一种用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构。

背景技术：

脑卒中幸存患者大多会留有不同程度的运动功能障碍、认知障碍、言语吞咽障碍等后遗症，其中，患有运动功能障碍的比例为70％-80％，将导致患者不同程度的运动功能丧失，影响患者的正常生活，同时也对大部分患者造成了巨大的心理阴影。脑卒中患者的运动功能障碍主要体现为急性的神经性偏瘫，分完全性偏瘫和不完全性偏瘫等，通常以半身偏瘫或者单肢瘫痪为主。该部分患者的症状主要表现为基本丧失行走能力，或步行姿态异常，会造成健侧肢体负担加重，从而导致更严重的肢体残疾。

骨盆运动具有多个自由度，人体通过控制骨盆的运动实现身体的整体平衡。在满足患者骨盆运动的各个运动自由度的同时，提供一定的反馈力可以帮助患者提供骨盆控制能力，增强平衡能力训练的效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构，以解决上述现有技术存在的问题，针对骨盆相应运动自由度的需求，设计满足需求的机械结构。提供相应分层次的平衡训练模式，满足不同患者的训练需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构，包括运动意图识别机构、横摆机构和前四杆机构；所述运动意图识别机构分别连接在横摆机构的左、右两侧，实现骨盆旋转、前进或后退自由度、骨盆宽度调整功能和运动意图识别功能；所述前四杆机构与所述横摆机构对中连接，所述前四杆机构实现在水平自由度的位移和通过对转轴角度的测量实现对横向位移值的测量；所述横摆机构实现侧倾自由度及其转动角度的测量。

优选地，所述运动意图识别机构包括两个圆筒，两个所述圆筒内设置有第一滚珠花键、压缩弹簧、压力传感器，还包括两个扭矩传感器和两个套筒；两个所述圆筒纵向相对设置，所述第一滚珠花键的滚珠花键轴一端穿出于所述圆筒，另一端伸入到所述圆筒内与所述圆筒的筒底连接，所述第一滚珠花键的花键螺母套设在所述滚珠花键轴上，所述压力传感器设置有两个，分别设置于所述圆筒的内部两端，所述压缩弹簧设置有两个，一个所述压缩弹簧设置于所述花键螺母的一端与其中一个所述压力传感器之间，另一所述压缩弹簧设置于所述花键螺母的另一端与另一个所述压力传感器之间；两个圆筒的相对的内侧还分别设置有一安全带连接扣，两个所述安全带连接扣分别与其所在一侧的所述圆筒内的所述花键螺母连接；两个所述套筒横向设置，两个套筒的外端分别与一所述扭矩传感器连接，所述扭矩传感器通过连接板与其所在一侧的伸出于所述圆筒的所述滚珠花键轴连接，两个所述套筒的内端通过一轴连接块与所述横摆机构连接。

优选地，两个所述套筒内还分别设置有一第二滚珠花键；所述第二滚珠花键的花键螺母与所述套筒固定连接，所述第二滚珠花键的轴能够相对于所述套筒移动，所述第二滚珠花键的轴上设置有档位调节孔，相对的所述套筒的外壁上也设置有档位调节孔，所述第二滚珠花键的轴上的档位调节孔与所述套筒的外壁上的档位调节孔之间通过螺纹柱塞限位。

优选地，所述安全带连接扣通过关节轴承与所述花键螺母连接。

优选地，所述横摆机构包括横摆圆筒、横摆转轴、弹簧模块、弹簧拨块、第一电位计和侧倾自由度锁紧机构；所述横摆圆筒纵向设置，所述横摆转轴纵向设置于所述横摆圆筒内，所述横摆转轴的前端与所述横摆圆筒的前端板转动连接，所述横摆转轴的后端与所述轴连接块连接，所述弹簧拨块套设在所述横摆转轴上，所述弹簧拨块两侧的压板底部分别设置有一所述弹簧模块，所述弹簧模块固定于位于所述横摆圆筒底部的弹簧模块固定座上；所述第一电位计通过齿轮机构与所述横摆转轴连接，用于读出所述横摆转轴的转动角度；所述侧倾自由度锁紧机构包括第一限位销、螺纹轴套、第一摆动限位块，所述横摆圆筒内还设置有一轴承套筒，所述轴承套筒通过轴承与所述横摆转轴转动连接，所述轴承套筒的外壁与所述横摆圆筒固定连接，所述第一摆动限位块与所述横摆圆筒固定连接，所述螺纹轴套固定于所述轴连接块上，所述螺纹轴套的螺纹孔与所述第一摆动限位块上设置的定位孔相对，所述第一限位销螺纹连接在所述螺纹轴套内，所述第一限位销的底端与所述定位孔配合设置，拧动所述第一限位销，所述第一限位销的底部能够嵌入与所述定位孔内。

优选地，所述齿轮机构包括大齿轮和小齿轮，所述大齿轮固定在所述横摆转轴上，所述小齿轮啮合于所述大齿轮的顶端，所述电位计固定于所述小齿轮的顶端。

优选地，所述弹簧模块包括弹簧导向座、压簧、弹簧导向轴和弹簧动座，所述弹簧导向座罩设于所述弹簧动座的顶部且与所述弹簧动座滑动连接，所述弹簧拨块设置于所述弹簧导向座的顶部，所述弹簧导向座的内部纵向排列设置有多个所述弹簧导向轴，所述弹簧导向轴的顶端与所述弹簧导向座固定连接，所述弹簧导向轴的底端与所述弹簧动座上设置的导向孔相对，所述压簧套设于所述弹簧导向轴上且两端分别与所述弹簧导向座、所述弹簧动座连接；所述弹簧模块固定座上设置有调整螺杆，所述调整螺杆与导向孔相对，所述调整螺杆底部通过螺钉与所述弹簧模块固定座连接，所述调整螺杆的顶部杆体伸入到导向孔内。

优选地，所述前四杆机构包括平行四杆机构、拉簧固定机构、水平位移自由度锁紧机构和第二电位计；所述平行四杆机构包括两个连杆、移动连接座和固定连接座，两个所述连杆纵向并列设置，两个所述连杆的尾端通过所述移动连接座连接，两个所述连杆的首端通过所述固定连接座连接，所述移动连接座的尾端与所述横摆圆筒的首端连接，所述固定连接座固定于一支撑机构上，所述连杆与所述移动连接座、所述连杆与所述固定连接座之间均通过转轴转动连接；所述第二电位计设置于其中一个转轴的轴端；所述拉簧固定机构设置于两个所述连杆与所述移动连接座、所述固定连接构成的内腔内，所述拉簧固定机构包括拉簧、第一拉簧固定座和第二拉簧固定座，所述第一拉簧固定座设置于所述固定连接座上，所述第二拉簧固定座与所述连杆连接并设置于两个所述连杆的尾端，所述拉簧连接于所述第一拉簧固定座与所述第二拉簧固定座之间；所述水平位移自由度锁紧机构包括第二限位销、销套和第二摆动限位块，所述第二摆动限位块设置于其中一个所述连杆上，所述销套设置于所述固定连接座上，所述限位销与所述销套螺纹连接，所述销套的螺纹孔与所述第二摆动限位块上设置的定位孔相对，所述第二限位销的底端与所述定位孔配合设置，拧动所述第二限位销，所述第二限位销的底部能够嵌入与所述定位孔内。

优选地，所述连杆包括两个轴套和连接在两个所述轴套之间的连接架，所述连杆的两个轴套通过穿设在其中转轴与所述移动连接座、所述固定连接座连接，所述转轴包括长轴和短轴，所述长轴与所述轴套的内孔过盈配合连接，所述长轴的顶端设置有轴肩，所述轴肩卡接在所述轴套的顶部，所述轴肩的顶部的所述长轴通过轴承与所述移动连接座或所述固定连接座连接，所述轴承的顶部设置有轴承端盖，所述短轴设置于所述长轴的底部，所述短轴通过螺钉与所述长轴连接，所述短轴上设置有轴肩，所述短轴的轴肩卡接在所述轴套的底部，所述短轴的轴肩底部所述短轴通过轴承与所述移动连接座或所述固定连接座连接；所述第二电位计设置于所述长轴的轴端，用于测量所述长轴的转动角度。

优选地，所述前四杆机构的顶部还有设置有一防护罩。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构，由运动意图识别机构、横摆机构和前四杆机构组成，用于患者的平衡训练并提供一定的反馈力。通过针对患者骨盆运动所需的不同自由度设计相应的机械结构实现相应的运动；通过针对骨盆运动的分析，对所实现的自由度进行相应的测量，将患者的实时姿态测量反馈给控制端；通过对患者在运动工程中前后、上下方向上力的测量，判断患者的运动意图，使控制更好地跟随患者的运动；通过针对不同患者的骨盆宽度设计骨盆宽度调节机构，使之能满足不同患者的使用需求；通过针对患者对不同使用情景对自由度的限制要求，设计相应自由度的锁紧装置。通过意图识别机构实现旋转、水平摆动自由度。通过运动意图识别机构的压力传感器和扭矩传感器实现对患者运动意图的判断。通过横摆机构的转轴及弹簧模块，实现侧倾自由度，并在这个自由度上提供一定的回复力，矫正患者的骨盆姿态。通过横摆机构里的电位计，实现对患者在侧倾自由度的运动角度的测量。通过前四杆机构的平行四杆机构实现患者在水平面两个方向(前后和左右)的位移；通过防护罩实现对平行四杆机构存在的间隙进行密封，防止患者在使用过程中将手伸进间隙，造成伤害。通过第二电位计对平行四杆机构转轴的转动角度进行测量，计算出患者在水平面两个方向(前后和左右)的位移。通过由运动意图识别机构、横摆机构和前四杆机构组成的多自由度柔性支撑机构对患者的骨盆提供一定的支撑力。

2、本发明提供的用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构，可用于脊髓损伤、脑卒中、颅脑外伤、意外事故以及先天腿部残疾等引起的下肢运动功能障碍的康复训练，满足患者骨盆对于不同自由度的需求以及医生对患者运动参数的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构的立体结构示意图；

图2为本发明中运动识别机构中圆筒的侧向结构示意图；

图3为图2中圆筒沿a-a线的剖面图；

图4为本发明中运动识别机构中套筒的正向结构示意图；

图5为图4中套筒沿b-b线的剖面图；

图6为本发明中横摆机构的立体结构示意图；

图7为本发明中横摆机构的俯向结构示意图；；

图8为图7中横摆机构沿c-c线的剖面图；

图9为图7中横摆机构沿d-d线的剖面图；

图10为本发明中弹簧模块的正向结构示意图；

图11为本发明中弹簧模块的俯向结构示意图；

图12为图11中弹簧模块沿e-e线的剖面图；

图13为本发明中前四杆机构的立体结构示意图；

图14为本发明中前四杆机构的俯向结构示意图；

图15为图14中前四杆机构沿f-f线的剖面图；

图16为图14中前四杆机构沿g-g线的剖面图；

图17为本发明中连杆的立体结构示意图；

图中：1-运动意图识别机构、2-横摆机构、3-前四杆机构、4-关节轴承、5-压力传感器、6-圆筒、7-花键螺母、8-压缩弹簧、9-滚珠花键轴、10-安全带连接扣、11-螺纹柱塞、12-扭矩传感器、13-第二滚珠花键、14-法兰、15-套筒、16-弹簧模块、17-弹簧模块固定座、18-弹簧导向座、19-压簧、20-弹簧导向轴、21-弹簧动座、22-横摆圆筒、23-弹簧拨块、24-横摆转轴、25-第一限位销、26-螺纹轴套、27-第一摆动限位块、28-轴承套筒、29-轴连接块、30-第一电位计、31-小齿轮、32-大齿轮、33-调整螺杆、34-第二限位销、35-销套、36-第二摆动限位块、37-拉簧、38-第一拉簧固定座、39-第二拉簧固定座、40-防护罩、41-第二电位计、42-端盖、43-长轴、44-连杆、45-短轴、46-固定连接座、47-移动连接座、48-轴套、49-连接架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供一种用于骨盆平衡训练的多自由度柔性支撑机构，如图1所示，包括运动意图识别机构1、横摆机构2和前四杆机构3；运动意图识别机构1分别连接在横摆机构2的左、右两侧，实现骨盆旋转、前进或后退自由度、骨盆宽度调整功能和运动意图识别功能；前四杆机构3与横摆机构2对中连接，前四杆机构3实现在水平自由度的位移和通过对转轴角度的测量实现对横向位移值的测量；横摆机构2实现侧倾自由度及其转动角度的测量。

如图2-5所示，运动意图识别机构1包括两个圆筒6，两个圆筒6内设置有第一滚珠花键、压缩弹簧8、压力传感器5，还包括两个扭矩传感器12和两个套筒15；两个圆筒6纵向相对设置，第一滚珠花键的滚珠花键轴9一端穿出于圆筒6，另一端伸入到圆筒6内与圆筒6的筒底连接，滚珠花键的花键螺母7套设在滚珠花键轴9上，压力传感器5设置有两个，分别设置于圆筒6的内部两端，压缩弹簧8设置有两个，一个压缩弹簧8设置于花键螺母7的一端与其中一个压力传感器5之间，另一压缩弹簧8设置于花键螺母7的另一端与另一个压力传感器5之间；两个圆筒6的相对的内侧还分别设置有一安全带连接扣10，两个安全带连接扣10分别与其所在一侧的圆筒6内的花键螺母7连接，并通过关节轴承4与花键螺母7连接；两个套筒15横向设置，两个套筒15的外端分别与一扭矩传感器12连接，扭矩传感器12通过连接板与其所在一侧的伸出于圆筒6的滚珠花键轴9连接，两个套筒15的内端设置法兰14，通过轴连接块29与横摆机构2连接。

两个套筒15内还分别设置有一第二滚珠花键13；第二滚珠花键13的花键螺母与套筒15固定连接，第二滚珠花键13的轴能够相对于套筒15移动，第二滚珠花键13的轴上设置有档位调节孔，相对的套筒15的外壁上也设置有档位调节孔，第二滚珠花键13的轴上的档位调节孔与套筒15的外壁上的档位调节孔之间通过螺纹柱塞11限位。

本实施例中的运动意图识别机构1，患者有前、后运动或转动运动趋势时，通过压力传感器5的信号组合和数值大小判断患者的运动意图，基本运动模式分为：直行、后退、左转和右转。安全带连接扣10上的关节轴承4配合第一滚珠花键上的花键螺母7可以实现骨盆旋转和前倾或后伸自由度。第二滚珠花键13的螺母与套筒15固定连接，轴相对于套筒15的位置可以相对变化，设计有三档调整位置，通过螺纹柱塞11和档位调节孔实现位置固定，手动调至所需位置后，通过旋钮螺纹柱塞11进入定位孔，锁紧相对位置，从而实现对骨盆机构宽度的调节。扭矩传感器12所测扭矩除以力臂后得到人在重力方向施加在支撑机构上的力，然后通过力信号判断骨盆上下运动意图。

如图6-12所示，横摆机构2包括横摆圆筒22、横摆转轴24、弹簧模块16、弹簧拨块23、第一电位计30和侧倾自由度锁紧机构；横摆圆筒22纵向设置，横摆转轴24纵向设置于横摆圆筒22内，横摆转轴24的前端与横摆圆筒22的前端板转动连接，横摆转轴24的后端与轴连接块29连接，弹簧拨块23套设在横摆转轴24上，弹簧拨块23两侧的压板底部分别设置有一弹簧模块16，弹簧模块16固定于位于横摆圆筒22底部的弹簧模块固定座17上；第一电位计30通过齿轮机构与横摆转轴24连接，用于读出横摆转轴24的转动角度；侧倾自由度锁紧机构包括第一限位销25、螺纹轴套26、第一摆动限位块27，横摆圆筒22内还设置有一轴承套筒28，轴承套筒28通过轴承与横摆转轴24转动连接，轴承套筒28的外壁与横摆圆筒22固定连接，第一摆动限位块27与横摆圆筒22固定连接，螺纹轴套26固定于轴连接块29上，螺纹轴套26的螺纹孔与第一摆动限位块27上设置的定位孔相对，第一限位销25螺纹连接在螺纹轴套26内，第一限位销25的底端与定位孔配合设置，拧动第一限位销25，第一限位销25的底部能够嵌入与定位孔内；当需要锁紧侧倾自由度时，拧动第一限位销25，使第一限位销25上的底部与第一摆动限位块27上的定位孔配合锁紧。

具体地，横摆机构2的齿轮机构包括大齿轮32和小齿轮31，大齿轮32固定在横摆转轴24上，小齿轮31啮合于大齿轮32的顶端，电位计固定于小齿轮31的顶端，电位计通过齿轮机构将横摆转轴24的转动角度读出，实现对侧倾自由度旋转角度的测量。

具体地，横摆机构2的弹簧模块16包括弹簧导向座18、压簧19、弹簧导向轴20和弹簧动座21，弹簧导向座18罩设于弹簧动座21的顶部且与弹簧动座21滑动连接，弹簧拨块23设置于弹簧导向座18的顶部，弹簧导向座18的内部纵向排列设置有多个弹簧导向轴20，弹簧导向轴20的顶端与弹簧导向座18固定连接，弹簧导向轴20的底端与弹簧动座21上设置的导向孔相对，压簧19套设于弹簧导向轴20上且两端分别与弹簧导向座18、弹簧动座21连接，作用力作用在弹簧导向座18上，压缩弹簧8，相对弹簧导向动座产生位移，实现力的方向上的运动并通过压簧19产生一定的复位力；弹簧模块固定座17上设置有调整螺杆33，调整螺杆33与导向孔相对，调整螺杆底部通过螺钉与弹簧模块固定座17连接，调整螺杆33的顶部杆体伸入到导向孔内，旋动调整螺杆33调整其在导向孔中的高度，即可限制弹簧导向轴20的行程。

如图13-17所示，前四杆机构3包括平行四杆机构、拉簧固定机构、水平位移自由度锁紧机构和第二电位计41；平行四杆机构包括两个连杆44、移动连接座47和固定连接座46，两个连杆44纵向并列设置，两个连杆44的尾端通过移动连接座47连接，两个连杆44的首端通过固定连接座46连接，移动连接座47的尾端与横摆圆筒22的首端连接，固定连接座46固定于一支撑机构上，连杆44与移动连接座47、连杆44与固定连接座46之间均通过转轴转动连接；第二电位计41设置于其中一个转轴的轴端；拉簧37固定机构设置于两个连杆44与移动连接座47、固定连接构成的内腔内，拉簧37固定机构包括拉簧37、第一拉簧固定座38和第二拉簧固定座39，第一拉簧固定座38设置于固定连接座46上，第二拉簧固定座39与连杆44连接并设置于两个连杆44的尾端，拉簧37连接于第一拉簧固定座38与第二拉簧固定座39之间；水平位移自由度锁紧机构包括第二限位销34、销套35和第二摆动限位块36，第二摆动限位块36设置于其中一个连杆44上，销套35设置于固定连接座46上，限位销与销套35螺纹连接，销套35的螺纹孔与第二摆动限位块36上设置的定位孔相对，第二限位销34的底端与定位孔配合设置，拧动第二限位销34，第二限位销34的底部能够嵌入与定位孔内，当患者需要锁紧在横移方向上的平移自由度时，拧动第二限位销34，第二限位销34底端与第二摆动限位块36上的定位孔配合锁紧水平方向的平移自由度。

如图17所示，本实施例中的连杆44包括两个轴套48和连接在两个轴套48之间的连接架49，连杆44的两个轴套48通过穿设在其中转轴与移动连接座47、固定连接座46连接，转轴包括长轴43和短轴45，长轴43与轴套48的内孔过盈配合连接，不会相对转动，长轴43的顶端设置有轴肩，轴肩卡接在轴套48的顶部，轴肩的顶部的长轴43通过轴承与移动连接座47或固定连接座46连接，轴承的顶部设置有轴承端盖42，短轴45设置于长轴43的底部，短轴45通过螺钉与长轴43连接，短轴45上设置有轴肩，短轴45的轴肩卡接在轴套的底部，短轴45的轴肩底部短轴45通过轴承与移动连接座47或固定连接座46连接；第二电位计41设置于长轴43的轴端，用于测量长轴43的转动角度，换算后可以求得患者在水平面两个方向上(前后和左右)的位移。

本实施例中，在前四杆机构3的顶部还有设置有一防护罩40，防护罩40遮住两个之间的间隙，防止患者的手指加入机构间隙中。

本发明应用了具体实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。