CN105287162A - 可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，包括有固定夹紧支撑单元，固定夹紧支撑单元后侧顶面安装有仿生脊柱单元，固定夹紧支撑单元后侧底面安装有柔索驱动单元。本发明针对如何实现2自由度腰部康复机器人的可穿戴和模块化可调节的功能特点，通过柔索驱动方式与仿生脊柱相结合，实现了腰部2个运动自由度的康复训练。该腰部康复训练装置通过对人体脊柱的仿生设计并且可穿戴设计后，可根据康复病人的病情以及个体的差异进行构型改变。

Description

可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置

技术领域

本发明涉及医疗康复训练器械领域，具体是一种可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置。

背景技术

随着我国社会老龄化进程加快以及自然灾害和运动意外等发生，人体运动障碍日益成为社会关注的焦点问题，特别是久坐以及劳动损伤成为腰部运动障碍的成因，越来越多的年轻人承受腰部运动障碍的困扰。但是传统的治疗方法依赖于康复医师的经验和徒手操作技术，效率低下，费时费力。康复训练装置的出现将康复医师从单调乏味的治疗中解放出来，并且康复治疗手段的量化有效的保证了康复训练质量。

腰部作为人体脊柱的一部分，具有3个自由度，但是Z轴方向的转动有限，因此腰部康复装置实现X、Y轴的转动即可。但是现有的腰部康复装置大多是刚性连杆驱动，容易造成腰部的二次伤害，并且装置的模块化程度不高导致其适应性差且应用前景不高。

发明内容本发明的目的是提供一种可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，以解决现有技术腰部康复装置易造成腰部二次伤害、模块化程度不高的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其特征在于：包括有固定夹紧支撑单元，固定夹紧支撑单元后侧顶面安装有仿生脊柱单元，固定夹紧支撑单元后侧底面安装有柔索驱动单元，其中：

所述固定夹紧支撑单元包括水平设置的环形支架，环形支架前侧设有断口，环形支架左、右侧侧面分别转动安装有连杆，且两侧连杆位置相互对称，环形支架左、右侧顶面对应连杆所在位置分别设置有凸台，每个凸台中分别设置有沿左右水平方向贯通凸台的通孔，两侧通孔位置对应，每侧通孔内壁成型有内螺纹，通孔内底部分别沿左右水平方向设置有T形导轨，环形支架凸台通孔中还分别安装有转动夹紧装置，所述转动夹紧装置包括从通孔彼此相对的一端螺栓连接在通孔内的驱动杆，驱动杆一端从通孔彼此相对的一端穿出，且驱动杆伸出端上通过开口销垂直销接有转动杆，驱动杆在通孔内的一端同轴螺纹连接有T形导向块，且T形导向块底部滑动安装在通孔内T形导轨上，T形导向块还通过弹簧同轴连接有压紧弹簧导向块，压紧弹簧导向块从所在通孔另一端伸出，且压紧弹簧导向块伸出端转动连接有推动滑块，所述推动滑块滑动安装在位置对应的连杆上部，所述环形支架左、右侧下方分别竖向设置有腿部夹紧块，左、右侧腿部夹紧块面对面相互对称，每侧腿部夹紧块外侧面分别沿竖向设置有T形槽，每侧连杆下端分别转动安装有圆形滑块，且每侧连杆下端圆形滑动安装在对应侧腿部夹紧块外侧面T形槽中，每侧腿部夹紧块顶部分别设置有一对沿左右水平方向走向的梯形夹紧块滑块，所述环形支架左、右侧底面对应每个夹紧块滑块位置分别沿左右水平方向设置有梯形槽，且腿部夹紧块顶部夹紧块滑块一一对应滑动安装在环形支架左、右侧底面的梯形槽内；

所述仿生脊柱单元包括多个结构相同的椎骨模块，多个椎骨模块依次沿竖向层叠设置在固定夹紧支撑单元中环形支架后侧顶面上，每个椎骨模块分别包括沿左右方向水平立向设置的刚体长条，刚体长条左、右端之间连接有可套在人体腰部的柔性绑带，刚体长条后侧面中心左侧垂直连接有左半十字形的左半球壳，刚体长条后侧面中心右侧垂直连接有右半十字形的右半球壳，且左、右半球壳对接为完整的十字形结构，十字形结构中心竖向设置有通孔，多个椎骨模块中，相邻上、下层的椎骨模块中十字形结构四个十字臂臂端之间对应连接有弹簧支撑，相邻上、下层的椎骨模块中，下层椎骨模块十字形结构中心通孔内转动安装有球体，球体顶端向上竖直连接有螺纹杆，上层椎骨模块十字形结构底部固定连接有连接块，连接块底面中心设置有螺纹孔，相邻上、下层的椎骨模块中下层椎骨模块中球体连接的螺纹杆螺合安装在上层椎骨模块中连接块螺纹孔中，多个椎骨模块中最下层的椎骨模块固定安装在固定夹紧支撑单元中环形支架后侧顶面上；

所述柔索驱动单元包括多个分别安装在固定夹紧支撑单元环形支架后侧底面的电机支架，电机支架中分别转动安装有卷筒，卷筒上分别缠绕有柔索，电机支架上还分别安装有驱动卷筒转动的驱动电机，每个电机支架旁分别配置有柔索夹紧装置，每个卷筒上柔索分别经过对应柔索夹紧装置夹紧后，柔索的索端向上延伸至固定在仿生脊柱单元中最上层椎骨模块顶面。

所述的可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其特征在于：所述固定夹紧支撑单元中，驱动杆伸出端被转动夹紧装置固定盖压合固定在环形支架对应侧顶面。

所述的可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其特征在于：所述柔索夹紧装置包括固定在固定夹紧支撑单元环形支架后侧底面的夹紧装置基座，夹紧装置基座呈U形，夹紧装置基座的U形口内通过销钉和螺母转动安装有一对呈斜对称的滑轮，夹紧装置基座两U形侧部分别倾斜设有滑动槽，其中左侧的滑动槽中滑动安装有销钉滑块，右侧的滑动槽中滑动安装有夹紧滑块，夹紧装置基座右侧的U形侧部位于滑动槽槽端外垂直连接有支座，其中一个支座中螺合穿过有夹紧螺钉，夹紧螺钉端部抵顶在右侧滑动槽中夹紧滑块上，且夹紧滑块与夹紧螺钉所在支座之间连接有弹簧，所述夹紧装置基座U形口内位于斜对称的滑轮中间还转动设置有中间滑轮，中间滑轮两端分别转动连接在销钉滑块、夹紧滑块中。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1.本发明装置通过人体脊柱仿生设计，实现腰部康复训练机器人2个运动自由度的转动，并且该发明具有模块化的特点，可根据受训者需要进行数量、结构等调整，使得该发明适应性提高。

2.本发明采用柔索驱动仿生脊柱X、Y轴方向转动的方式，减少刚体驱动带来的二次伤害的风险。并且本发明中多处夹紧机构均采用弹簧连接，既解决了柔索驱动单方向受力造成机构不能恢复的情况，又增加了本装置的柔性和安全性。

3.本发明装置通过固定支撑夹紧单元和仿生脊柱单元的设计，不仅实现了本发明装置的可穿戴特性，还大大增加了其适应性。特别是仿生脊柱单元的设计，不仅实现了其基本功能，其仿生特点是其具有调节、限位功能，使其安全性增加。

附图说明

图1是可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置整体结构示意图。

图2是仿生脊柱单元模块结构示意图。

图3是固定夹紧支撑单元结构示意图。

图4是夹紧装置驱动装置示意图。

图5是柔索驱动单元结构示意图。

图6是柔索夹紧装置结构示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，包括有固定夹紧支撑单元2，固定夹紧支撑单元2后侧顶面安装有仿生脊柱单元1，固定夹紧支撑单元2后侧底面安装有柔索驱动单元3，其中：

固定夹紧支撑单元2包括水平设置的环形支架24，环形支架24前侧设有断口，环形支架24左、右侧侧面分别转动安装有连杆27，且两侧连杆27位置相互对称，环形支架24左、右侧顶面对应连杆所在位置分别设置有凸台，每个凸台中分别设置有沿左右水平方向贯通凸台的通孔，两侧通孔位置对应，每侧通孔内壁成型有内螺纹，通孔内底部分别沿左右水平方向设置有T形导轨，环形支架24凸台通孔中还分别安装有转动夹紧装置22，转动夹紧装置22包括从通孔彼此相对的一端螺栓连接在通孔内的驱动杆224，驱动杆224一端从通孔彼此相对的一端穿出，且驱动杆224伸出端上通过开口销225垂直销接有转动杆226，驱动杆224在通孔内的一端同轴螺纹连接有T形导向块223，且T形导向块223底部滑动安装在通孔内T形导轨上，T形导向块223还通过弹簧222同轴连接有压紧弹簧导向块221，压紧弹簧导向块221从所在通孔另一端伸出，且压紧弹簧导向块221伸出端转动连接有推动滑块28，推动滑块28滑动安装在位置对应的连杆27上部，环形支架24左、右侧下方分别竖向设置有腿部夹紧块25，左、右侧腿部夹紧块25面对面相互对称，每侧腿部夹紧块25外侧面分别沿竖向设置有T形槽，每侧连杆27下端分别转动安装有圆形滑块26，且每侧连杆27下端圆形滑动26安装在对应侧腿部夹紧块25外侧面T形槽中，每侧腿部夹紧块25顶部分别设置有一对沿左右水平方向走向的梯形夹紧块滑块23，环形支架24左、右侧底面对应每个夹紧块滑块23位置分别沿左右水平方向设置有梯形槽，且腿部夹紧块25顶部夹紧块滑块23一一对应滑动安装在环形支架24左、右侧底面的梯形槽内；

仿生脊柱单元1包括多个结构相同的椎骨模块，多个椎骨模块依次沿竖向层叠设置在固定夹紧支撑单元2中环形支架24后侧顶面上，每个椎骨模块分别包括沿左右方向水平立向设置的刚体长条，刚体长条左、右端之间连接有可套在人体腰部的柔性绑带16，刚体长条后侧面中心左侧垂直连接有左半十字形的左半球壳13，刚体长条后侧面中心右侧垂直连接有右半十字形的右半球壳15，且左、右半球壳13、15对接为完整的十字形结构，十字形结构中心竖向设置有通孔，多个椎骨模块中，相邻上、下层的椎骨模块中十字形结构四个十字臂臂端之间对应连接有弹簧支撑11，相邻上、下层的椎骨模块中，下层椎骨模块十字形结构中心通孔内转动安装有球体12，球体12顶端向上竖直连接有螺纹杆，上层椎骨模块十字形结构底部固定连接有连接块14，连接块14底面中心设置有螺纹孔，相邻上、下层的椎骨模块中下层椎骨模块中球体12连接的螺纹杆螺合安装在上层椎骨模块中连接块14螺纹孔中，多个椎骨模块中最下层的椎骨模块固定安装在固定夹紧支撑单元2中环形支架24后侧顶面上；

柔索驱动单元3包括多个分别安装在固定夹紧支撑单元2环形支架24后侧底面的电机支架35，电机支架35中分别转动安装有卷筒33，卷筒33上分别缠绕有柔索31，电机支架35上还分别安装有驱动卷筒33转动的驱动电机34，每个电机支架35旁分别配置有柔索夹紧装置32，每个卷筒33上柔索31分别经过对应柔索夹紧装置32夹紧后，柔索31的索端向上延伸至固定在仿生脊柱单元1中最上层椎骨模块顶面。

固定夹紧支撑单元2中，驱动杆224伸出端被转动夹紧装置固定盖21压合固定在环形支架24对应侧顶面。

柔索夹紧装置32包括固定在固定夹紧支撑单元2环形支架24后侧底面的夹紧装置基座323，夹紧装置基座323呈U形，夹紧装置基座323的U形口内通过销钉326和螺母327转动安装有一对呈斜对称的滑轮322，夹紧装置基座323两U形侧部分别倾斜设有滑动槽，其中左侧的滑动槽中滑动安装有销钉滑块321，右侧的滑动槽中滑动安装有夹紧滑块325，夹紧装置基座323右侧的U形侧部位于滑动槽槽端外垂直连接有支座，其中一个支座中螺合穿过有夹紧螺钉324，夹紧螺钉324端部抵顶在右侧滑动槽中夹紧滑块325上，且夹紧滑块325与夹紧螺钉324所在支座之间连接有弹簧328，夹紧装置基座323U形口内位于斜对称的滑轮中间还转动设置有中间滑轮，中间滑轮两端分别转动连接在销钉滑块321、夹紧滑块325中。

如图1、3、5所示，可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置包括仿生脊柱单元1，固定夹紧支撑单元2，柔索驱动单元3，所述的仿生脊柱单元1一端固定在所述的固定夹紧支撑单元2上，竖直的一侧通过柔性绑带绑缚在人体躯干上，所述的固定夹紧支撑单元2通过两侧的大腿夹紧机构固定在受训者身上，所述的柔索驱动单元3分布固定在固定夹紧支撑单元2下端，通过四根一端固定连接仿生脊柱单元顶端的柔索的伸缩驱动仿生脊柱X、Y2个自由度的转动。

如图2所示，仿生脊柱单元1由若干个模块化的椎骨模块通过球铰副连接和4个弹簧支撑11组成，所述的弹簧支撑11两端都焊接有连接头与相邻椎骨模块连接，所述的椎骨模块包括连接块14，左半球壳13，右半球壳15，球体12，所述的连接块14上表面有两个分别连接所述的左半球壳13和右半球壳15的螺纹孔，所述的连接块14下表面有连接球体的螺纹孔，所述的左半球壳和所述的右半球壳一面是刚体的长条与受训者接触，长条连接柔性绑带16将受训者绑缚在所述的仿生脊柱单元上，所述的球体12一端与所述的左半球壳13和所述的右半球壳15形成连接，另一端是与所述的连接块14连接的螺纹杆，所述的螺纹杆底部焊接螺母用于调节相邻椎骨模块之间的距离。

如图3、4所示，固定夹紧支撑单元2包括环形支架24和左右对称的大腿夹紧装置，所述的环形支架24上表面通过螺钉连接仿生脊柱单元1，所述的环形支架24下表面布置有柔索驱动单元，所述的环形支架24两侧连接所述的大腿夹紧装置，所述的大腿夹紧装置包括转动夹紧装置22，转动夹紧装置固定盖21，腿部夹紧块25，夹紧块滑块23，连杆27，圆形滑块26，推动滑块28，所述的转动夹紧装置22包括转动杆226，驱动杆224，开口销225，压紧弹簧222，压紧弹簧导向块221，T形导向块223，所述的转动杆226与所述的驱动杆224通过所述的开口销225连接，所述的驱动杆224被所述的转动夹紧装置固定盖21固定在所述的环形支架24上，所述的转动杆226转动带动所述的驱动杆224转动，所述的T形导向块223通过所述的驱动杆224上的螺纹连接，所述的T形导向块223在所述的环形支架24上相应位置的T形导轨上移动压紧所述的压紧弹簧222，并带动所述的压紧弹簧导向块221沿T形导轨方向移动，所述的压紧弹簧导向块221与所述的推动滑块28通过螺栓螺母连接，所述的推动滑块28横行移动带动所述的连杆27绕其与所述的环形支架24连接点转动，安装在所述的连杆另一端的圆形滑块27在所述的腿部夹紧块25外侧的T形槽内上下滑动，所述的腿部夹紧块25顶端通过螺钉安装2个夹紧块滑块23，所述的环形支架24对应位置有相应的梯形槽。

如图5、6所示，柔索驱动单元3包括柔索31，柔索夹紧装置32，卷筒33，驱动电机34，电机支架35，所述的柔索驱动单元3固定在所述的环形支架24下表面，所述的柔索31一段固定在所述的仿生脊柱单元1顶端，另一端穿过所述的柔索夹紧装置32，缠绕固定在所述的卷筒33上，所述的卷筒33固定在所述的电机支架35上，并通过所述的驱动电机34控制转动，所述的电机支架35通过螺钉固定在所述的环形支架24下表面。

所述的柔索夹紧装置32包括销钉滑块321，3个滑轮322，夹紧装置基座323，夹紧螺钉324，夹紧滑块325，销钉326，螺母327，柔索压紧弹簧328，所述的夹紧装置基座323两侧面开有平行的滑动槽，一侧有安装所述的夹紧螺钉324的块和安装所述的夹紧弹簧328的导向挡块，斜对称的两个滑轮通过所述的销钉326和所述的螺母327直接固定在所述的夹紧装置基座323上，中间滑轮两端通过所述的销钉326和所述的螺母327固定在所述的销钉滑块321和所述的夹紧滑块325之间，所述的销钉滑块321和所述的夹紧滑块325可以在滑动槽内滑动，通过所述的夹紧螺钉324控制中间滑轮在相对于两端滑轮中心轴连接线垂直方向的滑动槽内移动，从而控制柔索张紧，并且所述的夹紧滑块325斜向下移动时可以引起所述的柔索压紧弹簧328的收缩，当所述的夹紧滑块325反向移动时所述的柔索压紧弹簧328会提供推力使所述的夹紧滑块325复位。

可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置可通过所述的仿生脊柱单元1的绑带和固定夹紧支撑单元2中的夹紧装置固定在受训者身上，根据各人的差异可通过所述的环形支架24两侧的腿部夹紧块之间的距离、椎骨模块的个数以及各模块之间的距离进行调节，其中所述的腿部夹紧块25之间的距离通过所述的转动杆226的旋转角度调节，椎骨模块之间的距离通过所述的球体12旋转调节。所述的柔索驱动单元3通过控制4根一端连接在所述的仿生脊柱单元1顶端，另一端缠绕固定在所述的卷筒33上的柔索31的长短驱动所述的仿生脊柱单元1带动受训者腰部完成X、Y两个方向的转动。以协助受训者完成弯腰动作为例，前后两个驱动电机分别同时正、反方向旋转带动所述的卷筒33旋转，前面的柔索收缩和后面的柔索同时伸长引起所述的仿生脊柱单元1带动受训者腰部向前弯曲完成弯腰动作。

本发明提供了可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其针对如何实现2自由度腰部康复机器人的可穿戴和模块化可调节的功能特点，通过柔索驱动方式与仿生脊柱相结合，实现了腰部2个运动自由度的康复训练。该腰部康复训练装置通过对人体脊柱的仿生设计并且可穿戴设计后，可根据康复病人的病情以及个体的差异进行构型改变，因此提高了该发明的适应性。

Claims (3)

1.可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其特征在于：包括有固定夹紧支撑单元，固定夹紧支撑单元后侧顶面安装有仿生脊柱单元，固定夹紧支撑单元后侧底面安装有柔索驱动单元，其中：

所述固定夹紧支撑单元包括水平设置的环形支架，环形支架前侧设有断口，环形支架左、右侧侧面分别转动安装有连杆，且两侧连杆位置相互对称，环形支架左、右侧顶面对应连杆所在位置分别设置有凸台，每个凸台中分别设置有沿左右水平方向贯通凸台的通孔，两侧通孔位置对应，每侧通孔内壁成型有内螺纹，通孔内底部分别沿左右水平方向设置有T形导轨，环形支架凸台通孔中还分别安装有转动夹紧装置，所述转动夹紧装置包括从通孔彼此相对的一端螺栓连接在通孔内的驱动杆，驱动杆一端从通孔彼此相对的一端穿出，且驱动杆伸出端上通过开口销垂直销接有转动杆，驱动杆在通孔内的一端同轴螺纹连接有T形导向块，且T形导向块底部滑动安装在通孔内T形导轨上，T形导向块还通过弹簧同轴连接有压紧弹簧导向块，压紧弹簧导向块从所在通孔另一端伸出，且压紧弹簧导向块伸出端转动连接有推动滑块，所述推动滑块滑动安装在位置对应的连杆上部，所述环形支架左、右侧下方分别竖向设置有腿部夹紧块，左、右侧腿部夹紧块面对面相互对称，每侧腿部夹紧块外侧面分别沿竖向设置有T形槽，每侧连杆下端分别转动安装有圆形滑块，且每侧连杆下端圆形滑动安装在对应侧腿部夹紧块外侧面T形槽中，每侧腿部夹紧块顶部分别设置有一对沿左右水平方向走向的梯形夹紧块滑块，所述环形支架左、右侧底面对应每个夹紧块滑块位置分别沿左右水平方向设置有梯形槽，且腿部夹紧块顶部夹紧块滑块一一对应滑动安装在环形支架左、右侧底面的梯形槽内；

所述仿生脊柱单元包括多个结构相同的椎骨模块，多个椎骨模块依次沿竖向层叠设置在固定夹紧支撑单元中环形支架后侧顶面上，每个椎骨模块分别包括沿左右方向水平立向设置的刚体长条，刚体长条左、右端之间连接有可套在人体腰部的柔性绑带，刚体长条后侧面中心左侧垂直连接有左半十字形的左半球壳，刚体长条后侧面中心右侧垂直连接有右半十字形的右半球壳，且左、右半球壳对接为完整的十字形结构，十字形结构中心竖向设置有通孔，多个椎骨模块中，相邻上、下层的椎骨模块中十字形结构四个十字臂臂端之间对应连接有弹簧支撑，相邻上、下层的椎骨模块中，下层椎骨模块十字形结构中心通孔内转动安装有球体，球体顶端向上竖直连接有螺纹杆，上层椎骨模块十字形结构底部固定连接有连接块，连接块底面中心设置有螺纹孔，相邻上、下层的椎骨模块中下层椎骨模块中球体连接的螺纹杆螺合安装在上层椎骨模块中连接块螺纹孔中，多个椎骨模块中最下层的椎骨模块固定安装在固定夹紧支撑单元中环形支架后侧顶面上；

所述柔索驱动单元包括多个分别安装在固定夹紧支撑单元环形支架后侧底面的电机支架，电机支架中分别转动安装有卷筒，卷筒上分别缠绕有柔索，电机支架上还分别安装有驱动卷筒转动的驱动电机，每个电机支架旁分别配置有柔索夹紧装置，每个卷筒上柔索分别经过对应柔索夹紧装置夹紧后，柔索的索端向上延伸至固定在仿生脊柱单元中最上层椎骨模块顶面。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其特征在于：所述固定夹紧支撑单元中，驱动杆伸出端被转动夹紧装置固定盖压合固定在环形支架对应侧顶面。

3.根据权利要求1所述的可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置，其特征在于：所述柔索夹紧装置包括固定在固定夹紧支撑单元环形支架后侧底面的夹紧装置基座，夹紧装置基座呈U形，夹紧装置基座的U形口内通过销钉和螺母转动安装有一对呈斜对称的滑轮，夹紧装置基座两U形侧部分别倾斜设有滑动槽，其中左侧的滑动槽中滑动安装有销钉滑块，右侧的滑动槽中滑动安装有夹紧滑块，夹紧装置基座右侧的U形侧部位于滑动槽槽端外垂直连接有支座，其中一个支座中螺合穿过有夹紧螺钉，夹紧螺钉端部抵顶在右侧滑动槽中夹紧滑块上，且夹紧滑块与夹紧螺钉所在支座之间连接有弹簧，所述夹紧装置基座U形口内位于斜对称的滑轮中间还转动设置有中间滑轮，中间滑轮两端分别转动连接在销钉滑块、夹紧滑块中。