CN111938990A - 一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，由机架、万向导向轮、电机‑编码器组、绞盘、钢丝绳、拉力传感器、弹簧储存室、弹簧和固定板组成，所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索是高度仿生肌肉模型的，通过选取不同刚度的弹簧和钢丝绳，结合所述弹簧储存室调节弹簧的有效长度，可以多方面调整所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索的驱动特性，提高康复训练设备的宜人性，且有助于提高康复设备运动的稳定性和训练对象的安全性。

Description

一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索
技术领域
本发明涉及一种康复驱动绳索，尤其涉及一种符合Hill肌肉模型仿生的用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，属于患者康复训练用器械。
背景技术
医学理论和数据表明：脑瘫后遗症或各种事故造成的肢体损伤患者通过进行肢体恢复性训练，可以恢复和提高该有的运动功能；为解决康复医疗师和患者人口数量之间的紧张资源问题，出现了各种各样的康复训练器械，包括外骨骼式和绳索驱动式的康复机器人，通过机器人带动肢体运动，以达到康复训练的作用；相比之下，绳索驱动式的康复机器人更具有优势。
而肌肉骨骼肌是人或动物运动的动力源,作为人或动物的重要组织机构,它能够实现化学能与机械能之间的转换，大多数的肌肉是以“领顽肌”的形式存在,这种结构可使机械杠杆在任何位置保持稳定,承受各种压力；肌肉模型是对肌肉宏观力学性质的描述,该模型及其修正模型在生物力学及运动仿真领域被广泛应用。随着仿生学技术的发展,对于肌肉的仿生已成为学者们研究的热点,许多国家开展了人工肌肉的研究。人工肌肉根据其材料结构和能量来源分为内在收缩式和外在收缩式。内在收缩式人工肌肉是一种具有简单收缩功能的化合物材料,可实现能量的转化。外在收缩式人工肌肉以气、液和电磁为工作介质,是利用人工肌肉的结构特点,在工作介质的参与下完成轴向的收缩功能。存在的问题肌肉结构复杂,功能实现起来麻烦且重量以及体积大不易控制,柔顺性差动作潜伏期长,收缩速度、收缩率有待改善。因此,研究一种具有质量轻、体积小、柔顺性好、控制方便,并且对肌肉仿生程度高的人工肌肉极为重要。
目前国内外对于人工肌肉的研究已日趋广泛,关于人工肌肉的公开文献也很多。专利申请号为201410424839.8的专利文件中公开的是基于二元素功能模型利用一个阻尼收缩单元与一个弹性单元串联的装置来模拟人类肌肉,并没有考虑并联弹性单元这一因素,因而该装置对于肌肉的仿生程度不高；专利申请号为CN201510789839.2、CN201510789838.8、CN201520916155.X和CN201520916153.0的人工肌肉中和人体下肢接触端仅为常见绳索，且弹簧中的绳芯限制了人工肌肉的驱动特性；在硕士学位论文“基于仿肌肉柔索驱动的下肢康复机器人研究”中提出的仿肌肉绳索中同样和人体下肢接触端仅为常见绳索；其它专利和文章中常见的人工肌肉均为气动驱动人工肌肉。
上述相关文献所介绍的仿肌肉驱动绳索驱动特性难以改变，且对康复训练设备稳定性的提高没有作用；气动驱动人工肌肉由于采用气体驱动，所以驱动精度难以保障，也就难以保障康复训练过程中训练对象的安全。
发明内容
本发明的目的是为了提高肢体康复设备的稳定性和训练对象的安全性以及提供多样化的训练方式，提供一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索是高度仿生肌肉模型的，通过选取不同刚度的弹簧和钢丝绳，结合所述弹簧储存室调节弹簧的有效长度，可以多方面调整所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索的驱动特性，提高康复训练设备的宜人性，且有助于提高康复设备运动的稳定性和训练对象的安全性。
本发明的目的是这样实现的：包括机架、设置在机架上端的万向导向轮、设置在机架侧面的电机-编码器组、与电机-编码器组输出端连接的绞盘、缠绕在绞盘上的钢丝绳、设置在机架侧面上端的拉力传感器、与万向导向轮铰接的弹簧储存室、位于弹簧储存室内的弹簧、与弹簧端部固连的固定板，所述钢丝绳的端部依次经过拉力传感器、万向导向轮和弹簧储存室、弹簧后与固定板连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述弹簧储存室包括与万向导向轮铰接的连接端盖、与连接端盖连接的存储筒、弹性连杆、圆弧压板、橡胶垫和拉紧器，所述弹性连杆和连接端盖之间采用旋转副连接；所述弹性连杆和圆弧压板之间采用旋转副连接；橡胶垫和圆弧压板之间采用旋转副连接；所述拉紧器和圆弧压板之间采用螺纹连接；所述拉紧器和存储筒之间采用旋转副连。
2.在改变弹簧有效驱动长度时，旋转所述拉紧器，使所述圆弧压板和橡胶垫远离所述存储筒，然后旋转储存筒，使储存筒和所述连接端盖分离，确定实际需要所述弹簧长度后，反向旋转拉紧器，使所述圆弧压板和橡胶垫靠近所述存储筒，直至弹簧与存储筒在所述拉紧器处不在发生松动，然后压缩弹簧旋转存储筒，使存储筒和所述连接端盖紧固连接，至此可完成对仿肌肉驱动绳索中弹簧有效长度的调节，进而改变仿肌肉驱动绳索的驱动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索由绕在绞盘上的钢丝绳从万向导向轮到固定板之间与弹簧形成并联关系，考虑钢丝绳和万向导向轮、拉力传感器之间的摩擦力，构成的所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索完全符合Hill肌肉模型。2、通过弹簧储存室调节弹簧的有效长度可以改变所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索的驱动特性，结构简单，操作方便。3、通过选取不同刚度的弹簧、钢丝绳，结合弹簧储存室调节弹簧的有效长度，可以多方面调整所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索的驱动特性，提高训练设备的宜人性，且有助于提高康复设备运动的稳定性。4、所述用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索有效解决了常见普通绳索驱动康复设备中绳索虚牵的问题，有助于提高设备的安全性。
附图说明
图1是本发明提高的用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索的示意图；
图2是本发明的弹簧储存室的结构示意图；
图3是本发明的弹簧储存室的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的目的在于提供一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，用于对下肢损伤患者的肌肉和关节等功能进行康复训练。
结合图1-3，本发明一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，包括机架1、万向导向轮6、电机-编码器组2、绞盘3、钢丝绳4、拉力传感器5、弹簧储存室7、弹簧8和固定板9；所述万向导向轮6和机架1之间固定连接，因此，可实现仿肌肉驱动绳索空间驱动和平面驱动；所述电机-编码器组2与机架1之间固定连接；所述绞盘3与电机-编码器组2之间固定连接；所述拉力传感器5和电机-编码器2组固定连接在机架1的同一侧，拉力传感器5用来采集驱动绳索的拉力；所述弹簧储存室7和万向导向轮6之间采用旋转副连接；所述弹簧8和固定板9之间固定连接，弹簧储存室7用来储存多余的弹簧8，以改变仿肌肉驱动绳索的驱动特性；所述钢丝绳4的一端固定连接于绞盘3上；所述钢丝绳4的另一端通过拉力传感器5、在通过万向导向轮6和弹簧储存室7与固定板9之间固定连接。
所述弹簧储存室7由连接端盖7.1、存储筒7.2、弹性连杆7.3、圆弧压板7.4、橡胶垫7.5和拉紧器7.6组成。
所述连接端盖7.1和存储筒7.2之间采用螺纹连接；所述弹性连杆7.3和连接端盖7.1之间采用旋转副连接；所述弹性连杆7.3和圆弧压板7.3之间采用旋转副连接；橡胶垫7.5和圆弧压板7.4之间采用旋转副连接；所述拉紧器7.6和圆弧压板7.4之间采用螺纹连接；所述拉紧器7.6和存储筒7.2之间采用旋转副连接；在改变弹簧8有效驱动长度时，旋转所述拉紧器7.6，使所述圆弧压板7.4和橡胶垫7.5远离所述存储筒7.2，然后旋转储存筒7.2，使储存筒7.2和所述连接端盖7.1分离，确定实际需要所述弹簧8长度后，反向旋转拉紧器7.6，使所述圆弧压板7.4和橡胶垫7.5靠近所述存储筒7.2，直至弹簧8与存储筒7.2在所述拉紧器7.6处不在发生松动，然后压缩弹簧8旋转存储筒7.2，使存储筒7.2和所述连接端盖7.1紧固连接，至此可完成对仿肌肉驱动绳索中弹簧有效长度的调节，进而改变仿肌肉驱动绳索的驱动特性。
在所述固定板9处与设备牵引点相连接，所述电机2驱动钢丝绳4运动，通过拉力传感器5和万向导向轮6牵引固定板9运动，实现下肢的康复训练的稳定运动，不会出现钢丝绳9的虚牵问题，进而保证了患者的安全。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制,凡是在本发明构思的精神和原则之内,本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，其特征在于：包括机架、设置在机架上端的万向导向轮、设置在机架侧面的电机-编码器组、与电机-编码器组输出端连接的绞盘、缠绕在绞盘上的钢丝绳、设置在机架侧面上端的拉力传感器、与万向导向轮铰接的弹簧储存室、位于弹簧储存室内的弹簧、与弹簧端部固连的固定板，所述钢丝绳的端部依次经过拉力传感器、万向导向轮和弹簧储存室、弹簧后与固定板连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，其特征在于：所述弹簧储存室包括与万向导向轮铰接的连接端盖、与连接端盖连接的存储筒、弹性连杆、圆弧压板、橡胶垫和拉紧器，所述弹性连杆和连接端盖之间采用旋转副连接；所述弹性连杆和圆弧压板之间采用旋转副连接；橡胶垫和圆弧压板之间采用旋转副连接；所述拉紧器和圆弧压板之间采用螺纹连接；所述拉紧器和存储筒之间采用旋转副连。
3.根据权利要求2所述的一种用于下肢康复训练的仿肌肉驱动绳索，其特征在于：在改变弹簧有效驱动长度时，旋转所述拉紧器，使所述圆弧压板和橡胶垫远离所述存储筒，然后旋转储存筒，使储存筒和所述连接端盖分离，确定实际需要所述弹簧长度后，反向旋转拉紧器，使所述圆弧压板和橡胶垫靠近所述存储筒，直至弹簧与存储筒在所述拉紧器处不在发生松动，然后压缩弹簧旋转存储筒，使存储筒和所述连接端盖紧固连接，至此可完成对仿肌肉驱动绳索中弹簧有效长度的调节，进而改变仿肌肉驱动绳索的驱动。
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Application publication date: 20201117

Assignee: Ningbo Weishi Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: HARBIN ENGINEERING University

Contract record no.: X2023980054387

Denomination of invention: A simulated muscle driven rope for lower limb rehabilitation training

Granted publication date: 20220520

License type: Common License

Record date: 20231229