CN108542703B

CN108542703B - 一种踝关节康复装置

Info

Publication number: CN108542703B
Application number: CN201810179136.1A
Authority: CN
Inventors: 李剑锋; 左世平; 张雷雨; 张子康; 张凯
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: CN108542703A

Abstract

本发明涉及一种踝关节康复装置，该踝关节康复装置包括动平台、2条运动支链、约束支链、约束支链电机驱动单元、约束支链同步带传动单元和基座。动平台包括可调节脚挡板、上下调节装置、上平台和下平台，2条对称布置的运动支链以及约束支链共同连接动平台与基座。通过上述结构，本发明可满足不同患者对踝关节康复的需求，约束支链使动平台具有3个转动自由度，同时使动平台转动中心与人体踝关节运动中心始终重合，降低患者受到二次伤害的风险。本发明降低了动平台距离地面的高度，患者可坐在普通座椅上完成康复治疗，基座承受了人体腿部的大部分重量，减小了脚部给动平台的压力，配合约束支链的承重能力，增加了装置的刚度。

Description

一种踝关节康复装置

技术领域

本发明涉及一种踝关节康复装置，具体说，涉及一种辅助踝关节康复治疗的并联机构。

背景技术

踝关节是人体的负重关节之一，也是人体与地面接触的枢纽，能够帮助人体完成一系列日常动作。踝关节肌肉力量不足、稳定性和协调性差使得踝关节在日常生活中极易受到损伤，踝关节在受到损伤后不易愈合，易形成肿胀和慢性疼痛，运动受伤人群、老年人、由于心脑血管疾病引起的偏瘫患者都是踝关节损伤的常见患者，踝关节损伤不仅影响患者的正常生活工作，如果治疗不及时或不彻底，还容易引发二次扭伤，造成踝关节功能障碍，甚至有可能影响行走功能。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只具有满足踝关节康复需要的3个转动自由度，而且在康复治疗过程中动平台转动中心与人体踝关节运动中心要始终重合。动平台距离地面的高度应尽可能的降低，使患者可以坐在普通椅子进行康复治疗。踝关节康复装置要具备一定的刚度，以保证机构的稳定性。控制要相对简单，电机冗余会增加控制难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种踝关节康复装置，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、2条运动支链、约束支链、约束支链电机驱动单元和基座，2条运动支链包括第一运动支链、第二运动支链。

进一步，所述约束支链电机驱动单元与约束支链采用并联的方式平行分布，采用同步带传动的方式，将动力传递至约束支链，有效降低动平台距离地面的高度。所述约束支链电机驱动单元包括电机、行星减速器、电机固定架、同步带、大同步带轮、小同步带轮，小同步带轮通过螺钉与约束支链电机驱动单元的电机旋转轴固定连接，所述约束支链电机驱动单元的电机通过电机旋转轴带动小同步带轮转动，所述大同步带轮通过螺钉与约束支链的Z方向旋转轴固定连接，所述小同步带轮通过同步带驱动大同步带轮转动，所述大同步带轮通过Z方向旋转轴驱动Z方向转动关节转动。

进一步，所述第一运动支链与第二运动支链具有相同的机械结构，与动平台相连接的是第一运动支链球副和第二运动支链球副，与基座的上部连接的是第一运动支链虎克副和第二运动支链虎克副，运动支链的中间运动副是第一运动支链移动副和第二运动支链移动副。

与现有技术相比本发明的有益效果是：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；约束支链限制了动平台的三个移动自由度，使其具有空间3维转动自由度，正好满足踝关节康复运动的需要，同时使动平台转动中心与人体踝关节运动中心始终重合，降低了患者受到二次伤害的风险；该装置降低了动平台距离地面的高度，患者可以坐在普通座椅上完成康复治疗；基座可以承受人体腿部的大部分重量，减小了脚部给动平台的作用力，配合约束支链的承重能力，增加了机构的刚度。

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主视图；

图3是本发明一种踝关节康复装置的右视图；

图4是约束支链的轴测视图；

图5是约束支链在A-A平面的剖视图；

图6是约束支链在B-B平面的剖视图；

图7是约束支链电机驱动单元的轴测视图；

图8是约束支链电机驱动单元的局部剖视图及局部放大图；

图9是第一、第二运动支链的轴测视图；

图10是第一、第二运动支链在C-C平面的剖视图；

图11是第一、第二运动支链在D-D平面的剖视图；

图12是第一、第二运动支链在E-E平面的剖视图；

图13是动平台的左视图及局部剖视图。

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主视图，图3是本发明一种踝关节康复装置的右视图，图4是约束支链的轴测视图，图5约束支链在A-A平面的剖视图，图6是约束支链在B-B平面的剖视图，图7是约束支链电机驱动单元的轴测视图，图8是约束支链电机驱动单元的局部剖视图及局部放大图，图9是第一、第二运动支链的轴测视图，图10是第一、第二运动支链在C-C平面的剖视图，图11是第一、第二运动支链在D-D平面的剖视图，图12是第一、第二运动支链在E-E平面的剖视图，图13是动平台的左视图及局部剖视图。

本实施例提供了一种踝关节康复装置，参图1～图13所示，该踝关节康复装置包括动平台2、2条运动支链、约束支链31、约束支链电机驱动单元32和基座1，2条运动支链包括第一运动支链34、第二运动支链35。

本实施例中，参图4、图5及图6所示，所述约束支链包括X方向转动关节K1、Y方向转动关节K2、Z方向转动关节K3、下直连杆5、左竖连杆6、右竖连杆7和上C型连杆8，所述X方向转动关节K1的轴线与Y方向转动关节K2的轴线相互垂直，且位于同一平面上，所述Z方向转动关节K3的轴线在初始位姿下垂直于X、Y转动关节所组成的平面，所述左竖连杆6和右竖连杆7对称布置，一端通过螺钉与下直连杆5固定连接在一起，另一端通过2个X方向旋转轴9与上C型连杆8共同构成X方向转动关节K1，所述Z方向转动关节K3包括下直连杆5、Z方向旋转轴10、Z方向转动关节平键11、Z方向转动关节深沟球轴承12、Z方向转动关节轴承垫圈13和Z方向转动关节轴承端盖14，所述下直连杆5通过Z方向转动关节平键11与Z方向旋转轴10锁定旋转，所述Y方向转动关节K2包括Y方向旋转轴15、动平台下平台4的L型连杆16、2个Y方向转动关节深沟球轴承17、Y方向转动关节轴承垫圈18、上C型连杆8和Y方向转动关节轴承端盖19以及卡簧33，所述上C型连杆8通过Y方向旋转轴15与动平台下平台4的L型连杆16共同构成Y方向转动关节K2的主体，所述2个Y方向转动关节深沟球轴承17中间装有Y方向转动关节轴承垫圈18，所述2个Y方向转动关节深沟球轴承17通过上C型连杆8边缘缩颈、Y方向旋转轴轴肩、Y方向转动关节轴承端盖19进行轴向固定。由于所述X方向转动关节K1、Z方向转动关节K3与Y方向转动关节K2的轴承安装结构以及连接方式完全相同，因此，所述X方向转动关节K1、Z方向转动关节K3的轴承安装方式未进行重复描述。

本实施例中，参图7及图8所示，所述约束支链电机驱动单元包括电机20、行星减速器21、电机固定架22、同步带28、大同步带轮29、小同步带轮30、电机旋转轴23、2个电机驱动单元深沟球轴承24、电机驱动单元轴承垫圈25、电机驱动单元轴承端盖26。所述电机固定架22一端与行星减速器21固定连接，另一端与基座1固定连接，起支撑整个约束支链电机驱动单元的作用，所述行星减速器21的输出端通过电机驱动单元平键27与电机旋转轴23锁定旋转，以此实现电机20与电机旋转轴23的同步转动，所述2个电机驱动单元深沟球轴承24中间装有电机驱动单元轴承垫圈25，所述2个电机驱动单元深沟球轴承24通过基座1上边缘缩颈、电机旋转轴轴肩、电机驱动单元轴承端盖26进行轴向固定，所述小同步带轮30通过螺钉与电机旋转轴23固定连接，电机20通过电机旋转轴23带动小同步带轮30转动，所述大同步带轮29通过螺钉与Z方向旋转轴10固定连接，小同步带轮30通过同步带28带动大同步带轮29转动，大同步带轮29通过Z方向旋转轴10驱动Z方向转动关节K3转动。

本实施例中，参图9、图10、图11及图12所示，所述第一运动支链34包括第一运动支链虎克副U1、第一运动支链移动副P1、第一运动支链球副S1，第一运动支链虎克副L型板36、第一运动支链虎克副U型架37、第一运动支链虎克副T型杆38、第一运动支链推杆电机39、第一运动支链推杆40、第一运动支链球副U型架41、第一运动支链球副T型杆42和第一运动支链球副L型板43，所述第一运动支链虎克副U1安装在第一运动支链移动副P1上部，所述第一运动支链球副S1安装在第一运动支链移动副P1下部，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一转动关节K11和第一运动支链第二转动关节K12组成，具有两个转动自由度，所述第一运动支链第二转动关节K12包括第一运动支链虎克副U型架37、第一运动支链虎克副T型架38、第一运动支链虎克副T型杆旋转轴44、第一运动支链虎克副深沟球轴承45、第一运动支链虎克副平键46、第一运动支链虎克副套筒47和第一运动支链虎克副U型架轴承端盖48，所述第一运动支链移动副P1由第一运动支链移动关节P11组成，具有一个移动自由度，所述第一运动支链移动关节P11包括第一运动支链推杆40和第一运动支链推杆电机39，所述第一运动支链推杆电机39与第一运动支链虎克副U型架37固定连接，所述第一运动支链推杆40与第一运动支链球副U型架41构成第一运动支链第三转动关节K13，所述第一运动支链推杆电机39与第一运动支链推杆40组成第一运动支链34的驱动单元驱动第一运动支链34的运动，所述第一运动支链球副S1由轴线汇交于一点的第一运动支链第三转动关节K13、第一运动支链第四转动关节K14和第一运动支链第五转动关节K15组成，具有3个转动自由度，所述第一运动支链第三转动关节K13包括第一运动支链球副U型架41、第一运动支链推杆40、第一运动支链球副深沟球轴承49、第一运动支链球副轴承垫圈50和第一运动支链球副U型架轴承端盖51，所述第一运动支链第五转动关节K15包括第一运动支链球副L型板43、第一运动支链球副T型杆42、第一运动支链球副深沟球轴承49、第一运动支链球副轴承垫圈50和第一运动支链球副L型板轴承端盖52，由于所述第一运动支链第一转动关节K11与第一运动支链第五转动关节K15的安装结构以及连接方式完全相同，所述第一运动支链第四转动关节K14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、第一运动支链第四转动关节K14的安装方式未进行重复描述。

所述第二运动支链包括第二运动支链虎克副U2、第二运动支链移动副P2、第二运动支链球副S2，第二运动支链虎克副L型板53、第二运动支链虎克副U型架54、第二运动支链虎克副T型杆55、第二运动支链推杆电机56、第二运动支链推杆57、第二运动支链球副U型架58、第二运动支链球副T型杆59和第二运动支链球副L型板60，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一转动关节K21和第二运动支链第二转动关节K22组成，所述第二运动支链移动副P2由第二运动支链移动关节P21组成，所述第二运动支链球副S2由轴线汇交于一点的第二运动支链第三转动关节K23、第二运动支链第四转动关节K24和第二运动支链第五转动关节K25组成。由于所述第二运动支链35的关节与第一运动支链34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35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13所示，所述动平台2包括可调节脚挡板61、上下调节装置62、上平台3和下平台4，所述可调节脚挡板61通过其自身导轨在上平台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63使其紧定，防止可调节脚挡板61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4连接，所述上下调节装置62包括上下调节螺钉64、推力球轴承65和上平台轴承端盖66，通过上下调节螺钉64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4与下平台L型杆16固定连接。

本实施例中，参图1～图13所示，所述基座1的每一拐角处均安装加强架67来增加机构刚度。

本发明提供一种踝关节康复装置，具有如下有益效果：

1)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。

2)该装置降低了动平台距离地面的高度，患者可以坐在普通座椅上完成康复治疗。

3)该装置的约束支链在限制动平台的三个移动自由度的同时，还使得动平台转动中心与人体踝关节运动中心始终重合。

4)该装置的基座可以承受人体腿部的大部分重量，减小了脚部给动平台的作用力，配合约束支链的承重能力，增加了机构的刚度。

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

1.一种踝关节康复装置，其特征在于：该踝关节康复装置包括动平台、2条运动支链、约束支链、约束支链电机驱动单元和基座，2条运动支链包括第一运动支链、第二运动支链；

2条对称布置的运动支链以及约束支链共同连接动平台与基座；

2条运动支链倾斜且对称布置在基座与动平台之间，均以虎克副-移动副-球副为主要结构，虎克副安装在移动副上部，球副安装在移动副下部，与动平台相连接的是第一运动支链球副和第二运动支链球副，与基座的上部连接的是第一运动支链虎克副和第二运动支链虎克副，运动支链的中间运动副是第一运动支链移动副和第二运动支链移动副；

第一运动支链包括依次连接的第一运动支链虎克副L型板、第一运动支链虎克副T型杆、第一运动支链虎克副U型架、第一运动支链推杆电机、第一运动支链推杆、第一运动支链球副U型架、第一运动支链球副T型杆和第一运动支链球副L型板，第一运动支链虎克副L型板通过螺钉与基座固定连接，第一运动支链虎克副U型架与第一运动支链推杆电机固定连接，第一运动支链球副L型板通过螺钉与动平台下平台固定连接；

第一运动支链虎克副L型板与第一运动支链虎克副T型杆构成第一运动支链第一转动关节，第一运动支链虎克副T型杆与第一运动支链虎克副U型架构成第一运动支链第二转动关节，第一运动支链第一转动关节的轴线与第一运动支链第二转动关节的轴线相互垂直，第一运动支链第一转动关节与第一运动支链第二转动关节共同构成第一运动支链虎克副，具有2个转动自由度，第一运动支链推杆电机与第一运动支链推杆构成第一运动支链移动副，具有一个移动自由度，第一运动支链推杆与第一运动支链球副U型架构成第一运动支链第三转动关节，第一运动支链球副U型架与第一运动支链球副T型杆构成第一运动支链第四转动关节，第一运动支链球副T型杆与第一运动支链球副L型板构成第一运动支链第五转动关节，第一运动支链第三转动关节的轴线、第一运动支链第四转动关节的轴线、第一运动支链第五转动关节的轴线汇交于一点，第一运动支链第三转动关节、第一运动支链第四转动关节与第一运动支链第五转动关节共同构成第一运动支链球副，具有三个转动自由度，第一运动支链的上端通过第一运动支链虎克副与基座连接，第一运动支链的下端通过第一运动支链球副与动平台下平台连接；

第二运动支链包括依次连接的第二运动支链虎克副L型板、第二运动支链虎克副T型杆、第二运动支链虎克副U型架、第二运动支链推杆电机、第二运动支链推杆、第二运动支链球副U型架、第二运动支链球副T型杆和第二运动支链球副L型板，第二运动支链虎克副L型板通过螺钉与基座固定连接，第二运动支链虎克副U型架与第二运动支链推杆电机固定连接，第二运动支链球副L型板通过螺钉与动平台下平台固定连接；

第二运动支链虎克副L型板与第二运动支链虎克副T型杆构成第二运动支链第二转动关节，第二运动支链虎克副T型杆与第二运动支链虎克副U型架构成第二运动支链第二转动关节，第二运动支链第一转动关节的轴线与第二运动支链第二转动关节的轴线相互垂直，第二运动支链第一转动关节与第二运动支链第二转动关节共同构成第二运动支链虎克副，具有2个转动自由度，第二运动支链推杆电机与第二运动支链推杆构成第二运动支链移动副，具有1个移动自由度，第二运动支链推杆与第二运动支链球副U型架构成第二运动支链第三转动关节，第二运动支链球副U型架与第二运动支链球副T型杆构成第二运动支链第四转动关节，第二运动支链球副T型杆与第二运动支链球副L型板构成第二运动支链第五转动关节，第二运动支链第三转动关节的轴线、第二运动支链第四转动关节的轴线、第二运动支链第五转动关节的轴线汇交于一点，第二运动支链第三转动关节、第二运动支链第四转动关节与第二运动支链第五转动关节共同构成第二运动支链球副，具有三个转动自由度，第二运动支链的上端通过第二运动支链虎克副与基座连接，第二运动支链的下端通过第二运动支链球副与动平台下平台连接；

所述约束支链电机驱动单元与约束支链采用并联的方式平行分布，采用同步带传动的方式，将动力传递至约束支链，有效降低动平台距离地面的高度，所述约束支链电机驱动单元包括电机、行星减速器、电机固定架、同步带、大同步带轮、小同步带轮，小同步带轮通过螺钉与约束支链电机驱动单元的电机旋转轴固定连接，所述约束支链电机驱动单元的电机通过电机旋转轴带动小同步带轮转动，所述大同步带轮通过螺钉与约束支链的Z方向旋转轴固定连接，所述小同步带轮通过同步带驱动大同步带轮转动，所述大同步带轮通过Z方向旋转轴驱动Z方向转动关节转动。