一种可穿戴式踝关节康复训练机器人装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可穿戴式踝关节康复训练机器人装置。本装置主要包括小腿外套、小腿护垫、后支撑架、气缸、脚踏板、连接片、紧定螺钉、螺栓、垫片等，其特征在于：小腿外套与脚踏板通过三条并联支链连接，构成具有三个转动自由度的并联机构。三条支链中后支撑架一端通过紧定螺钉与小腿外套相连，一端通过球面副与脚踏板连接；一组气缸直接通过球面副与小腿外套和脚踏板连接；另外两组气缸通过双球面副连接后连接到小腿外套和脚踏。本装置结构简单，体积小，功能全，成本低，安全舒适，能模拟人体踝关节的运动方式，训练效率高。本装置可用于踝关节扭伤或者神经损伤的患者做康复训练。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种人体下肢康复训练机器人，具体为一种可穿戴式踝关节康复 训练机器人装置。 一种可穿戴式踝关节康复训练机器人装置
【背景技术】
[0002] 踝关节是下肢重要的承重关节。同时在推动人体向前运动的研究上，有人测算出， 60%的力量是由踝关节提供的，在人们日常生活中，踝关节的稳定性和灵活性起着重要的作 用。
[0003] 国内外已经开展了用于踝关节康复训练的机器人的研究工作。美国Rutgers大学 的Girone等发明的球面副S与移动副P组合的基于6-SPS并联机构的"Rutgers之踝"，可 以帮助踝关节扭伤者及中风病人进行康复训练；燕山大学赵铁石等提出了一种转动副R与 球面副S组合成的3-RSS/S并联机构及英国伦敦大学JianS.Dai等提出的球面副S与移 动副P组合而成的3-SPS/PS机构同为具有三个方向转动并联式踝关节康复机构。由于机 构运动空间的限制，以上机构都无法实现穿戴。而现有穿戴式康复机器人的踝关节康复机 构通常采用串联机构的型式，不能实现踝关节的全部3个转动，或无法实现3个转动的轴线 相交于一点，造成非期望力输出，可能对受试者造成二度伤害。
【发明内容】
[0004] 本实用新型是为了避免上述现有技术所存在的不足，设计一种可穿戴式踝关节康 复训练机器人，该踝关节康复训练机器人具有三个方向的转动自由度，可以带动运动有功 能障碍的踝关节进行功能训练，同时具有主动康复及被动康复的功能，且结构简单，成本低 廉，调节方便，使用安全。
[0005] 本实用新型的技术方案：一种医疗康复训练机器人装置，特别是涉及一种可穿戴 式踝关节康复训练机器人装置。本装置的机构为并联机构，且基于拟人化设计，能模拟人体 踝关节的运动方式。本装置主要包括小腿外套、小腿护垫、后支撑架、气缸、脚踏板、连接片、 紧定螺钉、螺栓、垫片，其特征在于：小腿外套与脚踏板通过三条并联支链连接，构成具有3 个转动自由度的并联机构，小腿外套为并联机构的静平台，脚踏板为并联机构的动平台。三 条支链分别为直接连接动、静平台的球面副S6,球面副与移动副构成的支链S4-P2-S5和 S1-P1-S2-P3-S3,其中S2为双球面机构。由于连接小腿外套与脚踏板的机构可以实现三个 方向的转动，人体穿上本装置后，可以实现踝关节背屈/跖屈、内翻/外翻、和内旋/外旋 三个自由度的运动。小腿外套才有C型结构，可以通过调节垫片的厚度及螺栓的预紧量调 整小腿外套的粗细，以适应不同胖瘦的接受训练者的腿部尺寸。小腿外套内装有小腿护垫， 以增加使用过程中腿部的舒适度。
[0006] 有益效果：本实用新型相比现有技术具有以下优点。
[0007] 1、本实用新型在带动踝关节功能性障碍患者进行康复训练时，可完全模拟人体踝 关节的各种运动，且在康复训练时，机器人的运动轴线始终位于踝关节的正下方，可以避免 出现康复运动不到位或造成关节二度伤害的弊端，提高康复训练的效果，实现正常的康复 治疗。
[0008] 2、本实用新型可以实现穿戴，使接受康复训练者在正常的工作生活中完成踝关节 的康复。
[0009] 3、本实用新型可根据患者的康复效果，设置主动康复、被动康复及助力三种康复 模式，便于康复方案的实施。
[0010] 4、本实用新型设计了控制系统及机械结构的双重安全防护，且机构本身在踝关节 运动范围内无奇异位形，有很高的安全可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1可穿戴式踝关节康复训练机器人装置结构图1。
[0012] 附图中的标记为：1-脚踏板，2-气缸，3-后支撑架，SI、S4、S5-球面副，PI、P2、 P3-气缸移动副。
[0013] 图2可穿戴式踝关节康复训练机器人装置结构图2。
[0014] 附图中的标记为：4、5_气缸，6-垫片，7-螺栓，8-小腿外套，9-紧定螺钉1，10_小 腿护垫，11-连接片，12-紧定螺钉2,S2-双球面机构，S3、S6-球面机构。
[0015] 图3可穿戴式踝关节康复训练机器人装置俯视图。
[0016] 图4后支撑架底部球面副结构三维局部图。
[0017] 图5可穿戴式踝关节康复训练机器人装置使用模拟图。
【具体实施方式】 [0018]
[0019] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020] 实施例：可穿戴式踝关节康复训练机器人装置结构图如图1和图2所示：小腿外 套8与脚踏板1通过三条并联支链连接，构成具有3个转动自由度的并联机构，小腿外套8 为并联机构的静平台，脚踏板1为并联机构的动平台。三条支链分别为通过紧定螺钉12直 接连接静平台、通过球面副S6连接动平台的后支撑架3,由小腿外套8上的球面副S4、气缸 2形成的移动副P2和脚踏板上的球面副S5构成的S-P-S支链，由小腿外套8上的球面副 S1、气缸1形成的移动副P1、脚踏板1上的双球面副S2、气缸3形成的移动副P3和小腿外 套8上的球面副S3构成的S-P-S-P-S支链。后支撑架3通过紧定螺钉12、连接片11和紧 定螺钉9与小腿外套8连接。小腿外套8为C型结构，可以通过调节垫片6的厚度及螺栓 7的预紧量调整小腿外套8的粗细，小腿外套8内装有小腿护垫10。
[0021] 为了更好的观察和分析本实用新型的结构，特增加了图3、图4、图5。如图4所示， 后支撑架3底部结构尺寸根据人体踝关节运动空间确定，可起到安全保护的作用。
[0022] 工作过程：康复训练前，理疗师帮助病人穿戴好本装置。病人穿戴本装置时，应调 整垫片6及螺栓7,使装置穿戴在合适的位置，以适应不同腿部尺寸以提高舒适度等。装置 穿戴好后，由理疗师将安装数据输入到控制系统中。人在步行时，控制系统通过控制气缸的 伸缩量，从而控制踝关节转动的角度。当气缸2、气缸4、气缸5的伸缩量变化时，便可通过 球面副带动脚踏板1实现踝关节3个自由度的康复训练。在训练过程中，传感器会实时采 集患者的训练运动参数，经采集卡储存到控制系统之中，以便训练后理疗师分析训练效果， 制定后续训练方案。
[0023] 以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭 示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。
【权利要求】
1. 一种可穿戴式踝关节康复训练机器人装置，其特征在于：包括小腿外套、小腿护垫、 后支撑架、气缸、脚踏板、连接片、紧定螺钉、螺栓、垫片，所述的小腿外套与脚踏板通过三条 并联支链连接，构成具有三个转动自由度的并联机构。
2. 根据权利要求1所述的可穿戴式踝关节康复训练机器人装置，其特征在于：所述的 三条并联支链包括一端通过紧定螺钉与小腿外套相连，一端通过球面副与脚踏板连接的后 支撑架；一组气缸直接通过球面副与小腿外套和脚踏板连接形成的一条主动支链；另外两 组气缸通过双球面副连接后连接到小腿外套和脚踏形成的一条主动支链。
3. 根据权利要求1或2所述的可穿戴式踝关节康复训练机器人装置，其特征在于：所 述的小腿外套内垫有小腿护垫，垫片及螺栓可调节小腿外套粗细。
4. 根据权利要求1或2所述的可穿戴式踝关节康复训练机器人装置，其特征在于：所 述的后支撑架与小腿外套通过连接片和紧定螺钉连接。
【文档编号】A61H1/00GK203861522SQ201420160167
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】王强, 张学强, 李晓亮, 李炜, 张诗德, 王莉, 杨洋 申请人:西华大学