基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，其包括基座、动平台、驱动支链和约束支链，动平台设于基座中上基座与下基座之间，驱动支链和约束支链依次交替间隔设置于上基座与动平台之间，且初始位姿关于XOZ平面对称布置，驱动支链均为SPS支链，且约束支链均为RPS支链，驱动支链和约束支链主被动并联设置，能够实现动平台空间两维转动和竖直方向的移动，从而实现对踝关节的康复训练。本发明专利技术驱动支链和约束支链均由柔性构件组成，减轻了机器人系统的机械结构质量，提高了装置的被动柔性，同时结合主动柔顺控制策略，避免单一柔顺方法可靠性差的问题，保证了患者训练的安全性、舒适性和柔顺性。舒适性和柔顺性。舒适性和柔顺性。

【技术实现步骤摘要】
基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置


[0001]本专利技术属于康复医疗器械
，特别涉及一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置。

技术介绍

[0002]随着社会老龄化程度的加重，由脑卒中或其他疾病导致的运动或认知功能障碍的患者数量明显增加，踝关节康复装置能够帮助患者进行运动或认知功能训练，一定程度上解决了人工康复训练中存在的易疲劳、多次训练存在差异性等问题。
[0003]传统踝关节康复装置通常为刚性结构，其中，并联踝关节康复装置具有惯性小、刚度高、结构紧凑、精度高等优点，受到学者的广泛关注，但其刚性冲击大、自适应性差等不足，造成康复装置机构转动中心与踝关节转动中心不相重合的问题，容易使患者受到二次损伤。
[0004]基于绳索结构的绳驱动关节康复装置为全柔性结构，能更好地模拟人体运动过程肌肉群的运动特性，与人体贴合性更好。但其结构形式决定了其驱动数目需要大于自由度数目，造成不易控制、运动不确定的问题。因此，本专利技术提出的一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，利用绳索作为驱动源，引入约束支链，使其在满足柔顺性的同时具有确定的运动，进而可以减少驱动数目。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，采用绳索弹簧结构，具有良好的自适应能力，能够通过自身结构形态调整适应外界环境的变化，能够自动实现脚踏板转动中心与人体踝关节运动中心始终重合，同时将驱动支链和约束支链依次交替间隔设置于上基座与所述动平台之间，可以实现踝关节的跖屈/背屈、内翻/外翻两个康复训练形式，也可以实现不同腿长患者在固定高度座位上的正常康复训练。
[0006]本专利技术采用的技术方案是一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，其包括基座、动平台、驱动支链和约束支链，所述基座为框架结构，且所述基座包括上基座、下基座和立柱，所述上基座与下基座之间通过所述立柱连接，且所述上基座的底部间隔均布环绕设有多个上球窝支座和上转动支座，分别用于安装所述驱动支链和约束支链；所述动平台设于所述上基座与下基座之间，且所述动平台包括踏板、固定绷带和调姿板，所述踏板设于所述调姿板的中间处，且所述踏板上设有所述固定绷带，所述调姿板上均布设有多个下球窝支座，所述多个下球窝支座分别用于安装所述驱动支链和约束支链；所述驱动支链和约束支链依次交替间隔设置于所述上基座与所述动平台之间，且初始位姿关于XOZ平面对称布置，所述驱动支链均为SPS支链，所述驱动支链包括第一球头、驱动绳、第二球头和绳驱动装置，所述驱动绳的下端与所述第一球头固定连接，且所述第一球头与所述下球窝支座第二球副连接，所述驱动绳的上端穿过所述第二球头与所述绳驱动装置连接，所述绳
驱动装置设于所述上基座上，且所述第二球头与所述上球窝支座第一球副连接，所述驱动绳的绳长变化构成第一移动副，所述约束支链均为RPS支链，且所述约束支链包括连杆、套筒、柔性元件和第三球头，所述连杆的上端通过转轴与所述上转动支座第一转动副连接，所述套筒中设有所述柔性元件，且所述连杆的下端与所述套筒的上端第二移动副连接，所述套筒的下端设有所述第三球头，且所述第三球头与所述下球窝支座第三球副连接；所述驱动支链和约束支链主被动并联设置，通过改变所述驱动支链中驱动绳的长度，能够实现所述动平台空间两维转动，通过控制所述约束支链中柔性元件的自适应调节，能够实现所述动平台竖直方向的移动，在所述驱动支链和约束支链的共同作用下，从而实现对踝关节的康复训练。
[0007]优选地，所述驱动支链包括第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链，且所述第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链之间间隔120
°
。
[0008]进一步地，所述第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链中驱动绳的长度在初始状态下均相等，当所述第一驱动支链中的驱动绳伸长，且所述第二驱动支链和第三驱动支链中的驱动绳等量收缩时，所述动平台绕Y轴方向逆时针转动，实现踝关节背屈运动；当所述第一驱动支链中的驱动绳收缩，且所述第二驱动支链和第三驱动支链中的驱动绳等量伸长时，所述动平台绕Y轴方向顺时针转动，实现踝关节跖屈运动；当所述第二驱动支链中的驱动绳收缩，且所述第三驱动支链中的驱动绳伸长时，所述动平台绕X轴方向顺时针转动，实现踝关节内翻运动；当所述第二驱动支链中的驱动绳伸长，且所述第三驱动支链中的驱动绳收缩时，所述动平台绕X轴方向逆时针转动，实现踝关节外翻运动。
[0009]优选地，所述约束支链包括第一约束支链、第二约束支链以及第三约束支链，且所述第一约束支链、第二约束支链以及第三约束支链之间间隔120
°
，所述相邻两个驱动支链和约束支链之间间隔60
°
。
[0010]优选地，所述约束支链中的柔性元件为弹簧，所述弹簧的上端与所述连杆的下端连接，且所述弹簧的下端与所述套筒内侧腔体的底部连接。
[0011]进一步地，所述第一约束支链、第二约束支链以及第三约束支链中的弹簧的压缩量在初始状态下均相等，当踝关节康复装置处于工作状态时，所述第一约束支链、第二约束支链以及第三约束支链均处于张紧状态，在所述第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链的作用下，所述第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链中的驱动绳也均处于张紧状态，此时将脚部放置于所述动平台上，所述第一约束支链、第二约束支链以及第三约束支链中弹簧的压缩量发生变化，使得踝关节康复装置能够在Z轴方向被动适应脚部所处的高度。
[0012]优选地，所述驱动支链上还设有拉力传感器，所述拉力传感器与所述驱动绳以及绳驱动装置中的驱动电机相连接，能够实时检测所述驱动绳的拉力大小。
[0013]优选地，所述动平台上还设有角度姿态传感器，所述角度姿态传感器能实时监测所述动平台的姿态信息，通过所述拉力传感器与角度姿态传感器配合工作，能够实时检测采集脚部受力和姿态信息。
[0014]本专利技术的特点和有益效果是：
[0015]1、本专利技术提供的一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，采用绳索弹簧结构，具有良好的自适应能力，能够通过自身结构形态调整适应外界环境的变化，可以
自动实现脚踏板转动中心与人体踝关节运动中心高度贴合。
[0016]2、本专利技术提供的一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，将驱动支链和约束支链依次交替间隔设置于上基座与所述动平台之间，可以实现踝关节的跖屈/背屈、内翻/外翻两个康复训练形式，也可以实现不同腿长患者在固定高度座位上的正常康复训练。
[0017]3、本专利技术提供的一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，驱动支链采用绳驱动，结合人体肌肉群运动状态，模拟人体肌肉运动进行康复训练，使得康复效果更加有效，同时约束支链采用柔性结构，内有柔性元件，柔性元件的大小可以根据运动而发生变化；三个约束支链的柔性元件的大小，在实际运动可以不同，在结构上可以缓冲外部作用于动平台的作用力，使整体结构受到尽量小的作用力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，其特征在于，其包括基座、动平台、驱动支链和约束支链，所述基座为框架结构，且所述基座包括上基座、下基座和立柱，所述上基座与下基座之间通过所述立柱连接，且所述上基座的底部间隔均布环绕设有多个上球窝支座和上转动支座，分别用于安装所述驱动支链和约束支链；所述动平台设于所述上基座与下基座之间，且所述动平台包括踏板、固定绷带和调姿板，所述踏板设于所述调姿板的中间处，且所述踏板上设有所述固定绷带，所述调姿板上均布设有多个下球窝支座，所述多个下球窝支座分别用于安装所述驱动支链和约束支链；所述驱动支链和约束支链依次交替间隔设置于所述上基座与所述动平台之间，且初始位姿关于XOZ平面对称布置，所述驱动支链均为SPS支链，所述驱动支链包括第一球头、驱动绳、第二球头和绳驱动装置，所述驱动绳的下端与所述第一球头固定连接，且所述第一球头与所述下球窝支座第二球副连接，所述驱动绳的上端穿过所述第二球头与所述绳驱动装置连接，所述绳驱动装置设于所述上基座上，且所述第二球头与所述上球窝支座第一球副连接，所述驱动绳的绳长变化构成第一移动副，所述约束支链均为RPS支链，且所述约束支链包括连杆、套筒、柔性元件和第三球头，所述连杆的上端通过转轴与所述上转动支座第一转动副连接，所述套筒中设有所述柔性元件，且所述连杆的下端与所述套筒的上端第二移动副连接，所述套筒的下端设有所述第三球头，且所述第三球头与所述下球窝支座第三球副连接；所述驱动支链和约束支链主被动并联设置，通过改变所述驱动支链中驱动绳的长度，能够实现所述动平台空间两维转动，通过控制所述约束支链中柔性元件的自适应调节，能够实现所述动平台竖直方向的移动，在所述驱动支链和约束支链的共同作用下，从而实现对踝关节的康复训练。2.根据权利要求1所述的基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，其特征在于，所述驱动支链包括第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链，且所述第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链之间间隔120
°
。3.根据权利要求2所述的基于绳索弹簧机构的主被动柔顺踝关节康复装置，其特征在于，所述第一驱动支链、第二驱动支链以及第三驱动支链中驱动绳的长度在初始状态下均相等，当所述第一驱动支链中的驱动绳伸长，且所述第二驱动支链和第三驱动支链中的驱动绳...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾达幸，刘亚，谭炜键，李兴艳，曾嘉豪，卢文娟，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：