CN108245373B - 一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置，该踝关节康复装置包括动平台、3个运动支链、3个电机驱动单元、3个丝杠传动单元和基座。动平台包括可调节脚挡板、上下调节装置、上平台和下平台，人体踝关节在上平台的位置可以通过可调节脚挡板和上下调节装置进行调整，3个运动支链均匀布置在动平台与丝杠传动单元之间，3个丝杠传动单元通过螺钉均匀布置在基座上，3个电机驱动单元通过联轴器与丝杠传动单元连接。通过上述结构，本发明可以满足不同患者对踝关节康复的要求，结构简单，可实现动平台在三个相互正交方向的转动，在康复运动中，动平台转动中心与人体踝关节运动中心始终重合，有效降低了患者二次受伤的风险。

Description

一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置

技术领域

本发明涉及一种踝关节康复装置，具体说，涉及辅助踝关节康复训练的并联机构。

背景技术

踝关节作为人体的负重关节之一，是人体与地面接触的枢纽，能够帮助人体完成诸如站立行走等日常动作。踝关节的损伤是生活中最常见的一种损伤形式，踝关节肌肉力量不足、稳定性和协调性差是造成踝关节扭伤的主要原因，而且损伤后不易愈合，易形成肿胀和慢性疼痛，其患者大多来自运动受伤人群、老年人、由于心脑血管疾病引起的偏瘫患者，它不仅影响患者的正常生活工作，如果治疗不及时或不彻底，还容易引起二次扭伤，造成踝关节功能障碍，严重的将影响行走功能。踝关节扭伤后的康复治疗，可以预防坏死软组织粘连，提高踝关节肌肉力量以及踝关节的稳定性和协调性，恢复踝关节的功能。

踝关节康复装置要求动平台转动中心与人体踝关节运动中心在康复训练过程中始终保持重合，否则在康复运动过程中，人体踝关节随机构转动的同时必伴有移动，进而伴随着小腿随动，如果小腿协调不到位，轻则达不到运动角度影响康复进度，重则导致踝关节二次损伤。同时要求动平台具有三自由度，且结构和控制相对简单，机构自由度不足或冗余都会影响康复效果，电机冗余则会增加控制难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置，其特征在于，该踝关节康复装置包括动平台、3个运动支链、3个电机驱动单元、3个丝杠传动单元和基座，3个运动支链包括第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链，3个电机驱动单元包括第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、第三电机驱动单元，3个丝杠传动单元包括第一丝杠传动单元、第二丝杠传动单元、第三丝杠传动单元。该踝关节康复装置中含有3个均匀布置的分支，每一分支中包括一一对应的电机驱动单元、丝杠传动单元以及运动支链。

进一步，3个均匀布置的分支连接动平台与基座，每一分支中的电机驱动单元驱动对应的丝杠传动单元，并通过运动支链的运动使动平台完成绕定点的空间三维转动。

进一步，电机驱动单元通过联轴器与丝杠传动单元连接，电机和连接架分别通过一个固定架与基座固定连接，用来支撑电机驱动单元。

进一步，3个丝杠传动单元均匀布置在基座上，通过螺钉与基座固定连接在一起。

进一步，3个运动支链均匀布置在动平台与3个丝杠传动单元之间，并且均为倾斜布置的CRU支链，包括圆柱副、转动副和虎克副，圆柱副安装在移动副上端，虎克副安装在移动副下端。

进一步，3个运动支链中，6个转动关节的轴线汇交于动平台转动中心，6个转动关节包括第一运动支链第一转动关节、第一运动支链第四转动关节、第二运动支链第一转动关节、第二运动支链第四转动关节、第三运动支链第一转动关节和第三运动支链第四转动关节。

与现有技术相比本发明的有益效果是：该装置结构和控制相对简单，具有空间3维转动自由度，正好满足踝关节康复运动的需要，在康复运动中动平台转动中心始终与人体踝关节运动中心重合，大大降低了患者受到二次伤害的风险。

附图说明

图1是本发明一种踝关节康复装置的轴测视图；

图2是本发明一种踝关节康复装置的侧视图；

图3是电机驱动单元的轴测视图；

图4是丝杠传动单元的轴测视图；

图5是丝杠传动单元在A-A平面的剖视图及局部放大图；

图6是第一运动支链的轴测视图；

图7是第二运动支链的轴测视图；

图8是第三运动支链的轴测视图；

图9是第一运动支链在B-B平面的剖视图；

图10是第一运动支链在C-C平面的剖视图；

图11是动平台的轴测视图；

图12是动平台的左视图及***视图；

图13是本发明一种踝关节康复装置的工作原理机构简图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，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，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图13所示，图1是本发明一种踝关节康复装置的轴测视图，图2是本发明一种踝关节康复装置的侧视图，图3是电机驱动单元的轴测视图，图4是丝杠传动单元的轴测视图，图5是丝杠传动单元在A-A平面的剖视图及局部放大图，图6是第一运动支链的轴测视图，图7是第二运动支链的轴测视图，图8是第三运动支链的轴测视图，图9是第一运动支链在B-B平面的剖视图，图10是第一运动支链在C-C平面的剖视图，图11是动平台的轴测视图，图12是动平台的左视图及***视图，图13是本发明一种踝关节康复装置的工作原理机构简图。

本实施例提供了一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置，参图1～图13所示，该踝关节康复装置包括动平台67、3个运动支链、3个电机驱动单元、3个丝杠传动单元和基座1，3个运动支链包括第一运动支链21、第二运动支链24、第三运动支链27，3个电机驱动单元包括第一电机驱动单元19、第二电机驱动单元22、第三电机驱动单元25，3个丝杠传动单元包括第一丝杠传动单元20、第二丝杠传动单元23、第三丝杠传动单元26。

本实施例中，参图1、图2及图3所示，所述第一电机驱动单元19包括电机28、电机固定架32、行星减速器29、电机联轴器31、连接架30和连接架固定架33。所述电机固定架32一端与第一电机驱动单元19固定连接，另一端与基座1底部固定连接，起支撑第一电机驱动单元19的作用，所述电机联轴器31与丝杠联轴器39配合，传递电机输出，所述连接架30固定连接在行星减速器29与第一丝杠传动单元20的前挡块34中间，起连接第一电机驱动单元19与第一丝杠传动单元20的作用，所述连接架固定架33一端与第一电机驱动单元19固定连接，另一端与基座1底部固定连接，起支撑第一电机驱动单元19的作用。由于第二电机驱动单元22、第三电机驱动单元25与第一电机驱动单元19的安装结构以及连接方式完全相同，因此，所述第二电机驱动单元22、第三电机驱动25单元的安装方式未进行重复描述。

本实施例中，参图1、图2、图4及图5所示，所述第一丝杠传动单元20包括前挡块34、后挡块35、导轨36、导轨滑块37、丝杠38、丝杠联轴器39、角接触球轴承40、丝杠轴承端盖41和挡尘盖42，所述导轨36通过螺钉固定连接在前挡块34和后挡块35中间，所述导轨滑块37在导轨36上滑动，并且由前挡块34和后挡块35限制其位移，所述导轨滑块37包括带有螺纹的端滑块43和中间滑块44，所述前挡块34、后挡块35和导轨滑块37上开有通孔，所述丝杠38穿过通孔，由两个角接触球轴承40支撑，并与带有螺纹的端滑块43配合，所述丝杠联轴器39与电机联轴器31配合，传递电机输出。由于第二丝杠传动单元23、第三丝杠传动单元26与第一丝杠传动单元20的安装结构以及连接方式完全相同，因此，所述第二丝杠传动单元23、第三丝杠传动单元26的安装方式未进行重复描述。

本实施例中，参图1、图2、图6、图7、图8、图9及图10所示，所述第一运动支链21包括第一运动支链圆柱副C1、第一运动支链转动副R1和第一运动支链虎克副U1，第一运动支链导轨滑块4、第一运动支链轴承座5、第一运动支链连杆一6、第一运动支链连杆二7、第一运动支链连杆三8，所述第一运动支链圆柱副C1安装在第一运动支链转动副R1的下部，所述第一运动支链虎克副U1安装在第一运动支链转动副R1的上部，所述第一运动支链圆柱副C1由第一运动支链移动关节P1和第一运动支链第一转动关节K11组成，具有一个移动自由度与一个转动自由度，所述第一运动支链移动关节P1包括第一运动支链导轨滑块4与丝杠38，将电机的转动转化为直线运动，所述第一运动支链转动副R1由第一运动支链第二转动关节K12组成，具有一个转动自由度，所述第一运动支链第二转动关节K12包括第一运动支链连杆一6、第一运动支链连杆二7、第二转动关节旋转轴45、第二转动关节深沟球轴承46、套筒47、平键48、弹性挡圈49和第二转动关节轴承端盖50，所述第一运动支链连杆二7包括两个对称布置的连接薄板51，所述第一运动支链虎克副U1由轴线相互垂直的第一运动支链第三转动关节K13和第一运动支链第四转动关节K14组成，具有两个转动自由度，所述第一运动支链第四转动关节K14包括第一运动支链连杆三8、下平台第一连接杆52、第四转动关节深沟球轴承55、轴承垫圈56和第四转动关节轴承端盖58，所述第一运动支链连杆三8直接充当第四转动关节旋转轴57，由于所述第一运动支链第一转动关节K11、第一运动支链第三转动关节K13与第一运动支链第二转动关节K12的安装结构以及连接方式完全相同，因此，所述第一运动支链第一转动关节K11、第一运动支链第三转动关节K13的安装方式未进行重复描述。

所述第二运动支链24包括第二运动支链圆柱副C2、第二运动支链转动副R2和第二运动支链虎克副U2，第二运动支链导轨滑块9、第二运动支链轴承座10、第二运动支链连杆一11、第二运动支链连杆二12、第二运动支链连杆三13，所述第二运动支链圆柱副C2由第二运动支链移动关节P2和第二运动支链第一转动关节K21组成，所述第二运动支链转动副R2由第二运动支链第二转动关节K22组成，所述第二运动支链虎克副U2由轴线相互垂直的第二运动支链第三转动关节K23和第二运动支链第四转动关节K24组成，所述第三运动支链27包括第三运动支链圆柱副C3、第三运动支链转动副R3和第三运动支链虎克副U3，第三运动支链导轨滑块14、第三运动支链轴承座15、第三运动支链连杆一16、第三运动支链连杆二17、第三运动支链连杆三18，所述第三运动支链圆柱副C3由第三运动支链移动关节P3和第三运动支链第一转动关节K31组成，所述第三运动支链转动副R3由第三运动支链第二转动关节K32组成，所述第三运动支链虎克副U3由轴线相互垂直的第三运动支链第三转动关节K33和第三运动支链第四转动关节K34组成。由于所述第二运动支链24、第三运动支链27的关节与第一运动支链21的关节安装结构以及连接方式完全相同，因此，所述第二运动支链24、第三运动支链27的关节安装以及连接方式未进行重复描述。

本实施例中，参图1、图2、图11及图12所示，所述动平台包括可调节脚挡板59、上下调节装置62、上平台3和下平台2，所述可调节脚挡板59通过其自身导轨60在上平台3进行有限距离的移动，以适应不同患者的脚部尺寸，并通过调节螺钉61使其紧定，防止可调节脚挡板59在康复运动中松动，所述上平台3通过上下调节装置62与下平台2连接，所述上下调节装置62包括上下调节螺钉63、推力球轴承64和上平台轴承端盖65，通过上下调节螺钉63调节上下平台间的相对高度，以适应不同患者的脚踝高度，所述下平台2与下平台第一连接杆52、下平台第二连接杆53和下平台第三连接杆54固定连接。

本实施例中，参图13所示，为该装置的工作原理机构简图，3个运动支链(21、24、27)倾斜布置，康复运动过程中，所述3个运动支链(21、24、27)中第二转动关节(K12、K22、K32)的轴线与第三转动关节的轴线(K13、K23、K33)始终平行并且垂直于运动支链平面，所述3个运动支链(21、24、27)中第一转动关节(K11、K21、K31)的轴线与第四转动关节(K14、K24、K34)的轴线始终汇交于动平台转动中心66，动平台67绕此定点进行空间3维转动。

本发明提供一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置，具有如下有益效果：

1)该装置控制及结构简单，使用方便。

2)该装置可根据不同患者的需要，调整动平台到转动中心的前后距离和上下距离。

3)该装置在康复运动中动平台转动中心与人体踝关节运动中心始终重合，有效降低了患者二次受伤的风险。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (1)

1.一种六转动关节轴线汇交的踝关节康复装置，其特征在于：该踝关节康复装置包括动平台、3条运动支链、3个电机驱动单元和基座，3条运动支链包括第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链，3个电机驱动单元包括第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、第三电机驱动单元，3个丝杠传动单元包括第一丝杠传动单元、第二丝杠传动单元、第三丝杠传动单元；

该踝关节康复装置中含有3个均匀分布的分支，每一分支中包括一一对应的电机驱动单元、丝杠传动单元以及运动支链；3个对称分布的分支连接动平台与基座，每一分支中的电机驱动单元驱动对应的丝杠传动单元，并通过运动支链的运动使动平台完成绕定点的空间三维转动；电机和连接架分别通过电机固定架和连接架固定架与基座固定连接，用来支撑电机驱动单元，3个丝杠传动单元均匀布置在基座上；

所述第一运动支链包括第一运动支链移动关节和第一运动支链第一转动关节，所述第一运动支链移动关节的轴线与第一运动支链第一转动关节的轴线近似重合，共同构成第一运动支链圆柱副，所述第一运动支链圆柱副通过第一运动支链连杆一与第一运动支链第二转动关节即第一运动支链转动副连接，所述第一运动支链转动副通过第一运动支链连杆二与第一运动支链第三转动关节连接，所述第一运动支链第三转动关节通过第一运动支链连杆三与第一运动支链第四转动关节连接，所述第一运动支链第三转动关节的轴线与第一运动支链第四转动关节的轴线相互垂直，共同构成第一运动支链虎克副，所述第一运动支链第四转动关节通过下平台第一连接杆与下平台连接，所述第一运动支链转动副安装在第一运动支链圆柱副上端，所述第一运动支链转动副安装在第一运动支链虎克副下端，所述第一运动支链第二转动关节的轴线与第一运动支链第三转动关节的轴线始终平行，所述第一运动支链第一转动关节的轴线与第一运动支链第四转动关节的轴线始终汇交于动平台转动中心；

所述第二运动支链包括第二运动支链移动关节和第二运动支链第一转动关节，所述第二运动支链移动关节的轴线与第二运动支链第一转动关节的轴线近似重合，共同构成第二运动支链圆柱副，所述第二运动支链圆柱副通过第二运动支链连杆一与第二运动支链第二转动关节即第二运动支链转动副连接，所述第二运动支链转动副通过第二运动支链连杆二与第二运动支链第三转动关节连接，所述第二运动支链第三转动关节通过第二运动支链连杆三与第二运动支链第四转动关节连接，所述第二运动支链第三转动关节的轴线与第二运动支链第四转动关节的轴线相互垂直，共同构成第二运动支链虎克副，所述第二运动支链第四转动关节通过下平台第二连接杆与下平台连接，所述第二运动支链转动副安装在第二运动支链圆柱副上端，所述第二运动支链转动副安装在第二运动支链虎克副下端，所述第二运动支链第二转动关节的轴线与第二运动支链第三转动关节的轴线始终平行，所述第二运动支链第一转动关节的轴线与第二运动支链第四转动关节的轴线始终汇交于动平台转动中心；

所述第三运动支链包括第三运动支链移动关节和第三运动支链第一转动关节，所述第三运动支链移动关节的轴线与第三运动支链第一转动关节的轴线近似重合，共同构成第三运动支链圆柱副，所述第三运动支链圆柱副通过第三运动支链连杆一与第三运动支链第二转动关节即第三运动支链转动副连接，所述第三运动支链转动副通过第三运动支链连杆二与第三运动支链第三转动关节连接，所述第三运动支链第三转动关节通过第三运动支链连杆三与第三运动支链第四转动关节连接，所述第三运动支链第三转动关节的轴线与第三运动支链第四转动关节的轴线相互垂直，共同构成第三运动支链虎克副，所述第三运动支链第四转动关节通过下平台第三连接杆与下平台连接，所述第三运动支链转动副安装在第三运动支链圆柱副上端，所述第三运动支链转动副安装在第三运动支链虎克副下端，所述第三运动支链第二转动关节的轴线与第三运动支链第三转动关节的轴线始终平行，所述第三运动支链第一转动关节的轴线与第三运动支链第四转动关节的轴线始终汇交于动平台转动中心。

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