一种人体踝关节刚度检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种人体踝关节刚度检测装置，该装置主要包括定平台、动平台、约束支链和UPS支链，约束支链的下端与定平台转动配合，2个UPS支链的下部对称安装在定平台上，动平台与约束支链的上部连接，同时，动平台又通过V形架与2个UPS支链的上部连接，构成一个2‑UPS并联机构。该装置具有3个转动自由度，可完成背伸/趾屈、內翻/外翻和内收/外展动作。人体脚踝采用紧致连接的方式与动平台连接，在人机连接界面处安装有力/矩传感器，同时，在3个转动关节处分别装有1个角度传感器，可实现对人体踝关节的刚度测量，通过调节2个UPS支链的移动副可改变动平台的倾角，从而测得人体踝关节处于不同姿态时刚度。

【技术实现步骤摘要】
一种人体踝关节刚度检测装置
本专利技术涉及一种检测装置，具体说，涉及用于人体踝关节刚度检测的装置。
技术介绍
踝关节是人体的运动关节，也是承重最大的关节，尤其是在奔跑和跳跃时，踝关节会承受巨大的载荷和冲击，因此极易发生扭伤。此外，中风后神经功能受到损害，也可导致踝关节周围的肌肉疲软，使人体无法像正常人一样行走。踝关节扭伤后，如果治疗不及时，容易导致踝关节韧带过度松弛，关节不稳，易引起反复扭伤，严重的将影响行走功能。近年来，国际上对关节刚度的研究成为生物力学界的热点，通过分析测得的人体关节刚度数据来评估人体关节的健康程度和承压能力，对于人体关节的康复和预防损伤都有较为重要的意义。踝关节刚度是踝关节功能指标的直接表现，分析人体踝关节刚度数据，可用于预防踝关节损伤，改善踝关节康复训练方式和力度，评判踝关节康复训练的效果。到目前为止，国内外针对踝关节损伤已研究出多种用于踝关节康复训练的机构，但绝大多数产品都旨在用于主动康复训练，而对于踝关节刚度检测的研究投入则比较少，这给对踝关节刚度的测量和分析带来许多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种人体踝关节刚度检测装置，以解决上述问题。本专利技术的实施例提供了一种人体踝关节刚度检测装置，其特征在于，该踝关节刚度检测装置包括定平台、动平台、约束支链、UPS支链，动平台、约束支链、UPS支链均安装在定平台上；动平台通过V形架与2个UPS支链的上部连接，2个UPS支链的下部安装在定平台上，同时，动平台通过约束支链与定平台连接；踝关节刚度检测装置采用紧致连接的方式与人体脚踝连接，在人机连接界面处安装有力/矩传感器，实现对人体踝关节的力/矩测量。进一步，动平台主要包含支撑板、中间板、脚踏板、扭矩传感器、拉压力传感器、阶梯轴、扭矩传递轴；中间板安装在支撑板的上方，支撑板中部安装有阶梯轴，阶梯轴内部含有台阶通孔，扭矩传感器放置在台阶通孔内；扭矩轴安装在中间板上，扭矩传递轴下端通过扭矩传递辐盘与扭矩传感器连接；四个拉压力传感器均匀安装在中间板上部，脚踏板放置在四个拉压力传感器上，且平行于中间板，脚踏板对应位置设置有四个通孔，采用螺纹连接的方式将脚踏板与拉压力传感器固定在一起。进一步，约束支链包括U形杆、C形杆和L形杆，C形杆的两侧与U形杆沿水平方向转动配合，为第二转动关节，配合轴线为X轴线，C形杆可绕X轴线转动；背伸/趾屈传感器安装在U形杆的右侧板上，测量C形杆相对于U形杆绕X轴线的转动角度；L形杆下部与支撑板固定在一起，L形杆上部与C形杆的中部转动配合，为第三转动关节，配合轴线为Y轴线，Y轴线与X轴线垂直且相交，L形杆可绕Y轴线转动；內翻/外翻传感器安装在C形杆的中部外侧上，测量L形杆相对于C形杆绕Y轴线的转动角度；约束支链的U形杆安装在定平台上，与定平台沿竖直方向转动配合，为第一转动关节，配合轴线为Z轴线，Z轴线与X轴线垂直，且过X轴线与Y轴线的交点，约束支链整体可绕Z轴线转动；内收/外展传感器安装在U形杆中部内侧上，测量U形杆相对于定平台绕Z轴线的转动角度。进一步，UPS支链包括虎克副、移动副和球副，虎克副安装在移动副的下部，球副安装在移动副的上部；虎克副具有2个转动自由度，虎克副一端固定在定平台上，另一端与移动副的底端连接；移动副由支撑筒、丝杠、平键及手动螺母组成，手动螺母安装在支撑筒上部，手动螺母与支撑筒转动配合，手动螺母与丝杠螺纹配合，平键安装在丝杠底部侧面，支撑筒内侧设置有矩形通槽，平键与矩形通槽滑动配合；与现有技术相比本专利技术的有益效果是：通过在人机连接环节加入力/矩传感器，测量人体踝关节在不同角度位置下的刚度大小，所得数据无论是对患者康复程度的评估，还是对正常人踝关节的检查评测，都具有重要的参考价值。附图说明图1是本专利技术一种人体踝关节刚度检测装置的轴测视图；图2是本专利技术一种人体踝关节刚度检测装置的左视图；图3是动平台的轴测视图；图4是扭矩传感器装配的剖视图；图5是拉压力传感器装配的剖视图；图6是第一转动关节剖视图；图7是第三转动关节剖视图；图8是UPS支链移动副的剖视图；图9是本专利技术一种踝关节刚度检测装置背伸极限位姿主视图；图10是本专利技术一种踝关节刚度检测装置趾屈极限位姿主视图；图11是本专利技术一种踝关节刚度检测装置內翻极限位姿左视图；图12是本专利技术一种踝关节刚度检测装置外翻极限位姿左视图；图13是本专利技术一种踝关节刚度检测装置内收极限位姿俯视图；图14是本专利技术一种踝关节刚度检测装置外展极限位姿俯视图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。参图1至图9所示，图1本专利技术一种人体踝关节刚度检测装置的轴测视图；图2是本专利技术一种人体踝关节刚度检测装置的左视图；图3是动平台的轴测视图；图4是扭矩传感器装配的剖视图；图5是拉压力传感器装配的剖视图；图6是第一转动关节剖视图；图7是第三转动关节剖视图；图8是UPS支链移动副的剖视图；图9是本专利技术一种踝关节刚度检测装置背伸极限位姿主视图；图10是本专利技术一种踝关节刚度检测装置趾屈极限位姿主视图；图11是本专利技术一种踝关节刚度检测装置內翻极限位姿左视图；图12是本专利技术一种踝关节刚度检测装置外翻极限位姿左视图；图13是本专利技术一种踝关节刚度检测装置内收极限位姿俯视图；图14是本专利技术一种踝关节刚度检测装置外展极限位姿俯视图。本实施例提供了一种踝关节刚度检测装置，参图1至图14所示，该踝关节刚度检测装置包括1个定平台、1个动平台、1个约束支链和2个UPS支链，所述约束支链和2个UPS支链均安装在所述定平台1上，所述约束支链与所述定平台1转动配合，2个UPS支链下端对称安装在所述定平台1上，所述动平台与所述约束支链上部连接，同时，所述动平台通过V形架10与2个UPS支链上部连接，脚踝104采用紧致连接的方式与动平台连接。在本实施例中，参图1、图2、图3、图4及图5所示，动平台主要包括支撑板7、中间板8、脚踏板9、扭矩传感器106、扭矩传递辐盘20、阶梯轴17、扭矩传递轴19、拉压力传感器105等。所述支撑板7与L形架6下部固定在一起，所述阶梯轴17安装在所述支撑板7上，所述阶梯轴17内含有台阶通孔，所述扭矩传感器106放置在所述阶梯轴17台阶通孔内，并固定在阶梯轴端盖18上，所述扭矩传递辐盘20安装在所述扭矩传感器106上部。一级深沟球轴承21和二级深沟球轴承22安装在所述阶梯轴17台阶通孔内，位于所述扭矩传递辐盘20上方，两轴承中间装有一级轴承垫圈24，所述二级深沟球轴承22下端外圈与台阶通孔缩颈部分接触，一级深沟球轴承21上端外圈通过一级轴承端盖23压紧。所述扭矩传递轴19与所述一级深沟球轴承21和所述二级深沟球轴承22过盈配合，所述扭矩传递轴19的轴肩与所述一级深沟球轴承21上部内圈接触，所述扭矩传递轴19上装有轴承挡圈25，所述轴承挡圈25与所述二级深沟球轴承22下部内圈接触，所述扭矩传递轴19下端通过平键26与所述扭矩传递辐盘20连接。所述中间板8安装在所述扭矩传递轴19上方，并与所述支撑板7平行。4个拉压力传感器下部通过螺纹连接均匀地安装在所述中间板8上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体踝关节刚度检测装置，其特征在于，该踝关节刚度检测装置包括定平台、动平台、约束支链、UPS支链，动平台、约束支链、UPS支链均安装在定平台上；动平台通过V形架与2个UPS支链的上部连接，2个UPS支链的下部安装在定平台上，同时，动平台通过约束支链与定平台连接；踝关节刚度检测装置采用紧致连接的方式与人体脚踝连接，在人机连接界面处安装有力/矩传感器，实现对人体踝关节的力/矩测量。动平台主要包含支撑板、中间板、脚踏板、扭矩传感器、拉压力传感器、阶梯轴、扭矩传递轴；中间板安装在支撑板的上方，支撑板中部安装有阶梯轴，阶梯轴内部含有台阶通孔，扭矩传感器放置在台阶通孔内；扭矩轴安装在中间板上，扭矩传递轴下端通过扭矩传递辐盘与扭矩传感器连接；四个拉压力传感器均匀安装在中间板上部，脚踏板放置在四个拉压力传感器上，且平行于中间板，脚踏板对应位置设置有四个通孔，采用螺纹连接的方式将脚踏板与拉压力传感器固定在一起。约束支链包括U形杆、C形杆和L形杆，C形杆的两侧与U形杆沿水平方向转动配合，为第二转动关节，配合轴线为X轴线，C形杆可绕X轴线转动；背伸/趾屈传感器安装在U形杆的右侧板上，测量C形杆相对于U形杆绕X轴线的转动角度；L形杆下部与支撑板固定在一起，L形杆上部与C形杆的中部转动配合，为第三转动关节，配合轴线为Y轴线，Y轴线与X轴线垂直且相交，L形杆可绕Y轴线转动；內翻/外翻传感器安装在C形杆的中部外侧上，测量L形杆相对于C形杆绕Y轴线的转动角度；约束支链的U形杆安装在定平台上，与定平台沿竖直方向转动配合，为第一转动关节，配合轴线为Z轴线，Z轴线与X轴线垂直，且过X轴线与Y轴线的交点，约束支链整体可绕Z轴线转动；内收/外展传感器安装在U形杆中部内侧上，测量U形杆相对于定平台绕Z轴线的转动角度。UPS支链包括虎克副、移动副和球副，虎克副安装在移动副的下部，球副安装在移动副的上部；虎克副具有2个转动自由度，虎克副一端固定在定平台上，另一端与移动副的底端连接；移动副由支撑筒、丝杠、平键及手动螺母组成，手动螺母安装在支撑筒上部，手动螺母与支撑筒转动配合，手动螺母与丝杠螺纹配合，平键安装在丝杠底部侧面，支撑筒内侧设置有矩形通槽，平键与矩形通槽滑动配合；球副由虎克铰链和转动关节组成，具有3个转动自由度，转动关节安装在V形架的两侧凸台上。...

【技术特征摘要】
1.一种人体踝关节刚度检测装置，其特征在于，该踝关节刚度检测装置包括定平台、动平台、约束支链、UPS支链，动平台、约束支链、UPS支链均安装在定平台上；动平台通过V形架与2个UPS支链的上部连接，2个UPS支链的下部安装在定平台上，同时，动平台通过约束支链与定平台连接；踝关节刚度检测装置采用紧致连接的方式与人体脚踝连接，在人机连接界面处安装有力/矩传感器，实现对人体踝关节的力/矩测量。动平台主要包含支撑板、中间板、脚踏板、扭矩传感器、拉压力传感器、阶梯轴、扭矩传递轴；中间板安装在支撑板的上方，支撑板中部安装有阶梯轴，阶梯轴内部含有台阶通孔，扭矩传感器放置在台阶通孔内；扭矩轴安装在中间板上，扭矩传递轴下端通过扭矩传递辐盘与扭矩传感器连接；四个拉压力传感器均匀安装在中间板上部，脚踏板放置在四个拉压力传感器上，且平行于中间板，脚踏板对应位置设置有四个通孔，采用螺纹连接的方式将脚踏板与拉压力传感器固定在一起。约束支链包括U形杆、C形杆和L形杆，C形杆的两侧与U形杆沿水平方向转动配合，为第二转动关节，配合轴线为X轴线，C形杆可绕X轴线转动；背伸/趾屈传感器安装在U形杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，张子康，张雷雨，李方，刘钧辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11