本发明涉及应用在足踝部的康复训练医疗器械领域的一种四自由度助力式脚踝康复并联装置及其使用方法。
背景技术：
对于脚踝部位的康复训练来说，还存在以下几个缺陷：
一，传统的足部康复装置使用的都为3自由度或6自由度的并联机构，而3自由度的机构容易出现脚踝损伤位置不适配装置的问题，这是因为具有3驱动杆的3自由度的康复装置驱动过少，而6自由度并联机构对于脚踝部这个专业单一的部位的康复来说，则结构和功能冗余过多，势必造成许多不必要的机械材料浪费。
二，在使用上，以往的控制方案以示教为主，一般先使推杆在随动的状态，依靠医生对损伤脚踝的初次康复训练，记录杆的时变数据，再复现这些操作，示教的方式过于依靠医生的初次操作，且与患者之间没有进行任何沟通，一旦初次由医生设定康复训练的参数，患者无法自主地进行康复训练，无法随着损伤部位的恢复状况进行恢复手法的微调，患者只能被动的被训练。
三，一般足部康复装置体积较大，不能折叠，不方便携带。
技术实现要素：
为解决上述技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种四自由度助力式脚踝康复并联装置及其使用方法，本发明至少具有结构简单、节约生产成本、对于患者使用和恢复更加便捷和高效、易于收纳方便携带等优点。
具体发明内容如下：
一种四自由度助力式脚踝康复并联装置，它包括小腿上固定套筒、小腿下固定套筒以及刚性鞋底，所述小腿上固定套筒、小腿下固定套筒以及刚性鞋底之间连接有包覆在小腿、踝关节以及脚背上的软性材料的绑缚结构，所述小腿上固定套筒两侧分别设有第一上连接件和第二上连接件，所述小腿下固定套筒两侧分别设有第一下连接件和第二下连接件，所述刚性鞋底前端两侧分别设有第一前连接件和第二前连接件，所述刚性鞋底后端两侧分别设有第一后连接件和第二后连接件，所述第一上连接件、第一下连接件、第一前连接件以及第一后连接件设在同一侧，所述第二上连接件、第二下连接件、第二前连接件以及第二后连接件均设在另一侧，所述第一上连接件和第一前连接件之间活动连接有可灵活伸缩的第一前电动推杆，所述第二上连接件和第二前连接件之间活动连接有可灵活伸缩的第二前电动推杆，所述第一下连接件和第一后连接件之间活动连接有可灵活伸缩的第一后电动推杆，所述第二下连接件和第二后连接件之间活动连接有可灵活伸缩的第二后电动推杆，所述第一前电动推杆底端、第二前电动推杆的底端、第一后电动推杆的底端以及第二后电动推杆的底端均设有压力传感器，所述压力传感器均通过球铰与所述第一前连接件、第二前连接件、第一后连接件以及第二后连接件活动连接；所述第一前电动推杆、第二前电动推杆、第一后电动推杆以及第二后电动推杆由推杆驱动装置控制驱动，该推杆驱动装置与所述压力传感器控制连接，所述第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆均可折叠。
作为优选实施方案之一，所述第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆的中间部位，均设有可折叠结构，所述任意一个可折叠结构包括上推杆和下推杆，所述上推杆和下推杆中间通过一连接片与螺丝配合可拆卸连接。
进一步地，所述上推杆与下推杆连接端均设有连接片容置槽，所述连接片的两端分别设在所述上推杆和下推杆的容置槽内，所述连接片两端面上均设有条形通孔，所述上推杆和下推杆的容置槽内均设有旋转轴，所述旋转轴穿过所述条形通孔使连接片两端分别与所述上推杆和下推杆转动连接，所述上推杆和下推杆与连接片连接的端部均通过螺丝与连接片固定，所述螺丝穿过所述条形通孔。
进一步地，所述连接片的长度小于等于上推杆和下推杆的容置槽的长度之和，大于上推杆和下推杆两个端部的宽度之和。
作为优选实施方案之一，所述包覆在小腿和踝关节的绑缚结构的松紧程度可通过绑带调整，所述裹缚在脚背处的绑缚结构的松紧程度可通过尼龙粘贴扣调整。
作为优选实施方案之一，它包括以下步骤：
(1)先打开束缚处，使患者把脚放在所述刚性鞋底上，接着用绑缚结构把脚踝部和小腿部绑紧，将压力传感器与计算机系统连接，接着使第一、第二前电动推杆、第一、第二后电动推杆进入自由随动模式，由医生对损伤部位进行康复训练，由计算机记录和分析医生在现场操作训练时，第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆的伸缩量变化的阈值以及压力传感器传输的压力的方向和大小的变化数据，包括不同训练动作的阈值。
(2)在医生不在现场操作后，由患者自主进行康复训练，由压力传感器向计算机传输第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆的实时伸缩量以及压力方向和大小的变化情况的数据，识别患者所做的训练动作数据并上传，当患者自己对第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆中的任意一个或几个的作用力的大小或方向骤减时，计算机根据步骤一中记录的医师的训练数据，进入助力模式，第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆中的任意一个或几个，带动足踝部活动到步骤一中计算机已记录的训练动作阈值的位置，并停留一段设定的时间，最后回到初始位置，等待下一个训练动作。
有益效果：
本发明采用了一种可交互式四杆并联脚踝康复训练机器人，具有第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆，本发明提供的4杆驱动并联机构既满足了不同脚踝的治疗方案，结构和功能又不会冗余过多，节省了机械材料和成本；
助力式的康复训练方式，解决了以往足部康复机械机构与病人联系不足的问题，为病人提供一种可以自己参与的脚踝康复方式，本发明的半主动的助力型的控制方式可以先通过计算机设置第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆相对应的压力传感器的数值阈值，可以指导伤者进行自主康复训练，而在压力传感器检测到病人力尽时，推杆再进行动作，使得四根电动推杆到达设置的阈值，在设定的位置停留一段时间后恢复正常位姿再进行下一次康复动作。让患者半自主参与自身的恢复训练中，更加便捷高效；
本发明将第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆中央设置为可折叠的机械结构，更加易于收纳方便携带，方便实用。
综上，本发明至少具有结构简单、节约生产成本、对于患者使用和恢复更加便捷和高效、易于收纳方便携带等优点。
附图说明
图1是本发明一优选实施例的立体透视结构示意图；
图2是本发明一优选实施例的前视结构示意图；
图3是本发明一优选实施例的可折叠机构的立体结构示意图；
图4是本发明一优选实施例的可折叠结构的主视剖面结构示意图；
图5是本发明一优选实施例的连接片的立体结构示意图。
图6是本发明一优选实施例的上推杆或下推杆的端部结构侧视透视结构示意图。
附图标记：
1、小腿上固定套筒；2、小腿下固定套筒；3、刚性鞋底；4、绑缚结构；5、第一上连接件；6、第二上连接件；7、第一下连接件；8、第二下连接件；9、第一前连接件；10、第二前连接件；11、第一后连接件；12、第二后连接件；13、第一前电动推杆；14、第二前电动推杆；15、第一后电动推杆；16、第二后电动推杆；17、旋转轴；18、可折叠结构；19、上推杆；20、下推杆；21、连接片；22、螺丝；23、容置槽；24、条形通孔；25、螺丝安装孔。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明：
一种四自由度助力式脚踝康复并联装置，它包括小腿上固定套筒1、小腿下固定套筒2以及刚性鞋底3，所述小腿上固定套筒1、小腿下固定套筒2以及刚性鞋底3之间连接有包覆在小腿、踝关节以及脚背上的软性材料的绑缚结构4，所述小腿上固定套筒1两侧分别设有第一上连接件5和第二上连接件6，所述小腿下固定套筒2两侧分别设有第一下连接件7和第二下连接件8，所述刚性鞋底前3端两侧分别设有第一前连接件9和第二前连接件10，所述刚性鞋底3后端两侧分别设有第一后连接件11和第二后连接件12，所述第一上连接件5、第一下连接件7、第一前连接件9以及第一后连接件11设在同一侧，所述第二上连接件6、第二下连接件8、第二前连接件10以及第二后连接件12均设在另一侧，所述第一上连接件5和第一前连接件9之间活动连接有可灵活伸缩的第一前电动推杆13，所述第二上连接件6和第二前连接件10之间活动连接有可灵活伸缩的第二前电动推杆14，所述第一下连接件7和第一后连接件11之间活动连接有可灵活伸缩的第一后电动推杆15，所述第二下连接件8和第二后连接件12之间活动连接有可灵活伸缩的第二后电动推杆16，所述第一前电动推杆13底端、第二前电动推杆14的底端、第一后电动推杆15的底端以及第二后电动推杆16的底端均设有压力传感器，所述压力传感器均通过球铰与所述第一前连接件9、第二前连接件10、第一后连接件11以及第二后连接件12活动连接；所述第一前电动推杆13、第二前电动推杆14、第一后电动推杆15以及第二后电动推杆16由推杆驱动装置控制驱动，该推杆驱动装置与所述压力传感器控制连接，所述第一、第二前电动推杆13、14以及第一、第二后电动推杆15、16均可折叠。
作为优选实施方案之一，所述第一、第二前电动推杆13、14以及第一、第二后电动推杆15、16的中间部位，均设有可折叠结构18，所述任意一个可折叠结构18包括上推杆19和下推杆20，所述上推杆19和下推杆20中间通过一连接片21与螺丝22配合可拆卸连接。
进一步地，所述上推杆19与下推杆20连接端均设有连接片容置槽23，所述连接片21的两端分别设在所述上推杆19和下推杆20的容置槽23内，所述连接片21两端面上均设有条形通孔24，所述上推杆19和下推杆20的容置槽23内均设有旋转轴17，所述旋转轴17穿过所述条形通孔24使连接片21两端分别与所述上推杆19和下推杆20转动连接，上推杆19和下推杆上均设有用于安装螺丝22的螺丝安装孔25，所述上推杆19和下推杆20与连接片21连接的端部均通过螺丝22与连接片21固定，所述螺丝22穿过所述条形通孔24。
进一步地，所述连接片21的长度小于等于上推杆19和下推杆20的容置槽23的长度之和，大于上推杆19和下推杆20两个端部的宽度之和。此设计便于将固定在连接片21两端的螺丝22放松后或取出后，可以使下推杆20的端部沿着旋转轴17旋转后折叠收纳。所有电动推杆按此结构折叠后收纳，本发明更加便于携带，节省空间。
作为优选实施方案之一，所述包覆在小腿和踝关节的绑缚结构4的松紧程度可通过绑带调整，所述裹缚在脚背处的绑缚结构的松紧程度可通过尼龙粘贴扣调整。
作为优选实施方案之一，它包括以下步骤：
(1)先打开束缚处，使患者把脚放在所述刚性鞋底3上，接着用绑缚结构4把脚踝部和小腿部绑紧，将压力传感器与计算机系统连接，接着使第一、第二前电动推杆13、14、第一、第二后电动推杆15、16进入自由随动模式，由医生对损伤部位进行康复训练，由计算机记录和分析医生在现场操作训练时，第一、第二前电动推杆以及第一、第二后电动推杆的伸缩量变化的阈值以及压力传感器传输的压力的方向和大小的变化数据，包括不同训练动作的阈值。
(2)在医生不在现场操作后，由患者自主进行康复训练，由压力传感器向计算机传输第一、第二前电动推杆13、14以及第一、第二后电动推杆15、16的实时伸缩量以及压力方向和大小的变化情况的数据，识别患者所做的训练动作数据并上传，当患者自己对第一、第二前电动推杆13、14以及第一、第二后电动推杆15、16中的任意一个或几个的作用力的大小或方向骤减时，计算机根据步骤一中记录的医师的训练数据，进入助力模式，第一、第二前电动推杆13、14以及第一、第二后电动推杆15、16中的任意一个或几个，带动足踝部活动到步骤一中计算机已记录的训练动作阈值的位置，并停留一段设定的时间，最后回到初始位置，等待下一个训练动作。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。