含球铰支移动副的脚踝康复器的制作方法

本发明涉及医疗康复器械技术领域，尤其涉及一种含球铰支移动副的脚踝康复器。

背景技术：

踝关节可承受约体重5倍的重量。有人测出：60％的力量是由踝关节产生的，踝关节肌肉和髋关节肌肉在下肢运动中协调用力，在后蹬时(主要是踝关节)，髋关节肌肉变得有点放松。髋关节的屈肌(使大腿前移)及伸肌(使大腿后移)产生的力量，只占全部向前推力的30％～50％。踝关节是推动人体运动的一个很重要的关节，踝关节的灵活性对人体协调运动也起着很大作用。研究表明，缺乏灵活性的踝关节增加了膝关节的转动力矩。然而，在日常生活和体育锻炼中，脚踝扭伤最为常见，严重者甚至会发生骨裂等健康问题。为了避免由于受伤后治疗不到位，方法不科学而引起脚踝关节功能障碍后遗症，就迫切需要进行物理治疗来辅助伤后的一系列康复治疗。必须经过反复的循环训练使受损的踝关节得到完整的康复。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提供一种含球铰支移动副的脚踝康复器，本发明解决现有技术的短板，简化了脚踝康复器的结构，采用凸轮提供一种多自由度运动并且实现脚踝运动并联协同控制简单的脚踝康复训练器械，有助于脚踝全方位运动，可根据伤情采用单自由度运动或者多自由度运动达到循序渐进的康复效果。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种含球铰支移动副的脚踝康复器，包括工作平台、导杆套、第一顶杆、凸轮轴、第一凸轮、电机、第二凸轮、底座、万向轮、支架、横臂、中间轴、第一弹簧、第四顶杆、中间导杆、第一滚轮、第三凸轮、第二滚轮、第三滚轮、第二弹簧、顶杆套、电机调速控制器；

所述中间轴垂直支承在底座上，所述支架固定连接在中间轴上，所述支架的底部安装有至少三个万向轮，万向轮与底座的上表面抵接，所述电机固定连接在支架的底部，第二凸轮安装在电机的输出轴上，所述凸轮轴支承在支架上，一第一凸轮和一第三凸轮依次安装在凸轮轴上，电机的输出轴与凸轮轴之间通过传动机构传递动力；

所述中间导杆的上端与工作平台的中央处球铰接，所述支架的上端中央处安装有导杆套，所述中间导杆滑动穿设在导杆套中；

所述第一顶杆和第四顶杆的上端均与工作平台球铰接，所述第一顶杆和第四顶杆分别滑动设置在各自的顶杆套中，顶杆套均固定安装在支架的顶端，第一顶杆、中间导杆以及第四顶杆的轴线不共面；

所述第一顶杆的下端铰接有一第一滚轮，第一滚轮与第一凸轮相抵接；

所述横臂的一端与支架铰接，横臂的中部铰接有一第二滚轮，第二滚轮与第三凸轮相抵接，所述第四顶杆的下端与横臂的另一端相配合，横臂的另一端与第一弹簧的一端相连，第一弹簧的另一端与支架相连；

所述底座上铰接有第三滚轮，所述第三滚轮与第二凸轮相抵接，所述第二弹簧的一端与支架固定连接，第二弹簧的另一端与底座固定连接，所述电机与电机调速控制器相连。

进一步的，所述传动机构为链传动机构或带传动机构，带传动机构优选同步带传动。

进一步的，还包括第二顶杆和第三顶杆，第二顶杆和第三顶杆的上端均通过铰链与工作平台铰接，第二顶杆和第三顶杆分别滑动设置在各自的顶杆套中，顶杆套均固定安装在支架的顶端，四个顶杆套分布在左、右、前、后四个方位。

进一步的，所述凸轮轴上还安装有另一第一凸轮，所述第三顶杆的下端也铰接有一第一滚轮，第三顶杆的下端的第一滚轮与另一第一凸轮相抵接。

进一步的，所述横臂的另一端上滑动套设有滑块套，第四顶杆的下端与滑块套铰接。

进一步的，所述第四顶杆的下端开有卡槽，横臂的另一端设置在卡槽内。

进一步的，所述第四顶杆的下端通过球铰链与横臂的另一端铰接。

本发明的有益效果如下：

1、无需手动操作就可以实现来回反复运动，相比市面上已有的器械具有自动化及多方向的优点。

2、采用凸轮机构与弹簧的配合实现了机构变向运动的缓冲，有利于保护脚踝。

3、经查阅医疗上的脚踝康复治疗参考，结合实际情况，采用可调速的控制器，可以根据用户的康复情况调节速度的大小以达到更好的康复效果。

4、在结构上进行了简化，相比市面上已有的脚踝康复机器人具有结构简单，并联协同易控制，达到较好的康复效果

5、电机一根输出轴上提供两个方向的两种动力(一个通过链轮传递到凸轮轴使平台上下左右运动；另一方向利用第二凸轮与安装在底座上的第三滚轮以及弹簧配合使整个装置来回旋转。

6、本机构采用凸轮-固定滚轮-弹簧的配合产生往复旋转运动，在为简化机构和重量做出了贡献。

附图说明

图1是本发明实施例的轴测图；

图2是本发明实施例的主视图；

图3是本发明实施例的右视图；

图4是本发明实施例的后视图；

图中：工作平台1、导杆套2、第一顶杆3、第二顶杆4、凸轮轴5、第一凸轮6、电机7、主动链轮8、第二凸轮9、万向轮10、底座11、支架12、横臂13、中间轴14、第一弹簧15、从动链轮16、第三顶杆17、第四顶杆18、中间导杆19、第一滚轮20、第三凸轮21、第二滚轮22、第三滚轮23、电机安装座24、第二弹簧25、顶杆套26、弹簧固定架27、横臂架28。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

如图1-4所示，本发明提供一种含球铰支移动副的脚踝康复器，包括工作平台1、导杆套2、第一顶杆3、第二顶杆4、凸轮轴5、第一凸轮6、电机7、主动链轮8、第二凸轮9、底座11、万向轮10、支架12、横臂13、中间轴14、第一弹簧15、从动链轮16、第三顶杆17、第四顶杆18、中间导杆19、第一滚轮20、第三凸轮21、第二滚轮22、第三滚轮23、电机安装座24、第二弹簧25、顶杆套26、弹簧固定架27、横臂架28、电机调速控制器；

所述中间轴14通过推力球轴承垂直支承在底座11上，所述支架12的底部中央固定安装有电机安装座24，所述电机安装座24固定连接在中间轴14上，所述支架12的底部安装有四个万向轮10，四个万向轮10与底座11的上表面抵接，所述电机7安装在电机安装座24上，电机7的输出轴上安装第二凸轮9和主动链轮8，所述凸轮轴5通过轴承座支承在支架12上，一第一凸轮6、一第三凸轮21、一从动链轮16以及一第一凸轮6依次安装在凸轮轴5上，所述从动链轮16通过链条与主动链轮8相连；所述中间导杆19的上端通过球铰链与工作平台1的中央处铰接，所述支架12的上端中央处安装有导杆套2，所述中间导杆19滑动穿设在导杆套2中；所述第一顶杆3、第二顶杆4、第三顶杆17和第四顶杆18的上端均通过铰链与工作平台1铰接，所述第一顶杆3、第二顶杆4、第三顶杆17、第四顶杆18分别滑动设置在各自的顶杆套26中，四个顶杆套26均固定安装在支架12的顶端，四个顶杆套26分布在左、右、前、后四个方位，

所述第一顶杆3的下端和第三顶杆17的下端均铰接有一第一滚轮20，第一滚轮20与第一凸轮6相抵接；

所述横臂架28固定安装在支架12上，所述横臂13的一端与横臂架28的上端铰接，横臂13的中部铰接有一第二滚轮22，第二滚轮22与第三凸轮21相抵接，所述第四顶杆18的下端与横臂13的另一端相配合(可以采用滑块套在横臂13上，第四顶杆18的下端与滑块铰接的形式；也可以通过第四顶杆18的下端开卡槽，卡槽卡在横臂13上，或是第四顶杆18的下端通过球铰链与横臂13的另一端铰接，等等)，同时，横臂13的另一端与第一弹簧15的一端相连，第一弹簧15的另一端与支架12相连，第一弹簧15处于拉伸状态，使第二滚轮22始终与第三凸轮21相接触；

第一顶杆3和第三顶杆17相对布置，实现工作平台1的上下运动，其行程大约10cm；第二顶杆4和第四顶杆18相对布置，实现工作平台1的左右运动；

所述底座11上铰接有第三滚轮23，所述第三滚轮23与第二凸轮9相抵接，所述第二弹簧25的一端与电机安装座24固定连接，第二弹簧25的另一端与固定在底座11上的弹簧固定架27相连，所述第二弹簧25处于拉伸状态，使得第三滚轮23与第二凸轮9始终相接触，通过第三滚轮23与第二凸轮9，驱动整个底座11跟随中间轴14转动，转动幅度15°。

所述电机7与电机调速控制器相连，可以根据用户的康复情况调节电机7的运转速度的大小以达到更好的康复效果。经查阅医疗上的脚踝康复治疗参考，电机调速控制器可以采用东洋(力多特)dyg电机调速器，但不限于此；电机7可以采用台湾twt调速电机，其中交流马达的型号为5ik40rgn-c，减速电机型号为5gn-50k，但不限于此。

需要说明的是，本实施例中，本发明为了到达让脚踝实现上下前后加转动的运动的目的，采用在工作平台1下面设计了5顶杆(第一顶杆3、第二顶杆4、第三顶杆17、第四顶杆18以及中间导杆19)，其中中间导杆19起支撑作用，第一顶杆3和第四顶杆18是工作顶杆，通过第一顶杆3即可实现工作平台1的上下运动，因为第一顶杆3、第四顶杆18以及中间导杆19已经构成了三个支点的支承，而且，第一顶杆3、第四顶杆18以及中间导杆19也只有上下移动，所以通过第一顶杆3即可实现工作平台1的上下运动，通过第四顶杆18即可实现工作平台1的左右运动，设置第二顶杆4和第三顶杆17主要是提高运动的稳定性。

本发明的工作过程如下：

电机7运转带动固定在其输出轴上的链轮8和第二凸轮9转动，第二凸轮9与第三滚轮23相配合，实现底座11做小角度来回旋转运动；

链轮8通过链条与固定在凸轮轴5的从动链轮16相连，带动凸轮轴5转动；凸轮轴5上装有第一凸轮6，第一凸轮6顶到第一顶杆3和第三顶杆17，使第一顶杆3和第三顶杆17产生上下动作，从而实现工作平台1的上下移动。

第三凸轮21跟随凸轮轴5转动，第三凸轮21驱动横臂13上的第二滚轮22，实现横臂13的摆动，第四顶杆18的下端与横臂13的另一端相配合，通过横臂13的摆动，从而驱动第四顶杆18的上下移动，进而实现工作平台1的左右摆动。

通过一个电机的转动输入，同时实现了工作平台1的上下移动、左右摆动以及来回旋转运动。

本发明结构简单、操作方便、性能可靠、工作模式多样，适合医院、社区、家庭使用。符合人体工程学原理，工作平台1与支座10的连接位在离基板高度适宜，转动机构基本能以踝关节为中心，可确保踝关节地有效运动。针对不同病人的个体差异，工作平台1面积足够，工作平台1可调节幅度大，自由度高，能更好地满足病人的个性化治疗需求。

相对于现有技术，本发明只采用了一个电机7，一个电机输出轴提供了两个方向的运动，而且根据所需工作平台1运动的幅值，设计第一凸轮6、第二凸轮9和第三凸轮21的轮廓。第一弹簧15和第二弹簧25起到自动复位和缓冲作用，这是现有设计中没有的。本发明利用杠杆原理大大简便了结构复杂性，而且运动还依然可靠。