Abstract ：

本发明涉及一种含柔性关节的下肢康复外骨骼机构，该下肢康复外骨骼机构包括：髋关节支撑组件、左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统；所述左腿外骨骼系统和右腿外骨骼系统中的任一包括：引入柔性关节的髋关节驱动装置、髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件、引入柔性关节的膝关节驱动装置以及小腿伸缩组件；柔性关节的引入使该下肢康复外骨骼机构具有柔弹性，髋关节被动转动组件、大腿伸缩组件以及小腿伸缩组件能根据不同患者的身形尺寸进行调节；同时，在引入柔性关节的髋关节驱动装置和膝关节驱动装置的相互配合下，能辅助人体下肢实现相应的运动。通过上述方式，本发明能够支撑人体的下肢并为腿部摆动伸屈提供动力，且整体结构具有柔顺性和通用性。

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Abstract ：

针对人体肩关节运动障碍的康复训练需求,提出一种3R-PU型串联肩关节康复外骨骼机构,可以实现肩关节的内收/外展、前屈/后伸和内旋/外旋运动。通过在人机界面引入被动关节P和U,使外骨骼机构与上臂形成的人机闭链转化为3-DOF运动学恰约束系统,实现外骨骼机构与人体上臂的运动学相容。基于人体肩部各关节间的运动耦合分析,得到盂肱关节转心(Center of glenohumeral,CGH)在上臂抬升过程中相对于胸骨的位置变化关系。通过建立人机闭链的运动学模型,并进行位置逆解析,得到外骨骼机构各运动副的角位移变化曲线;同时,推导了人机闭链的速度雅可比矩阵,进行了运动灵活性分析。结果表明:被动关节P和U...

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肩关节康复 运动学分析 运动灵活性 外骨骼机构 人机相容性

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针对上肢运动功能障碍患者,康复外骨骼机构在肩、肘关节康复训练中的应用越来越多,由于盂肱关节的浮动属性及难以避免的穿戴误差,人机对应关节的轴线难以始终保持对齐,致使人-机连接界面处产生较大的附加力/矩,严重影响训练效果及穿戴舒适度。为消除产生的附加力/矩,提出一种4R3P2R型自适应上肢康复外骨骼机构,并对其进行位置逆解及重力平衡优化。该型上肢康复外骨骼在肩、肘关节处采用PPRRRP和PRRR构型,支链PPRRRP与肩关节构成3-DOF恰约束人机闭链。同理,支链PRRR与肘关节构成平面2-DOF的恰约束人机闭链。在该外骨骼构型的基础上,建立人机闭链运动学模型,求其位置逆解,推导出任意位姿下外骨骼...

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人机相容性 构型综合 上肢康复 外骨骼 重力平衡

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Abstract ：

基于外骨骼机构的构型综合和优选原则,提出PPRRRP和RRRPU两种外骨骼构型.在优选的构型中,通过在人机连接处引入被动关节,使外骨骼机构和人体上臂形成的人机闭链转化为3-DOF(自由度)运动学恰约束系统,实现人机运动学相容.从人机闭链整体的角度,分别建立PPRRRP和RRRPU人机闭链运动学模型,通过对被动关节的合理分解及运动学特征分析,推导其运动学约束方程,并分别求得两闭链的速度雅可比矩阵,该方法降低了人机闭链运动学分析的复杂性.通过对速度雅可比矩阵的数值仿真,在冠状面、矢状面和水平面对2种外骨骼构型进行条件数倒数、可操作度椭球以及灵巧操作速度的分析比较.结果表明:在上述3个面内,PPRR...

Keyword ：

外骨骼机构 人机相容性 可操作度椭球 灵巧操作速度 肩关节康复

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一种具有人‑机运动相容性和无源重力平衡特性的上肢康复训练机构，主要采用串联的结构形式，包括外骨骼机构、人‑机连接机构和支撑件。外骨骼机构与背后的支撑件固连，且通过人‑机连接机构与人体上肢紧致连接构成人‑机闭链；人‑机连接机构分为上臂连接机构和前臂连接机构，使人‑机闭链具有恰定的约束。外骨骼由肩关节等效机构、肘关节等效机构和前臂、上臂等效构件组成，其中肩关节等效机构和上臂等效构件辅助上臂实现屈/伸、收/展、内/外旋运动；肘关节等效机构和前臂等效构件辅助前臂实现屈/伸运动，前臂连接机构与前臂构件相连，辅助前臂实现旋前/旋后运动；完全允许人‑机轴线存在偏差，且人‑机闭链中不会产生与训练无关的作用力。

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为了探讨膝关节自适应性康复外骨骼机构构型综合与结构设计问题,本文基于人体膝关节屈伸运动实验采集的数据,提取出膝关节运动瞬时螺旋参数;根据膝关节生理结构和膝关节螺旋轴的瞬变特性考究,建立人体膝关节的运动学模型。结合人-机运动相容性、人-机闭链自由度和人-机约束力矩作用性质分析,提出一种与人体膝关节运动相容的康复外骨骼机构构型;考虑结构简单性和穿戴舒适性,对膝关节康复外骨骼装置进行了结构设计,获得了一套可自适应人体膝关节转动轴线运动特性的膝关节康复外骨骼机构。

Keyword ：

构型综合 运动相容 螺旋轴 人-机闭链 外骨骼 膝关节康复 自适应 结构设计

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本发明涉及一种用于上肢康复外骨骼机构的主被融合关节，该外骨骼机构采用紧致连接的方式与人体上肢的上臂和前臂连接，在人机连接界面处将主动关节和被动滑动副融合在一起，形成上臂主被融合关节和前臂主被融合关节。上臂主被融合关节通过二级半环与上臂绑缚连接，二级半环绕自身轴线带动上臂转动，前臂主被融合关节通过五级半环与前臂绑缚连接，五级半环随前臂箱体一起带动前臂绕自身轴线转动。该主被融合关节采用同步带传动方式，同步带驱动一级半环及四级半环转动，同时，在一级半环及四级半环内侧设置了具有弹性的上臂被动滑动副和前臂被动滑动副，在被动滑动副中均设置了导杆与压簧，降低上肢康复外骨骼机构在人机连接界面处的作用力/矩。

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本发明涉及一种含被动滑动副的上肢康复外骨骼机构，该上肢康复外骨骼机构包括5个主动关节、4个被动滑动副及3个调整单元，5个主动关节借鉴人体上肢的形态呈串联排布，通过引入4个被动滑动副，将该上肢康复外骨骼机构转化为恰约束系统。第一被动滑动和第二被动滑动副采用双导轨和滑块结构，第三被动滑动副和第四被动滑动副采用双光杆和直线轴承机构，同时，在被动滑动副中增设拉伸弹簧和压簧，使得被动滑动副具有一定的柔弹性，能够对外骨骼主动关节及人体上肢提供一定的支撑作用。在该上肢康复外骨骼机构中引入3个调整单元，能够适应不同患者的身体尺寸，增加该机构的通用性。

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一种9自由度穿戴自适应上肢康复外骨骼机构，包括肩关节适应机构、外骨骼机构、连接机构和支撑件。所述外骨骼机构由肩关节等效机构和肘关节等效机构组成，其中肩关节等效机构实现上臂基于ISB描述的抬升面、抬升角和内外旋角的运动，肘关节等效机构实现前臂屈/伸和旋内/旋外运动；所述肩关节适应机构、连接机构有运动副和连接件组成，其作用是适应肩、肘关节运动耦合影响。连接方式是：支撑件、肩关节适应机构和外骨骼机构顺次固连，且通过连接机构和上肢紧致连接构成人机闭链机构。本发明结构简单；肩关节适应机构布置在前端，使连接支链短，机构重力传输到支撑件，穿戴轻便；适应肩、肘关节运动耦合，解除人机闭链产生与训练无关人机力和力矩。

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本发明涉及一种用于检测人体上肢肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构，包括六自由度依次串联的三移动检测机构、T型连接板和三转动检测机构构成。三移动检测机构包括支撑支架、第一导轨移动副装置、第二导轨移动副装置和第三导轨移动副装置；三转动检测机构包括盂肱关节收展关节装置、连接弯板、盂肱关节屈伸关节装置和盂肱关节旋转转动关节装置。在人体上臂正确紧致穿戴外骨骼机构并做相应运动的情况下，通过三移动检测机构处的位移传感器和三转动检测机构处的光电编码器可直接获得更为准确的人体肩部盂肱关节旋转中心的位置信息及在该位置信息时盂肱关节的姿态信息，即盂肱关节运动信息。

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