专利名称：用于检测人体下肢膝关节运动信息的穿戴型外骨骼机构的制作方法减重步行训练是下肢康复医疗采用的主要方法，训练过程中需要两名医师相互协调，一名医师帮助患者完成下肢摆动运动，另一名医师在保持患者直立的同时帮助患者进行髋伸展。减重步行训练能够获得理想的肢体功能恢复效果，但在很大程度上取决于医师的经验和水平。此外，康复训练过程中医师的工作強度较大、效率也较低。为弥补专业人员的不足，降低工作強度并为患者提供及时有效的医疗服务。自二十世纪九十年代以来，国内外的ー些研究机构相继开展了穿戴型下肢康复外骨骼系统的研制与实验研究工作，研制的 部分康复训练外骨骼系统(如L0K0MAT系统等)已具有较好的性能并开始进入临床应用阶段。人体下肢的关节运动信息是规划康复训练外骨骼系统导引运动的基础性数据，对患肢进行康复训练时，需要參照相关信息设计外骨骼系统的导引运动规律。因此，获得相对准确的下肢关节运动信息对于保证患肢的康复训练效果具有实际意义。目前下肢关节运动信息的检测主要是通过运动图像采集、标志点提取与运动分析相结合的技术方法来实现，由摄象机采集人体直立行走过程的运动图象，通过对标志点的提取，以及基于不同肢体段连体坐标系之间的相对位姿关系分析得到下肢膝关节的运动信息。在前述检测方法中，采用的膝关节运动分析模型为单自由度回转副。根据人体解剖学可知，下肢膝关节为图I所示的单自由度滑车球状关节。人体运动过程中膝关节作绕轴线X转动的同时，还伴生有轴线X的滑移运动。因此，为实现更接近人体膝关节的运动功能，在现有下假肢设计技术中，多采用平面四杆机构膝关节而非单自由度回转副对人体膝关节进行功能等效。由于现有基于运动图像采集与分析的膝关节运动信息检测方法中，采用的膝关节分析模型为单自由度回转副，难以表征X轴线滑移对膝关节运动的影响，得到的关节检测信息与膝关节运动信息之间会存在一定程度的偏差。为了获得考虑轴线X滑移作用与影响的下肢膝关节运动信息，本实用新型设计了一种穿戴型外骨骼机构，当人体下肢穿戴外骨骼机构并作直立行走运动时，可以通过安置于外骨骼机构膝转动关节和膝下转动关节处的传感器測量得到的角度之和为人体下肢的膝关节运动信息。图2a)所示为外骨骼机构与人体下肢在髋以下部分经穿戴联接构成的局部封闭运动链，图2b)为局部封闭运动链的X轴向视图。由于在人-机封闭链运动过程中大腿构件之间始终保持平行，图2b)所示封闭运动链轴向视图中，人-机大腿构件的投影线相互重合。但因人-机膝关节运动属性上的差异，导致分别在两平行平面内运动的人-机小腿构件的投影线之间出现位置和角度偏差。根据图2b)所示几何关系知，人-机大、小腿构件的投影线彼此相交并构成-个平面三角形。进而由三角形的外角定理可得人体下肢膝关节转角Q1、外骨骼机构膝转动关节3转角e2和膝下转动关节7转角03之间的关系为^ I = 0 2+^3°
图Ia)为下肢膝关节。图Ib)为下肢膝关节测试图。图2a)所示为外骨骼机构与人体下肢在髋以下部分经穿戴联接构成的局部封闭运动链。图2b)所示封闭运动链轴向视图中。图3为检测下肢膝关节运动信息的外骨骼机构的机构原理。图4为大腿构件I。图5为小腿构件2。图6为膝转动关节3。图7为大腿穿戴具4。图8为小腿穿戴具5。图9为滑块6。图10为膝下转动关节7。图11为外骨骼机构的结构。图12为实施方式。图3中，I-大腿构件，2-小腿构件，3-膝转动关节，4-大腿穿戴具，5-小腿穿戴具，6-滑块，7-膝下转动关节。图4中，8_第一通孔，9~第_■通孔，10-第二通孔，11-第四通孔。[0032]图5中，12-第五通孔，13-滑槽。图6中，14-第六通孔，15-第七通孔，16-第八通孔，17-第一侧板，18-第九通孔，19-第十通孔，20-第i^一通孔，21-第二侧板，22-第一螺栓组，23-第二螺栓组，24-阶梯轴。图7中，25_第十二通孔,26_第十二通孔，27-第十四通孔,28-第十五通孔,39-大腿连接件，30-第十六通孔，31-第十七通孔，32-第一长孔，33-大腿第一半月板，34-第十八通孔，35-第十九通孔，36-第二长孔，37-大腿第二半月板，38-第三螺栓组，39-第四螺栓组。图8中，40-阶梯轴段、41-第二十通孔，42-第二十一通孔，43-小腿连接件，44-第 二十二通孔，45-第二十三通孔，46-第三长孔，47-小腿第一半月板，48-第二十四通孔，49-第二十五通孔，50-第四长孔，51-小腿第二半月板，52-第五螺栓组，53-第六螺栓组。图9中，54-第二十六通孔,55-第二十七通孔、56-第二十八通孔,57-第二十九通孔，58-第三十通孔，59-第一半滑块，60-第一螺纹孔，61-第二螺纹孔，62-第三螺纹孔，63-第四螺纹孔，64-第三十一通孔，65-第二半滑块，66-第一螺钉，67-第二螺钉，68-第三螺钉，69-第四螺钉。图10中，70-开口挡圈。图11中，71-第七螺栓组，72-第八螺栓组。图12中，73-大腿绑带，74-小腿绑带，75-第一键，76-第二键，77-第一光电编码器，78-第二光电编码器。本实用新型的实施方式如图12所示。人体下肢通过大腿第一半月板33、大腿第二半月板37和小腿第一半月板47、小腿第二半月板51穿戴外骨骼机构，并由大腿绑带73和小腿绑带74实现紧致联接。同时，为检测下肢膝关节的运动信息，在膝转动关节3和膝下转动关节7的左侧通过第一键75、第二键76以及第一侧板17、第一半滑块59按常规方式安装了第一光电编码器77和第二光电编码器78。