机构，是考虑到曲柄摇杆机构具有急回特性以及它的结构更加紧凑。在下肢端伺服电机107的尾端，髋关节托板101上有一块突出的圆柱孔，它是用来与外骨骼调宽机构200的支撑导向柱214做同轴安装使用的，从而限定髋关节托板101只有沿着支撑导向柱214上下移动和绕着支撑导向柱214左右转动的自由度，髋关节托板101沿着支撑导向柱214上下直线移动时会受到第一减震弹簧215和第二减震弹簧216弹力的约束，起到缓冲隔震的作用。在下肢外骨骼100的髋关节和膝关节转动部位，安装了角度传感器110和121，使用它们实时检测病人关节的运动角度，用来与预期的步态曲线相比较，形成一个更加精确的闭环控制。
[0141]图5是下肢外骨骼调宽机构200的结构示意图。它的结构主体被安装在调高托板202上。调高托板202的4个角部安装有导向套201，用导向套201与下肢外骨骼调高机构300的导向槽302连接，以及调高托板202通过螺钉与调高机构滚珠306固连，最终使得整个下肢外骨骼调宽机构200只能够沿着T形丝杠305做竖直方向上的移动。调宽伺服电机209被安装在调宽电机支架208上，电机支架通过螺栓螺母配合被固定在调高托板202上，调宽伺服电机209的输出端连接有小带轮203，通过同步带204将转动传递给大带轮205，大带轮205被固定安装在调宽丝杠207上，丝杠的两端固定安装在调宽轴承座206上，调宽轴承座206与调高托板202通过螺钉固连。在调宽丝杠207上，同轴安装有调宽机构滚珠211，滚珠上固定安装有调宽托板210，调宽托板210的脚部固连有导向套212，导向套可以沿着固连在调高托板202上的导向槽213沿水平方向横移。调高托板210上通过螺纹螺孔配合固连有支撑导向柱214，上面同轴安装有第一减震弹簧215和第二减震弹簧216，它们与图4中下肢端伺服电机107后面的髋关节托板101上突出的圆柱孔同轴安装。在里侧的调宽轴承座206处，安装有非接触式的调宽位移传感器217，用来检测调宽托板210的位置，形成一个闭环控制，提高调宽托板210的位置精度。下肢外骨骼调宽机构200的工作原理如下:调宽伺服电机209的转动经过同步带传动机构最终被转化为丝杠的转动，丝杠的转动又转化为调宽机构滚珠211沿水平方向的左右移动，最终调宽机构滚珠211带动托板210及其上的下肢外骨骼100做水平方向的左右移动。
[0142]如图6所示是下肢外骨骼调高机构的示意图。它的主体被安装在背板301上，背板301通过螺钉与调高支撑架310固连。调高伺服电机309安装在调高电机支架308上，调高电机支架308通过螺栓螺母配合与背板301固连。伺服电机308的输出端和联轴器307相连，联轴器307的另一端则连接T形丝杠305 J形丝杠305安装在螺母座303上，螺母座303通过螺钉与背板301固连。T形丝杠上同轴安装有调高机构滚珠306，调高机构滚珠306则与调高托板202固定连接。在螺母座303上，安装有调高位移传感器304，可检测反馈调高机构滚珠306的位置，形成闭环控制。整个下肢外骨骼调高机构的工作原理如下:调高伺服电机309转动，通过联轴器307带动T形丝杠305转动，则调高机构滚珠306带动调高托板202沿着竖直方向直线运动，最终带动下肢外骨骼调宽机构200和下肢外骨骼100在竖直方向上直线运动，将下肢外骨骼100调节到与病人相适应的高度。
[0143]如图7所示为下肢外骨骼调高支撑架的结构示意图。它的后侧通过螺钉螺孔配合与下肢外骨骼调高机构300中的背板301固连，它的底部则通过螺钉螺孔配合固定在反重力跑步机的机架401上。
[0144]如图8所示为所述新型下肢外骨骼康复训练装置控制系统的控制流程图。控制流程为:开机进行初始化—根据病人的身高体型将大小腿杆件的长度调制合适尺寸—输入病人体型参数，系统自动将下肢外骨骼调宽、调高机构驱动至合理位置—病人进入跑步机，穿上下肢外骨骼—反重力跑步机气囊开始充气，将病人托举固定—选择训练模式—根据选择的训练模式，运动控制卡驱动电机进行动作—电机带动传动机构和执行机构进行动作，完成康复训练。
【主权项】
1.一种新型下肢外骨骼康复训练装置，包括反重力跑步机(400);所述反重力跑步机(400)包含有机架(401)、支撑气囊(402)、跑板、跑带、可以增加控制显示屏幕(403);在机架上设有跑板和支撑气囊(402)，其中支撑气囊(402)位于跑板的上方，且设有一个圆孔;病人在进行康复训练时，病人的腰部位于支撑气囊(402)上的圆孔中；支撑气囊(402)充满气后，将病人的腰部夹持住;在跑板的长度方向上设有跑带;在机架的一端设有表盘;设有表盘的一端为反重力跑步机(400)的前端;所述跑板的宽度大于跑带的宽度;外露在跑带左、右两侧的跑板依次称为左侧跑板条、右侧跑板条;其特征在于:设有下肢外骨骼(100)、下肢外骨骼调宽机构(200)、下肢外骨骼调高机构(300); 在左侧跑板条、右侧跑板条上分别设有一个下肢外骨骼调高机构(300); 在每个下肢外骨骼调高机构(300)朝向跑板的一侧均设有一个下肢外骨骼调宽机构(200); 在每个下肢外骨骼调宽机构(200)朝向控制显示屏幕(403)的一侧均设有一个下肢外骨骼(100); 通过下肢外骨骼调高机构(300)调节下肢外骨骼调宽机构(200)相对于跑带的高度;通过下肢外骨骼调宽机构(200)调节下肢外骨骼(100)相对于跑带的位置； 下肢外骨骼(100)负责当病人在反重力跑步机(400)上进行康复行走训练时，与病人的下肢相连接，并辅助病人的下肢运动。2.根据权利要求1所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:设有计算机控制系统(500)，所述计算机控制系统(500)与下肢外骨骼(100)相连接；由人工向计算机控制系统(500)输入控制参数；由计算机控制系统(500)将人工输入的控制参数转换成控制指令，并传递至下肢外骨骼(100)执行。3.根据权利要求1所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:设有计算机控制系统(500)，所述计算机控制系统(500)分别与下肢外骨骼(100)、下肢外骨骼调宽机构(200)、下肢外骨骼调高机构(300)、反重力跑步机(400)相连接； 由人工向计算机控制系统(500)输入控制参数；由计算机控制系统(500)将人工输入的控制参数转换成控制指令，并传递至下肢外骨骼(100)、下肢外骨骼调宽机构(200)、下肢外骨骼调高机构(300)、反重力跑步机(400)分别执行； 同时，人工向计算机控制系统(500)接收下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)反馈的信号，并根据人工输入的控制参数对下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)的运行进行调整。4.根据权利要求1、2或3所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:所述下肢外骨骼调高机构(300)包括:背板(301)、纵向导向槽(302)、螺母座(303)、T形丝杠(305)、调高机构滚珠(306)、联轴器(307)、调高电机支架(308)、调高伺服电机(309)、调高支撑架(310); 调高支撑架(310)为矩形块;调高支撑架(310)竖直放置;在调高支撑架(310)的一个侧面上设有开口 ；在调高支撑架(310)的开口处配有背板(301);在与设有开口的侧面相对的调高支撑架(310)的另一侧面上开有窗口； 在背板(301)的长度方向的一端设有调高电机支架(308);在调高电机支架(308)上设有调高伺服电机(309);同过联轴器(307)将调高伺服电机(309)与T形丝杠(305)的一端相连接； 在T形丝杠(305)的杆身上套有一个调高机构滚珠(306); 在调高机构滚珠(306)两端的T形丝杠(305)上分别设有I个螺母座(303);所述螺母座(303)与背板(301)固定连接； 在位于T形丝杠(305)两侧的背板(301)上各设有I个纵向导向槽(302); 纵向导向槽(302)、调高机构滚珠(306)经过调高支撑架(310)上的窗口与下肢外骨骼调宽机构(200)相连接;在调高伺服电机(309)的驱动下，带动下肢外骨骼调宽机构(200)沿T形丝杠(305)的长度方向移动。5.根据权利要求1、2或3所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:所述下肢外骨骼调宽机构(200)包括:纵向导向套(201)、调高托板(202)、小带轮(203)、同步带(204)、大带轮(205)、调宽轴承座(206)、调宽丝杠(207)、调宽电机支架(208)、调宽伺服电机(209)、调宽托板(210)、调宽机构滚珠(211)、横向导向套(212)、横向导向槽(213)、支撑导向柱(214)、第一减震弹簧(215)、第二减震弹簧(216); 调高托板(202)为矩形板;在调高托板(202)的一端设有纵向导向套(201);在设有纵向导向套(201)—侧的调高托板(202)端部与相邻的下肢外骨骼调高机构(300)相连接;纵向导向套(201)与相邻的下肢外骨骼调高机构(300)相配合； 在调高托板(202)的一面上设有2个调宽轴承座(206);在前述2个调宽轴承座(206)之间设有调宽丝杠(207); 在调宽丝杠(207)上设有调宽机构滚珠(211);在调宽机构滚珠(211)上设有调宽托板(210);在调宽丝杠(207)两侧的调高托板(202)上设有横向导向槽(213);所述横向导向槽(213)的长度方向与调宽丝杠(207)的长度方向相互平行;在调宽托板(210)上设有支撑导向柱(214)和横向导向套(212);在支撑导向柱(214)上依次套有第一减震弹簧(215)、第二减震弹簧(216);横向导向套(212)与相邻的横向导向槽(213)相互配合； 在调宽丝杠(207)上设有大带轮(205); 在与大带轮(205)相对应的调高托板(202)上开有长条孔；在靠近长条孔的调高托板(202)的另一面上设有调宽电机支架(208);在调宽电机支架(208)上设有调宽伺服电机(209);所述调宽伺服电机(209)上配有小带轮(203);在调高托板(202)上的长条孔中设有一个同步带(204);同步带(204)的两端分别与位于调高托板(202)两侧的小带轮(203)、大带轮(205)相连接。6.根据权利要求1、2或3所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:所述下肢外骨骼(100)包括:髋关节托板(101)、锥齿轮(102)、髋关节轴承座(103)、转轴(104)、谐波减速器(105)、下肢端电机支架(106)、下肢端伺服电机(107)、下肢端第一连杆(108)、下肢端第二连杆(109)、角度传感器(110)、大腿上杆件(111)、大腿连接柔性带(112)、下肢端第一螺钉(113)、大腿下杆件(114)、电动缸(115)、螺栓螺母副(116)、夹具曲轴(117)、夹具底板(118)、夹具底板连接螺钉(119)、下肢端第三连杆(120)、角度传感器(121)、小腿上杆件(122)、小腿下杆件(123)、下肢端第二螺钉(124)、小腿连接柔性带(125)、脚部踏板(126); 髋关节托板(101)为矩形板;在髋关节托板(101)的一端设有I对髋关节轴承座(103);在髋关节轴承座(103)之间设有转轴(104);在转轴(104)上装配有锥齿轮(102);所述转轴(104)的一端延伸至相邻髋关节轴承座(103)的外部;延伸至髋关节轴承座(103)外部的转轴(104)的端部与下肢端第一连杆(108)的一端相连接； 在髋关节托板(101)的中部设有下肢端电机支架(106);在下肢端电机支架(106)上设有下肢端伺服电机(107);所述下肢端伺服电机(107)通过谐波减速器(105)与转轴(104)活动连接； 在髋关节托板(101)的另一端设有圆孔;在设有圆孔一端的髋关节托板(101)的端部设有矩形连接凸台；在朝向下肢端电机支架(106)—侧的矩形连接凸台上设有水平连接块;在水平连接块上开有圆孔;水平连接块上的圆孔与髋关节托板(101)上的圆孔相对应;在背向下肢端电机支架(106)—侧的矩形连接凸台上设有竖直连接块； 竖直连接块与大腿上杆件(I 11)的一端活动连接;所述大腿上杆件(111)呈矩形块状；在大腿上杆件(111)的表面设有大腿上杆侧杆;所述大腿上杆侧杆与下肢端第一连杆(108)位于髋关节托板(101)的同一侧面;大腿上杆侧杆与下肢端第二连杆(109)的一端相连接；下肢端第二连杆(109)的另一端与下肢端第一连杆(108)的另一端相连接； 大腿下杆件(114)为中空的方管；大腿上杆件(111)的另一端固定在大腿下杆件(114)的一端开口中； 在大腿下杆件(I 14)的侧壁上设有电动缸(I 15);电动缸(I 15)包括伸缩杆及固定在伸缩杆外部的电动缸套管；电动缸(115)的伸缩杆的端部与下肢端第三连杆(120)的一端相连接； 在设有电动缸(I 15)的大腿下杆件(I 14)的侧壁上设有夹具底板(I 18);通过夹具底板连接螺钉(119)将夹具底板(118)固定在大腿下杆件(114)上;夹具底板(118)与I对夹具曲轴(117)的一端固定连接;通过螺栓螺母副(116)将前述夹具曲轴(117)的另一端连接在一起，进而将夹具曲轴(117)的曲部与电动缸(115)的伸缩杆外部的电动缸套管连接在一起； 在大腿下杆件(114)的侧壁上设有2根大腿连接柔性带(112); 大腿下杆件(114)的另一端与小腿上杆件(122)的一端活动连接;与大腿下杆件(114)相连与小腿上杆件(122)的端部与下肢端第三连杆(120)的另一端活动连接； 小腿下杆件(123)为中空的方管；小腿上杆件(122)的另一端固定在小腿下杆件(123)一端的开口中； 在小腿下杆件(123)的侧壁上设有2根小腿连接柔性带(125);在小腿下杆件(123)的另一端与脚部踏板(126)的一端活动连接。7.根据权利要求1、2或3所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:控制显示屏幕(403)带有参数设置单元;通过参数设置单元向反重力跑步机(400)输入病人的训练参数;病人的训练参数的设置及运动状态的参数通过控制显示屏幕(403)显示病人进行VI丨练时的运动状态。8.根据权利要求1、2或3所述的一种新型下肢外骨骼康复训练装置，其特征在于:所述下肢外骨骼调高机构(300)包括:背板(301)、纵向导向槽(302)、螺母座(303)、调高位移传感器(304)、T形丝杠(305)、调高机构滚珠(306)、联轴器(307)、调高电机支架(308)、调高伺服电机(309)、调高支撑架(310); 调高支撑架(310)为矩形块;调高支撑架(310)竖直放置;在调高支撑架(310)的一个侧面上设有开口 ；在调高支撑架(310)的开口处配有背板(301);在与设有开口的侧面相对的调高支撑架(310)的另一侧面上开有窗口；在背板(301)的长度方向的一端设有调高电机支架(308);在调高电机支架(308)上设有调高伺服电机(309);同过联轴器(307)将调高伺服电机(309)与T形丝杠(305)的一端相连接;在T形丝杠(305)的杆身上套有一个调高机构滚珠(306);在调高机构滚珠(306)两端的T形丝杠(305)上分别设有I个螺母座(303);所述螺母座(303)与背板(301)固定连接;在位于T形丝杠(305)两侧的背板(301)上各设有I个纵向导向槽(302);纵向导向槽(302)、调高机构滚珠(306)经过调高支撑架(310)上的窗口与下肢外骨骼调宽机构(200)相连接;在调高伺服电机(309)的驱动下，带动下肢外骨骼调宽机构(200)沿T形丝杠(305)的长度方向移动;在螺母座(303)上设有调高位移传感器(304)，通过调高位移传感器(304)检测调高机构滚珠(306)的位置；所述下肢外骨骼调宽机构(200)包括:纵向导向套(201)、调高托板(202)、小带轮(203)、同步带(204)、大带轮(205)、调宽轴承座(206)、调宽丝杠(207)、调宽电机支架(208)、调宽伺服电机(209)、调宽托板(210)、调宽机构滚珠(211)、横向导向套(212)、横向导向槽(213)、支撑导向柱(214)、第一减震弹簧(215)、第二减震弹簧(216)、调宽位移传感器(217); 调高托板(202)为矩形板;在调高托板(202)的一端设有纵向导向套(201);在设有纵向导向套(201)—侧的调高托板(202)端部与相邻的下肢外骨骼调高机构(300)相连接;纵向导向套(201)与相邻的下肢外骨骼调高机构(300)相配合； 在调高托板(202)的一面上设有2个调宽轴承座(206);在前述2个调宽轴承座(206)之间设有调宽丝杠(207); 在调宽丝杠(207)上设有调宽机构滚珠(211);在调宽机构滚珠(211)上设有调宽托板(210);在调宽丝杠(207)两侧的调高托板(202)上设有横向导向槽(213);所述横向导向槽(213)的长度方向与调宽丝杠(207)的长度方向相互平行;在调宽托板(210)上设有支撑导向柱(214)和横向导向套(212);其中，横向导向套(212)设在朝向调高托板(202)—侧的调宽托板(210)的端面上，横向导向套(212)设在背向调高托板(202) 一侧的调宽托板(210)的端面上；是不是可以写成:横向导向套(212)安装在横向导向槽(213)上，与调宽托板(210)位于调高托板(202)的同一侧在支撑导向柱(214)上依次套有第一减震弹簧(215)、第二减震弹簧(216);横向导向套(212)与相临的横向导向槽(213)相互配合； 在调宽丝杠(207)上设有调宽位移传感器(217)和大带轮(205);所述调宽位移传感器(217)位于调宽丝杠(207)的一端，大带轮(205)位于调宽丝杠(207)的另一端；在与大带轮(205)相对应的调高托板(202)上开有长条孔；在靠近长条孔的调高托板(202)的另一面上设有调宽电机支架(208);在调宽电机支架(208)上设有调宽伺服电机(209);所述调宽伺服电机(209)上配有小带轮(203);小带轮(203)、大带轮(205)、调高托板(202)上的长条孔的位置相互对应;在调高托板(202)上的长条孔中设有一个同步带(204);同步带(204)的两端分别与位于调高托板(202)两侧的小带轮(203)、大带轮(205)相连接。 所述下肢外骨骼(100)包括:髋关节托板(101)、锥齿轮(102)、髋关节轴承座(103)、转轴(104)、谐波减速器(105)、下肢端电机支架(106)、下肢端伺服电机(107)、下肢端第一连杆(108)、下肢端第二连杆(109)、角度传感器(110)、大腿上杆件(111)、大腿连接柔性带(112)、下肢端第一螺钉(113)、大腿下杆件(114)、电动缸(115)、螺栓螺母副(116)、夹具曲轴(117)、夹具底板(118)、夹具底板连接螺钉(119)、下肢端第三连杆(120)、角度传感器(121)、小腿上杆件(122)、小腿下杆件(123)、下肢端第二螺钉(124)、小腿连接柔性带(125)、脚部踏板(126)、压力传感器(127); 髋关节托板(101)为矩形板;在髋关节托板(101)的一端设有I对髋关节轴承座(103);在髋关节轴承座(103)之间设有转轴(104);在转轴(104)上装配有锥齿轮(102);所述转轴(104)的一端延伸至相邻髋关节轴承座(103)的外部;延伸至髋关节轴承座(103)外部的转轴(104)的端部与下肢端第一连杆(108)的一端相连接； 在髋关节托板(101)的中部设有下肢端电机支架(106);在下肢端电机支架(106)上设有下肢端伺服电机(107);所述下肢端伺服电机(107)通过谐波减速器(105)与转轴(104)活动连接； 在髋关节托板(101)的另一端设有圆孔;在设有圆孔一端的髋关节托板(101)的端部设有矩形连接凸台；在朝向下肢端电机支架(106)—侧的矩形连接凸台上设有水平连接块;在水平连接块上开有圆孔;水平连接块上的圆孔与髋关节托板(101)上的圆孔相对应;水平连接块上的圆孔、髋关节托板(101)上的圆孔用以与下肢外骨骼调宽机构(200)相连接;在背向下肢端电机支架(106)—侧的矩形连接板上设有竖直连接块； 竖直连接块与大腿上杆件(I 11)的一端活动连接;所述大腿上杆件(111)呈矩形块状；在大腿上杆件(111)的表面设有角度传感器(110)和大腿上杆侧杆;所述大腿上杆侧杆与下肢端第一连杆(108)位于髋关节托板(101)的同一侧面;大腿上杆侧杆与下肢端第二连杆(109)的一端相连接;下肢端第二连杆(109)的另一端与下肢端第一连杆(108)的另一端相连接； 大腿下杆件(114)为中空的方管；大腿上杆件(111)的另一端固定在大腿下杆件(114)的一端开口中；在大腿上杆件(111)的另一端的侧壁上开有一组螺钉孔;在与大腿上杆件(111)相连的大腿下杆件(114)的侧壁上开有螺钉孔，通过下肢端第一螺钉(113)将大腿上杆件(111)固定在大腿下杆件(114)中； 在大腿下杆件(114)的侧壁上设有电动缸(115);电动缸(115)包括伸缩杆及固定在伸缩杆外部的电动缸套管；电动缸(115)的伸缩杆的端部与下肢端第三连杆(120)的一端相连接； 在设有电动缸(I 15)的大腿下杆件(I 14)的侧壁上设有夹具底板(I 18);通过夹具底板连接螺钉(119)将夹具底板(118)固定在大腿下杆件(114)上;夹具底板(118)与I对夹具曲轴(117)的一端固定连接;通过螺栓螺母副(116)将前述夹具曲轴(117)的另一端连接在一起，进而将夹具曲轴(117)的曲部与电动缸(115)的伸缩杆外部的电动缸套管连接在一起； 在大腿下杆件(114)的侧壁上设有2根大腿连接柔性带(112); 大腿下杆件(114)的另一端与小腿上杆件(122)的一端活动连接;与大腿下杆件(114)相连与小腿上杆件(122)的端部与下肢端第三连杆(120)的另一端活动连接； 小腿下杆件(123)为中空的方管；小腿上杆件(122)的另一端固定在小腿下杆件(123)一端的开口中；在小腿上杆件(122)的另一端的侧壁上开有一组螺钉孔;在与小腿上杆件(122)相连的小腿下杆件(123)的侧壁上开有螺钉孔，通过下肢端第二螺钉(124)将小腿上杆件(122)固定在小腿下杆件(123)中； 在小腿下杆件(123)的侧壁上设有2根小腿连接柔性带(125);在小腿下杆件(123)的另一端与脚部踏板(126)的一端活动连接;在脚部踏板(126)上设有压力传感器(127); 所述计算机控制系统(500)包括:运动控制卡、肌电传感器、通信电路、电源和人机操作界面； 所述运动控制卡以DSP为运动控制核心； 所述肌电传感器布置在病人身上;肌电传感器负责检测病人的生理电信号； 运动控制卡经过通信电路分别与肌电传感器、人机操作界面、压力传感器(127)、下肢端伺服电机(107)、电动缸(I15)、调宽伺服电机(209)、调宽位移传感器(217)、调高位移传感器(304)、调高伺服电机(309)、反重力跑步机(400)相连接； 通过人机操作界面向运动控制卡输入控制参数；通过运动控制卡将输入的控制参数转换成控制指令，并分别传递至下肢端伺服电机(107)、电动缸(115)、调宽伺服电机(209)、调高伺服电机(309)、反重力跑步机(400)执行；运动控制卡接收肌电传感器、压力传感器(I27)、调宽位移传感器(217)、调高位移传感器(304)、反重力跑步机(400)反馈的信号，并结合控制参数对反重力跑步机(400)的运行状态、下肢外骨骼(100)的运行状态进行调整； 运动控制卡通过电源取电。9.采用权利要求1至8所述任一一种新型下肢外骨骼康复训练装置的训练方法，其特征在于:按如下步骤进行: 步骤I:将计算机控制系统(500)、反重力跑步机(400)通电； 向计算机控制系统(500)输入病人体型参数、康复训练参数;随后进入下一步； 步骤2:调节下肢外骨骼(100)的长度，使下肢外骨骼(100)的长度与病人小腿长度相匹配;随后进入下一步； 步骤3:通过下肢外骨骼调高机构(300)、下肢外骨骼调宽机构(200)，调节下肢外骨骼(100)的位置； 步骤4:令病人站到支撑气囊(402)的圆孔中，且病人的双腿分别站在一个下肢外骨骼(100)上;随后进入下一步； 步骤5:对支撑气囊(402)进行充气，由膨胀的支撑气囊(402)将患者的腰部包围并夹持起来，从而对病人一个向上的托力； 步骤6:通过控制显示屏幕(403)选择康复训练的工作模式:(康复训练是整个下肢外骨骼100和反重跑步机400配合进行的，所以康复训练的工作模式在反重力跑步机400的工作模式) 当康复训练的工作模式被选为“主动/半主动模式”时，由肌电传感器采集病人的生理参数并向计算机控制系统(500)反馈;计算机控制系统(500)依据病人的生理参数对康复训练参数进行调整，随后将调整后的康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)中执行，随后进入步骤7; 当康复训练的工作模式被选为“被动模式”时，由计算机控制系统(500)将康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)和中执行，随后进入步骤7； 步骤7:由计算机控制系统(500)驱动下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)运动，病人随之进行康复训练，随后进入步骤8; 步骤8:在病人进行康复训练的过程中，计算机控制系统(500)持续接收反重力跑步机(400)、下肢外骨骼调高机构(300)、下肢外骨骼调宽机构(200)，调节下肢外骨骼(100)反馈的信号，分别对反重力跑步机(400)、下肢外骨骼调高机构(300)、下肢外骨骼调宽机构(200),调节下肢外骨骼(100)下达运行指令，随后进入步骤9; 步骤9:当病人完成步骤I设定的康复训练参数后，由计算机控制系统(500)控制下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)的运行;病人从反重力跑步机(400)上下来，结束训练； 反之，计算机控制系统(500)控制下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)的继续运行，直至病人完成康复训练。10.采用权利要求8所述一种新型下肢外骨骼康复训练装置的训练方法，其特征在于:按如下步骤进行: 步骤I:将计算机控制系统(500)、反重力跑步机(400)通电； 向计算机控制系统(500)输入病人体型参数、康复训练参数;随后进入下一步； 步骤2:通过调节大腿上杆件(111)与大腿下杆件(114)的相对位置，调节下肢外骨骼(100)的上段与病人大腿长度相匹配;随后进入下一步； 通过调节小腿上杆件(122)与小腿下杆件(123)的相对位置，调节下肢外骨骼(100)的下段与病人小腿长度相匹配;随后进入下一步； 步骤3:通过驱动调高伺服电机(309)、调宽伺服电机(209)，实现下肢外骨骼调高机构(300)的高度调节、下肢外骨骼调宽机构(200)的宽窄调节的功能，实现下肢外骨骼(100)的位置调节； 步骤4:令病人站到支撑气囊(402)的圆孔中，且病人的双腿分别站在一个下肢外骨骼(100)上;随后进入下一步； 步骤5:对支撑气囊(402)进行充气，由膨胀的支撑气囊(402)将患者的腰部包围并夹持起来，从而对病人一个向上的托力； 步骤6:通过控制显示屏幕(403)选择康复训练的工作模式: 当康复训练的工作模式被选为“主动/半主动模式”时，由肌电传感器采集病人的生理参数并向计算机控制系统(500)反馈;计算机控制系统(500)依据病人的生理参数对康复训练参数进行调整，随后将调整后的康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)中执行，随后进入步骤7; 当康复训练的工作模式被选为“被动模式”时，由计算机控制系统(500)将康复训练参数转换成控制指令并转入下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)和中执行，随后进入步骤7； 步骤7:由计算机控制系统(500)中的运动控制卡驱动下肢端伺服电机(107)、电动缸(115)运动/伸缩，实现下肢外骨骼(100)的运动，随后进入步骤8; 步骤8:运动控制卡接收压力传感器(I 27)、调宽位移传感器(217)、调高位移传感器(304)反馈的信号，分别对下肢端伺服电机(107)、电动缸(115)、调宽伺服电机(209)、调高伺服电机(309)下达运行指令，随后进入步骤9; 步骤9:当病人完成步骤I设定的康复训练参数后，由计算机控制系统(500)控制下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)的运行;病人从反重力跑步机(400)上下来，结束训练； 反之，计算机控制系统(500)控制下肢外骨骼(100)、反重力跑步机(400)的继续运行，直至病人完成康复训练。
【文档编号】A63B22/02GK105832496SQ201610152973
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】訾斌, 吴贤斌, 陈桥
【申请人】合肥工业大学