一种踝关节外骨骼康复机器人

本发明涉及机械关节领域，尤其是涉及一种踝关节外骨骼康复机器人。

背景技术：

1、随着人口老龄化加剧、脑卒中已成为人类致残的主要原因之一，为了帮助下肢功能受损患者恢复行走等下肢功能，外骨骼机器人被应用于患者的康复或正常人的助力功能等。现有的踝关节康复器具有较大的尺寸、需要较重的基座来支撑康复器的运动，不方便便携与居家使用，且现有产品大都是单自由度运动，运动灵活性受限。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便携且灵活的踝关节外骨骼机器人。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、为了解决踝关节康复器的便携性和灵活性的问题，本发明设计了一款踝关节外骨骼机器人，外骨骼与人体下肢并排位于矢状面内，并采用具有虚拟转动中心的机构，来确保外骨骼转动中心与人体转动中心的重合，本设计具有三个驱动自由度，可以拟合踝关节的三轴转动运动。

4、一种踝关节外骨骼康复机器人，包括：

5、垂直轴单元，包括用于固定患侧的小腿的腿基座、第一转动装置以及第一转动连接件，所述第一转动装置的固定端、转动端分别与腿基座、第一转动连接件相连接；所述第一转动装置的转轴记为第一轴线；

6、矢状轴单元，包括用于固定患侧的足部的足基座、第三转动装置以及第三转动连接件，所述第三转动装置的固定端、转动端分别与足基座、第三转动连接件相连接；所述第三转动装置的转轴记为第三轴线；

7、冠状轴单元，包括两端分别与第一转动连接件、第三转动连接件相连接的剪叉连杆机构，以及驱动剪叉连杆机构进行剪叉处连杆相对转动的第二转动装置，所述剪叉连杆机构的两端均分别具有2个连接部，其中一个连接部与相应的第一转动连接件或第三转动连接件相铰接，另一连接部通过第一辅助连杆或第二辅助连杆与相应的第一转动连接件或第三转动连接件相铰接；

8、所述第一辅助连杆或第二辅助连杆与连接在相应的第一转动连接件或第三转动连接件上的铰接端的连线，以及第一轴线、第三轴线交汇于患者踝关节转动中心。

9、进一步地，所述第一转动装置、第二转动装置和第三转动装置包括驱动电机和扭矩传感器，

10、更进一步地，所述第一转动装置和第三转动装置的扭矩传感器一端通过螺栓与驱动电机连接，另一端通过第一转动连接件或第三转动连接件与腿基座或足基座连接；

11、更进一步地，所述第二转动装置的扭矩传感器一端通过螺栓与驱动电机连接，另一端与第二转动装置壳体相连。

12、进一步地，所述剪叉连杆机构的平行四边形机构不少于一个。

13、进一步地，所述垂直轴单元还包括用于装载电池的电池仓，所述电池仓固定在腿基座上。

14、进一步地，所述垂直轴单元还包括控制器，所述控制器通过螺栓固定在腿基座上。

15、进一步地，所述腿基座与第一转动装置通过螺栓固定连接。

16、进一步地，所述足基座与第三转动装置通过螺栓固定连接。

17、进一步地，所述螺栓的过孔为沿水平方向的一字型。

18、进一步地，所述腿基座为塑料腿基座。

19、进一步地，所述足基座为塑料足基座。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

21、(1)本发明的踝关节外骨骼机器人，采用了与人体下肢并排在矢状面内的布局方式，可以保证外骨骼机构在转动运动时与下肢运动间具有良好的协同性。

22、(2)本发明的踝关节外骨骼机器人，在机构上采用了多个平行四边形机构的设计，形成了一个具有虚拟转动中心的剪叉连杆机构，机构的虚拟转动中心与踝关节转动中心重合，可以为下肢的运动提供良好的助力效果。

23、(3)本发明的膝关节外骨骼机器人，结构紧凑，便于携带与使用。用户可以进行坐姿、躺姿等多种状态下的康复训练，且无需定制额外的固定支架。且外骨骼与人体小腿和足部的贴合度较好，运动重合度较高，舒适度较高。

24、(4)本发明的踝关节外骨骼机器人上设置有三个扭矩传感器，可以用于外骨骼的力反馈控制，可以用于分析用户与外骨骼间的力交互控制，并用于康复训练效果的评估。

技术特征：

1.一种踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述第一转动装置、第二转动装置和第三转动装置包括驱动电机和扭矩传感器，

3.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述剪叉连杆机构的平行四边形机构不少于一个。

4.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述垂直轴单元(1)还包括用于装载电池的电池仓(15)，所述电池仓(15)固定在腿基座(11)上。

5.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述垂直轴单元(1)还包括控制器(12)，所述控制器(12)通过螺栓固定在腿基座(11)上。

6.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述腿基座(11)与第一转动装置通过螺栓固定连接。

7.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述足基座(31)与第三转动装置通过螺栓固定连接。

8.根据权利要求7所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述螺栓的过孔为沿水平方向的一字型。

9.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述腿基座(11)为塑料腿基座。

10.根据权利要求1所述的踝关节外骨骼康复机器人，其特征在于，所述足基座(31)为塑料足基座。

技术总结
本发明涉及一种踝关节外骨骼康复机器人，该机器人主要由垂直轴单元、冠状轴单元、矢状轴单元三个部分组成，垂直轴单元和冠状轴单元间通过轴进行连接，矢状轴单元和冠状轴单元间通过轴进行连接。与现有技术相比，本发明具有可以保证外骨骼机构在转动运动时与下肢运动间具有良好的协同性、可以为下肢的运动提供良好的助力效果且结构紧凑，便于携带与使用等优点。

技术研发人员：唐鸿雁
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16