TWI555556B - 氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統 - Google Patents

氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統 Download PDF

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李宜勳
蔣欣翰
李聯旺
洪復成
陳瑞鵬
陳偉綱
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龍華科技大學
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氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統
本發明係提供一種氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,尤指一種針對下肢藉由外骨骼復健裝置進行復健者。
按,隨著科技進步與生活水準提升,許多國家正邁入高齡化社會,伴隨著高齡化出現之各種健康問題日益受到關注,在高齡人群中存有大量神經系統疾病或腦血管疾病之患者,例如:腦中風、脊髓損傷、腦部功能受損與帕金氏症之因素所造成之中樞性神經系統受損,亦導致患者肢體出現不同程度之運動功能障礙,嚴重者會出現全癱或偏癱之症狀,同時,由於交通意外事故之情形,造成神經或肢體損傷之傷患亦日益增加,然而,下肢行走功能係代表行動能力之重要指標,亦係保證可正常獨立生活之必要條件,故多數交通意外事故之患者其日常生活皆受影響,且為家庭帶來一定之負擔與挑戰。
惟,多數中樞神經系統受損之患者經過手術或藥物治療後,雖可恢復到能夠獨立步行之程度,但多數患者皆會伴隨部份之後遺症,例如:運動控制能力降低、關節僵直及行走步態不正常之症狀,導致患者平衡功能下降,進而嚴重影響行動能力及生活品質;而由復健醫學理論及臨床實驗顯示,患者除早期手術及藥物治療外,以正確之科學復健訓練對於運動功能之恢復與改善具有相當重要功用,患者於急性期過後愈早投入復健訓練,其功能恢復之效果愈好,其中,運動復健治療法之理論基礎係大腦之可塑性,相關醫學研究顯示受損神經細胞雖不可再生,但神經組織卻可透過功能重組或以代償之方式使喪失功能重新恢復,即大腦具有可塑之特性,在動物與人體試驗均顯示,針對肢體以特定功能進行主動或被動之重複性訓練,可刺激本體感受器使中樞神經映射區發生變化,促進大腦功能之可塑性發生;但對應目前復健治療,大多皆係依靠人工進行,限制復健訓練之效率與成效,且復健醫療之設備都較簡略,無法滿足患者復健之需求。
隨著機器人技術發展與復健醫療市場之拓展,復健訓練結合機器人技術,藉此有效解決傳統復健訓練過程所出現之相關問題,因此,設計出安全、定量、有效及可進行重複訓練之肢體功能復健訓練系統已成為現代復健醫學與治療所急待解決問題之一,故復健機器人亦應運而生且提供了重要醫學根據,復健機器人係醫療機器人一重要分支,其研究整合復健醫學、生物力學、機械力學、材料力學、機構學、電子學、計算機科學與機器人學諸多領域,復健機器人與工業機器人不同之處在於,它可直接作用於人體,且與患者在同一作業空間中工作,使患者與復健機器人進行整體而協調之運動,復健機器人係以電腦予以控制,其裝置有相應之感測器與安全系統,可根據患者實際現況自動調節運動參數,藉以實現最佳訓練,因此,復健機器人提高復健訓練效果,使訓練動作更接近於健康狀態,同時亦可減輕復健治療師繁重之訓練任務,使得有更多精力投入於復健相關研究中。
目前國內外研究之步態復健機器人,其下肢驅動器大多採用伺服馬達搭配滾珠螺桿,將馬達之旋轉運動轉換成直線運動,藉以帶動外骨骼助力腿之連桿機構完成關節運動,其特點係位置控制之精度高且易於控制;然而,不足之處係大部分之能量皆消耗在馬達及減速系統上,因此使其能效比偏低,且因馬達驅動系統之剛性大,易對患者產生較大之衝擊,而若系統產生位移突變,易造成患者腿部或其他組織損傷,因此藉由馬達驅動之復健訓練系統,具有較差之柔順性與安全性,此外,因馬達驅動系統之結構較為複雜,故於增加外骨骼助力腿之自由度時,機構將更為龐大且不易實現輕量化。
有鑑於此,吾等發明人乃潛心進一步研究下肢步態復健機器,並著手進行研發及改良,期以一較佳設作以解決上述問題,且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。
爰是,本發明之目的係為解決習知步態復健機器人因馬達驅動系統之剛性大,易對患者產生較大衝擊,造成患者腿部或其他組織損傷,此外,因馬達驅動系統之結構較為複雜,故於增加外骨骼助力腿之自由度時,機構將更為龐大且不易實現輕量化。
為達致以上目的,吾等發明人提供一種氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其包含:一外骨骼復健裝置,其設有一第一髖關節機構,該第一髖關節機構一端係裝設一第一髖關節外張氣缸架及一第二髖關節外張氣缸架,該第一髖關節外張氣缸架及該第二髖關節外張氣缸架係組設一第一氣動裝置,且該第一髖關節機構組設有一第二髖關節機構,該第二髖關節機構係組設一髖關節氣缸架,且該髖關節氣缸架係樞設一第一氣缸裝置,該第一氣缸裝置係耦接一處理單元,該第一髖關節機構係樞設一大腿架體,該大腿架體係組設一膝關節機構,該大腿架體及該膝關節機構係樞設一第一致動器,該膝關節機構係樞設一小腿架體,該小腿架體係樞設一第二致動器,該第二致動器係耦接該處理單元,且該膝關節機構及該小腿架體係樞設一第三致動器,該第三致動器係耦接該處理單元,該第一致動器及該第二致動器係樞設一第二氣缸裝置,該小腿架體係組設一踝關節機構,該踝關節機構及該第三致動器係組設一第二氣動裝置,該踝關節機構係組設一踏板裝置。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該第一髖關節機構係樞設一第一無接觸角度感測器,該膝關節機構係樞設一第二無接觸角度感測器,該踝關節機構係樞設一第三無接觸角度感測器,該第一無接觸角度感測器、該第二無接觸角度感測器及該第三無接觸角度感測器係擷取該外骨骼復健裝置於一行走週期內,該第一髖關節機構、該膝關節機構及該踝關節機構角度位移量之訊號,藉以將各訊號傳送至該處理單元,且藉由該處理單元控制該第一致動器、該第二致動器及該第三致動器之該外骨骼復健裝置。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該大腿架體更設有一大腿長度調整機構,且該小腿架體更設有一小腿長度調整機構,藉以調整其長度者。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,該外骨骼復健裝置更設有至少一固定元件。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該處理單元更耦接一遠端監控裝置,該遠端監控裝置係接收該第一無接觸角度感測器、該第二無接觸角度感測器及該第三無接觸角度感測器係擷取行走週期內該髖關節機構、該膝關節機構及該踝關節機構角度位移量之訊號者。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,更包含一支撐裝置,其係對應該外骨骼復健裝置一端,該支撐裝置設有至少一滑輪,所述滑輪係相互對稱設於該支撐裝置一端,所述滑輪係分別藉一傳動單元連結,所述傳動單元一端係各裝設一氣缸機構及一減壓閥,所述氣缸機構係各設有該減壓閥,且所述氣缸機構一端係藉由一氣缸固定板設於所述傳動單元一端,所述氣缸機構另端係固設於該支撐裝置一端,又所述傳動單元另端係連接一平衡桿,且該平衡桿一端係設有一懸吊裝置,又該懸吊裝置設有一套接部。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該懸吊裝置更設有一拉力感測器,藉以感測重力,以穩固該支撐裝置之重心。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該支撐裝置底端更設有至少一移動裝置以及至少一固定裝置,該支撐裝置可藉由所述移動裝置進行水平移動,亦可藉由所述固定裝置令該支撐裝置進行定位者。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該支撐裝置更組設一重心調節裝置,該重心調節裝置係藉由一第一調節板體組設於該支撐裝置,該第一調節板體樞設一第一連桿、一第二連桿、一第三連桿及一第四連桿,該第一連桿及該第一調節板體係樞設一第一氣體軀動單元,且該第二連桿及該第一調節板體係樞設一第二氣體軀動單元,又該第一調節板體係藉由該第一連桿、該第二連桿、該第三連桿及該第四連桿組設一第二調節板體,且該第二調節板體係組設於該第二髖關節機構。
據上所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該處理單元更耦接一跑步裝置,該跑步裝置更設有一速度感測器。
綜上所述,藉由上述設置,相較於先前技術,顯見本發明主要具有下列數項優點及功效,茲逐一詳述如下:
1.使用者可藉由懸吊裝置及重心調節裝置支撐體重,以減輕使用者腿部之承受力,降低下肢支撐體重之負擔,藉以達致最佳訓練效果。
2.相較於習知步態復健訓練系統,本發明裝設之外骨骼復健裝置,藉由第一氣缸裝置及第二氣缸裝置與第一氣動裝置及第二氣動裝置混合驅動組成之單腿外骨骼復健裝置,包括:氣缸裝置及氣動裝置混合驅動之外骨骼復健裝置之自由度配置、運動學與動力學模擬分析,氣壓與電氣控制迴路設計、感測器與機構材料選取、加工相對應之機械構件,均大幅提升柔順性、安全性及輕巧性,且所需之驅動元件較少,機構簡單而非複雜性。
3.藉由擷取使用者行走週期內各關節與雙腳狀態之資訊,控制本發明與使用者間之協調性,供使用者獲得最佳之復健訓練,進而達致提升復健行走之效果。
4.本發明之支撐裝置底端設有移動裝置以及固定裝置,因此,使用者可於復健前、後藉由移動裝置移動支撐裝置,藉以供使用者順利進出跑步裝置;而於復健進行之狀態時,即可藉由固定裝置固定支撐裝置,使其不易移動,以提升使用者進行復健之安全性者。
關於吾等發明人之技術手段,茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明,俾供  鈞上深入了解並認同本發明。
請先參閱第1圖至第3圖所示,本發明係一種氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其包含:
一外骨骼復健裝置1,其設有一第一髖關節機構11a,該第一髖關節機構11a係樞設一第一無接觸角度感測器12a,該第一髖關節機構11a一端係裝設一第一髖關節外張氣缸架13a及一第二髖關節外張氣缸架13b,該第一髖關節外張氣缸架13a及該第二髖關節外張氣缸架13b係組設一第一氣動裝置14a,且該第一髖關節機構11a組設有一第二髖關節機構11b,該第二髖關節機構11b係組設一髖關節氣缸架111,且該髖關節氣缸架111係樞設一第一氣缸裝置15a,該第一氣缸裝置15a係耦接一處理單元2,該第一髖關節機構11a係樞設一大腿架體16,該大腿架體16更設有一大腿長度調整機構161,藉以調整其長度者,該大腿架體16係組設一膝關節機構17,該膝關節機構17係樞設一第二無接觸角度感測器12b,該大腿架體16及該膝關節機構17係樞設一第一致動器3a,該膝關節機構17係樞設一小腿架體18,該小腿架體18更設有一小腿長度調整機構181,藉以調整其長度,該小腿架體18係樞設一第二致動器3b,該第二致動器3b係耦接該處理單元2,且該膝關節機構17及該小腿架體18係樞設一第三致動器3c,該第三致動器3c係耦接該處理單元2,該第一致動器3a及該第二致動器3b係樞設一第二氣缸裝置15b,該小腿架體18係組設一踝關節機構19,該踝關節機構19係樞設一第三無接觸角度感測器12c,該踝關節機構19及該第三致動器3c係組設一第二氣動裝置14b,該踝關節機構19係組設一踏板裝置4,又該第一無接觸角度感測器12a、該第二無接觸角度感測器12b及該第三無接觸角度感測器12c係擷取行走週期內該髖關節機構、該膝關節機構17及該踝關節機構19角度位移量之訊號,藉以將各訊號傳送至該處理單元2,且藉由該處理單元2控制該第一致動器3a、該第二致動器3b及該第三致動器3c之該外骨骼復健裝置1;
至少一固定元件5,其係設於該外骨骼復健裝置1,所述固定元件5係固定使用者之下肢者;
一遠端監控裝置6,其係耦接該處理單元2,該遠端監控裝置6係接收該第一無接觸角度感測器12a、該第二無接觸角度感測器12b及該第三無接觸角度感測器12c係擷取該外骨骼復健裝置1於一行走週期內,該第一髖關節機構11a、該膝關節機構17及該踝關節機構19角度位移量之訊號者;
一支撐裝置7,其係對應該外骨骼復健裝置1一端,該支撐裝置7設有至少一滑輪71,所述滑輪71係相互對稱設於該支撐裝置7一端,所述滑輪71係分別藉一傳動單元72連結,所述傳動單元72一端係各裝設一氣缸機構73及一減壓閥731,所述氣缸機構73係各設有該減壓閥731,且所述氣缸機構73一端係藉由一氣缸固定板74設於所述傳動單元72一端,所述氣缸機構73另端係固設於該支撐裝置7一端,又所述傳動單元72另端係連接一平衡桿75,且該平衡桿75一端係設有一懸吊裝置76,該懸吊裝置76更設有一拉力感測器761,藉以感測重力,以穩固該支撐裝置7之重心,又該懸吊裝置76設有一套接部77,此外,該支撐裝置7底端更設有至少一移動裝置78以及至少一固定裝置79,該支撐裝置7可藉由所述移動裝置78進行水平移動,亦可藉由所述固定裝置79令該支撐裝置7進行定位者;
一重心調節裝置8,其係組設於該支撐裝置7,該重心調節裝置8係藉由一第一調節板體81a組設於該支撐裝置7,該第一調節板體81a樞設一第一連桿82a、一第二連桿82b、一第三連桿82c及一第四連桿82d,該第一連桿82a及該第一調節板體81a係樞設一第一氣體軀動單元83a,且該第二連桿82b及該第一調節板體81a係樞設一第二氣體軀動單元83b,又該第一調節板體81a係藉由該第一連桿82a、該第二連桿82b、該第三連桿82c及該第四連桿82d組設一第二調節板體81b,且該第二調節板體81b係組設於該第二髖關節機構11b;以及
一跑步裝置9,其係耦接該處理單元2,該跑步裝置9更設有一速度感測器(圖未繪示)。
藉此,請參閱第1圖及第2圖所示,使用者可於復健前、後藉由移動裝置78移動支撐裝置7,藉以供使用者順利進出跑步裝置9;而於復健進行之狀態時,即可藉由固定裝置79固定支撐裝置7,使支撐裝置7不易移動;於使用者套入套接部77後,藉懸吊裝置76利用滑輪71及傳動單元72,使得氣缸機構73施力之方向改變,以進行位移,此外氣缸機構73藉由氣缸固定板74固定於支撐裝置7,因此不易因使用者進行復健時造成移動者,於復健過程中,可根據使用者下肢復健之具體狀況,藉氣壓源732利用氣缸機構73,且氣缸機構73透過節流閥733及換向閥734調節減壓閥731設定適當之減重值後,氣缸機構73再藉由處理單元2控制藉由平衡桿75及拉力感測器761,藉以帶動懸吊裝置76並給予位移,以適當減輕使用者雙腿承受之重力,令使用者可自如地復健,以達最佳之減重目的,藉以達致訓練之效果。
請參閱第3圖所示,支撐裝置7之目的係供使用者於減重訓練時保證減重力之恆定,根據復健醫學理論,對使用者之最有效復健方式係於復健訓練中,一般使用者之減重重量不超過其體重之30%(含)以上;例如:多數人之體重小於100公斤,因此最多之減重重量小於30公斤,其中,考慮安全係數為1.5,則各氣缸機構73之最小輸出力應大於225N。
請參閱第4圖所示,本發明之重心調節裝置8,需先建立棒狀人體模型,分析人體於正常站立及行走過程中,重心最高與最低之幾種特殊狀態,得到此部份特殊狀態之資料後,建立其三維數學方程式,即可針對不同身高之人體,藉以計算站立及行走過程之重心軌跡變化曲線,藉此作為重心調節裝置8之設計依據,將人體重心軌跡設計為一種被動調節人體重心變化之機構,藉以實現人體重心於正常站立及行走過程中之變化規律;重心調節裝置8之第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b具有近乎線性之彈性曲線,因此,當重心調節裝置8承受使用者之壓力時,第一連桿82a、第二連桿82b、第三連桿82c及第四連桿82即因係樞設於第一調節板體81a及第二調節板體81b,故可依施力變化進行樞轉,且第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b即依據壓力之變化自動伸縮,藉可緩衝壓力之突變,藉此隨使用者重心之上下位移來被動實現人體重心之軌跡變化。
續請參閱第4圖所示,重心調節裝置8要模擬人體之正常重心變化,即需輸入正常人體行走之重心變化曲線,惟由於人體重心之左右與前後變化量遠小於上下之重心變化,因此,本發明僅就上下重心之變化情況,意即將第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b之行程變化作為重心平衡機構之輸入,而為以適當之第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b進行重心調節裝置8之製作與運動分析,需計算第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b之變化行程,其重心調節裝置8 之數學式1為:
【數學式1】
續請參閱第4圖所示,其中,F_0與K為第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b之參數與其尺寸有關,f_1為減重機構所支撐的力量,大小為0~300N之間,f_2為足底之支撐力,其變化曲線可由足底力檢測取得,藉此,由以上各參數之數值即可計算第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b之行程變化,並據此選擇合適之第一氣體軀動單元83a及第二氣體軀動單元83b。
按,根據研究顯示,於各種不同之復健方法中,若患者能自主參與復健運動,則能促進及強化患者運動功能的復健效果,因此,患者在自主訓練模式下,外骨骼復健裝置1需具有追蹤患者下肢運動的功能;續請參閱第5圖所示,使用者將自身之下肢套入於外骨骼復健裝置1,且藉由固定元件5固定其下肢,即進行復健運動;外骨骼復健裝置1係以氣壓伺服系統作為驅動器,且第一髖關節機構11a、第二髖關節機構11b及膝關節機構17係以比例方向閥控制第一氣缸裝置15a及第二氣缸裝置15b之運動,而對於踝關節機構19之背屈與蹠屈、髖關節機構之內收與外展,係採比例壓力閥進行第一氣動裝置14a、第二氣動裝置14b、第一致動器3a、第二致動器3b及第三致動器3c之收縮與伸長控制,此外,單腿外骨骼復健裝置1係藉由第一氣缸裝置15a及第二氣缸裝置15b與第一氣動裝置14a及第二氣動裝置14b混合驅動,相較於傳統步態復健訓練系統,本發明之外骨骼復健裝置1之柔順性、安全性及輕巧性均有極大提昇,且所需之驅動元件較少以及機構組裝簡單,因此,使用者可藉由外骨骼復健裝置1,帶動自身於跑步裝置9上做行走之運動,藉以實現各關節之運動訓練、腿部肌肉之主動和被動自我調整以及神經功能之復健訓練,再者,利用第一無接觸角度感測器12a、第二無接觸角度感測器12b及第三無接觸角度感測器12c擷取外骨骼復健裝置1於一行走週期內之第一髖關節機構11a、膝關節機構17及踝關節機構19角度位移量之訊號,控制由第一氣缸裝置15a、第二氣缸裝置15b、第一氣動裝置14a、第二氣動裝置14b、第一致動器3a、第二致動器3b及第三致動器3c驅動之外骨骼復健裝置1,使其與使用者間之運動狀態相互協調,再者,使用者可依需求藉由大腿長度調整機構161及小腿長度調整機構181調整大腿架體16及小腿架體18之長度,供使用者獲得最佳之復健訓練,提高使用者腿部機能損傷之復健品質。
此外,由於本發明之步態復健訓練係以跑步裝置9為平台,故須先瞭解外骨骼復健裝置1於空間中之運行軌跡,尤其係腳部末端之運動軌跡,方能模擬人體正常行走之情況,請參閱第6圖所示,其中,外骨骼復健裝置1係以D-H座標轉換法結合設計之機構,對外骨骼助力腿之末端空間位姿進行分析而得出位姿方程,其內容包含D-H座標轉換參數表的建立、順向運動學之推導以及逆向運動學之推導。
再者,藉由擷取使用者行走週期內各關節與雙腳狀態之資訊,以及透過氣缸機構73調節減壓閥731設定適當之減重值,傳送至遠端監控裝置6,並將其資訊藉由處理單元2傳送並控制本發明與使用者間之協調性,以及藉由處理單元2傳送至跑步裝置9中之速度感測器,以調整跑步裝置9之速度,供使用者獲得最佳之復健訓練,進而達致提升復健行走之效果。
是由上述說明及設置,顯見本發明主要具有下列數項優點及功效,茲逐一詳述如下:
1.使用者可藉由懸吊裝置76以及重心調節裝置8支撐自身之體重,以減輕使用者雙腿承受之重力,藉以降低下肢支撐自身體重之負擔,進而達致最佳之復健效果。
2.相較於習知步態復健訓練系統,本發明裝設之外骨骼復健裝置1,係藉第一氣缸裝置15a及第二氣缸裝置15b與第一氣動裝置14a及第二氣動裝置14b混合驅動組成之單腿外骨骼復健裝置1,包括:氣缸裝置及氣動裝置混合驅動之外骨骼復健裝置1之自由度配置、運動學與動力學模擬分析,氣動與電氣控制迴路設計、感測器與機構材料選取、加工相對應之機械構件,再者,藉第一氣缸裝置15a及第二氣缸裝置15b與第一氣動裝置14a及第二氣動裝置14b混合驅動可提升柔順性以及輕巧性,因此以氣缸來實現直線運動比習用之馬達方便,且不需增載減速機構,抗超載能力較強,和習用單以液壓驅動相比更具潔淨之優點,藉此,本發明均大幅提升柔順性、安全性以及輕巧性,此外,所需之驅動元件較少,且機構簡單而非複雜性者。
3.本發明藉由擷取使用者行走週期內各關節與雙腳狀態,以及透過氣缸機構73調節減壓閥731設定適當之減重值之資訊,將資訊傳送至遠端監控裝置6分析,並將分析後之資訊傳送至處理單元2,藉以控制外骨骼復健裝置1與使用者間之協調性,以及控制跑步裝置9之速度感測器,以調整跑步裝置9可配合使用者之速度,供使用者獲得最佳之復健訓練,進而達致提升復健行走之效果。
4.本發明之支撐裝置7底端設有移動裝置78以及固定裝置79,因此,使用者可於復健前、後藉由移動裝置78移動支撐裝置7,藉以供使用者順利進出跑步裝置9;而於復健進行之狀態時,即可藉由固定裝置79固定支撐裝置7,使其不易移動,以提升使用者進行復健之安全性者。
綜上所述,本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題,並達致預期之目的與功效,且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性,誠屬專利法所稱之發明無誤,爰依法提出申請,懇祈  鈞上惠予詳審並賜准發明專利,至感德馨。
惟以上所述者,僅為本發明之數種較佳實施例,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾,皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
〔本發明〕 1 外骨骼復健裝置 11a 第一髖關節機構 11b 第二髖關節機構 111 髖關節氣缸架 12a 第一無接觸角度感測器 12b 第二無接觸角度感測器 12c 第三無接觸角度感測器 13a 第一髖關節外張氣缸架 13b 第二髖關節外張氣缸架 14a 第一氣動裝置 14b 第二氣動裝置 15a 第一氣缸裝置 15b 第二氣缸裝置 16 大腿架體 161 大腿長度調整機構 17 膝關節機構 18 小腿架體 181 小腿長度調整機構 19 踝關節機構 2 處理單元 3a 第一致動器 3b 第二致動器 3c 第三致動器 4 踏板裝置 5 固定元件 6 遠端監控裝置 7 支撐裝置 71 滑輪 72 傳動單元 73 氣缸機構 731 減壓閥 732 氣壓源 733 節流閥 734 換向閥 74 氣缸固定板 75 平衡桿 76 懸吊裝置 761 拉力感測器 77 套接部 78 移動裝置 79 固定裝置 8 重心調節裝置 81a 第一調節板體 81b 第二調節板體 82a 第一連桿 82b 第二連桿 82c 第三連桿 82d 第四連桿 83a 第一氣體軀動單元 83b 第二氣體軀動單元 9 跑步裝置
第1圖係本發明之立體示意圖。 第2圖係支撐裝置之作動示意圖。 第3圖係支撐裝置之方塊示意圖。 第4圖係重心調節裝置平衡調節之示意圖。 第5圖係外骨骼復健裝置之作動示意圖。 第6圖係外骨骼復健裝置連桿座標系之示意圖。
1 外骨骼復健裝置 11a 第一髖關節機構 11b第二髖關節機構 111 髖關節氣缸架 12a 第一無接觸角度感測器 12b 第二無接觸角度感測器 12c 第三無接觸角度感測器 13a 第一髖關節外張氣缸架 13b 第二髖關節外張氣缸架 14a 第一氣動裝置 14b 第二氣動裝置 15a 第一氣缸裝置 15b 第二氣缸裝置 16 大腿架體 161 大腿長度調整機構 17 膝關節機構 18 小腿架體 181 小腿長度調整機構 19 踝關節機構 3a 第一致動器 3b 第二致動器 3c 第三致動器 4 踏板裝置 5 固定元件 7 支撐裝置 71 滑輪 72 傳動單元 73 氣缸機構 74 氣缸固定板 75 平衡桿 76 懸吊裝置 761 拉力感測器 77 套接部 78 移動裝置 79 固定裝置 8 重心調節裝置 81a 第一調節板體 81b 第二調節板體 82a 第一連桿 82b 第二連桿 82c 第三連桿 82d 第四連桿 83a 第一氣體軀動單元 9 跑步裝置

Claims (10)

  1. 一種氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其包含:一外骨骼復健裝置,其設有一第一髖關節機構,該第一髖關節機構一端係裝設一第一髖關節外張氣缸架及一第二髖關節外張氣缸架,該第一髖關節外張氣缸架及該第二髖關節外張氣缸架係組設一第一氣動裝置,且該第一髖關節機構組設有一第二髖關節機構,該第二髖關節機構係組設一髖關節氣缸架,且該髖關節氣缸架係樞設一第一氣缸裝置,該第一氣缸裝置係耦接一處理單元,該第一髖關節機構係樞設一大腿架體,該大腿架體係組設一膝關節機構,該大腿架體及該膝關節機構係樞設一第一致動器,該膝關節機構係樞設一小腿架體,該小腿架體係樞設一第二致動器,該第二致動器係耦接該處理單元,且該膝關節機構及該小腿架體係樞設一第三致動器,該第三致動器係耦接該處理單元,該第一致動器及該第二致動器係樞設一第二氣缸裝置,該小腿架體係組設一踝關節機構,該踝關節機構及該第三致動器係組設一第二氣動裝置,該踝關節機構係組設一踏板裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該第一髖關節機構係樞設一第一無接觸角度感測器,該膝關節機構係樞設一第二無接觸角度感測器,該踝關節機構係樞設一第三無接觸角度感測器,該第一無接觸角度感測器、該第二無接觸角度感測器及該第三無接觸角度感測器係擷取該外骨骼復健裝置於一行走週期內,該第一髖關節機構、該膝關節機構及該踝關節機構角度位移量之訊號,藉以將各訊號傳送至該處理單元,且藉由該處理單元控制該第一致動器、該第二致動器及該第三致動器之該外骨骼復健裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該大腿架體更設有一大腿長度調整機構,且該小腿架體更設有一小腿長度調整機構,藉以調整其長度者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該外骨骼復健裝置更設有至少一固定元件。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該處理單元更耦接一遠端監控裝置,該遠端監控裝置係接收該第一無接觸角度感測器、該第二無接觸角度感測器及該第三無接觸角度感測器係擷取行走週期內該髖關節機構、該膝關節機構及該踝關節機構角度位移量之訊號者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,更包含一支撐裝置,其係對應該外骨骼復健裝置一端,該支撐裝置設有至少一滑輪,所述滑輪係相互對稱設於該支撐裝置一端,所述滑輪係分別藉一傳動單元連結,所述傳動單元一端係各裝設一氣缸機構及一減壓閥,所述氣缸機構係各設有該減壓閥,且所述氣缸機構一端係藉由一氣缸固定板設於所述傳動單元一端,所述氣缸機構另端係固設於該支撐裝置一端,又所述傳動單元另端係連接一平衡桿,且該平衡桿一端係設有一懸吊裝置,又該懸吊裝置設有一套接部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該懸吊裝置更設有一拉力感測器,藉以感測重力,以穩固該支撐裝置之重心。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該支撐裝置底端更設有至少一移動裝置以及至少一固定裝置,該支撐裝置可藉由所述移動裝置進行水平移動,亦可藉由所述固定裝置令該支撐裝置進行定位者。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該支撐裝置更組設一重心調節裝置,該重心調節裝置係藉由一第一調節板體組設於該支撐裝置,該第一調節板體樞設一第一連桿、一第二連桿、一第三連桿及一第四連桿,該第一連桿及該第一調節板體係樞設一第一氣體軀動單元,且該第二連桿及該第一調節板體係樞設一第二氣體軀動單元,又該第一調節板體係藉由該第一連桿、該第二連桿、該第三連桿及該第四連桿組設一第二調節板體,且該第二調節板體係組設於該第二髖關節機構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之氣壓式驅動下肢步態復健訓練系統,其中,該處理單元更耦接一跑步裝置,該跑步裝置更設有一速度感測器。
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