本發明涉及一種醫療輔助康復裝置，具體涉及一種柔順驅動膝關節康復輔助裝置。

背景技術：
當膝關節受傷后，患者必須在康復期內針對膝關節進行一定的康復訓練，而不同的時期訓練的強度有所不同。國內外目前帶動力的膝關節輔助康復裝置，雖然能夠有效地主動提供助力給膝關節，但是其動力傳動結構比較復雜，電池能耗較大，價格貴，尤其是重量大，并不適用于患者長期穿戴，而且此類裝置比較龐大，一般集中在康復醫療中心，所以患者只能到康復中心進行康復，這對有行動障礙的患者來說也是非常不便的。常見的家用膝關節輔助康復裝置可分為穿戴式和非穿戴式，目前市場上的小型穿戴式的輔助康復裝置結構比較簡單，一般只起支撐、穩定患者受損膝關節的作用，使用起來也相對簡單。而非穿戴式的輔助康復裝置相比于穿戴式的功能相對要強大一些，它可以增加患者肌力和膝關節的靈活性以及改善患者對肌肉的控制能力，但是由于不可穿戴，容易對患者的使用造成一定不便之處，康復效果也有一定的局限性。因此，搭載合適驅動器的穿戴式膝關節康復輔助裝置將有效地結合以上兩種家用穿戴式膝關節康復輔助裝置的特點。如專利號為CN201420671314.X的專利，采用兩個氣動肌肉組件和繩索帶動膝關節上的轉輪轉動進而帶動小腿擺動。專利號為201410462145.3的專利通過伺服電機驅動套索實現動力的傳遞，幫助患者進行手術后膝關節行走助力和康復訓練。此類膝關節康復輔助裝置結構都相對比較簡單，體積小，重量輕，穿戴方便，適合民用。近年來，基于生物學和生理學方面的研究表明，筋腱組織等柔性儲能機構對人體行走的穩定性和能量效率具有極為重要的作用。而現有的裝置都是剛性的驅動關節轉動，而不能像人的膝關節那樣具有柔順性。柔順的關節在運動過程中，交替地進行儲存能量與釋放能量，以將動能、重力勢能和彈性勢能進行轉換，這樣不但提高了人行走時能量的利用效率，還改善了對行走環境的適應性，因此膝關節的康復裝置在驅動關節轉動時應該是具有柔順性的。綜上所述，亟需一種穿戴輕巧、方便且能提供柔順性的膝關節輔助康復裝置。

技術實現要素：
針對上述問題，本發明提出了一種穿戴方便、基于柔順驅動器的膝關節康復輔助裝置。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：本發明包括大腿連接機構、助力彈簧連接線、柔順驅動器和小腿連接機構；所述的大腿連接機構包括上支撐板和固定在上支撐板上的大腿綁帶；所述的小腿連接機構包括助力彈簧、下支撐板和固定在下支撐板上的小腿綁帶；下支撐板上固定有助力彈簧連接線安裝環和下卡扣；助力彈簧的下端與下卡扣連接，上端與助力彈簧連接線的下端連接；助力彈簧連接線穿過助力彈簧連接線安裝環。所述的柔順驅動器包括步進電機、中空旋轉平臺、中心軸、彈簧盤和電位器模塊；步進電機的底座和上連接板固定在中空旋轉平臺的外圈兩側；大腿連接機構的上支撐板與上連接板固定；所述的中心軸通過兩個單向軸承支承在軸承套上，軸承套端面的法蘭結構與中空旋轉平臺的內圈固定；中空旋轉平臺的外圈與中空旋轉平臺的內圈構成轉動副；步進電機驅動中空旋轉平臺的內圈轉動。所述助力彈簧連接線的上端繞過上連接板的弧形凹槽并與固定在上連接板上的上卡扣連接。所述的中心軸設有法蘭結構與彈簧盤的內圈固定；彈簧盤的外圈與十字支撐架及下連接板的一端通過螺栓固定后，彈簧盤的內圈用深溝球軸承支承在中心軸上；下連接板的另一端與小腿連接機構的下支撐板通過螺栓連接；所述的電位器模塊測量中心軸轉動的角度，并將角度信號傳給控制器控制步進電機的行程量以及擺動速度。單向軸承通過軸承卡圈和軸肩實現軸向定位。嵌入深溝球軸承側面環形凹槽內的彈簧卡圈及中心軸的法蘭結構分設在兩側對彈簧盤和十字支撐盤進行軸向定位。軸承卡圈卡在中心軸上對深溝球軸承軸向定位。所述彈簧盤采用的材料為經熱處理后的50CrVA。所述彈簧盤的內圈和外圈通過沿圓周均布的四根S狀彈性輻條連接，通過計算機軟件有限元分析后，根據應力應變條件確定S狀彈性輻條最優的曲線結構。所述彈簧盤的整體結構由線切割工藝加工而成。本發明由于采用以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明在驅動端設置了彈性元件，有效增加了機構的柔順性，更加適應了患者的康復需求。2本發明在支撐上、下肢的機構間設置了一助力彈簧，為患者進行行走以及下蹲運動時提供輔助作用力。3、本發明在轉動軸處設置了一電位器，用以測量患者的運動狀態，并反饋給控制端，使控制更為精確。4、轉動軸處采用兩個單向軸承能夠起到一定的限位作用。附圖說明圖1是本發明的整體結構立體圖；圖2是本發明的局部剖視圖；圖3是本發明的爆炸視圖；圖4是本發明中彈簧盤的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，一種柔順驅動膝關節康復輔助裝置，包括大腿連接機構、助力彈簧連接線、柔順驅動器和小腿連接機構；在穿戴時，須將柔順驅動器的中心軸41和膝關節的轉動軸軸線共線。大腿連接機構包括上支撐板12和固定在上支撐板12上的大腿綁帶11；小腿連接機構包括助力彈簧33、下支撐板31和固定在下支撐板31上的小腿綁帶32；下支撐板31上固定有助力彈簧連接線安裝環34和下卡扣35；助力彈簧33的下端與下卡扣35連接，上端與助力彈簧連接線的下端連接；助力彈簧連接線穿過助力彈簧連接線安裝環34。如圖2和3所示，柔順驅動器包括步進電機21、日本東方電機公司的中空旋轉平臺、中心軸41、彈簧盤44和電位器模塊23；步進電機21的底座和上連接板13固定在中空旋轉平臺的外圈22兩側；大腿連接機構的上支撐板12與上連接板13固定；中心軸41通過兩個單向軸承45支承在軸承套上，軸承套端面的法蘭結構與中空旋轉平臺的內圈24固定，可使軸承套46和中空旋轉平臺帶有輪齒的內圈24同步轉動；中空旋轉平臺的外圈22與中空旋轉平臺的內圈構成轉動副；步進電機21驅動中空旋轉平臺的內圈24轉動。助力彈簧連接線的上端繞過上連接板13的弧形凹槽并與固定在上連接板13上的上卡扣14連接，使患者行走和下蹲時助力彈簧能夠產生較大的形變，從而提供一定的輔助作用力。單向軸承45通過第一軸承卡圈48和軸肩定位實現軸向定位，通過單向軸承45使中心軸41只能單向自由擺動，另一方向只能跟隨步進電機21同步轉動。中心軸41設有法蘭結構與彈簧盤44的內圈固定；彈簧盤44的外圈與十字支撐架47及下連接板36的一端通過螺栓固定后，彈簧盤44的內圈用深溝球軸承42支承在中心軸41上；下連接板36的另一端與小腿連接機構的下支撐板31通過螺栓連接；嵌入深溝球軸承42側面環形凹槽內的彈簧卡圈43及中心軸41的法蘭結構分設在兩側對彈簧盤44和十字支撐盤47進行軸向定位；第二軸承卡圈49卡在中心軸41上對深溝球軸承42軸向定位；十字支撐架47在一定程度上防止彈簧盤在徑向的變形。電位器模塊23測量中心軸41轉動的角度，從而讀取小腿擺動的運動量，并將角度信號傳給控制器控制步進電機21的行程量以及擺動速度。可見，柔順驅動器可在轉動時提供一定柔順性。如圖4所示，彈簧盤44采用的材料為經熱處理后的50CrVA；彈簧盤44的內圈和外圈通過沿圓周均布的四根S狀彈性輻條連接；通過計算機軟件有限元分析后，根據應力應變條件確定S狀彈性輻條最優的曲線結構；彈簧盤44整體結構由線切割工藝加工而成，彈簧盤44能夠使機構剛度呈非線性變化，為小腿擺動提供一定柔順性。該柔順驅動膝關節康復輔助裝置，工作原理如下:進行膝關節康復訓練和輔助行走時，要求該裝置帶動小腿做反復運動。步進電機21通過齒輪副傳動帶動中空旋轉平臺的內圈24轉動，由于中心軸41上固定有兩個單向軸承45，使中心軸41在一個方向上卡死，只能跟隨步進電機21同步轉動，而在另一方向上可自由擺動。因此，中心軸41在步進電機21的驅動下可帶動小腿向后側擺動，同時造成助力彈簧33的拉伸變形。通過電位器模塊23檢測小腿擺動的角度，當小腿向后側擺動到目標角度時，步進電機21停止運行，由于助力彈簧33產生的拉力，該裝置可帶動小腿恢復到初始狀態(即站立狀態)，從而完成康復訓練和行走時小腿擺動的動作。由于該裝置動力傳動過程必須經過彈簧盤44的變形，彈簧盤44可為該裝置的運作提供一定柔順性，起到一定的力緩沖作用。