一种人体踝关节刚度检测装置的制作方法

本发明涉及一种检测装置，具体说，涉及用于人体踝关节刚度检测的装置。

背景技术：

踝关节是人体的运动关节，也是承重最大的关节，尤其是在奔跑和跳跃时，踝关节会承受巨大的载荷和冲击，因此极易发生扭伤。此外，中风后神经功能受到损害，也可导致踝关节周围的肌肉疲软，使人体无法像正常人一样行走。踝关节扭伤后，如果治疗不及时，容易导致踝关节韧带过度松弛，关节不稳，易引起反复扭伤，严重的将影响行走功能。

近年来，国际上对关节刚度的研究成为生物力学界的热点，通过分析测得的人体关节刚度数据来评估人体关节的健康程度和承压能力，对于人体关节的康复和预防损伤都有较为重要的意义。踝关节刚度是踝关节功能指标的直接表现，分析人体踝关节刚度数据，可用于预防踝关节损伤，改善踝关节康复训练方式和力度，评判踝关节康复训练的效果。到目前为止，国内外针对踝关节损伤已研究出多种用于踝关节康复训练的机构，但绝大多数产品都旨在用于主动康复训练，而对于踝关节刚度检测的研究投入则比较少，这给对踝关节刚度的测量和分析带来许多不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种人体踝关节刚度检测装置，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种人体踝关节刚度检测装置，其特征在于，该踝关节刚度检测装置包括定平台、动平台、约束支链、ups支链，动平台、约束支链、ups支链均安装在定平台上；动平台通过v形架与2个ups支链的上部连接，2个ups支链的下部安装在定平台上，同时，动平台通过约束支链与定平台连接；踝关节刚度检测装置采用紧致连接的方式与人体脚踝连接，在人机连接界面处安装有力/矩传感器，实现对人体踝关节的力/矩测量。

进一步，动平台主要包含支撑板、中间板、脚踏板、扭矩传感器、拉压力传感器、阶梯轴、扭矩传递轴；中间板安装在支撑板的上方，支撑板中部安装有阶梯轴，阶梯轴内部含有台阶通孔，扭矩传感器放置在台阶通孔内；扭矩轴安装在中间板上，扭矩传递轴下端通过扭矩传递辐盘与扭矩传感器连接；四个拉压力传感器均匀安装在中间板上部，脚踏板放置在四个拉压力传感器上，且平行于中间板，脚踏板对应位置设置有四个通孔，采用螺纹连接的方式将脚踏板与拉压力传感器固定在一起。

进一步，约束支链包括u形杆、c形杆和l形杆，c形杆的两侧与u形杆沿水平方向转动配合，为第二转动关节，配合轴线为x轴线，c形杆可绕x轴线转动；背伸/趾屈传感器安装在u形杆的右侧板上，测量c形杆相对于u形杆绕x轴线的转动角度；l形杆下部与支撑板固定在一起，l形杆上部与c形杆的中部转动配合，为第三转动关节，配合轴线为y轴线，y轴线与x轴线垂直且相交，l形杆可绕y轴线转动；內翻/外翻传感器安装在c形杆的中部外侧上，测量l形杆相对于c形杆绕y轴线的转动角度；约束支链的u形杆安装在定平台上，与定平台沿竖直方向转动配合，为第一转动关节，配合轴线为z轴线，z轴线与x轴线垂直，且过x轴线与y轴线的交点，约束支链整体可绕z轴线转动；

内收/外展传感器安装在u形杆中部内侧上，测量u形杆相对于定平台绕z轴线的转动角度。

进一步，ups支链包括虎克副、移动副和球副，虎克副安装在移动副的下部，球副安装在移动副的上部；虎克副具有2个转动自由度，虎克副一端固定在定平台上，另一端与移动副的底端连接；移动副由支撑筒、丝杠、平键及手动螺母组成，手动螺母安装在支撑筒上部，手动螺母与支撑筒转动配合，手动螺母与丝杠螺纹配合，平键安装在丝杠底部侧面，支撑筒内侧设置有矩形通槽，平键与矩形通槽滑动配合；

与现有技术相比本发明的有益效果是：通过在人机连接环节加入力/矩传感器，测量人体踝关节在不同角度位置下的刚度大小，所得数据无论是对患者康复程度的评估，还是对正常人踝关节的检查评测，都具有重要的参考价值。

附图说明

图1是本发明一种人体踝关节刚度检测装置的轴测视图；

图2是本发明一种人体踝关节刚度检测装置的左视图；

图3是动平台的轴测视图；

图4是扭矩传感器装配的剖视图；

图5是拉压力传感器装配的剖视图；

图6是第一转动关节剖视图；

图7是第三转动关节剖视图；

图8是ups支链移动副的剖视图；

图9是本发明一种踝关节刚度检测装置背伸极限位姿主视图；

图10是本发明一种踝关节刚度检测装置趾屈极限位姿主视图；

图11是本发明一种踝关节刚度检测装置內翻极限位姿左视图；

图12是本发明一种踝关节刚度检测装置外翻极限位姿左视图；

图13是本发明一种踝关节刚度检测装置内收极限位姿俯视图；

图14是本发明一种踝关节刚度检测装置外展极限位姿俯视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图9所示，图1本发明一种人体踝关节刚度检测装置的轴测视图；图2是本发明一种人体踝关节刚度检测装置的左视图；图3是动平台的轴测视图；图4是扭矩传感器装配的剖视图；图5是拉压力传感器装配的剖视图；图6是第一转动关节剖视图；图7是第三转动关节剖视图；图8是ups支链移动副的剖视图；图9是本发明一种踝关节刚度检测装置背伸极限位姿主视图；图10是本发明一种踝关节刚度检测装置趾屈极限位姿主视图；图11是本发明一种踝关节刚度检测装置內翻极限位姿左视图；图12是本发明一种踝关节刚度检测装置外翻极限位姿左视图；图13是本发明一种踝关节刚度检测装置内收极限位姿俯视图；图14是本发明一种踝关节刚度检测装置外展极限位姿俯视图。

本实施例提供了一种踝关节刚度检测装置，参图1至图14所示，该踝关节刚度检测装置包括1个定平台、1个动平台、1个约束支链和2个ups支链，所述约束支链和2个ups支链均安装在所述定平台1上，所述约束支链与所述定平台1转动配合，2个ups支链下端对称安装在所述定平台1上，所述动平台与所述约束支链上部连接，同时，所述动平台通过v形架10与2个ups支链上部连接，脚踝104采用紧致连接的方式与动平台连接。

在本实施例中，参图1、图2、图3、图4及图5所示，动平台主要包括支撑板7、中间板8、脚踏板9、扭矩传感器106、扭矩传递辐盘20、阶梯轴17、扭矩传递轴19、拉压力传感器105等。所述支撑板7与l形架6下部固定在一起，所述阶梯轴17安装在所述支撑板7上，所述阶梯轴17内含有台阶通孔，所述扭矩传感器106放置在所述阶梯轴17台阶通孔内，并固定在阶梯轴端盖18上，所述扭矩传递辐盘20安装在所述扭矩传感器106上部。一级深沟球轴承21和二级深沟球轴承22安装在所述阶梯轴17台阶通孔内，位于所述扭矩传递辐盘20上方，两轴承中间装有一级轴承垫圈24，所述二级深沟球轴承22下端外圈与台阶通孔缩颈部分接触，一级深沟球轴承21上端外圈通过一级轴承端盖23压紧。所述扭矩传递轴19与所述一级深沟球轴承21和所述二级深沟球轴承22过盈配合，所述扭矩传递轴19的轴肩与所述一级深沟球轴承21上部内圈接触，所述扭矩传递轴19上装有轴承挡圈25，所述轴承挡圈25与所述二级深沟球轴承22下部内圈接触，所述扭矩传递轴19下端通过平键26与所述扭矩传递辐盘20连接。所述中间板8安装在所述扭矩传递轴19上方，并与所述支撑板7平行。4个拉压力传感器下部通过螺纹连接均匀地安装在所述中间板8上部，所述脚踏板9放置在所述拉压力传感器105上部，且平行于所述中间板8，所述脚踏板9对应4个拉压力传感器的位置设置有4个通孔，通过螺纹连接将所述脚踏板9与所述拉压力传感器105固定在一起。

在本实施例中，参图1、图2及图6所示，约束支链包括下连杆2、左连杆3、右连杆4、c形杆5和l形杆6。所述下连杆2中部台阶通孔内装有三级深沟球轴承28和四级深沟球轴承29，两轴承中间装有二级轴承垫圈30，所述四级深沟球轴承29上端外圈与台阶通孔缩颈部分接触，所述三级深沟球轴承28下端外圈通过二级轴承端盖31压紧。所述z方向转轴27与所述三级深沟球轴承28和所述四级深沟球轴承29过盈配合，所述z方向转轴27的轴肩与所述三级深沟球轴承28下部内圈接触，所述z方向转轴27上部装有锁紧螺母，所述四级深沟球轴承29上端内圈与所述锁紧螺母接触，所述z方向转轴27下部固定在所述定平台1上。内收/外展传感器支架32安装在所述下连杆2上部，内收/外展传感器103安装在所述内收/外展传感器支架32上，所述内收/外展传感器103输出轴与所述z方向转轴27连接并通过顶丝固定。

在本实施例中，参图1、图2及图7所示，所述左连杆3和所述右连杆4下端分别竖直地安装在所述下连杆2两侧，构成一个u形杆。所述c形杆5中部含有台阶通孔，台阶通孔内装有五级深沟球轴承34和六级深沟球轴承35，两轴承中间装有三级轴承垫圈36，所述五级深沟球轴承34右侧外圈与台阶通孔缩颈接触，所述六级深沟球轴承35左侧外圈通过三级轴承端盖37压紧。所述y方向转轴33与所述五级深沟球轴承34和所述六级深沟球轴承35过盈配合，所述y方向转轴33的轴肩与所述五级深沟球轴承34右侧内圈接触，所述y方向转轴33左端装有锁紧螺母，所述六级深沟球轴承35左侧内圈与所述锁紧螺母接触，所述y方向转轴33右端与所述l形杆6固定在一起。內翻/外翻传感器支架38通过所述三级轴承端盖37安装在所述c形杆5上，內翻/外翻传感器102安装在所述內翻/外翻传感器支架38上，所述內翻/外翻传感器102输出轴与所述y方向转轴33连接并通过顶丝固定。

在本实施例中，参图1、图2、图6及图7所示，第二转动关节连接方式和第三转动关节的连接方式完全相同，背伸/趾屈传感器101的安装方式与所述內翻/外翻传感器102的安装方式完全相同，因此，第二转动关节的连接方式以及所述背伸/趾屈传感器101的安装方式未进行重复描述。

在本实施例中，参图1、图2及图8所示，ups支链包括由左虎克副11、左移动副13、左球副15组成的左ups支链，以及右虎克副12、右移动副14、右球副16组成的右ups支链，所述左虎克副11安装在所述左移动副13的下部，所述左球副15安装在所述左移动副13的上部。所述左虎克副11具有2个转动自由度，所述左虎克副11下部与所述定平台1连接，上部与所述左移动副13的底端连接。所述左移动副13由丝杠39、手动螺母40、支撑筒41及平键42组成，所述手动螺母40安装在所述支撑筒41上部，所述手动螺母40与所述支撑筒41转动配合，所述手动螺母40与所述丝杠39螺纹配合，所述平键42安装在所述丝杠39底部侧面，所述支撑筒41内侧设置有矩形通槽，所述平键42与矩形通槽滑动配合；所述左球副15由一个虎克铰链和一个转动关节组成，具有3个转动自由度，转动关节安装在所述v形架10左侧的凸台上。由于所述右ups支链与所述左ups支链的安装结构以及连接方式完全相同，因此，所述右ups支链的安装方式未进行重复描述。

在本实施例中，参图9、图10、图11、图12、图13及图14所示，图9该装置在做背伸运动时达到最大角度29.8°时的位姿；图10该装置在做趾屈运动时达到最大角度40.8°时的位姿；图11该装置在做內翻运动时达到最大角度22°时的位姿；图12该装置在做外翻运动时达到最大角度17°时的位姿；图13该装置在做内收运动时达到最大角度36°时的位姿；图14该装置在做外展运动时达到最大角度25.9°时的位姿。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。