专利名称：一种三自由度踝关节辅助运动外骨骼的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及三自由度踝关节辅助运动外骨骼，具体说是一种具有三 自由度，可实现对人体踝关节背屈/跖屈、内翻/外翻和内旋/外旋三自由度运 动的辅助医疗装置。
背景技术：
外骨骼技术是一种新型的人机智能系统控制技术，可广泛应用于机器人 的主从控制，肢残病人的医疗康复辅助器械。对于瘫痪、肢残病人传统的康 复手段需理疗师"手把手"进行，消耗了大量的时间与体力，并且无法保证充 足的训练时间和足够的训练强度。现有的一些踝关节外骨骼大多只有单个自 由度，无法满足训练多样性的要求。而本实用新型具有三自由度可实现踝关 节所有的运动形式，并且可记录训练参数(运动轨迹、速度、强度，时间等)， 使训练过程定性定量，从而可得到客观定量的康复评价指标，利于治疗方案 的确定和改进，并且可开展对患者神经康复规律的深入研究。 发明内容
本实用新型的目的是设计一种具有三个自由度的可穿戴式柔性外骨骼 踝关节辅助康复运动医疗设备。
本实用新型的三自由度踝关节辅助运动外骨骼，包括脚底板，固定在脚 底板前端的第一支架，固定在脚底板后端的第二支架，依次同轴叠置的上圆 环、环形齿轮和下圆环，上、下圆环通过两个带轴的连接件固定成相对于环 形齿轮转动的整体，第一支架和第二支架分别通过轴承与两个连接件的轴连
接，两个连接件的轴在x方向同轴，在环形齿轮上固定有两个带轴的u形 连接块，两个小腿板支架的一端分别通过轴承与两个u形连接块的轴连接，
两个U形连接块的轴在Y轴方向同轴，两个小腿板支架的另一端与小腿板 横梁相连，小腿板与小腿板横梁固定，X轴电机与第一谐波减速器相连并固 定在第二支架上，Y轴电机与第二谐波减速器相连并固定在第一 U形连接块 上，Z轴电机及减速箱通过Z轴电机支架固定在上圆环上，Z轴电机转轴上 固定有齿轮，齿轮与环形齿轮啮合，在第一连接件的轴和第一U形连接块的 轴上分别安装有角度传感器。
本实用新型通过对X轴电机、Y轴电机和Z轴电机的旋转角度控制，可实
现外骨骼辅助患者实现踝关节背屈/跖屈、内翻/外翻和内旋/外旋三个自由度的分别运动及环绕的协同运动。这种结构与现有的踝关节外骨骼相比，拥有更多自 由度的运动并且实现了环绕这一协同运动，其结构新颖，轻便灵巧，便于穿戴， 控制方便，可以作为人体踝关节肌肉萎縮或者残疾人士的医疗康复辅助器械。
图1是三自由度踝关节辅助运动外骨骼结构示意图； 图2是三自由度踝关节辅助运动外骨骼结构俯视图； 图3是上、下圆环和环形齿轮连接示意图。
具体实施方式
以下结合结构附图进一步说明本实用新型。
参照附图，本实用新型的三自由度踝关节辅助运动外骨骼，包括脚底板 1，固定在脚底板前端的第一支架2，固定在脚底板后端的第二支架9，依次 同轴叠置的上圆环14、环形齿轮7和下圆环13，上、下圆环14、 13通过两 个带轴的连接件15、 18固定成相对于环形齿轮7转动的整体，第一支架2 和第二支架9分别通过轴承与两个连接件15、 18的轴连接，两个连接件15、 18的轴在X方向同轴，在环形齿轮7上固定有两个带轴的U形连接块16、 20，两个小腿板支架5、 6的一端分别通过轴承与两个U形连接块16、 20 的轴连接，两个U形连接块16、 20的轴在Y轴方向同轴，两个小腿板支架 5、 6的另一端与小腿板横梁21相连，小腿板4与小腿板横梁21固定，X轴 电机19与第一谐波减速器8相连并固定在第二支架9上，Y轴电机17与第 二谐波减速器3相连并固定在第一 U形连接块16上，Z轴电机及减速箱10 通过Z轴电机支架ll固定在上圆环14上，Z轴电机转轴上固定有齿轮12， 齿轮12与环形齿轮7啮合，在第一连接件15的轴和第一 U形连接块20的 轴上分别安装有角度传感器。
康复训练时，将三自由度踝关节辅助运动外骨骼穿戴于患者的踝关节 上，患者小腿固定于小腿板上，患者脚部固定于脚底板上，X轴电机将旋转 运动传递给第一谐波减速器，第一谐波减速器将旋转运动传递给两个连接 件，由于两个连接件固定在上、下圆环上，因此可实现脚底板相对于环形齿 轮的X轴旋转，即踝关节X轴方向的旋转。
Y轴电机将旋转运动传递给第二谐波减速器，第二谐波减速器将旋转运 动传递给两个U形连接块，由于两个U形连接块固定在环形齿轮上，因此 可实现环形齿轮相对于小腿板的Y轴旋转，即踝关节Y轴方向的旋转。
Z轴电机将旋转运动传递给齿轮，由于齿轮与环形齿轮啮合，因此实现环形齿轮相对于上、下圆环的z轴旋转，即即踝关节z轴方向的旋转。
三自由度踝关节辅助运动外骨骼有三个自由度，通过安装在连接件轴和
u形连接块轴上的角度传感器获取患者踝关节运动角度参数，对X轴电机、 Y轴电机和Z轴电机的旋转进行角度控制，可实现踝关节外骨骼脚底板相对 于小腿板X轴、Y轴和Z轴旋转角度的伺服控制，带动患者进行踝关节的 背屈/跖屈、内翻/外翻和内旋/外旋康复训练。
权利要求1.一种三自由度踝关节辅助运动外骨骼，其特征在于包括脚底板(1)，固定在脚底板前端的第一支架(2)，固定在脚底板后端的第二支架(9)，依次同轴叠置的上圆环(14)、环形齿轮(7)和下圆环(13)，上、下圆环(14、13)通过两个带轴的连接件(15、18)固定成相对于环形齿轮(7)转动的整体，第一支架(2)和第二支架(9)分别通过轴承与两个连接件(15、18)的轴连接，两个连接件(15、18)的轴在X方向同轴，在环形齿轮(7)上固定有两个带轴的U形连接块(16、20)，两个小腿板支架(5、6)的一端分别通过轴承与两个U形连接块(16、20)的轴连接，两个U形连接块(16、20)的轴在Y轴方向同轴，两个小腿板支架(5、6)的另一端与小腿板横梁(21)相连，小腿板(4)与小腿板横梁(21)固定，X轴电机(19)与第一谐波减速器(8)相连并固定在第二支架(9)上，Y轴电机(17)与第二谐波减速器(3)相连并固定在第一U形连接块(16)上，Z轴电机及减速箱(10)通过Z轴电机支架(11)固定在上圆环(14)上，Z轴电机转轴上固定有齿轮(12)，齿轮(12)与环形齿轮(7)啮合，在第一连接件(15)的轴和第一U形连接块(20)的轴上分别安装有角度传感器。
专利摘要本实用新型的三自由度踝关节辅助运动外骨骼，包括脚底板(1)，固定在脚底板前端的第一支架(2)，固定在脚底板后端的第二支架(9)，依次同轴叠置的上圆环(14)、环形齿轮(7)和下圆环(13)，上、下圆环(14、13)通过两个带轴的连接件(15、18)固定成相对于环形齿轮(7)转动的整体，第一支架(2)和第二支架(9)分别通过轴承与两个连接件(15、18)的轴连接，两个连接件(15、18)的轴在X方向同轴，在环形齿轮(7)上固定有两个带轴的U形连接块(16、20)，两个小腿板支架(5、6)的一端分别通过轴承与两个U形连接块(16、20)的轴连接，两个U形连接块(16、20)的轴在Y轴方向同轴，两个小腿板支架(5、6)的另一端与小腿板横梁(21)相连，小腿板(4)与小腿板横梁(21)固定。
文档编号A61H1/00GK201422989SQ200920123910
公开日2010年3月17日 申请日期2009年6月29日 优先权日2009年6月29日
发明者晖 余, 煜 张, 张佳帆, 寅 杨, 杨灿军 申请人:浙江大学