一種可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。本裝置主要包括小腿外套、小腿護(hù)墊、后支撐架、氣缸、腳踏板、連接片、緊定螺釘、螺栓、墊片等，其特征在于：小腿外套與腳踏板通過(guò)三條并聯(lián)支鏈連接，構(gòu)成具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。三條支鏈中后支撐架一端通過(guò)緊定螺釘與小腿外套相連，一端通過(guò)球面副與腳踏板連接；一組氣缸直接通過(guò)球面副與小腿外套和腳踏板連接；另外兩組氣缸通過(guò)雙球面副連接后連接到小腿外套和腳踏。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功能全，成本低，安全舒適，能模擬人體踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式，訓(xùn)練效率高。本裝置可用于踝關(guān)節(jié)扭傷或者神經(jīng)損傷的患者做康復(fù)訓(xùn)練。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種人體下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，具體為一種可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù) 訓(xùn)練機(jī)器人裝置。 一種可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 踝關(guān)節(jié)是下肢重要的承重關(guān)節(jié)。同時(shí)在推動(dòng)人體向前運(yùn)動(dòng)的研究上，有人測(cè)算出， 60%的力量是由踝關(guān)節(jié)提供的，在人們?nèi)粘Ｉ钪?，踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性和靈活性起著重要的作 用。
[0003] 國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了用于踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人的研究工作。美國(guó)Rutgers大學(xué) 的Girone等發(fā)明的球面副S與移動(dòng)副P(pán)組合的基于6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的"Rutgers之踝"，可 以幫助踝關(guān)節(jié)扭傷者及中風(fēng)病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；燕山大學(xué)趙鐵石等提出了一種轉(zhuǎn)動(dòng)副R與 球面副S組合成的3-RSS/S并聯(lián)機(jī)構(gòu)及英國(guó)倫敦大學(xué)JianS.Dai等提出的球面副S與移 動(dòng)副P(pán)組合而成的3-SPS/PS機(jī)構(gòu)同為具有三個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)構(gòu)。由于機(jī) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間的限制，以上機(jī)構(gòu)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)穿戴。而現(xiàn)有穿戴式康復(fù)機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī) 構(gòu)通常采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的型式，不能實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的全部3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，或無(wú)法實(shí)現(xiàn)3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線 相交于一點(diǎn)，造成非期望力輸出，可能對(duì)受試者造成二度傷害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型是為了避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，設(shè)計(jì)一種可穿戴式踝關(guān)節(jié)康 復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，該踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人具有三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可以帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)有功 能障礙的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行功能訓(xùn)練，同時(shí)具有主動(dòng)康復(fù)及被動(dòng)康復(fù)的功能，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低 廉，調(diào)節(jié)方便，使用安全。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，特別是涉及一種可穿戴 式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。本裝置的機(jī)構(gòu)為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，且基于擬人化設(shè)計(jì)，能模擬人體 踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式。本裝置主要包括小腿外套、小腿護(hù)墊、后支撐架、氣缸、腳踏板、連接片、 緊定螺釘、螺栓、墊片，其特征在于：小腿外套與腳踏板通過(guò)三條并聯(lián)支鏈連接，構(gòu)成具有3 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，小腿外套為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)，腳踏板為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)。三 條支鏈分別為直接連接動(dòng)、靜平臺(tái)的球面副S6,球面副與移動(dòng)副構(gòu)成的支鏈S4-P2-S5和 S1-P1-S2-P3-S3,其中S2為雙球面機(jī)構(gòu)。由于連接小腿外套與腳踏板的機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)三個(gè) 方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，人體穿上本裝置后，可以實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻、和內(nèi)旋/外旋 三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。小腿外套才有C型結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)墊片的厚度及螺栓的預(yù)緊量調(diào) 整小腿外套的粗細(xì)，以適應(yīng)不同胖瘦的接受訓(xùn)練者的腿部尺寸。小腿外套內(nèi)裝有小腿護(hù)墊， 以增加使用過(guò)程中腿部的舒適度。
[0006] 有益效果：本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 1、本實(shí)用新型在帶動(dòng)踝關(guān)節(jié)功能性障礙患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，可完全模擬人體踝 關(guān)節(jié)的各種運(yùn)動(dòng)，且在康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸線始終位于踝關(guān)節(jié)的正下方，可以避免 出現(xiàn)康復(fù)運(yùn)動(dòng)不到位或造成關(guān)節(jié)二度傷害的弊端，提高康復(fù)訓(xùn)練的效果，實(shí)現(xiàn)正常的康復(fù) 治療。
[0008] 2、本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)穿戴，使接受康復(fù)訓(xùn)練者在正常的工作生活中完成踝關(guān)節(jié) 的康復(fù)。
[0009] 3、本實(shí)用新型可根據(jù)患者的康復(fù)效果，設(shè)置主動(dòng)康復(fù)、被動(dòng)康復(fù)及助力三種康復(fù) 模式，便于康復(fù)方案的實(shí)施。
[0010] 4、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)的雙重安全防護(hù)，且機(jī)構(gòu)本身在踝關(guān)節(jié) 運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)無(wú)奇異位形，有很高的安全可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)圖1。
[0012] 附圖中的標(biāo)記為：1-腳踏板，2-氣缸，3-后支撐架，SI、S4、S5-球面副，PI、P2、 P3-氣缸移動(dòng)副。
[0013] 圖2可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)圖2。
[0014] 附圖中的標(biāo)記為：4、5_氣缸，6-墊片，7-螺栓，8-小腿外套，9-緊定螺釘1，10_小 腿護(hù)墊，11-連接片，12-緊定螺釘2,S2-雙球面機(jī)構(gòu)，S3、S6-球面機(jī)構(gòu)。
[0015] 圖3可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置俯視圖。
[0016] 圖4后支撐架底部球面副結(jié)構(gòu)三維局部圖。
[0017] 圖5可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置使用模擬圖。

【具體實(shí)施方式】 [0018]
[0019] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有 其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0020] 實(shí)施例：可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示：小腿外 套8與腳踏板1通過(guò)三條并聯(lián)支鏈連接，構(gòu)成具有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，小腿外套8 為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)，腳踏板1為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)。三條支鏈分別為通過(guò)緊定螺釘12直 接連接靜平臺(tái)、通過(guò)球面副S6連接動(dòng)平臺(tái)的后支撐架3,由小腿外套8上的球面副S4、氣缸 2形成的移動(dòng)副P(pán)2和腳踏板上的球面副S5構(gòu)成的S-P-S支鏈，由小腿外套8上的球面副 S1、氣缸1形成的移動(dòng)副P(pán)1、腳踏板1上的雙球面副S2、氣缸3形成的移動(dòng)副P(pán)3和小腿外 套8上的球面副S3構(gòu)成的S-P-S-P-S支鏈。后支撐架3通過(guò)緊定螺釘12、連接片11和緊 定螺釘9與小腿外套8連接。小腿外套8為C型結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)墊片6的厚度及螺栓 7的預(yù)緊量調(diào)整小腿外套8的粗細(xì)，小腿外套8內(nèi)裝有小腿護(hù)墊10。
[0021] 為了更好的觀察和分析本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，特增加了圖3、圖4、圖5。如圖4所示， 后支撐架3底部結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)人體踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)空間確定，可起到安全保護(hù)的作用。
[0022] 工作過(guò)程：康復(fù)訓(xùn)練前，理療師幫助病人穿戴好本裝置。病人穿戴本裝置時(shí)，應(yīng)調(diào) 整墊片6及螺栓7,使裝置穿戴在合適的位置，以適應(yīng)不同腿部尺寸以提高舒適度等。裝置 穿戴好后，由理療師將安裝數(shù)據(jù)輸入到控制系統(tǒng)中。人在步行時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)控制氣缸的 伸縮量，從而控制踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。當(dāng)氣缸2、氣缸4、氣缸5的伸縮量變化時(shí)，便可通過(guò) 球面副帶動(dòng)腳踏板1實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)3個(gè)自由度的康復(fù)訓(xùn)練。在訓(xùn)練過(guò)程中，傳感器會(huì)實(shí)時(shí)采 集患者的訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)參數(shù)，經(jīng)采集卡儲(chǔ)存到控制系統(tǒng)之中，以便訓(xùn)練后理療師分析訓(xùn)練效果， 制定后續(xù)訓(xùn)練方案。
[0023] 以上結(jié)合最佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但本實(shí)用新型并不局限于以上揭 示的實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本實(shí)用新型的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。
【權(quán)利要求】
1. 一種可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于：包括小腿外套、小腿護(hù)墊、 后支撐架、氣缸、腳踏板、連接片、緊定螺釘、螺栓、墊片，所述的小腿外套與腳踏板通過(guò)三條 并聯(lián)支鏈連接，構(gòu)成具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于：所述的 三條并聯(lián)支鏈包括一端通過(guò)緊定螺釘與小腿外套相連，一端通過(guò)球面副與腳踏板連接的后 支撐架；一組氣缸直接通過(guò)球面副與小腿外套和腳踏板連接形成的一條主動(dòng)支鏈；另外兩 組氣缸通過(guò)雙球面副連接后連接到小腿外套和腳踏形成的一條主動(dòng)支鏈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于：所 述的小腿外套內(nèi)墊有小腿護(hù)墊，墊片及螺栓可調(diào)節(jié)小腿外套粗細(xì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可穿戴式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置，其特征在于：所 述的后支撐架與小腿外套通過(guò)連接片和緊定螺釘連接。
【文檔編號(hào)】A61H1/00GK203861522SQ201420160167
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】王強(qiáng), 張學(xué)強(qiáng), 李曉亮, 李煒, 張?jiān)姷? 王莉, 楊洋 申請(qǐng)人:西華大學(xué)