CN113181004A - 基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，属于康复机器人技术领域，包括：大腿骨架和小腿骨架铰接构成的腿部外骨骼，所述腿部外骨骼的大腿骨架上端通过转接架连接有可拆式后撑架的上端，可拆式后撑架包括腰撑、后撑腿和电动轮，后撑腿设于腰撑的后侧，且电动轮设置于后撑腿的下端，所述腰撑与大腿骨架之间以及大腿骨架与小腿骨架之间均通过气动肌肉动力系统连接。本发明中，腿部外骨骼与可拆式后撑架之间通过转接架连接，可快速的拆装，能够根据患者康复时期的不同变为平撑状态、直立状态和腿部外骨骼独立状态，从而达到根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练的效果。
Description
技术领域
本发明涉及康复机器人技术领域，具体是基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法。
背景技术
康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。膝过伸也叫膝超伸，人体膝关节正常的伸膝幅度就是到你能完全伸直膝盖为止，也就是你的大腿和小腿呈一条直线，如果在这个基础上还能继续伸膝，就代表膝关节伸展的活动度过大，站立时候如果膝关节到了过伸的位置，从侧面看上大腿与小腿形成一个向后的弧形，长期膝过伸对腿部伤害极大，严重者导致瘫痪无法行走。
本发明人在实施本实施例的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺陷：
（1）重症膝过伸患者从躺在病床上到完全康复，这是一个动态变化的过程，针对患者在不同时期的状态应有相对应的康复训练，现有的装置无法根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练。
（2）膝过伸患者的发病原因与腿部附近的肌肉力道不足有关，当患者腿部处于向前弯曲状态下，膝过伸患者常由于肌力不足而向后晃一下，这会导致患者向后摔倒，现有的装置仅针对患者腿部之间进行弯曲训练，无法防止患者向后摔倒。
（3）膝过伸患者在直立训练的初期，不仅缺少腿部之间的弯曲力道，却缺少向前移动的力道，现有的装置缺少辅助患者前进的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
本发明的技术方案是：基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，包括：大腿骨架和小腿骨架铰接构成的腿部外骨骼，所述腿部外骨骼的大腿骨架上端通过转接架连接有可拆式后撑架的上端，可拆式后撑架包括腰撑、后撑腿和电动轮，后撑腿设于腰撑的后侧，且电动轮设置于后撑腿的下端，所述腰撑与大腿骨架之间以及大腿骨架与小腿骨架之间均通过气动肌肉动力系统连接。
作为本技术方案的进一步优化，所述气动肌肉动力系统包括第一气动肌肉、第二气动肌肉、第三气动肌肉、第四气动肌肉、第一气泵组和第二气泵组，所述第一气动肌肉的两端铰接于腰撑的前侧和转接架的前侧之间，所述第二气动肌肉的两端铰接于后撑腿的一侧和转接架的后侧之间，所述第三气动肌肉的两端铰接于大腿骨架上端的后侧和小腿骨架上端的后侧之间，所述第四气动肌肉的两端铰接于大腿骨架下端的前侧和小腿骨架中部的前侧之间，所述第一气泵组和第二气泵组分别设置于腰撑和小腿骨架上。
作为本技术方案的进一步优化，所述转接架的上端与腰撑转动连接，且转接架的下端通过快接件与大腿骨架的上端卡接固定。
作为本技术方案的进一步优化，所述快接件包括插销、支撑环、压缩弹簧和拔片，插销设置于转接架下端开设的凹槽内，且插销与所述凹槽为滑动连接，并且插销的一端突出所述凹槽，插销突出所述凹槽的一端为三角体结构，所述插销位于所述凹槽内的部分上设置有支撑环，压缩弹簧套设于插销位于所述凹槽内的一端，且压缩弹簧的一端与所述凹槽的底边连接，并且压缩弹簧的另一端与支撑环的一侧连接，所述支撑环的一侧连接有拔片的一端，拔片的另一端穿出转接架一侧的通孔和大腿骨架一侧的通孔。
所述大腿骨架的上端开设有“T”字形的条形槽，该条形槽下端的侧壁上开设有三角形槽，该三角形槽的结构和插销突出所述凹槽一端的结构相匹配，所述转接架的下端插设于所述条形槽内，所述大腿骨架一侧设置有防护盖，且防护盖罩设于拔片外。
作为本技术方案的进一步优化，所述大腿骨架和小腿骨架的一侧分别设置有大腿绑带和小腿绑带，且大腿骨架下端的前侧设置有防撞胶条。
作为本技术方案的进一步优化，所述腰撑包括侧撑板、背撑板、腰部绑带、插扣、胯部绑带，侧撑板滑动设置于背撑板的两端，背撑板的前侧横向设置有腰部绑带，且背撑板的前侧中间竖向设置有胯部绑带，胯部绑带的上端与腰部绑带的两端之间通过插扣连接。
作为本技术方案的进一步优化，所述腰部绑带的后侧与背撑板之间通过若干个弹性短带连接，弹性短带均匀分布于腰部绑带与背撑板之间。
作为本技术方案的进一步优化，所述侧撑板靠近背撑板的一侧竖向开设有条形凹槽，该条形凹槽的上下两端之间连接有竖杆的两端，所述背撑板的两端分别套设于竖杆上，且背撑板的两端分别通过缓冲弹簧与所述条形凹槽的底边连接，并且缓冲弹簧套设于竖杆外。
作为本技术方案的进一步优化，所述后撑腿设置有两段，包括上段和下段，且后撑腿的上段和下段之间通过伸缩调节机构连接；
所述伸缩调节机构包括螺纹杆、限位滑杆、锁紧螺母和调节螺头，螺纹杆贯穿于后撑腿的下段，且螺纹杆与后撑腿的下段为转动连接，并且螺纹杆穿过后撑腿下段的一端连接有调节螺头，所述螺纹杆的上端插设于后撑腿上段的下端螺纹孔内，且螺纹杆外壁的螺纹与后撑腿上段的螺纹孔结构相匹配，并且螺纹杆中部的外壁上套设有锁紧螺母，所述限位滑杆的下端与后撑腿的下段固定连接，且限位滑杆的上端插设于后撑腿上段的条形直孔内。
本发明还公布了基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人的康复方法，包括以下步骤：
S1:当患者处于重症状态，躺在病床上无法直立活动时，将腰撑置于患者腰腹部之下，后撑腿平撑在床上，并通过大腿绑带和小腿绑带分别将患者的大腿和小腿绑在大腿骨架和小腿骨架的内侧；
S2:启动第一气泵组和第二气泵组，第二气泵组能控制第三气动肌肉和第四气动肌肉伸缩，第三气动肌肉收缩时能将小腿骨架向下侧拉动弯曲，而第四气动肌肉收缩时能将小腿骨架向上侧拉动转动，帮助患者的腿部做弯曲训练，第一气泵组能控制第一气动肌肉和第二气动肌肉的伸缩，第一气动肌肉收缩时能将大腿骨架向上侧拉动抬起，而第二气动肌肉收缩时能将大腿骨架向下拉动放下，帮助患者做整个腿部的抬起和放下训练；
利用腰撑和后撑腿撑在床上，使得大腿骨架和小腿骨架能够相对保持稳定，让患者在床上躺着能够做康复训练；
S3:当患者康复一段时间后，能够逐渐下床行动时，将腰部绑带、和胯部绑带通过插扣连接，绑紧在患者腰部，而后患者进行直立活动，同样的通过第一气动肌肉、第二气动肌肉、第三气动肌肉和第四气动肌肉的伸缩，辅助患者进行腿部的抬起和弯曲训练，这个过程中，后撑腿和电动轮能够撑在地面，电动轮缓慢转动，能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练；
S4:当患者腿部失力时，由于撑腿和电动轮还在患者后侧形成支撑效果，患者能够直接坐在胯部绑带上，腰部绑带将患者腰部拉住，保证患者不会因为失力而向后倾倒，患者休息调整后可再次训练；
S5:当患者处于恢复后期，只需要腿部弯曲训练时，通过转接架将腿部外骨骼拆下单独使用，固定在患者大腿和小腿一侧，此状态下，更加轻便，能够更加灵活的辅助患者腿部做康复训练。
本发明通过改进在此提供基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
其一，本发明中，通过气动肌肉动力系统能够控制腿部外骨骼做出弯曲转动和抬起放下的动作，辅助患者康复训练，同时，可拆式后撑架能够撑在地面，既能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练，又能够在患者后侧形成支撑效果，保证患者不会因为失力而向后倾倒，更加安全；
其二，本发明中，腿部外骨骼与可拆式后撑架之间通过转接架连接，可快速的拆装，患者处于重症状态下，躺在床上时，装个装置能够平放，变为平撑状态，如图中所示，能够对患者躺在床上时的腿部进行弯曲训练，而当患者逐渐回复要直立训练时，将装个装置竖放，变为直立状态，如图和图中所示，然后绑在患者腰间，能够辅助患者做直立行走训练，当患者处于最后的康复状态下时，能够将腿部外骨骼单独拆下，变为独立状态，如图中所示，能够单独对患者腿部进行弯曲训练，此状态下更加灵活轻便，从而达到根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练的效果。
其三，本发明中，第一气泵组和第二气泵组能够对第一气动肌肉、第二气动肌肉、第三气动肌肉和第四气动肌肉分别控制，且第一气动肌肉、第二气动肌肉、第三气动肌肉和第四气动肌肉能够通过MCU芯片控制自动运行，实现智能康复训练。
其四，本发明中，插销在压缩弹簧的支撑下能够自动伸缩，让转接架插入大腿骨架的条形槽后，能够快速自动达到卡接固定效果，而操作者通过拔片能够手动推移插销，使插销与大腿骨架的条形槽分开，从而可方便的控制转接架与大腿骨架的安装连接和拆卸分离。
其五，本发明中，腰部绑带能够将患者腰部拉住，而胯部绑带能够将患者胯部兜住，使患者与腰撑稳定连接，且弹性短带为松紧材质，使得腰部绑带能够小幅度的前后活动，更加符合人体行走时，腰部的前后扭动，并且背撑板能够与侧撑板形成滑动配合，更加符合人体行走时，腰胯部的上下摆动，而且缓冲弹簧能够防止患者突然失力时向下坐倒，保护患者腰胯部受到突然的冲击。
其六，本发明中，后撑腿的下段在限位滑杆与后撑腿上段的滑动配合限制下，操作者通过调节螺头旋转螺纹杆，能够推动和后撑腿的下段上下位移，进而达到调节后撑腿长度的效果，而通过锁紧螺母向上旋拧紧固，使得后撑腿长度调节后能够保持稳定，后撑腿的长度调节能够根据患者身高匹配使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1为本发明的直立状态侧视图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的腰部绑带俯视图；
图4为本发明的转接架剖视图；
图5为本发明的快接件俯视图；
图6为本发明的伸缩调节机构侧视图；
图7为本发明的平撑状态侧视图；
图8为本发明的腿部外骨骼独立状态侧视图。
附图标记说明：
1、气动肌肉动力系统，11、第一气动肌肉，12、第二气动肌肉，13、第三气动肌肉，14、第四气动肌肉，15、第一气泵组，16、第二气泵组，2、转接架，21、快接件，211、插销，212、支撑环，213、压缩弹簧，214、拔片，3、腿部外骨骼，31、大腿骨架，311、大腿绑带，312、防护盖，313、防撞胶条，32、小腿骨架，321、小腿绑带，4、可拆式后撑架，41、腰撑，411、侧撑板，4111、竖杆，4112、缓冲弹簧，412、背撑板，413、腰部绑带，4131、弹性短带，414、插扣，415、胯部绑带，42、后撑腿，421、伸缩调节机构，4211、螺纹杆，4212、限位滑杆，4213、锁紧螺母，4214、调节螺头，43、电动轮。
具体实施方式
下面将结合附图1至图8对本发明进行详细说明，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。
实施例1：
本发明通过改进在此提供基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，如图1-图8所示，包括：大腿骨架31和小腿骨架32铰接构成的腿部外骨骼3，腿部外骨骼3的大腿骨架31上端通过转接架2连接有可拆式后撑架4的上端，可拆式后撑架4包括腰撑41、后撑腿42和电动轮43，后撑腿42设于腰撑41的后侧，且电动轮43设置于后撑腿42的下端，电动轮43由轮形电机、中部传动轴和外部橡胶轮构成，此电动轮43具体结构为现有技术，与市场上的电瓶车电机轮胎同理，腰撑41与大腿骨架31之间以及大腿骨架31与小腿骨架32之间均通过气动肌肉动力系统1连接。
通过气动肌肉动力系统1能够控制腿部外骨骼3做出弯曲转动和抬起放下的动作，辅助患者康复训练，同时，可拆式后撑架4能够撑在地面，既能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练，又能够在患者后侧形成支撑效果，保证患者不会因为失力而向后倾倒，更加安全；
腿部外骨骼3与可拆式后撑架4之间通过转接架2连接，可快速的拆装，患者处于重症状态下，躺在床上时，装个装置能够平放，变为平撑状态，如图7中所示，能够对患者躺在床上时的腿部进行弯曲训练，而当患者逐渐回复要直立训练时，将装个装置竖放，变为直立状态，如图1和图2中所示，然后绑在患者腰间，能够辅助患者做直立行走训练，当患者处于最后的康复状态下时，能够将腿部外骨骼3单独拆下，变为独立状态，如图8中所示，能够单独对患者腿部进行弯曲训练，此状态下更加灵活轻便，从而达到根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练的效果。
气动肌肉动力系统1包括第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13、第四气动肌肉14、第一气泵组15和第二气泵组16，第一气动肌肉11的两端铰接于腰撑41的前侧和转接架2的前侧之间，第二气动肌肉12的两端铰接于后撑腿42的一侧和转接架2的后侧之间，第三气动肌肉13的两端铰接于大腿骨架31上端的后侧和小腿骨架32上端的后侧之间，第四气动肌肉14的两端铰接于大腿骨架31下端的前侧和小腿骨架32中部的前侧之间，第一气泵组15和第二气泵组16分别设置于腰撑41和小腿骨架32上；第一气泵组15和第二气泵组16分别为两个独立的气泵构成的组合，能够对第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13和第四气动肌肉14分别控制，且第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13和第四气动肌肉14能够通过MCU芯片控制自动运行，实现智能康复训练。
转接架2的上端与腰撑41转动连接，且转接架2的下端通过快接件21与大腿骨架31的上端卡接固定；转接架2能够让大腿骨架31与腰撑41快速拆装。
快接件21包括插销211、支撑环212、压缩弹簧213和拔片214，插销211设置于转接架2下端开设的凹槽内，且插销211与凹槽为滑动连接，并且插销211的一端突出凹槽，插销211突出凹槽的一端为三角体结构，插销211位于凹槽内的部分上设置有支撑环212，压缩弹簧213套设于插销211位于凹槽内的一端，且压缩弹簧213的一端与凹槽的底边连接，并且压缩弹簧213的另一端与支撑环212的一侧连接，支撑环212的一侧连接有拔片214的一端，拔片214的另一端穿出转接架2一侧的通孔和大腿骨架31一侧的通孔；
大腿骨架31的上端开设有“T”字形的条形槽，该条形槽下端的侧壁上开设有三角形槽，该三角形槽的结构和插销211突出凹槽一端的结构相匹配，转接架2的下端插设于条形槽内，大腿骨架31一侧设置有防护盖312，且防护盖312罩设于拔片214外；插销211在压缩弹簧213的支撑下能够自动伸缩，让转接架2插入大腿骨架31的条形槽后，能够快速自动达到卡接固定效果，而操作者通过拔片214能够手动推移插销211，使插销211与大腿骨架31的条形槽分开，从而可方便的控制转接架2与大腿骨架31的安装连接和拆卸分离。
实施例1的特征仅在于腿部外骨骼3和可拆式后撑架4之间通过转接架2快速拆装。
实施例2：
本发明通过改进在此提供基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，如图1-图8所示，包括：大腿骨架31和小腿骨架32铰接构成的腿部外骨骼3，腿部外骨骼3的大腿骨架31上端通过转接架2连接有可拆式后撑架4的上端，可拆式后撑架4包括腰撑41、后撑腿42和电动轮43，后撑腿42设于腰撑41的后侧，且电动轮43设置于后撑腿42的下端，电动轮43由轮形电机、中部传动轴和外部橡胶轮构成，此电动轮43具体结构为现有技术，与市场上的电瓶车电机轮胎同理，腰撑41与大腿骨架31之间以及大腿骨架31与小腿骨架32之间均通过气动肌肉动力系统1连接。
通过气动肌肉动力系统1能够控制腿部外骨骼3做出弯曲转动和抬起放下的动作，辅助患者康复训练，同时，可拆式后撑架4能够撑在地面，既能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练，又能够在患者后侧形成支撑效果，保证患者不会因为失力而向后倾倒，更加安全；
腿部外骨骼3与可拆式后撑架4之间通过转接架2连接，可快速的拆装，患者处于重症状态下，躺在床上时，装个装置能够平放，变为平撑状态，如图7中所示，能够对患者躺在床上时的腿部进行弯曲训练，而当患者逐渐回复要直立训练时，将装个装置竖放，变为直立状态，如图1和图2中所示，然后绑在患者腰间，能够辅助患者做直立行走训练，当患者处于最后的康复状态下时，能够将腿部外骨骼3单独拆下，变为独立状态，如图8中所示，能够单独对患者腿部进行弯曲训练，此状态下更加灵活轻便，从而达到根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练的效果。
大腿骨架31和小腿骨架32的一侧分别设置有大腿绑带311和小腿绑带321，且大腿骨架31下端的前侧设置有防撞胶条313；大腿绑带311和小腿绑带321能够让大腿骨架31和小腿骨架32方便的与患者腿部连接，而防撞胶条313可防止大腿骨架31前端碰撞伤人，更加安全。
腰撑41包括侧撑板411、背撑板412、腰部绑带413、插扣414、胯部绑带415，侧撑板411滑动设置于背撑板412的两端，背撑板412的前侧横向设置有腰部绑带413，且背撑板412的前侧中间竖向设置有胯部绑带415，胯部绑带415的上端与腰部绑带413的两端之间通过插扣414连接；腰部绑带413能够将患者腰部拉住，而胯部绑带415能够将患者胯部兜住，使患者与腰撑41稳定连接。
腰部绑带413的后侧与背撑板412之间通过若干个弹性短带4131连接，弹性短带4131均匀分布于腰部绑带413与背撑板412之间；弹性短带4131为松紧材质，使得腰部绑带413能够小幅度的前后活动，更加符合人体行走时，腰部的前后扭动。
侧撑板411靠近背撑板412的一侧竖向开设有条形凹槽，该条形凹槽的上下两端之间连接有竖杆4111的两端，背撑板412的两端分别套设于竖杆4111上，且背撑板412的两端分别通过缓冲弹簧4112与条形凹槽的底边连接，并且缓冲弹簧4112套设于竖杆4111外；背撑板412能够与侧撑板411形成滑动配合，更加符合人体行走时，腰胯部的上下摆动，而且缓冲弹簧4112能够防止患者突然失力时向下坐倒，保护患者腰胯部受到突然的冲击。
实施例2和实施例1的区别仅在于腰撑41与患者能够更加方便的绑定，并与患者腰胯的运动更加匹配。
实施例3：
本发明通过改进在此提供基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，如图1-图8所示，包括：大腿骨架31和小腿骨架32铰接构成的腿部外骨骼3，腿部外骨骼3的大腿骨架31上端通过转接架2连接有可拆式后撑架4的上端，可拆式后撑架4包括腰撑41、后撑腿42和电动轮43，后撑腿42设于腰撑41的后侧，且电动轮43设置于后撑腿42的下端，电动轮43由轮形电机、中部传动轴和外部橡胶轮构成，此电动轮43具体结构为现有技术，与市场上的电瓶车电机轮胎同理，腰撑41与大腿骨架31之间以及大腿骨架31与小腿骨架32之间均通过气动肌肉动力系统1连接。
通过气动肌肉动力系统1能够控制腿部外骨骼3做出弯曲转动和抬起放下的动作，辅助患者康复训练，同时，可拆式后撑架4能够撑在地面，既能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练，又能够在患者后侧形成支撑效果，保证患者不会因为失力而向后倾倒，更加安全；
腿部外骨骼3与可拆式后撑架4之间通过转接架2连接，可快速的拆装，患者处于重症状态下，躺在床上时，装个装置能够平放，变为平撑状态，如图7中所示，能够对患者躺在床上时的腿部进行弯曲训练，而当患者逐渐回复要直立训练时，将装个装置竖放，变为直立状态，如图1和图2中所示，然后绑在患者腰间，能够辅助患者做直立行走训练，当患者处于最后的康复状态下时，能够将腿部外骨骼3单独拆下，变为独立状态，如图8中所示，能够单独对患者腿部进行弯曲训练，此状态下更加灵活轻便，从而达到根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练的效果。
后撑腿42设置有两段，包括上段和下段，且后撑腿42的上段和下段之间通过伸缩调节机构421连接；
伸缩调节机构421包括螺纹杆4211、限位滑杆4212、锁紧螺母4213和调节螺头4214，螺纹杆4211贯穿于后撑腿42的下段，且螺纹杆4211与后撑腿42的下段为转动连接，并且螺纹杆4211穿过后撑腿42下段的一端连接有调节螺头4214，螺纹杆4211的上端插设于后撑腿42上段的下端螺纹孔内，且螺纹杆4211外壁的螺纹与后撑腿42上段的螺纹孔结构相匹配，并且螺纹杆4211中部的外壁上套设有锁紧螺母4213，限位滑杆4212的下端与后撑腿42的下段固定连接，且限位滑杆4212的上端插设于后撑腿42上段的条形直孔内；后撑腿42的下段在限位滑杆4212与后撑腿42上段的滑动配合限制下，操作者通过调节螺头4214旋转螺纹杆4211，能够推动和后撑腿42的下段上下位移，进而达到调节后撑腿42长度的效果，而通过锁紧螺母4213向上旋拧紧固，使得后撑腿42长度调节后能够保持稳定，后撑腿42的长度调节能够根据患者身高匹配使用。
实施例3和实施例1的区别仅在于后撑腿42能够灵活伸缩调节，根据患者的身高进行适应性匹配。
实施例4：
本发明通过改进在此提供基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人及康复方法，如图1-图8所示，包括：大腿骨架31和小腿骨架32铰接构成的腿部外骨骼3，腿部外骨骼3的大腿骨架31上端通过转接架2连接有可拆式后撑架4的上端，可拆式后撑架4包括腰撑41、后撑腿42和电动轮43，后撑腿42设于腰撑41的后侧，且电动轮43设置于后撑腿42的下端，电动轮43由轮形电机、中部传动轴和外部橡胶轮构成，此电动轮43具体结构为现有技术，与市场上的电瓶车电机轮胎同理，腰撑41与大腿骨架31之间以及大腿骨架31与小腿骨架32之间均通过气动肌肉动力系统1连接。
通过气动肌肉动力系统1能够控制腿部外骨骼3做出弯曲转动和抬起放下的动作，辅助患者康复训练，同时，可拆式后撑架4能够撑在地面，既能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练，又能够在患者后侧形成支撑效果，保证患者不会因为失力而向后倾倒，更加安全；
腿部外骨骼3与可拆式后撑架4之间通过转接架2连接，可快速的拆装，患者处于重症状态下，躺在床上时，装个装置能够平放，变为平撑状态，如图7中所示，能够对患者躺在床上时的腿部进行弯曲训练，而当患者逐渐回复要直立训练时，将装个装置竖放，变为直立状态，如图1和图2中所示，然后绑在患者腰间，能够辅助患者做直立行走训练，当患者处于最后的康复状态下时，能够将腿部外骨骼3单独拆下，变为独立状态，如图8中所示，能够单独对患者腿部进行弯曲训练，此状态下更加灵活轻便，从而达到根据患者不同时期的状态进行相匹配的康复训练的效果。
气动肌肉动力系统1包括第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13、第四气动肌肉14、第一气泵组15和第二气泵组16，第一气动肌肉11的两端铰接于腰撑41的前侧和转接架2的前侧之间，第二气动肌肉12的两端铰接于后撑腿42的一侧和转接架2的后侧之间，第三气动肌肉13的两端铰接于大腿骨架31上端的后侧和小腿骨架32上端的后侧之间，第四气动肌肉14的两端铰接于大腿骨架31下端的前侧和小腿骨架32中部的前侧之间，第一气泵组15和第二气泵组16分别设置于腰撑41和小腿骨架32上；第一气泵组15和第二气泵组16分别为两个独立的气泵构成的组合，能够对第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13和第四气动肌肉14分别控制，且第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13和第四气动肌肉14能够通过MCU芯片控制自动运行，实现智能康复训练。
转接架2的上端与腰撑41转动连接，且转接架2的下端通过快接件21与大腿骨架31的上端卡接固定；转接架2能够让大腿骨架31与腰撑41快速拆装。
快接件21包括插销211、支撑环212、压缩弹簧213和拔片214，插销211设置于转接架2下端开设的凹槽内，且插销211与凹槽为滑动连接，并且插销211的一端突出凹槽，插销211突出凹槽的一端为三角体结构，插销211位于凹槽内的部分上设置有支撑环212，压缩弹簧213套设于插销211位于凹槽内的一端，且压缩弹簧213的一端与凹槽的底边连接，并且压缩弹簧213的另一端与支撑环212的一侧连接，支撑环212的一侧连接有拔片214的一端，拔片214的另一端穿出转接架2一侧的通孔和大腿骨架31一侧的通孔；
大腿骨架31的上端开设有“T”字形的条形槽，该条形槽下端的侧壁上开设有三角形槽，该三角形槽的结构和插销211突出凹槽一端的结构相匹配，转接架2的下端插设于条形槽内，大腿骨架31一侧设置有防护盖312，且防护盖312罩设于拔片214外；插销211在压缩弹簧213的支撑下能够自动伸缩，让转接架2插入大腿骨架31的条形槽后，能够快速自动达到卡接固定效果，而操作者通过拔片214能够手动推移插销211，使插销211与大腿骨架31的条形槽分开，从而可方便的控制转接架2与大腿骨架31的安装连接和拆卸分离。
大腿骨架31和小腿骨架32的一侧分别设置有大腿绑带311和小腿绑带321，且大腿骨架31下端的前侧设置有防撞胶条313；大腿绑带311和小腿绑带321能够让大腿骨架31和小腿骨架32方便的与患者腿部连接，而防撞胶条313可防止大腿骨架31前端碰撞伤人，更加安全。
腰撑41包括侧撑板411、背撑板412、腰部绑带413、插扣414、胯部绑带415，侧撑板411滑动设置于背撑板412的两端，背撑板412的前侧横向设置有腰部绑带413，且背撑板412的前侧中间竖向设置有胯部绑带415，胯部绑带415的上端与腰部绑带413的两端之间通过插扣414连接；腰部绑带413能够将患者腰部拉住，而胯部绑带415能够将患者胯部兜住，使患者与腰撑41稳定连接。
腰部绑带413的后侧与背撑板412之间通过若干个弹性短带4131连接，弹性短带4131均匀分布于腰部绑带413与背撑板412之间；弹性短带4131为松紧材质，使得腰部绑带413能够小幅度的前后活动，更加符合人体行走时，腰部的前后扭动。
侧撑板411靠近背撑板412的一侧竖向开设有条形凹槽，该条形凹槽的上下两端之间连接有竖杆4111的两端，背撑板412的两端分别套设于竖杆4111上，且背撑板412的两端分别通过缓冲弹簧4112与条形凹槽的底边连接，并且缓冲弹簧4112套设于竖杆4111外；背撑板412能够与侧撑板411形成滑动配合，更加符合人体行走时，腰胯部的上下摆动，而且缓冲弹簧4112能够防止患者突然失力时向下坐倒，保护患者腰胯部受到突然的冲击。
后撑腿42设置有两段，包括上段和下段，且后撑腿42的上段和下段之间通过伸缩调节机构421连接；
伸缩调节机构421包括螺纹杆4211、限位滑杆4212、锁紧螺母4213和调节螺头4214，螺纹杆4211贯穿于后撑腿42的下段，且螺纹杆4211与后撑腿42的下段为转动连接，并且螺纹杆4211穿过后撑腿42下段的一端连接有调节螺头4214，螺纹杆4211的上端插设于后撑腿42上段的下端螺纹孔内，且螺纹杆4211外壁的螺纹与后撑腿42上段的螺纹孔结构相匹配，并且螺纹杆4211中部的外壁上套设有锁紧螺母4213，限位滑杆4212的下端与后撑腿42的下段固定连接，且限位滑杆4212的上端插设于后撑腿42上段的条形直孔内；后撑腿42的下段在限位滑杆4212与后撑腿42上段的滑动配合限制下，操作者通过调节螺头4214旋转螺纹杆4211，能够推动和后撑腿42的下段上下位移，进而达到调节后撑腿42长度的效果，而通过锁紧螺母4213向上旋拧紧固，使得后撑腿42长度调节后能够保持稳定，后撑腿42的长度调节能够根据患者身高匹配使用。
本发明还公布了基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人的康复方法，包括以下步骤：
S1:当患者处于重症状态，躺在病床上无法直立活动时，将腰撑41置于患者腰腹部之下，后撑腿42平撑在床上，并通过大腿绑带311和小腿绑带321分别将患者的大腿和小腿绑在大腿骨架31和小腿骨架32的内侧；
S2:启动第一气泵组15和第二气泵组16，第二气泵组16能控制第三气动肌肉13和第四气动肌肉14伸缩，第三气动肌肉13收缩时能将小腿骨架32向下侧拉动弯曲，而第四气动肌肉14收缩时能将小腿骨架32向上侧拉动转动，帮助患者的腿部做弯曲训练，第一气泵组15能控制第一气动肌肉11和第二气动肌肉12的伸缩，第一气动肌肉11收缩时能将大腿骨架31向上侧拉动抬起，而第二气动肌肉12收缩时能将大腿骨架31向下拉动放下，帮助患者做整个腿部的抬起和放下训练；
利用腰撑41和后撑腿42撑在床上，使得大腿骨架31和小腿骨架32能够相对保持稳定，让患者在床上躺着能够做康复训练；
S3:当患者康复一段时间后，能够逐渐下床行动时，将腰部绑带413、和胯部绑带415通过插扣414连接，绑紧在患者腰部，而后患者进行直立活动，同样的通过第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13和第四气动肌肉14的伸缩，辅助患者进行腿部的抬起和弯曲训练，这个过程中，后撑腿42和电动轮43能够撑在地面，电动轮43缓慢转动，能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练；
S4:当患者腿部失力时，由于撑腿42和电动轮43还在患者后侧形成支撑效果，患者能够直接坐在胯部绑带415上，腰部绑带413将患者腰部拉住，保证患者不会因为失力而向后倾倒，患者休息调整后可再次训练；
S5:当患者处于恢复后期，只需要腿部弯曲训练时，通过转接架2将腿部外骨骼3拆下单独使用，固定在患者大腿和小腿一侧，此状态下，更加轻便，能够更加灵活的辅助患者腿部做康复训练。
实施例4与1的区别在于不仅腰撑41与患者能够更加方便的绑定，与患者腰胯的运动更加匹配，且后撑腿42能够灵活伸缩调节，根据患者的身高进行适应性匹配。
本发明的工作原理或者使用方法：当患者处于重症状态，躺在病床上无法直立活动时，将腰撑41置于患者腰腹部之下，并通过大腿绑带311和小腿绑带321分别将患者的大腿和小腿绑在大腿骨架31和小腿骨架32的内侧；
而后启动第一气泵组15和第二气泵组16，第二气泵组16能控制第三气动肌肉13和第四气动肌肉14伸缩，第三气动肌肉13收缩时能将小腿骨架32向下侧拉动弯曲，而第四气动肌肉14收缩时能将小腿骨架32向上侧拉动转动，帮助患者的腿部做弯曲训练，第一气泵组15能控制第一气动肌肉11和第二气动肌肉12的伸缩，第一气动肌肉11收缩时能将大腿骨架31向上侧拉动抬起，而第二气动肌肉12收缩时能将大腿骨架31向下拉动放下，帮助患者做整个腿部的抬起和放下训练；
且利用腰撑41和后撑腿42撑在床上，装个装置平放，变为平撑状态，如图7中所示，使得大腿骨架31和小腿骨架32能够相对保持稳定，让患者在床上躺着能够做康复训练；
当患者康复一段时间后，能够逐渐下床行动时，将腰部绑带413、和胯部绑带415通过插扣414连接，绑紧在患者腰部，而后患者进行直立活动，同样的通过第一气动肌肉11、第二气动肌肉12、第三气动肌肉13和第四气动肌肉14的伸缩，辅助患者进行腿部的抬起和弯曲训练，这个过程中，后撑腿42和电动轮43能够撑在地面，电动轮43缓慢转动，能够为患者施加缓慢的向前推动的作用力，辅助患者直立的行走训练；
当患者腿部失力时，由于撑腿42和电动轮43还在患者后侧形成支撑效果，患者能够直接坐在胯部绑带415上，腰部绑带413将患者腰部拉住，保证患者不会因为失力而向后倾倒，患者休息调整后可再次训练；
当患者处于恢复后期，只需要腿部弯曲训练时，通过转接架2将腿部外骨骼3拆下单独使用，固定在患者大腿和小腿一侧，此状态下，更加轻便，能够更加灵活的辅助患者腿部做康复训练。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，包括：大腿骨架（31）和小腿骨架（32）铰接构成的腿部外骨骼（3），其特征在于，所述腿部外骨骼（3）的大腿骨架（31）上端通过转接架（2）连接有可拆式后撑架（4）的上端，可拆式后撑架（4）包括腰撑（41）、后撑腿（42）和电动轮（43），后撑腿（42）设于腰撑（41）的后侧，且电动轮（43）设置于后撑腿（42）的下端，所述腰撑（41）与大腿骨架（31）之间以及大腿骨架（31）与小腿骨架（32）之间均通过气动肌肉动力系统（1）连接。
2.如权利要求1所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述气动肌肉动力系统（1）包括第一气动肌肉（11）、第二气动肌肉（12）、第三气动肌肉（13）、第四气动肌肉（14）、第一气泵组（15）和第二气泵组（16），所述第一气泵组（15）和第二气泵组（16）分别设置于腰撑（41）和小腿骨架（32）上。
3.如权利要求1所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述转接架（2）的上端与腰撑（41）转动连接，且转接架（2）的下端通过快接件（21）与大腿骨架（31）的上端卡接固定。
4.如权利要求3所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述快接件（21）包括插销（211）、支撑环（212）、压缩弹簧（213）和拔片（214），插销（211）设置于转接架（2）下端开设的凹槽内，且插销（211）的一端突出所述凹槽，所述插销（211）通过外壁上的支撑环（212）与所述凹槽的底边连接，支撑环（212）的一侧连接有拔片（214），拔片（214）的一端穿出转接架（2）一侧的通孔和大腿骨架（31）一侧的通孔，所述大腿骨架（31）的上端开设有“T”字形的条形槽，该条形槽下端的侧壁上开设有与插销（211）突出所述凹槽一端的结构相匹配的卡槽。
5.如权利要求1所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述大腿骨架（31）和小腿骨架（32）的一侧分别设置有大腿绑带（311）和小腿绑带（321）。
6.如权利要求1所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述腰撑（41）包括侧撑板（411）、背撑板（412）、腰部绑带（413）、胯部绑带（415），侧撑板（411）滑动设置于背撑板（412）的两端，背撑板（412）的前侧横向设置有腰部绑带（413），且背撑板（412）的前侧中间竖向设置有胯部绑带（415），胯部绑带（415）的上端与腰部绑带（413）的两端之间通过插扣（414）连接。
7.如权利要求6所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述腰部绑带（413）的后侧与背撑板（412）之间通过若干个弹性短带（4131）连接。
8.如权利要求6所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述侧撑板（411）和背撑板（412）之间通过竖杆（4111）和缓冲弹簧（4112）弹性滑动连接。
9.如权利要求1所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人，其特征在于：所述后撑腿（42）设置有两段，且后撑腿（42）的两段之间通过伸缩调节机构（421）连接。
10.如权利要求1-9任意一项所述的基于气动肌肉的膝过伸柔性外骨骼康复机器人的康复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:当患者处于重症状态，躺在病床上无法直立活动时，将该装置横置于床上后与患者腿部绑接；
S2:利用大腿骨架（31）和小腿骨架（32）的弯曲抬升，帮助患者做整个腿部的抬起和放下训练；
S3:当患者康复一段时间后，能够逐渐下床行动时，将该装置直立使用，绑于腰部，利用电动轮（43）的转动推进辅助患者直立的行走训练；
S4:当患者腿部失力时，患者直接坐在胯部绑带（415）上，防止失力而向后倾倒，休息调整后再次训练；
S5:当患者处于恢复后期，只需要腿部弯曲训练时，将腿部外骨骼（3）拆下单独使用，固定在患者大腿和小腿一侧，进行灵活的训练。
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