多自由度可调式踝和膝关节联动康复训练器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种康复器械，尤其涉及一种用于因疾病、意外伤害、人口老龄化等原因引起的下肢运动困难人群的多自由度可调式踝和膝关节联动康复训练器。
【背景技术】
[0002]目前，我国因为人口老龄化、疾病等因素，下肢运动困难人群在不断扩大，因此开发有效的下肢康复训练器就凸显其重要性，并具有广泛的社会和市场需求。现有的下肢康复训练装置，多数仅用于踝关节运动困难的训练，且仅能实现踝关节的背屈、跖屈，内翻、夕卜翻和外展、内收运动，同时踝关节的各解剖学平面运动幅度与速度尚无法调节；另外，现有装置尚未全面考虑踝关节(全自由度)、膝关节和小腿肌肉的联动康复训练，这使得使用者无法获得接近生理运动状态下的下肢康复训练，因而不同程度地存在效果差或不理想等问题。
[0003]综观上述下肢康复训练装置的现状，急需一种接近生理运动状态下的多关节联动训练、且训练幅度与训练速度可调的下肢康复训练器。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于下肢运动康复人群的多自由度可调式踝和膝关节联动康复训练器，该康复训练器结构简单，可实现踝关节背屈、跖屈，内翻、外翻、外展、内收、旋前、旋后的全生理动作模式以及膝关节的伸展与屈曲运动，并且还可以达到对小腿肌肉进行有效康复训练的有益效果。
[0005]本发明包括连接支架、动力部件、固定装置以及执行组件；
[0006]所述的连接支架包含第一机座、第二机座和第三机座，第一机座和第二机座之间通过四个在两侧均布的连杆铰接；摇杆铰接在第一机座和第二机座之间，连杆和摇杆的两端与铰链支架铰接，铰链支架通过第一螺钉固定在第一机座和第二机座上，第一机座、第二机座和连杆构成了平行四边形机构；齿轮轴的下端通过轴承座固定在第二机座上部，齿轮轴的上端穿过第三机座以第一螺母固定，以实现第三机座绕齿轮轴的转动。
[0007]动力部件包含通过第一变频电机支架与第一机座固定的第一变频电机和固定在第二机座上的第二变频电机，第一变频电机与第二变频电机均由控制柜进行操作与控制，以实现对训练器运行速度的控制。
[0008]固定装置包含足部固定装置和大腿固定装置，所述足部固定装置与通过第二螺母固定在第三机座上的两个足部固定装置支杆铰接；大腿固定装置可以沿大腿固定装置支架套筒的轴线方向滑动，大腿固定装置和大腿固定装置支架套筒通过压紧旋钮限制相对移动，大腿固定装置支架套筒通过螺纹连接的方式固定在丝杠螺母上；丝杠螺母随着底部丝杠的转动，能沿着底部丝杆滑轨的轴向运动，以达到调节大腿固定装置与足部固定装置的水平距离的目的。其中底部滑动丝杠的转动是由底部旋转手柄带动的，一对底部丝杠滑轨的位置是由第二螺钉紧固在第一机座上的底部丝杠支架与旋紧在底部丝杆滑轨两端的第三螺母确定的；
[0009]执行组件包含实现足踝的背屈、跖屈动作以及膝关节的伸展与屈曲动作的第一组合机构与实现足踝的外翻、内翻动作和外展、内收动作的第二组合机构；第一组合机构是由第一变频电机驱动的机构构成，第一变频电机轴线所在平面与导杆绕铰链支座运动的轴线需共面，这样可以保证第二机座左右摆动的幅度相同，第一曲柄的一端与第一变频电机铰接，另一端能在导杆的长轨道中滑动，第一曲柄上有调节孔，使用时可以控制第一曲柄使用的长度，从而调节机器的运动幅度，导杆与第一曲柄的接触属于线接触，摩擦较小；在第一变频电机的驱动下，第二机座会沿着平行四边形顶部的轨迹进行运动，这就同时实现了足踝的背屈、跖屈动作以及膝关节的伸展与屈曲动作，基于平行四边形机构的特点，第二机座可以始终保持与地面平行的状态；第二组合机构是由第二变频电机驱动的机构构成，第二变频电机首先驱动曲柄滑块机构，曲柄滑块机构由第二曲柄、连杆、滑块和滑块支架组成，第二变频电机轴线所在竖直平面需穿过训练器的中心，这样可以使第二组合机构的部件对称布置，保证滑块相对于第二变频电机轴线所在竖直平面的等幅摆动；第二曲柄的一端与第二变频电机铰接，另一端与连杆铰接，滑块的第二开孔实现与连杆的铰接，同时滑块还与滑块支架构成滑动连接，在第二变频电机运转时，滑块可以实现在其轴向方向的等幅运动，在滑块的推动下，与固定在第二机座上的拐形杆支架为铰接关系的拐形杆会产生角位移，从而推动与拐形杆支架为滑动连接关系的推杆向上运动，推杆穿过在第三机座预留的环形孔后，直接作用在足部固定装置之上，由于存在对称的拐形杆支架、拐形杆和推杆，所以在滑块左右等幅运动的驱动之下，足部固定装置会绕着两个足部固定装置支杆所确定的轴线做出往复摆动动作，从而实现足踝的外翻、内翻动作，外翻、内翻动作的复位由弹簧支杆辅助完成。拐形杆上具有多个孔位可供选择，从而实现对足部固定装置翻转角度的调节。在第二丝杠螺母平台上装有两个厚度不同齿条，齿条通过第二丝杠滑轨、第四螺母和第二丝杠固定架固定在滑块之上，第二丝杠螺母平台可以随着第二滑动丝杆的转动而实现竖直方向的位移，完成与齿轮轴上不同齿轮的啮合，从而实现对固定在齿轮轴上的第三机座绕齿轮轴的旋转角度的调节，这也实现了对踝关节外展、内收动作角度的控制，第二滑动丝杆的转动是由第二旋转手柄实现的。
[0010]本发明的工作过程和原理:
[0011]通过位于下部机座的第一变频电机驱动机构驱动第二机座进行往复运动，从而带动足踝和小腿同时实现足踝的背屈、跖屈动作以及膝关节的伸展与屈曲动作。通过位于第二机座的第二变频电机，驱动曲柄滑块机构，使拐形杆进行往复摆动，最终作用于推杆，实现足踝的外翻、内翻动作，同时曲柄滑块机构还会使齿条实现往复运动，使第三机座实现以齿轮轴为旋转轴的往复转动，实现了足踝的外展、内收运动。这里背屈、外翻、外展的运动可以组合成旋前动作，而跖屈、内翻、内收运动可以组合成旋后动作。当两个变频电机同时工作时就可以实现足踝和膝盖的联动训练。
[0012]本发明的有益效果:
[0013]1、本发明采用变频器所控制的变频电机作为动力源，从而可以根据不同的使用对象调整适当的运转速度，以达到更佳的训练效果。该多自由度踝、膝关节联动康复训练器通过可调机构，可以对执行机构的运动幅度进行调节，进而实现接近踝关节全生理运动状态下的多种康复训练模式。
[0014]2、本发明操作方便、易于控制、结构紧凑、在实现足踝康复训练的同时，还能实现对膝关节和腿部肌肉的锻炼，充分的做到了一机多能。
[0015]3、本发明除了实现康复训练功能之外，还可广泛地应用于体育馆、旅馆、火车等地用于足踝及腿部肌肉的休息与放松本发明的有益效果:
【附图说明】
[0016]图1为本发明的立体示意图。
[0017]图2为本发明的执行组件示意图一。
[0018]图3为本发明的执行组件示意图二。
[0019]其中:1_足部固定装置；2_弹簧支杆；3_第一螺母；4_足部固定装置支杆；5_第二螺母；6_第三机座；7_齿轮轴；8_轴承座；9_第二机座；10_第一螺钉；11_第一变频电机；12-第一曲柄；13_摇杆；14-第一变频电机支架；15-铰链支座；16-第一机座；17_底部丝杠支架；18_第二螺钉；19_底部丝杆滑轨；20_第三螺母；21_底部滑动丝杠；22_底部旋转手柄；23_控制柜；24_连杆；25_丝杠螺母；26_第二变频电机；27_大腿固定装置支架套筒；28_压紧旋钮；29_大腿固定装置；30_第二曲柄；31_连杆；32_滑块；33_滑块支架；34-拐形杆支架；35_拐形杆；36_推杆；37_第二滑动丝杆；38_第二丝杠滑轨；39_第二丝杠螺母平台；40_齿条；41_第四螺母；42_第二丝杠固定架；43_第二旋转手柄。
【具体实施方式】
[0020]请参阅图1、图2和图3所示，本实施例包括连接支架、动力部件、固定装置以及执行组件；
[0021]所述的连接支架包含第一机座16、第二机座9和第三机座6，第一机座16和第二机座9之间通过四个在两侧均布的连杆24铰接；摇杆13铰接在第一机座16和第二机座9之间，连杆24和摇杆13的两端与铰链支架15铰接，铰链支架15通过第一螺钉10固定在第一机座16和第二机座9上，第一机座16、第二机座9和连杆24构成了平行四边形机构；齿轮轴7的下端通过轴承座8固定在第二机座9上部，齿轮轴7的上端穿过第三机座6以第一螺母3固定，以实现第三机座6绕齿轮轴7的转动。
[0022]动力部件包含通过第一变频电机支架14与第一机座16固定的第一变频电机11和固定在第二机座9上的第二变频电机26，第一变频电机11与第二变频电机26均由控制柜23进行操作与控制，以实现对训练器运行速度的控制。
[0023]固定装置包含足部固定装置I和大腿固定装置29，所述足部固定装置I与通过第二螺母5固定在第三机座6上的两个足部固定装置支杆4铰接；大腿固定装置29可以沿大腿固定装置支架套筒27的轴线方向滑动，大腿固定装置29和大腿固定装置支架套筒27通过压紧旋钮28限制相对移动，大腿固定装置支架套筒27通过螺纹连接的方式固定在丝杠螺母25上；丝杠螺母25随着底部丝杠19的转动，能沿着底部丝杆滑轨19的轴向运动