(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105287162A (43)申请公布日2016.02.03 (21)申请号201510658561.5 (22)申请日2015.10.10 (71)申请人合肥工业大学 地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人訾斌尹光才李元陈桥 王道明 (74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理 有限公司34112 代理人余成俊 (51)1nt.Cl. A61H102(2006.01) 权利要求书2页说明书5页附图3页 (54)发明名称 可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置 (57)摘要 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
CN105287162A 权利要求书 1/2页 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 2
CN105287162A 权利要求书 2/2页 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·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。 3
CN105287162A 说明书 1/5页 可穿戴式柔索驱动仿生腰部康复装置 技术领域 [0001] 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 [0002] 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。 [0003]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。 [0004]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。 [0005]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 4
CN105287162A 说明书 2/5页 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。 [0006] 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。 [0007]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·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。 [0008]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。 [0009]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。 [0010]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 [0011] 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。 [0012] 图2是仿生脊柱单元模块结构示意图。 5