踝关节机械阻抗检测装置制造方法及图纸

一种踝关节机械阻抗检测装置，包括激振组件；激振组件包括激振电机和激振轴，激振轴吊装在框架顶部一侧,激振电机装在框架上，激振轴由激振电机驱动；踏板组件包括踏板轴，踏板轴吊装在框架顶部另一侧，两个悬臂上端固定吊装在踏板轴和激振轴上，两个悬臂下端安装在底板两侧；弹性组件包括第一圆盘，第一圆盘固定套在踏板轴上，第二圆盘可自转地套在踏板轴外端上，扭簧套装在踏板轴上且扭簧两端分别与第一圆盘和第二圆盘相连；驱动组件包括驱动轴，驱动轴与踏板轴同轴吊装在框架上，驱动轴一端固定插装在第二圆盘内，驱动轴另一端装有同步轮，驱动电机装在框架上，驱动电机输出端通过同步带与同步轮传动连接。适用于踝关节机械阻抗检测。

Mechanical impedance detection device for ankle joint

A mechanical impedance detection device for ankle joint, including exciting components, exciting components including exciting motor and exciting shaft, the excitation shaft is hoisted on the top side of the frame, the excitation motor is mounted on the frame, the excitation shaft is driven by the excitation motor, the pedal assembly includes the pedal shaft, the pedal shaft is hoisted on the other side of the top of the frame, and the two cantilever upper ends. The fixed hanger is mounted on the pedal shaft and the exciting shaft, and the two cantilever ends are mounted on the two sides of the floor; the elastic component includes the first disc, the first disc is fixed on the pedal shaft, the second disc is rotated on the outer end of the pedal shaft, the torsion spring is set on the pedal shaft and the torsion spring ends are connected to the first disc and the second disc respectively. The driving shaft is composed of the driving shaft, the driving shaft and the pedal shaft are hoisted in the frame, one end of the driving shaft is fixed in the second disc, the other end of the drive shaft is fitted with the synchronous wheel, the driving motor is mounted on the frame, and the driving motor output end is connected to the synchronous wheel through the synchronous belt. It is suitable for mechanical impedance detection of ankle joint.

【技术实现步骤摘要】
踝关节机械阻抗检测装置
本专利技术涉及一种踝关节检测装置，特别涉及一种踝关节机械阻抗检测装置。
技术介绍
踝关节的机械阻抗是踝关节机械刚度、阻尼及惯性量的统称，它是一种从时变角度到时变力矩的映射。踝关节机械阻抗特征与肌肉的力学特性和神经调节有关，可用于人体踝关节健康状况的评价，也可作为机器人踝关节设计时的性能指标。踝关节在被动和主动状态下的机械阻抗特征又有明显不同。被动机械阻抗是人体小腿肌肉处于放松状态下，踝关节所表现出的角度与力矩的关系；主动机械阻抗是人体小腿肌肉主动激活时，踝关节所展现出的角度与力矩的关系；这样，测量时，只需测出踝关节的角度变化和力矩变化即可。研究表明踝关节机械阻抗模型能近似成一个二阶系统模型，然而模型的参数因个体的差异并不具有普遍适用性。目前，为满足对踝关节机械阻抗的检测要求，现有的踝关节机械阻抗检测装置大多结构复杂且成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种踝关节机械阻抗检测装置。为了实现以上目的，本专利技术提供的一种踝关节机械阻抗检测装置，包括：框架、驱动组件、弹性组件、踏板组件和激振组件；其中，所述激振组件包括激振电机和激振轴，所述激振轴可自转地吊装在所述框架的顶部一侧,所述激振电机安装在所述框架上对应所述激振轴的位置，所述激振轴由所述激振电机驱动；所述踏板组件包括一块底板、两个悬臂和一根踏板轴，所述踏板轴可自转地吊装在所述框架的顶部另一侧，所述两个悬臂的上端分别固定吊装在所述踏板轴和所述激振轴上，所述两个悬臂的下端分别安装在所述底板的两侧；所述弹性组件包括第一圆盘、扭簧和第二圆盘，所述第一圆盘固定套装在所述踏板轴上，所述第二圆盘可自转地套装在所述踏板轴的外端上，所述扭簧套装在所述踏板轴上且所述扭簧的两端分别与所述第一圆盘和所述第二圆盘相连；所述驱动组件包括驱动电机、同步带、同步轮和驱动轴，所述驱动轴可自转地吊装在所述框架的顶部对应所述踏板轴外端的位置，且所述驱动轴与所述踏板轴同轴布置，所述驱动轴的一端固定插装在所述第二圆盘内，所述驱动轴的另一端装有所述同步轮，所述驱动电机安装在所述框架上，所述驱动电机的输出端通过所述同步带与所述同步轮传动连接。本装置首先由驱动电机通过同步带和同步轮带动驱动轴转动，再由驱动轴通过弹性组件带动底板旋转至预设角度后锁定其位置，以便于之后的扰动检测，此时，可测出激振轴或踏板轴的转动角度，再通过该转动角度和扭簧的弹性模量即可测算出力矩；然后由激振电机通过激振轴为底板提供扰动力矩，该扰动力矩可由激振电机的控制器输出的实时电流、电压和转速信息来获取，同时可测出激振轴或踏板轴的转动角度，由此可见，本装置完全可满足对踝关节机械阻抗的检测要求，且结构简单，成本低且操作方便简单。另外，弹性组件的使用，为踝关节提供了一个大范围的静态输出力矩，大幅减小了提供随机扰动所需的力矩负担。而且，驱动电机与激振电机的配合使用降低了测量对电机性能的要求，降低了成本。在上述方案中，所述激振轴上安装有用于测量所述激振轴转动角度的第一盘式编码器。加设的第一盘式编码器方便了测量激振轴的转动角度。在上述方案中，所述驱动轴上安装有用于测量所述驱动轴转动角度的第二盘式编码器。加设的第二盘式编码器方便了测量驱动轴的转动角度。在上述方案中，所述激振电机与所述激振轴之间设有减速器，所述减速器安装在所述框架上对应所述激振电机与所述激振轴之间的位置，所述激振电机的输出端与所述减速器的输入端相连，所述减速器的输出端与所述激振轴相连，所述激振电机为高速私服电机。通过弹性组件与高转速私服电机的配合，提供了满足要求的扰动，可有效测量踝关节机械阻抗，同时降低了系统搭建成本。在上述方案中，所述激振轴通过两个激振轴承可自转地吊装在所述框架上。在上述方案中，所述底板与所述悬臂之间通过调节螺栓相连，所述调节螺栓上对应所述悬臂的底座的顶面和底面上分别套装有第一调节螺母，所述调节螺栓上对应所述底板的顶面和底面上分别套装有第二调节螺母。通过调节螺栓与第一调节螺母及第二调节螺母之间的相互配合可调整底板的高度，以便使被测者的踝关节旋转中心与底板的旋转中心对齐。在上述方案中，所述底板的两侧设有用于固定脚掌的通孔，所述底板的后部设有长圆孔，所述长圆孔处通过锁紧螺栓安装有用于定位脚后跟的后抵板。加设的通孔方便了被测者脚掌的固定；加设的后抵板方便了被测者脚后跟的固定，同时锁紧螺栓与长圆孔之间的配合可适应于不同大小的脚尺寸。在上述方案中，所述两个悬臂之间设有连杆，所述踏板轴通过两个踏板轴承可自转地吊装在所述框架上。通过在两个悬臂之间加设连杆，这样能使踏板组件更稳固。在上述方案中，所述驱动轴通过驱动轴承可自转地吊装在所述框架上。在上述方案中，所述驱动电机为永磁同步电机，所述永磁同步电机安装在所述框架的底部，所述同步带为皮带。通过将永磁同步电机安装在所述框架的底部，这样能使本装置更平稳。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：1、本装置首先由驱动电机通过同步带和同步轮带动驱动轴转动，再由驱动轴通过弹性组件带动底板旋转至预设角度后锁定其位置，以便于之后的扰动检测，此时，可测出激振轴或踏板轴的转动角度，再通过该转动角度和扭簧的弹性模量即可测算出力矩；然后由激振电机通过激振轴为底板提供扰动力矩，该扰动力矩可由激振电机的控制器输出的实时电流、电压和转速信息来获取，同时可测出激振轴或踏板轴的转动角度，由此可见，本装置完全可满足对踝关节机械阻抗的检测要求，且结构简单，成本低且操作方便简单；2、弹性组件的使用，为踝关节提供了一个大范围的静态输出力矩，大幅减小了提供随机扰动所需的力矩负担；3、驱动电机与激振电机的配合使用降低了测量对电机性能的要求，降低了成本；4、加设的第一盘式编码器方便了测量激振轴的转动角度；5、加设的第二盘式编码器方便了测量驱动轴的转动角度；6、通过弹性组件与高转速私服电机的配合，提供了满足要求的扰动，可有效测量踝关节机械阻抗，同时降低了系统搭建成本；7、通过调节螺栓与第一调节螺母及第二调节螺母之间的相互配合可调整底板的高度，以便使被测者的踝关节旋转中心与底板的旋转中心对齐；8、加设的通孔方便了被测者脚掌的固定；9、加设的后抵板方便了被测者脚后跟的固定，同时锁紧螺栓与长圆孔之间的配合可适应于不同大小的脚尺寸；10、通过将永磁同步电机安装在所述框架的底部，这样能使本装置更平稳。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1的另一视角结构示意图；图3是图1的又一视角结构示意图；图4是驱动组件、弹性组件、踏板组件和激振组件之间的位置关系结构示意图；图5是图4的另一结构示意图；图6是图4的又一视角结构示意图；图7是图4的再一视角结构示意图；图8是驱动组件、弹性组件、踏板组件和激振组件之间的位置关系剖面结构示意图；图9是装置受力示意图。图中，框架1，驱动组件2，驱动电机2a，同步带2b，同步轮2c，驱动轴2d，第二盘式编码器2e，驱动轴承2f，弹性组件3，第一圆盘3a，扭簧3b，第二圆盘3c，踏板组件4，底板4a，悬臂4b，踏板轴4c，调节螺栓4d，第一调节螺母4e，第二调节螺母4f，通孔4g，长圆孔4h，后抵板4i，连杆4j，踏板轴承4k，激振组件5，激振电机5a，激振轴5b，第一盘式编码器5c，减速器5d，激振轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种踝关节机械阻抗检测装置，其特征在于，包括：框架(1)、驱动组件(2)、弹性组件(3)、踏板组件(4)和激振组件(5)；其中，所述激振组件(5)包括激振电机(5a)和激振轴(5b)，所述激振轴(5b)可自转地吊装在所述框架(1)的顶部一侧,所述激振电机(5a)安装在所述框架(1)上对应所述激振轴(5b)的位置，所述激振轴(5b)由所述激振电机(5a)驱动；所述踏板组件(4)包括一块底板(4a)、两个悬臂(4b)和一根踏板轴(4c)，所述踏板轴(4c)可自转地吊装在所述框架(1)的顶部另一侧，所述两个悬臂(4b)的上端分别固定吊装在所述踏板轴(4c)和所述激振轴(5b)上，所述两个悬臂(4b)的下端分别安装在所述底板(4a)的两侧；所述弹性组件(3)包括第一圆盘(3a)、扭簧(3b)和第二圆盘(3c)，所述第一圆盘(3a)固定套装在所述踏板轴(4c)上，所述第二圆盘(3c)可自转地套装在所述踏板轴(4c)的外端上，所述扭簧(3b)套装在所述踏板轴(4c)上且所述扭簧(3b)的两端分别与所述第一圆盘(3a)和所述第二圆盘(3c)相连；所述驱动组件(2)包括驱动电机(2a)、同步带(2b)、同步轮(2c)和驱动轴(2d)，所述驱动轴(2d)可自转地吊装在所述框架(1)的顶部对应所述踏板轴(4c)外端的位置，且所述驱动轴(2d)与所述踏板轴(4c)同轴布置，所述驱动轴(2d)的一端固定插装在所述第二圆盘(3c)内，所述驱动轴(2d)的另一端装有所述同步轮(2c)，所述驱动电机(2a)安装在所述框架(1)上，所述驱动电机(2a)的输出端通过所述同步带(2b)与所述同步轮(2c)传动连接。...

【技术特征摘要】
1.一种踝关节机械阻抗检测装置，其特征在于，包括：框架(1)、驱动组件(2)、弹性组件(3)、踏板组件(4)和激振组件(5)；其中，所述激振组件(5)包括激振电机(5a)和激振轴(5b)，所述激振轴(5b)可自转地吊装在所述框架(1)的顶部一侧,所述激振电机(5a)安装在所述框架(1)上对应所述激振轴(5b)的位置，所述激振轴(5b)由所述激振电机(5a)驱动；所述踏板组件(4)包括一块底板(4a)、两个悬臂(4b)和一根踏板轴(4c)，所述踏板轴(4c)可自转地吊装在所述框架(1)的顶部另一侧，所述两个悬臂(4b)的上端分别固定吊装在所述踏板轴(4c)和所述激振轴(5b)上，所述两个悬臂(4b)的下端分别安装在所述底板(4a)的两侧；所述弹性组件(3)包括第一圆盘(3a)、扭簧(3b)和第二圆盘(3c)，所述第一圆盘(3a)固定套装在所述踏板轴(4c)上，所述第二圆盘(3c)可自转地套装在所述踏板轴(4c)的外端上，所述扭簧(3b)套装在所述踏板轴(4c)上且所述扭簧(3b)的两端分别与所述第一圆盘(3a)和所述第二圆盘(3c)相连；所述驱动组件(2)包括驱动电机(2a)、同步带(2b)、同步轮(2c)和驱动轴(2d)，所述驱动轴(2d)可自转地吊装在所述框架(1)的顶部对应所述踏板轴(4c)外端的位置，且所述驱动轴(2d)与所述踏板轴(4c)同轴布置，所述驱动轴(2d)的一端固定插装在所述第二圆盘(3c)内，所述驱动轴(2d)的另一端装有所述同步轮(2c)，所述驱动电机(2a)安装在所述框架(1)上，所述驱动电机(2a)的输出端通过所述同步带(2b)与所述同步轮(2c)传动连接。2.如权利要求1所述的踝关节机械阻抗检测装置，其特征在于，所述激振轴(5b)上安装有用于测量所述激振轴(5b)转动角度的第一盘式编码器(5c)。3.如权利要求2所述的踝关节机械阻抗检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞牧野，孙成，熊仁杰，曹雨阳，向馗，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42