【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医药产业领域,具体涉及理疗装置领域,特别涉及一种四自由度混联式踝关节康复机构。
技术介绍
1、踝关节是人体运动的重要枢纽和承重关节,且在日常生活中踝关节极易发生扭伤,踝关节扭伤后进行康复训练为最有效的治疗方式。传统的康复训练通过医护人员一对一进行,这种方式不仅工作量大,浪费人力,且效率较低。随着康复机构的快速发展,踝关节康复机构不仅能够提高康复训练工作效率,减轻医护人员工作量,还能够通过规律、适宜的康复运动使踝关节组织尽快康复,具有良好的商业使用价值和工程应用前景。
2、通过研究国内外踝关节康复机器人现状，发现其存在问题如下：一是目前研究的康复机器人虽能满足踝关节的康复需求,但康复机器人的自由度仍以2到3个为主, 对于不同类型的踝部损伤疾病,踝关节康复机器人的自由度是不足的;二是踝关节康复机器人的功能虽较全但制造成本较高,不易推广使用;三是目前踝关节康复机器人的康复效果仍较差,康复机器人的康复性能还需进一步提升。本专利技术着手这些问题出发，提高其整体使用性价比并起到推进性作用。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的问题,提供一种四自由度混联式踝关节康复机构,该机构可实现踝关节的四种基本康复运动,即:跖屈背伸、内收外展、内翻外翻以及牵伸康复运动,进一步提高了踝关节康复机器人的性能，同时降低了制造成本。
2、为实现上述目的,本专利技术提供了一种四自由度混联式踝关节康复机构，包括固定支架、动平台、前驱动支链、后驱动支链和旋转平台，所述
3、所述固定支架包括三向连接头、连杆，其中连杆通过三向连接头相连，形成以三角形为基本结构形状的基本固定支架单元，两个基本固定支架单元通过三向连接头分别与前驱动支链和后驱动支链的连杆滑轨相连，构成三棱柱稳定支撑结构。
4、所述动平台包括球铰链、脚踏板和固定连接口，其中球铰链焊接在脚踏板上，球铰链两端口与其连接体构成球铰结构，有利于进行动平台的各向运动，有效增加跖屈背伸、内收外展、内翻外翻以及牵伸康复运动的灵活度，固定连接口贯穿脚踏板，通过绑带穿过固定连接口方便患者将足部安全固定，大大增强了机构的可靠性。
5、所述前驱动支链为pu型被动约束支链，包括前驱动连杆滑轨、前驱动移动滑块和前驱动连接件，其中前驱动连接件设于前驱动移动滑块上，通过转动副r1相连，前驱动移动滑块通过移动副p1与前驱动连杆滑轨相连，前驱动连接件跟随前驱动移动滑块在前驱动连杆滑轨上进行竖直平移运动，前驱动连接件通过两个串联的转动副r2与连接铰链相连形成等效万向副u，连接铰链在与前驱动连接件连接处稳定转动，前驱动连接件与前驱动移动滑块通过转动副r1相连，沿连接处轴向转动，可调节靠近前驱动支链一端动平台的左右倾角，有效增加内翻外翻以及牵伸康复运动的灵活度，前驱动连接件是半圆壁状，与连接铰链安装在前驱动连接件半圆环对称两侧，有效限制其自由度，运动更稳定。
6、所述后驱动支链为两条crs型主动无约束支链，包括后驱动球铰链、万向节、后驱动移动滑块和后驱动连杆滑轨，其中后驱动球铰链与后驱动移动滑块通过万向节相连，后驱动球铰链通过万向节进行机构内各向摆动运动，后驱动移动滑块通过移动副p2与后驱动连杆滑轨相连，后驱动移动滑块在后驱动连杆滑轨上进行竖直平移运动，两条crs型主动无约束支链分别位于固定支架的相邻两侧，两条crs型主动无约束支链运动不时时统一，可改变靠近后驱动支链端动平台的左右及上下倾角，有效增加跖屈背伸、内收外展、内翻外翻以及牵伸康复运动的灵活度。
7、所述前驱动支链设有一个驱动单元，所述前驱动支链与动平台通过连接铰链以转动副r2相连，两条连接铰链通过转动副同步摆动，平稳地改变靠近前驱动支链端动平台的上下倾角，有效增加跖屈背伸、内收外展以及牵伸康复运动的灵活度。
8、所述后驱动支链设有两个驱动单元，这两个驱动分支的结构与连接方式完全相同，所述后驱动支链的两个驱动单元通过后驱动球铰链和球铰链相连，使动平台的运动方向多变，据有较好的灵活度。
9、所述两个转动副r2的轴线延长线与转动副r1的轴线延长线始终交于一点,即该点为人体踝关节的转动中心，旋转中心能始终与踝关节的转动中心保持重合，运动更规范。
10、所述后驱动支链与动平台通过球铰结构相连，可调节后驱动支链一端动平台倾角，所述前驱动支链与动平台通过转动副r2相连，可调节前驱动支链一端动平台倾角，具有调节倾角功能。
11、所述旋转平台构成转动副r3，固定支架1固定在旋转平台上，旋转平台可沿z轴方向转动，旋转平台设有角度限位器，限位器的阈值为负30°到正30°。
12、本专利技术一种四自由度混联式踝关节康复机构,具有如下的有益效果:该机构为具有混联驱动特性的四自由度混联式机构,可实现踝关节跖屈背伸、内收外展、内翻外翻以及牵伸康复运动四个方向的转动自由度;三条支链分别为一条pu型被动约束支链与两条crs型主动无约束支链,三个转动副的轴线延长线相交于一点,该点为人体踝关节的转动中心,从而使得机构转动中心与脚踝转动中心重合,具有高灵活性和低成本;具有倾角可调支撑功能,使得机构能够适应不同患者的不同情况从而调节机构的角度,以达到最佳康复效果。
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1.一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：该机构包括固定支架（1）、动平台（2）、前驱动支链（3）、后驱动支链（4）和旋转平台（5），所述固定支架（1）与旋转平台（5）固连，所述固定支架(1)呈等边三角形分布三条行程相同的驱动支链，所述动平台(2)通过铰链与驱动支链连接。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述固定支架（1）包括三向连接头（1-1）和连杆（1-2），其中连杆（1-2）通过三向连接头（1-1）相连，形成基本固定支架单元，两个基本固定支架单元通过三向连接头（1-1）与前驱动支链（3）和后驱动支链（4）的连杆滑轨相连，构成完整的固定支架（1）。
3.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述动平台（2）包括球铰链（2-1）、脚踏板（2-2）、固定连接口（2-3）和连接铰链（2-4），其中球铰链（2-1）焊接在脚踏板（2-2）上，固定连接口（2-3）贯穿脚踏板（2-2），通过固定连接口（2-3）将患者足部稳定固定在机构上。
4.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式
5.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述后驱动支链（4）为CRS型主动无约束支链，包括后驱动球铰链（4-1）、万向节（4-2）、后驱动移动滑块（4-3）和后驱动连杆滑轨（4-4），其中后驱动球铰链（4-1）与后驱动移动滑块（4-3）通过万向节（4-2）相连，万向节（4-2）与后驱动移动滑块（4-3）构成等效圆柱副C1，后驱动移动滑块（4-3）通过移动副P2与后驱动连杆滑轨（4-4）相连。
6.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述旋转平台（5）构成转动副R3，固定支架1固定在旋转平台（5）上，旋转平台（5）可沿Z轴方向转动，旋转平台（5）设有角度限位器，限位器的阈值为负30°到正30°。
7.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述后驱动支链（4）具有两个驱动单元，这两个驱动单元的结构与连接方式相同，所述前驱动支链（3）设有一个驱动单元，所述前驱动支链（3）与动平台（2）通过前驱动连接铰链（2-4）以转动副R2相连，两个驱动分支的独立性增加了其运动形式。
8.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述后驱动支链（4）与动平台（2）通过球铰结构相连，所述前驱动支链（3）与动平台（2）通过转动副R2相连，将前驱动支链（3）与后驱动支链（4）相对于动平台（2）的运动相结合。
...【技术特征摘要】
1.一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：该机构包括固定支架（1）、动平台（2）、前驱动支链（3）、后驱动支链（4）和旋转平台（5），所述固定支架（1）与旋转平台（5）固连，所述固定支架(1)呈等边三角形分布三条行程相同的驱动支链，所述动平台(2)通过铰链与驱动支链连接。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述固定支架（1）包括三向连接头（1-1）和连杆（1-2），其中连杆（1-2）通过三向连接头（1-1）相连，形成基本固定支架单元，两个基本固定支架单元通过三向连接头（1-1）与前驱动支链（3）和后驱动支链（4）的连杆滑轨相连，构成完整的固定支架（1）。
3.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述动平台（2）包括球铰链（2-1）、脚踏板（2-2）、固定连接口（2-3）和连接铰链（2-4），其中球铰链（2-1）焊接在脚踏板（2-2）上，固定连接口（2-3）贯穿脚踏板（2-2），通过固定连接口（2-3）将患者足部稳定固定在机构上。
4.根据权利要求1所述的一种四自由度混联式踝关节康复机构，其特征在于：所述前驱动支链（3）为pu型被动约束支链，包括前驱动连杆滑轨（3-1）、前驱动移动滑块（3-2）和前驱动连接件（3-3），其中前驱动连接件（3-3）设于前驱动移动滑块（3-2）上，通过转动副r1相连，前驱动移动滑块（3-2）通过移动副p1与前驱动连杆滑轨（3-1）相连，前驱动连接件（3-3）通过两...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚禹，章智敏，李树刚，姜大伟，陈立岩，郭子豪，高佳骏，杨景怡，胡文楠，陈玟锴，方钰，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：
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