本发明涉及一种五自由度穿戴式脚踝康复行走装置及其使用方法。
背景技术：
一般脚踝的康复训练装置分为穿戴式的和非穿戴式的并联机构。此并联机构具有双平台多自由度的特性，其中一个平台静止不动，通过6驱动杆或3驱动杆长度的变换来改变另一平台的位姿，从而自动对损伤的脚踝进行背伸，外翻以及绕环等康复动作。而6驱动杆的机械机构还可以根据脚踝的不同大小和受伤位置进行微调。一般此技术还用计算机配合，通过并联机构对医生初次处理损伤脚踝的随动数据的记录，用示教的方式来进行脚踝受伤部位后续康复。
一般的辅助行走的外骨骼机构都是穿戴的连腿式的，且一般都针对下肢瘫痪的患者，较少会针对脚踝损伤的这种特定位置进行辅助行走机构设计，这些辅助行走机构一般通过各种支杆和固定架给人体下肢提供助力，使人可以在受伤的情况下仍然可以自主进行行走等基础动作。
然而现有技术的缺点是：
一是一般使用的都为3自由度或6自由度的并联机构，而3自由度容易出现与脚踝损伤位置不适配的问题，而6自由度的并联机构则有许多不必要的机械材料浪费。所以，对于脚踝损伤患者的康复训练来说，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康复来说则冗余过多。
二是一般的康复训练装置只适用于进行康复训练的部分，而一般的辅助行走的外骨骼机构一般针对的都是下肢瘫痪的患者，且并不具备康复训练的功能。因为大部分的脚踝康复机械都是不触地的，一般只有在康复训练时才予患者使用，不具备辅助行走的功能。而通常的的辅助行走的外骨骼机构对于单纯的脚踝损伤冗余太多，针对性不强，基本上用于脚踝损伤辅助行走的机构并没有特地针对脚踝康复的部分进行设计。
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五自由度穿戴式脚踝康复行走装置，其至少具有既能满足不同类型脚踝康复训练的变化自由度、又不至于造成机械材料的浪费，还能让患者在治疗期间进行脚踝康复训练和辅助正常行走等优点。
具体发明内容如下：
一种五自由度穿戴式脚踝康复行走装置，适用于左脚或者右脚，它包括刚性鞋底、小腿上固定套筒以及小腿下固定套筒，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、踝关节以及足踝部的软性材料的绑缚结构，所述刚性鞋底前端两侧分别活动连接有可伸缩的第一前电动推杆和第二前电动推杆，刚性鞋底后端两侧分别活动连接有可伸缩的第一后电动推杆和第二后电动推杆，刚性鞋底前端顶端处活动连接有第三前电动推杆，所述第一前电动推杆上端、第二前电动推杆上端、第三前电动推杆上端、第一后电动推杆上端以及第二后电动推杆上端均设有压力传感器，所述压力传感器通过数据采集系统与计算机控制系统控制连接。
作为优选实施方案之一，所述小腿上固定套筒两侧分别设有第一上刚性连接件和第二上刚性连接件，所述小腿上固定套筒的前侧设有第三上刚性连接件，所述小腿下固定套筒两侧分别设有第一下刚性连接件和第二下刚性连接件，所述刚性鞋底的前端两侧分别设有第一前刚性连接件和第二前刚性连接件，所述刚性鞋底前端顶端设有第三前刚性连接件，所述刚性鞋底后端两侧分别设有第一后刚性连接件和第二后刚性连接件，所述第一前电动推杆的顶端和底端分别与所述第一上刚性连接件和第一前刚性连接件活动连接，所述第二前电动推杆的顶端和底端分别与所述第二上刚性连接件和第二前刚性连接件活动连接，所述第三前电动推杆的顶端和底端分别与所述第三上刚性连接件和第三前刚性连接件活动连接，所述第一后电动推杆的顶端和底端分别与所述第一下刚性连接件和第一后刚性连接件活动连接，所述第二后电动推杆的顶端和底端分别与所述第二下刚性连接件和第二后刚性连接件活动连接，所述第一前电动推杆顶端的压力传感器、第二前电动推杆顶端的压力传感器、第三前电动推杆顶端的压力传感器、第一后电动推杆顶端的压力传感器以及第二后电动推杆顶端的压力传感器均通过球铰分别与对应的第一上刚性连接件、第二上刚性连接件、第三上刚性连接件、第一下刚性连接件以及第二下刚性连接件活动连接。
作为优选实施方案之一，所述脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构均包括软皮套和绑带，所述软皮套上设有过孔，所述绑带穿过过孔绑缚在软皮套上。
作为优选实施方案之一，所述一种五自由度穿戴式脚踝康复行走装置的使用方法及步骤为：
(1)将患者的脚放置在所述刚性鞋底上，绑紧刚性鞋底上方、脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构；
(2)在康复训练模式下时，第一、第二、第三前电动推杆以及第一、第二后电动推杆这五根电动推杆进入随动方式，由医生对脚踝部的损伤部位进行康复训练，由计算机记录训练时五根推杆变化的伸缩量以及压力方向和大小，接着无需医生参与，在设定好的时间点控制所述康复机器人按照记录下的伸缩量自主对患者进行重复康复训练；
(3)在辅助行走的模式下，先把未损伤的脚上穿戴在所述康复机器人里，将五根推杆设置为随动模式，在走路时通过分析未损伤脚的步行模式，以及推杆的伸缩和时变情况，对称地对损伤脚踝的患者穿戴的康复机器人进行参数设置，使被损伤脚踝穿戴的康复机器人进入助力模式，和未损伤脚踝的康复机器人进行非同步的对称变化，在未损伤脚踝进行停止动作时，损伤脚踝穿戴的康复机器人也进入停止状态，但五根推杆仍然起支撑作用。
有益效果：
本发明提供的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走装置，五杆驱动的五自由度机构，既满足了不同脚踝的康复训练的治疗方案，又节省了机械材料和成本；另外，本发明在脚踝损伤部位将辅助行走与康复训练功能相结合，应用范围更广；本发明在使用时，首先使用示教的方式进行康复训练，然后通过对采集步行时另一只健康脚带动的推杆的变化情况并进行对称性分析，使得本发明的机器人能够给与患者的损伤脚踝以助力，达到日常正常行走的目的。综上，本发明至少具有既能满足不同类型脚踝康复训练的变化自由度、又不至于造成机械材料的浪费，还能让患者在治疗期间进行脚踝康复训练和辅助正常行走等优点。
附图说明
图1是本发明一优选实施例的立体结构示意图。
图2是本发明一优选实施例的前视结构示意图。
附图标记：
1、刚性鞋底；2、小腿上固定套筒；3、小腿下固定套筒；4、绑缚结构；5、第一前电动推杆；6、第二前电动推杆；7、第一后电动推杆；8、第二后电动推杆；9、第三前电动推杆；10、第一上刚性连接件；11、第二上刚性连接件；12、第三上刚性连接件；13、第一下刚性连接件；14、第二下刚性连接件；15、第一前刚性连接件；16、第二前刚性连接件；17、第三前刚性连接件；18、第一后刚性连接件；19、第二后刚性连接件。
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：
一种五自由度穿戴式脚踝康复行走装置，适用于左脚或者右脚，它包括刚性鞋底1、小腿上固定套筒2以及小腿下固定套筒3，所述小腿上固定套筒2、小腿下固定套筒3以及刚性鞋底1之间连接有包覆在小腿、踝关节以及足踝部的软性材料的绑缚结构4，所述刚性鞋底1前端两侧分别活动连接有可伸缩的第一前电动推杆5和第二前电动推杆6，刚性鞋底1后端两侧分别活动连接有可伸缩的第一后电动推杆7和第二后电动推杆8，刚性鞋底1前端顶端处活动连接有第三前电动推杆9，所述第一前电动推杆5上端、第二前电动推杆6上端、第三前电动推杆9上端、第一后电动推杆7上端以及第二后电动推杆8上端均设有压力传感器，所述压力传感器通过数据采集系统与计算机控制系统控制连接。计算机控制系统通过压力传感器采集数据并通过数据刺激系统处理和上传数据至计算机控制系统，由此再由计算机控制系统做出反馈，提供辅助行走和辅助训练的助力。
作为优选实施方案之一，所述小腿上固定套筒2两侧分别设有第一上刚性连接件10和第二上刚性连接件11，所述小腿上固定套筒2的前侧设有第三上刚性连接件12，所述小腿下固定套筒3两侧分别设有第一下刚性连接件13和第二下刚性连接件14，所述刚性鞋底1的前端两侧分别设有第一前刚性连接件15和第二前刚性连接件16，所述刚性鞋底1前端顶端设有第三前刚性连接件17，所述刚性鞋底1后端两侧分别设有第一后刚性连接件18和第二后刚性连接件19，所述第一前电动推杆5的顶端和底端分别与所述第一上刚性连接件10和第一前刚性连接件15活动连接，所述第二前电动推杆6的顶端和底端分别与所述第二上刚性连接件11和第二前刚性连接件16活动连接，所述第三前电动推杆9的顶端和底端分别与所述第三上刚性连接件12和第三前刚性连接件17活动连接，所述第一后电动推杆7的顶端和底端分别与所述第一下刚性连接件13和第一后刚性连接件18活动连接，所述第二后电动推杆8的顶端和底端分别与所述第二下刚性连接件14和第二后刚性连接件19活动连接，所述第一前电动推杆5顶端的压力传感器、第二前电动推杆6顶端的压力传感器、第三前电动推杆9顶端的压力传感器、第一后电动推杆7顶端的压力传感器以及第二后电动推杆8顶端的压力传感器均通过球铰分别与对应的第一上刚性连接件10、第二上刚性连接件11、第三上刚性连接件12、第一下刚性连接件13以及第二下刚性连接件14活动连接。
作为优选实施方案之一，所述脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构4均包括软皮套和绑带，所述软皮套上设有过孔，所述绑带穿过过孔绑缚在软皮套上。
本发明的使用方法及步骤为：
(1)将患者的脚放置在所述刚性鞋底1上，绑紧刚性鞋底1上方、脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构4；
(2)在康复训练模式下时，五根电动推杆进入随动方式，由医生对脚踝部的损伤部位进行康复训练，由计算机记录训练时五根推杆变化的伸缩量以及压力方向和大小，接着无需医生参与，在设定好的时间点控制所述康复机器人按照记录下的伸缩量自主对患者进行重复康复训练。
(3)在辅助行走的模式下，先把未损伤的脚上穿戴在所述康复机器人里，将五根推杆设置为随动模式，在走路时通过分析未损伤脚的步行模式，以及推杆的伸缩和时变情况，对称地对损伤脚踝的患者穿戴的康复机器人进行参数设置，使被损伤脚踝穿戴的康复机器人进入助力模式，和未损伤脚踝的康复机器人进行非同步的对称变化，在未损伤脚踝进行停止动作时，损伤脚踝穿戴的康复机器人也进入停止状态，但五根推杆仍然起支撑作用。
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。