一种踝关节运动矫形器的制作方法

文档序号:35006559发布日期:2023-08-04 03:29阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种踝关节运动矫形器,其特征在于:包括扶手机构(1)、驱动箱(2)、足部机构(3),所述扶手机构(1)固连在驱动箱(2)的两侧,足部机构(3)安装驱动箱(2)的矩形孔上方,可沿孔移动,所述的扶手机构(1)包括方形盖板(101)、第一锥齿轮(102)、第二锥齿轮(103)、第一套管(104)、把手(105)、螺纹异形杆(106)、螺纹套管(107)、蜗轮(108)、蜗杆(109)、第二套管(110)、支架(111)、第一电机112,所述支架(111)固连在驱动箱(2)的两侧,第二套管(110)下端固连在支架(111)的上端,螺纹异形杆(106)下段方形轴穿入螺纹套管(107)、蜗轮(108)与第二套管(110)的中间孔,螺纹异形杆(106)上段螺纹处于螺纹套管(107)内部上段螺纹配合,蜗轮(108)与蜗杆(109)安装在第二套管(110)上端凹槽内部,实现蜗杆(109)带动蜗轮(108)运动,蜗轮(109)带动嵌入内部方孔的螺纹异形杆(106)旋转,实现螺纹异型杆(106)旋转上升,第一电机112固连在第二套管(110)的上端,第一电机112输出轴与蜗杆(109)固连,第一锥齿轮(102)下段光轴嵌套在第一套管(104)的上端凹槽内,两者之间可自由旋转,但无法脱离,螺纹异形杆(106)上端插入第一套管(104)的下段孔内,其上端与第一锥齿轮(102)下端固连,第一套管(104)嵌套在螺纹套管(107)的外部,两者之间存在矩形凹槽与矩形凸起,确保螺纹套管(107)仅可沿第一套管(104)的轴线移动,不发生相对转动,两个所述的第二锥齿轮(103)与第一锥齿轮(102)两端啮合,两个所述把手(105)固连在两个所述的第二锥齿轮(103)中间孔内,当螺纹异型杆(106)旋转上升时,驱动第一锥齿轮(102)带动两个所述的第二锥齿轮(103)运动,进而带动两个所述把手(105)旋转,实现设备的姿态变换,方形盖板(101)固连在第一套管(104)的上端口。

2.根据权利要求1所述一种踝关节运动矫形器,其特征在于:所述的驱动箱(2)包括第一箱盖(201)、第二电机(202)、联轴器(203)、轴承支座(204)、第一轴承(205)、第一丝杠(206)、滑台(207)、第二箱盖(208),所述第二电机(202)固连在第二箱盖(208)低面,第一轴承(205)安装在轴承支座(204)内部,联轴器(203)一端固连在第二电机(202)的输出轴上,联轴器(203)另外一端与穿过第一轴承(205)的第一丝杠(206)一端固连,滑台(207)螺纹孔安装在第一丝杠(206)上,滑台(207)底部与第二箱盖(208)底面接触,实现第一丝杠(206)旋转时,驱动滑台(207)沿第一丝杠(206)的轴线方向运动,第一箱盖(201)固连在第二箱盖(208)上方。

3.根据权利要求1所述一种踝关节运动矫形器,其特征在于:所述的足部机构3包括脚踝绑带(301)、脚面绑带(302)、足部上平台(303)、球窝座(304)、球头连杆(305)、方盖(306)、第一套盒(307)、第一套盒座(308)、第二套盒(309)、第四套杆(310)、第二轴承(311)、第二套盒座(312)、第二丝杠(313)、第三轴承(314)、第三套盒(315)、足部下平台(316)、第一齿轮(317)、第二齿轮(318)、传动带(319)、第三电机(320)、力传感器(321),所述脚踝绑带(301)与脚面绑带(302)固连在足部上平台(303)上端面,力传感器(321)安装在足部上平台(303)后部三个突出圆台与三个所述的球窝座(304)之间,球头连杆(305)上端圆球嵌入球窝座(304)的底部圆孔内,形成球副连接,球头连杆(305)下端与方盖(306)上端旋转连接,方盖(306)下端固连在第一套盒(307)的上端,第一套盒座(308)固连在第一套盒(307)的下端,第一套盒(307)插入第二套盒(309)内方孔中,第四套杆(310)上段螺纹与第一套盒座(308)内螺纹配合,第四套杆(310)下端通过第二轴承(311)安装在第二套盒座(312)上端,第二套盒座(312)下端固连在第三套盒(315)的上端口,第二套盒(309)插入第三套盒(315)内方孔中,第三套盒(315)固连在足部下平台(316)上端面,第二丝杠(313)外螺纹与第二套盒座(312)内螺纹配合,同时第二丝杠(313)上段插入第四套杆(310)的下段内孔中,第二丝杠(313)外部矩形凸块与第四套杆(310)内部矩形凹槽配合,确保第四套杆(310)与第二丝杠(313)同时转动,第二丝杠(313)下段穿过第三轴承(314)内孔、足部下平台(316)内孔与第二齿轮(318)固连,第一齿轮(317)与第二齿轮(318)均固连在足部下平台(316)的下端面,传动带(319)连接第一齿轮(317)与第二齿轮(318),第三电机(320)的输出轴穿过足部下平台(316)的圆孔与第一齿轮固连,实现第三电机(320)旋转时,通过传动带(319)驱动第二齿轮(318)旋转运动,第二齿轮(318)与第二丝杠(313)、第四套杆(310)共同旋转,通过螺纹带动第一套盒(307)与第二套盒(309)伸缩运动,第三电机(320)固连在足部下平台(316)的上端面。

4.一种踝关节运动矫形器,其特征在于:所述的一种踝关节运动矫形器包含一种导纳控制外环与pid位置控制内环的控制方法,所述的一种导纳控制外环与pid位置控制内环的控制方法,首先,以人体步态运动中右脚触地时刻为零时刻位置,以此状态下骨盆中心在地面投影点为p为原点,人体前进方向为y轴,竖直向上为z轴,通过右手定则确定x轴方向,建立定坐标系p-xyz,以用户踝关节中心在足部下平台(316)的投影位置为o,踝关节跖屈/背屈轴和内翻/外翻轴在足部下平台(316)的投影分别为x轴和y轴,右手定则确定z轴方向,建立足部运动坐标系o-xyz,其次,所述的导纳控制外环实时检测足部机构3中三个所述的力传感器(321)的数值,以足后侧的力传感器(321)数值为f1,足内侧和外侧的力传感器(321)数值为f2和 f3,通过矢量计算得到用户足部与足部下平台(316)之间沿y轴、z轴、绕x、绕 y轴的交互力fy、fz、mx和my,求它们与健康人体步态运动中足部沿y轴、z轴、绕x、绕 y轴的期望交互力fye、fze、mxe和mye的差值,得差值δfy、δfz、δmx和δmy,将差值输入到导纳控制器后,输出步态运动中足部沿y轴的轨迹差值δy,足部沿z轴的轨迹差值δz,踝关节跖屈/背屈差值角度δα,踝关节内翻/外翻的差值δβ,最后,将健康人体在步态运动中足部沿y轴的期望轨迹ye、足部沿z轴的期望轨迹ze、踝关节跖屈/背屈角度α和内翻/外翻运动β分别与δy、δz、δα和δβ进行矢量求和后,输入到pid位置控制器,驱动设备运动,并将设备的反馈实时传输到输入处,最终实现设备辅助用户仿生运动的目的。


技术总结
本发明涉及一种踝关节运动矫形器,属于康复运动设备领域,包含扶手机构、驱动箱、足部机构,通过扶手机构减少人体下肢的承重,其自身可变换姿态,实现多种工作模式,满足不同人的需要,对标健康人步态行走时的踝关节运动轨迹,设计丝杠螺母与伸缩套杆机构实现踝关节运动轨迹,实现仿生助动的效果,以力传感器的数值为输入,建立包含导纳控制外环与PID控制内环的控制方法,驱动设备实现仿生轨迹的同时,保证人机交互的柔顺性,大大提高患者的使用舒适性,设备可用于脑卒中患者的后期步态辅助,可帮助其恢复步态能力,同时大大减轻医护人员的工作负担。

技术研发人员:刘坤,刘瑞杰,付俊,高弛,吉硕,刘宁,胡计考,王健宇
受保护的技术使用者:刘坤
技术研发日:
技术公布日:2024/1/14
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