一种足踝助力机器人的制作方法

本实用新型涉及一种康复医疗器械，尤其涉及一种足踝助力机器人。

背景技术：

脑卒中、脑外伤和脊髓损伤等中枢神经损伤会造成足下垂，主要表现为患侧踝关节不能背屈，并常与足内翻、足外翻同时存在。这些运动功能性障碍使患者在步行时出现异常步态，表现为步行时平衡控制能力较弱，稳定性和灵活性较差，严重影响着患者的日常生活能力。

目前解决屈肌力量不足的主要方法为康复训练，通过训练刺激患者的肌肉与神经，以促进相应功能的恢复与代偿。但由于神经细胞难以再生，训练对患者下肢屈肌群收缩力量的促进作用有限。

针对足下垂的相关产品主要分为两种：一种为足下垂矫形器，另一种为足下垂助行仪。矫形器一般采用热塑板压制而成，将足部与脚固定成垂直角度，通过机械的方法避免足部下垂。这类机械装置虽有一定的作用，但穿戴不方便，而且长时间佩戴，患者普遍有不适感，并且对患者的助行效果不明显。助行仪一般为电子产品，需专业人员为患者量身设定数据，过程较为复杂，而且当患者病情较重时，无法保证步行能力。

正常情况下，步行摆动相时，要求摆动腿的踝关节背屈，并达到足够的离地间隙。助行仪可帮助患者在一定程度提高踝关节背屈角度，但对于病情较严重的患者，仍不能达到足够的离地间隙，一旦出现拖地等情况，会使病人步态不稳定，出现摔倒的风险。

功能性电刺激是当前偏瘫治疗的一种常用手段，其在上肢康复中效果尤为显著，而在下肢康复中，由于对下肢关节与肌肉的力要求相对更大，且要考虑步态的稳定性，FES的应用受到一定程度的限制。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的结合电刺激的足踝助力机器人，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种结合电刺激的足踝助力机器人，当患者自身无法完成行走运动时，同时触发电刺激与助力机构，一方面促使患者肌肉收缩抬足，另一方面同时通过助力机器人拉动足部抬起，以达到足够的离地间隙，改善行走能力，降低摔倒的风险。

本实用新型的足踝助力机器人，包括

-功能电刺激系统，用于安装于腿部上，包括至少一个能够与小腿皮肤接触的FES电极；

-步态相位判断系统，包括姿态传感器和/或足底压力传感器，所述姿态传感器用于安装于腿部上，所述压力传感器用于安装于足底上；

-驱动机构，通过升降牵引带以牵引足部抬起或落下；

-控制器，与所述功能电刺激系统、步态相位判断系统和驱动机构电连接，用于接收步态相位判断系统的信号输入，进行步态判断，产生或关闭FES刺激信号，并输出信号给FES电极，同时控制驱动机构。

进一步的，所述牵引带端部连接有弹簧。

进一步的，所述驱动机构包括电机、与电机输出轴连接的蜗杆、与蜗杆连接的蜗轮、与蜗轮同轴连接的卷绕轴，所述牵引带一端卷绕在所述卷绕轴上。

进一步的，所述电机安装在背板上，所述背板连接有固定板，所述固定板上连接有两平行的支撑座，两支撑座之间转动连接有滑轮，所述牵引带跨过所述滑轮以牵引足部。

进一步的，所述固定板通过绑带或医用热塑板安装于腿部上。

进一步的，所述FES电极安装在所述背板上。

进一步的，所述压力传感器为两个。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、将FES电极与助力机器人联合，辅助足下垂患者进行行走，或进行步态康复训练，相比于基于FES的助行仪，步态稳定性加强，而且可适用于不同肌力的患者，适用性提高；

2、牵引带通过弹簧连接足部连接件，将电机的位移输出转变为弹簧的力输出，使助力大小可调；

3、控制器集成了步态相位判断方法、刺激参数调整程序、电机驱动与控制程序，其可安装于小腿上，亦可通过无线传输放置于人体之外，使用方面；

4、电刺激参数(电流或电压以及频率)，可根据传感器检测到的步幅、步频等实时调节，可适应不同患者完成各种步速的辅助行走或步态训练，适应性强。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的原理框架图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1，本实用新型一较佳实施例所述的一种足踝助力机器人，包括功能电刺激系统、步态相位判断系统、驱动机构和控制器，其中，功能电刺激系统用于安装于腿部上，包括至少一个能够与小腿皮肤接触的FES电极40；步态相位判断系统包括姿态传感器50和/或足底压力传感器60，姿态传感器50用于安装于腿部上，压力传感器60用于安装于足底上；驱动机构通过升降牵引带30以牵引足部抬起或落下；控制器80与功能电刺激系统、步态相位判断系统和驱动机构电连接，用于接收步态相位判断系统的信号输入，进行步态判断，产生或关闭FES刺激信号，并输出信号给FES电极，同时控制驱动机构，辅助患者抬腿。

为使不同患者的足部在摆动时踝关节都能达到足够的背屈角度，本实用新型的牵引带30端部连接有弹簧90，将牵引带30通过弹簧90与足部连接，利用弹簧90的弹性形变，来调节牵引带30的牵引力，从而可调节足踝助力机器人提供的助力。

具体的，驱动机构包括电机70，电机70的输出轴通过联轴器71连接有蜗杆72，蜗杆72啮合连接有蜗轮73，蜗轮73通过联轴器74同轴连接有卷绕轴75。将牵引带30卷绕在卷绕轴75上，电机70旋转，带动卷绕轴75转动，从而带动牵引带30升降。值得一提的是，本实用新型中是采用蜗轮蜗杆减速，也可采用其它类型减速器实现，比如谐波齿轮传动、螺旋传动等。

其中，电机70安装在背板77上，背板77连接有固定板78，固定板78上连接有两平行的支撑座79，两支撑座79之间通过轴承转动连接有滑轮76，将牵引带30跨过滑轮76与弹簧90连接。通过滑轮76改变卷绕轴75的施力方向，使电机70以最小的功率驱动牵引带30牵引足部抬起，实现足够的离地间隙。

本实用新型中固定板78通过绑带或医用热塑板等与人体小腿相连，固定在人体小腿上。

具体的，姿态传感器50与FES电极40安装在背板77上，压力传感器60为两个，使用时安装在足底上即可。

使用时，将绑带绑在小腿上，以将固定板78固定在小腿上，使FES电极40、姿态传感器50与小腿接触，压力传感器安装在足底上；患者足部上套一套环，将弹簧90的端部勾在套环上，上电即可工作。

如图2所示，本实用新型的工作原理如下：

当步态相位判断系统(通过姿态传感器、足底压力传感器采集信号，根据传感器信号进行患者的步态判断，包括步态相位、步速、步幅、步频等)检测到患者自身无法实现正常的步态时，如摆动时踝关节无法达到足够的背屈角度，通过控制器触发FES电极(可以为一个，也可以为多个)，刺激相关肌肉(如胫骨前肌)，促使肌肉收缩，同时启动机器人的电机进行助力，帮助患者踝关节达到足够的背曲角度，产生足够的离地间隙，提高步行的稳定性。另外，步态相位判断系统中，可采用单一的压力传感器或姿态传感器，或者多个传感器组合来实现。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。