CN109091816A - 一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼 - Google Patents

一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼 Download PDF

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Abstract

本发明涉及康复外骨骼机器人领域，具体涉及一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼。本发明具有结构简单，仿生性高，易于驱动的特点，运动效果好等优点，能够有效的帮助穿戴者进行踝关节康复训练，通过足部套和小腿套可易于安装在穿戴者下肢足部以及小腿部位，通过小腿套两侧的第一驱动装置与第二驱动装置进行双向驱动，在行走过程中为穿戴者提供足部跖屈以及背屈两种活动，大大降低穿戴者在行走过程中小腿肌肉力量消耗帮助穿戴者康复训练，尽快恢复踝关节行走机能，同时第一驱动装置与第二驱动装置进行双向驱动踝关节康复训练外骨骼机构仿生性较高，优化了人体行走过程，穿戴者与矫形器机器人之间顺从性良好。

Description

一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼
技术领域
本发明涉及康复外骨骼机器人领域，具体涉及一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼。
背景技术
中风、交通事故、脑瘫等会引起人体下肢行走能力丧失，可穿戴式下肢外骨骼机器人的出现能够帮助患者进行康复训练，尽快恢复行走能力。现阶段下肢一体式机械外骨骼装备研究居多，该类外骨骼结构复杂，患者穿戴不方便，且使用舒适性不高，而且因为重量原因增加了康复过程中下肢受伤以及下肢肌肉能量消耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，仿生性高，易于驱动的双向驱动踝关节康复训练外骨骼。
为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼，包括足部套，用于控制踝关节背屈运动的第一驱动装置，用于控制踝关节的跖屈运动的第二驱动装置，与穿戴者小腿部位匹配的小腿套，所述第一驱动装置与第二驱动装置结构相同，且所述第一驱动装置与第二驱动装置分别设置在所述小腿套两侧；
所述小腿套包括前套以及后套，所述前套设置在所述后套上，所述后套下端与足部套铰接；
所述第一驱动装置一端与前套铰接，另一端与足部套铰接；
所述第二驱动装置一端与后套铰接，另一端与足部套铰接。
优选的，所述第一驱动装置的安装端设置有第一铰接件，所述第一铰接件上设置有第一通孔，所述前套上设置有第一铰接架，所述第一铰接架上设置有第一销孔，所述第一销孔与所述第一通孔之间通过第一销轴连接；
所述第二驱动装置的安装端设置有第二铰接件，所述第二铰接件上设置有第二通孔，所述后套上设置有第二铰接架，所述第二铰接架上设置有第二销孔，所述第二销孔与所述第二通孔之间通过第二销轴连接。
优选的，所述第一驱动装置包括第一电机、第一滚珠螺杆，所述第一电机设置在第一电机座上，所述第一铰接件与第一电机座连接，所述第一电机输出轴穿设在所述第一电机座上，所述第一电机输出轴与第一滚珠螺杆通过第一联轴器连接，所述第一滚珠螺杆自由端上设置有第一转筒，所述第一转筒内设置有所述第一滚珠螺杆匹配的螺纹，所述第一电机带动第一滚珠螺杆转动，第一滚珠螺杆与第一转筒之间发生位移。
优选的，所述足部套包括足部套带、绑带固定件和底板，绑带固定件与底板固连，足部套带固定在绑带固定件上。
优选的，所述后套下端设置第一孔，所述足部套上设置有安装架，所述安装架上设置有第二孔，所述第一孔与第二孔之间通过第一转轴连接，所述安装架与后套构成矢状面的旋转副，所述旋转副位于穿戴者踝关节部位。
优选的，所述第一转筒自由端设置有第一连接片，所述第一连接片上设置有第三孔，所述足部套前端上设置有第一连接架，所述第一连接架上设置有第四孔，所述第三孔与第四孔之间通过第二转轴连接；
所述第二转筒自由端设置有第二连接片，所述第二连接片上设置有第五孔，所述足部套后端上设置有第二连接架，所述第二连接架上设置有第六孔，所述第五孔与第六孔之间通过第三转轴连接。
优选的，所述第一驱动装置还包括第一套筒，所述第一套筒与第一电机座连接，所述第一滚珠螺杆穿设在所述第一套筒内，所述第一套筒端部设置有第一导向块，第一导向块上设置有第一导向孔，所述第一转筒穿设在所述第一导向孔上。
优选的，所述前套包括绑腿套以及小腿挡套，所述小腿挡套与穿戴者小腿前侧匹配；所述前套以及后套内侧壁上设置有弹性层，所述弹性层内设置有加热丝；所述前套以及后套上设置有散热孔。
优选的，所述安装架底部设置有调节杆，所述调节杆穿设在所述足部套的凹槽内，所述足部套上设置有多个贯穿所述凹槽的圆孔，所述圆孔上设置有调整销。
优选的，所述前套上设置有腿套带，所述后套上设置有腿套带固定件，所述腿套带固定在所述腿套带固定件上。
本发明的有益效果：
本发明具有结构简单，仿生性高，易于驱动的特点，运动效果好等优点，能够有效的帮助穿戴者进行踝关节康复训练，通过足部套和小腿套可易于安装在穿戴者下肢足部以及小腿部位，通过小腿套两侧的第一驱动装置与第二驱动装置进行双向驱动，在行走过程中为穿戴者提供足部跖屈以及背屈两种活动，大大降低穿戴者在行走过程中小腿肌肉力量消耗帮助穿戴者康复训练，尽快恢复踝关节行走机能，同时第一驱动装置与第二驱动装置进行双向驱动踝关节康复训练外骨骼机构仿生性较高，优化了人体行走过程，穿戴者与矫形器机器人之间顺从性良好。
附图说明
图1是本发明的一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼结构示意图。
图2是本发明的第一驱动装置结构示意图。
图中标号说明：1、底板；12、足部套带；13、第二连接架；14、第一连接架；2、后套；21、前套；22、腿套带；23、第一转轴；3、安装架；4、第一套筒；41、第一转筒；42、第一铰接件；43、第一铰接架；44、第一销轴；45、第一电机；46、第一减速器；47、第一滚珠螺杆；5、第二套筒；51、第二转筒；52、第二铰接件；53、第二铰接架；54、第二销轴；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1，图2所示，一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼，包括足部套，用于控制踝关节背屈运动的第一驱动装置，用于控制踝关节的跖屈运动的第二驱动装置，与穿戴者小腿部位匹配的小腿套，所述第一驱动装置与第二驱动装置结构相同，且所述第一驱动装置与第二驱动装置分别设置在所述小腿套两侧；
所述小腿套包括前套21以及后套2，所述前套21设置在所述后套2上，所述后套2下端与足部套铰接；
所述第一驱动装置一端与前套21铰接，另一端与足部套铰接；
所述第二驱动装置一端与后套2铰接，另一端与足部套铰接。
所述第一驱动装置和第二驱动装置采用串联弹性驱动装置，采用串联弹性驱动装置，质量轻、输出能量大，具有很高的能量密度，可进一步降低穿戴者在行走过程中小腿肌肉力量消耗，。
所述第一驱动装置的安装端设置有第一铰接件42，所述第一铰接件42上设置有第一通孔，所述前套21上设置有第一铰接架43，所述第一铰接架43上设置有第一销孔，所述第一销孔与所述第一通孔之间通过第一销轴44连接；
所述第二驱动装置的安装端设置有第二铰接件52，所述第二铰接件52上设置有第二通孔，所述后套2上设置有第二铰接架53，所述第二铰接架53上设置有第二销孔，所述第二销孔与所述第二通孔之间通过第二销轴54连接。
所述第一驱动装置包括第一电机45、第一滚珠螺杆47，所述第一电机45设置在第一电机45座上，所述第一铰接件42与第一电机45座连接，所述第一电机45输出轴穿设在所述第一电机45座上，所述第一电机45输出轴与第一滚珠螺杆47通过第一联轴器连接，所述第一滚珠螺杆47自由端上设置有第一转筒41，所述第一转筒41内设置有所述第一滚珠螺杆47匹配的螺纹，所述第一电机45带动第一滚珠螺杆47转动，第一滚珠螺杆47与第一转筒41之间发生位移；
所述第二驱动装置包括第二电机、第二滚珠螺杆，所述第二电机设置在第二电机座上，所述第二铰接件52与第二电机座连接，所述第二电机输出轴穿设在所述第二电机座上，所述第二电机输出轴与第二滚珠螺杆通过第二联轴器连接，所述第二滚珠螺杆自由端上设置有第二转筒51，所述第二转筒51内设置有所述第二滚珠螺杆匹配的螺纹，所述第二电机带动第二滚珠螺杆转动，第二滚珠螺杆与第二转筒51之间发生位移。
本实施例较优选的方案为所述第一电机45与第一减速机驱动连接，所述第二电机与第二减速减驱动连接。
所述后套2下端设置第一孔，所述足部套上设置有安装架3，所述安装架3上设置有第二孔，所述第一孔与第二孔之间通过第一转轴23连接，所述安装架3与后套2构成矢状面的旋转副，所述旋转副位于穿戴者踝关节部位。
所述旋转副位于穿戴者踝关节部位，其外形与质量分布设计更加接近人体踝关节的特征，可使得外骨骼踝关节的足底在行走中具有柔顺特性。
所述第一转筒41自由端设置有第一连接片，所述第一连接片上设置有第三孔，所述足部套前端上设置有第一连接架14，所述第一连接架14上设置有第四孔，所述第三孔与第四孔之间通过第二转轴连接；
所述第二转筒51自由端设置有第二连接片，所述第二连接片上设置有第五孔，所述足部套后端上设置有第二连接架13，所述第二连接架13上设置有第六孔，所述第五孔与第六孔之间通过第三转轴连接。
所述第一驱动装置还包括第一套筒4，所述第一套筒4与第一电机45座连接，所述第一滚珠螺杆47穿设在所述第一套筒4内，所述第一套筒4端部设置有第一导向块，第一导向块上设置有第一导向孔，所述第一转筒41穿设在所述第一导向孔上；
所述第二驱动装置还包括第二套筒5，所述第二套筒5与第二电机座连接，所述第二滚珠螺杆穿设在所述第二套筒5内，所述第二套筒5端部设置有第二导向块，第二导向块上设置有第二导向孔，所述第二转筒51穿设在所述第二导向孔上。
所述前套21包括绑腿套以及小腿挡套，所述小腿挡套与穿戴者小腿前侧匹配；所述前套21以及后套2内侧壁上设置有弹性层，所述弹性层内设置有加热丝；所述前套21以及后套2上设置有散热孔。
所述安装架3底部设置有调节杆，所述调节杆穿设在所述足部套的凹槽内，所述足部套上设置有多个贯穿所述凹槽的圆孔，所述圆孔上设置有调整销，通过调整圆孔以及调节孔的相对位置，采用调整销固定，可适应不同人群的踝关节高度，操作简单，适用范围更广。
所述足部套包括足部套带12、绑带固定件和底板1，绑带固定件与底板1固连，足部套带12固定在绑带固定件上。
所述前套21上设置有腿套带22，所述后套2上设置有腿套带22固定件，所述腿套带22固定在所述腿套带22固定件上。
足部套上采用的足部套带12以及前套21上的腿套带22，可使得穿戴者穿/卸非常方便，不仅能够使穿戴者行走过程中增强行走能力，而且还可以使穿戴者降低小腿肌肉力量消耗。
所述小腿套与足部套通过铰链销链接，形成相对旋转运动，穿戴时，打开腿套的前套21，当穿戴者下肢完成穿戴时，通过腿套带22将前套21与后套2紧固，通过足部套带12将足部套与穿戴者足部紧固，完成穿戴。
穿戴者在行走过程中，足部围绕踝关节与小腿形成跖屈以及背屈两种活动，当穿戴者进行跖屈运动时，小腿后部的第二驱动装置上的第二电机转动，通过第二减速器减速并带动第二滚珠螺杆运动，伸长小腿第二驱动装置，为穿戴者跖屈运动提供助力；当穿戴者进行背屈运动时，小腿前部的第一驱动装置上的第一电机45转动，通过第一减速器46减速并带动第一滚珠螺杆47运动，伸长小腿前部的第一驱动装置，为穿戴者背屈运动提供助力。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，包括足部套，用于控制踝关节背屈运动的第一驱动装置，用于控制踝关节的跖屈运动的第二驱动装置，与穿戴者小腿部位匹配的小腿套，所述第一驱动装置与第二驱动装置结构相同，且所述第一驱动装置与第二驱动装置分别设置在所述小腿套两侧；
所述小腿套包括前套以及后套，所述前套设置在所述后套上，所述后套下端与足部套铰接；
所述第一驱动装置一端与前套铰接，另一端与足部套铰接；
所述第二驱动装置一端与后套铰接，另一端与足部套铰接。
2.如权利要求1所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述第一驱动装置的安装端设置有第一铰接件，所述第一铰接件上设置有第一通孔，所述前套上设置有第一铰接架，所述第一铰接架上设置有第一销孔，所述第一销孔与所述第一通孔之间通过第一销轴连接。
3.如权利要求2所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一电机、第一滚珠螺杆，所述第一电机设置在第一电机座上，所述第一铰接件与第一电机座连接，所述第一电机输出轴穿设在所述第一电机座上，所述第一电机输出轴与第一滚珠螺杆通过第一联轴器连接，所述第一滚珠螺杆自由端上设置有第一转筒，所述第一转筒内设置有所述第一滚珠螺杆匹配的螺纹，所述第一电机带动第一滚珠螺杆转动，第一滚珠螺杆与第一转筒之间发生位移。
4.如权利要求1所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述足部套包括足部套带、绑带固定件和底板，绑带固定件与底板固连，足部套带固定在绑带固定件上。
5.如权利要求1所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述后套下端设置第一孔，所述足部套上设置有安装架，所述安装架上设置有第二孔，所述第一孔与第二孔之间通过第一转轴连接，所述安装架与后套构成矢状面的旋转副，所述旋转副位于穿戴者踝关节部位。
6.如权利要求3所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述第一转筒自由端设置有第一连接片，所述第一连接片上设置有第三孔，所述足部套前端上设置有第一连接架，所述第一连接架上设置有第四孔，所述第三孔与第四孔之间通过第二转轴连接；
所述第二转筒自由端设置有第二连接片，所述第二连接片上设置有第五孔，所述足部套后端上设置有第二连接架，所述第二连接架上设置有第六孔，所述第五孔与第六孔之间通过第三转轴连接。
7.如权利要求3所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述第一驱动装置还包括第一套筒，所述第一套筒与第一电机座连接，所述第一滚珠螺杆穿设在所述第一套筒内，所述第一套筒端部设置有第一导向块，第一导向块上设置有第一导向孔，所述第一转筒穿设在所述第一导向孔上。
8.如权利要求1所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述前套包括绑腿套以及小腿挡套，所述小腿挡套与穿戴者小腿前侧匹配；所述前套以及后套内侧壁上设置有弹性层，所述弹性层内设置有加热丝；所述前套以及后套上设置有散热孔。
9.如权利要求5所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述安装架底部设置有调节杆，所述调节杆穿设在所述足部套的凹槽内，所述足部套上设置有多个贯穿所述凹槽的圆孔，所述圆孔上设置有调整销。
10.如权利要求1所述的双向驱动踝关节康复训练外骨骼，其特征在于，所述前套上设置有腿套带，所述后套上设置有腿套带固定件，所述腿套带固定在所述腿套带固定件上。
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