一种脚踝康复机器人及其控制系统

本发明涉及医疗康复，具体涉及一种脚踝康复机器人，还涉及一种脚踝康复机器人的控制系统。

背景技术：

1、在当今社会，脚部损伤问题日益突出。这可能源于现代生活方式中长时间站立、运动不足以及运动伤害等因素。这种现象凸显了对足部健康重要性的关注，并引发了对脚踝康复的研究与关注。

2、随着对脚踝损伤康复需求的增加，研究人员开始关注康复技术和手段的创新。传统的康复方法可能受限于个体差异性、康复效果不佳或缺乏个性化方案。因此，对于脚踝损伤的深入研究和有效康复变得尤为关键。

3、在这种背景下，机器人技术被引入脚踝康复领域。机器人技术以其精准度、可控性和个性化优势，成为解决脚踝康复挑战的有力工具。通过机器人辅助的康复训练，患者可以获得更精准、定制化的康复方案，有助于提高康复效果和速度。

4、特别是并联脚踝机器人的出现，为脚踝康复带来了新的希望和可能性。它不仅模拟了自然脚踝运动的范围和自由度，还能够根据患者的个体情况制定定制化的康复模式。这种机器人技术结合了先进的机械设计和智能控制，为康复提供了更接近自然、更有效的训练环境，有望在提高康复效果、加速康复进程等方面发挥重要作用。

5、因此，并联脚踝机器人技术的应用不仅仅是康复技术的创新，更代表了对脚踝康复领域的进步和潜力，为解决脚踝损伤康复挑战提供了新的可能性，对个体康复和社会福祉都具有重要意义。

6、在当前现有技术中，尽管存在对脚踝康复的关注和努力，但仍然存在一些挑战和限制。调研显示，现有的脚踝康复机器人在调距和可重构性方面存在不足，同时还面临着单踝支持等问题。

7、首先，目前的技术往往在康复机器人的调距方面存在一定程度的限制。部分设备可能缺乏足够灵活的调整范围，难以适应不同患者的个体差异和康复需求。这导致了一些康复机器人无法提供足够灵活和个性化的康复训练。

8、其次，现有机器人的可重构性方面也存在挑战。在康复过程中，可能需要不同的康复模式或不同阶段的康复需求，但目前的设备往往无法灵活地进行调整和重构，限制了其在应对多样化康复需求上的表现。

9、加之，一些康复机器人专注于单踝支持，而实际康复中往往需要对双踝进行协调性的训练。这种局限性限制了机器人在复杂康复训练中的应用。

10、例如，专利授权公告号为cn 111513982 b的申请专利公开了“一种并联式脚踝康复机器人，所述并联式脚踝康复机器人包括动平台、定平台、三个运动分支和三个驱动装置，运动分支的顶端和底端分别与动平台和定平台转动连接。定平台和动平台分别设有三个转动副，位置相互对应，且相对于第一平面平行。动平台上的脚踏板位于第一平面的下方，且平行于第一平面。运动分支包括第一连杆、第二连杆和第一球副。本技术具有两个转动自由度和一个移动自由度，能够带动人体脚踝实现旋前/旋后，内翻/外翻运动，并且可以根据患者自身踝关节的结构尺寸对自身康复的初始位置进行一定的调节，以保证机构的运动与人体踝关节的运动性质相吻合，从而保证康复的准确度”，但仍然存在以下缺陷：

11、(1)采用单踝心结构，无法精确匹配人体脚踝双踝心解剖模型，对康复效果有一定影响；

12、(2)调距只考虑到脚踝整体的舒适性，并未考虑机构转动中心与人体脚踝转动中心的近似重合，保证康复效果；

13、(3)移动自由度仅应用于调整脚踝自身康复的初始位置，未应用到康复运动中。

14、见图10和图11，人体脚踝是由胫距关节和距下关节组成的复合关节，经申请人的研究发现，脚踝的运动存在至少背伸/趾屈、内收/外展、内翻/外翻三个转动自由度，同时在和膝关节配合时，还应有一定的移动自由度的引入，考虑移动自由度的引入，更符合人体脚踝运动，提升康复效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种脚踝康复机器人，针对脚踝的复合关节，满足不同患者的个体化需求，提供更全面、更有效的解决方案，以解决现有技术中脚踝康复机器人仅支持单踝关节康复，以及调距困难的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种脚踝康复机器人，包括定平台模块和动平台模块，定平台模块和动平台模块之间设有至少两组驱动支链，还包括至少一组作用在动平台模块上的约束支链；定平台模块相对固定，动平台模块用于固定患者的脚踝；

4、其中约束支链用于限制动平台模块在脚踝内翻、外翻、背伸、趾屈、内收和外展6个方向上的转动自由度；

5、驱动支链和约束支链用于向动平台模块提供驱动动平台模块在脚踝内翻、外翻、背伸、趾屈、内收和外展6个方向上转动的驱动力。

6、进一步的，还包括移动平台，移动平台上竖直向上设有门框结构，所述定平台模块固定在门框结构的顶部，所述约束支链固定在移动平台上；

7、移动平台上还设有控制箱，该控制箱对驱动支链和约束支链进行控制。

8、进一步的，所述驱动支链采用电动伸缩杆，设置有三组，其两端分别与定平台模块和动平台模块球铰连接；三组驱动支链与定平台模块三个球铰点的连线为等腰三角形，三组驱动支链与动平台模块三个球铰点的连线也为等腰三角形。

9、进一步的，所述约束支链包括第一转动机构、第二转动机构、第三转动机构、第四转动机构和第五转动机构；

10、还包括第一连接机构、第二连接机构和第三连接机构，第一连接机构和第二连接机构都为凹型结构，第三连接机构为l型结构；

11、其中，第四转动机构相对于动平台，在动平台的垂直方向上滑动连接；且第四转动机构与第二连接机构的中间位置转动连接；

12、第一转动机构和第二转动机构固定设置在第二连接机构的两端，且第一转动机构和第二转动机构与第一连接机构的两端转动连接，两者的转动轴线重合；

13、第三转动机构固定设置在第一连接机构的中间位置，且与第三连接机构的一端转动连接，且第三连接机构的另一端与第五转动机构转动连接；

14、该第五转动机构驱动第三连接机构转动。

15、进一步的，所述第一转动机构、第二转动机构和第三转动机构结构一致，且都设置转动锁；

16、可以将第一连接机构相对于第一转动机构和第二转动机构的轴线方向上的转动锁死；

17、可以将第三连接机构相对于第三转动机构轴线方向上的转动锁死。

18、进一步的，所述动平台靠近约束支链的一端垂直向上设有直板，动平台在直板额外侧位置垂直向上设有至少两组圆杆，所述第四转动机构沿着圆柱滑动。

19、进一步的，所述第四转动机构上设有转动锁；

20、可以将第二连接机构相对于第四转动机构轴线方向上的转动锁死。

21、进一步的，所述第五转动机构设置在基座上，第五转动机构包括闭环步进电机，该闭环步进电机驱动第三连接机构转动，且第五转动机构还包括垂直基座设置的滚珠丝杠组件，滚珠丝杠组件驱动闭环步进电机在垂直方向上上下移动。

22、进一步的，所述第一连接机构的两侧为伸缩结构，伸缩结构上设有滑动锁；

23、可以限制伸缩结构的伸缩长度。

24、作为本发明的一种优选方案，所述。

25、为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种脚踝康复机器人的控制系统，包括视觉感知模块、脚踝标记模块、运动控制与规划模块、数据采集与存储模块；

26、所述视觉感知模块通过识别受伤脚踝的ct照片，获取脚踝踝心坐标参数；

27、所述脚踝标记模块利用视觉感知模块获取的参数对人体脚踝进行标记；

28、医师制定康复计划，通过运动控制与规划模块控制康复机器人执行相应的康复运动和动作；

29、所述数据采集与存储模块对脚踝康复过程中关键数据进行采集，将其上传到云端，并储存。

30、进一步的，所述视觉感知模块包括图像捕捉器和图像处理器，所述图像捕捉器图像捕捉器负责获取脚踝区域的图像数据，将其传递给图像处理器，所述图像处理器对采集到的图像进行处理和分析，提取脚踝踝心坐标。

31、进一步的，所述脚踝标记模块包括定位系统、标记器具，所述定位系统用于准确定位脚踝区域，确保标记在正确的位置进行，所述标记器具包括标记笔、纹身机器人或其他可用于标记的设备。

32、进一步的，所述运动控制与规划模块包含运动规划器，执行控制器，所述运动规划器接收输入的康复计划，规划康复运动的轨迹和路径，所述执行控制器接收来自运动规划器的指令，控制康复机器人执行相应的康复运动和动作。

33、进一步的，所述数据采集与存储模块包含传感数据采集器、云端存储器，所述传感数据采集器设置在机器人的转动机构和/或连接机构上，收集康复过程中的相关数据，所述云端存储器通过通信模块将康复数据上传至云端进行存储和记录。

34、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

35、1、解决传统机器人存在的单踝支持和复杂康复训练的问题，通过提供双踝协调性训练，促进全方位康复，有望提高患者康复过程中的舒适度和效果。

36、2、能够满足不同患者个体化需求，提供更广泛、更灵活的康复模式，通过自适应的调距设计和灵活的重构功能，它能够更好地适应不同患者的特定脚踝问题和康复阶段，实现个性化康复训练，最大程度地提高康复效果。

37、3、可调距、可重构的设计有助于增强机器人的应用范围和灵活性，这种机器人能够适应多种康复模式和不同阶段的康复需求，从而扩大了其在康复领域的应用广度，能够应对更多样化和复杂的康复训练场景。