專利名稱：并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種康復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種并聯(lián)式多自由度踝關(guān) 節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器。
背景技術(shù)：
每年世界上都有大量的人因為事故或疾病等原因?qū)е律眢w殘疾或癱瘓，失去正常 的行動能力。臨床醫(yī)學(xué)經(jīng)驗表明，正確、科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練對肢體運動功能恢復(fù)和提高能夠起 到非常重要的作用。目前，肢體康復(fù)訓(xùn)練主要是通過專業(yè)護理人員人工模擬患者肢體的關(guān) 節(jié)運動實現(xiàn)，這種方法對專業(yè)護理人員的素質(zhì)要求較高，專業(yè)護理人員的勞動強度較大，對 患者而言，醫(yī)療費用高，靈活性較差。為了解決這一問題，各種主動式康復(fù)設(shè)備被設(shè)計開發(fā) 出來，以提高康復(fù)訓(xùn)練的有效性、靈活性和全面性。本發(fā)明主要針對的是踝關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備。由人體解剖學(xué)可知，踝關(guān)節(jié)可視為 繞定點轉(zhuǎn)動的球面關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)旋/外旋三種運動。目前踝關(guān) 節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的主要結(jié)構(gòu)形式為單自由度的轉(zhuǎn)動鉸鏈，僅實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的背伸/跖屈運動， 難以滿足踝關(guān)節(jié)全面康復(fù)訓(xùn)練的要求。經(jīng)對現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請 號為200810034002. 7，名稱為“并聯(lián)式多自由度假肢外骨骼踝關(guān)節(jié)”，該外骨骼踝關(guān)節(jié)雖然 采用了多自由度并聯(lián)機構(gòu)，但是3-RPS型并聯(lián)機構(gòu)僅能實現(xiàn)兩個方向的轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動中心 不固定。中國專利申請?zhí)枮?200820073836. 4，名稱為“一種踝關(guān)節(jié)康復(fù)機器人”，該踝關(guān)節(jié) 康復(fù)機器人雖然采用了具有三個轉(zhuǎn)動自由度的并聯(lián)機構(gòu)，但是其固定的轉(zhuǎn)動中心與踝關(guān)節(jié) 并不重合，因此難以有效實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，提供一種多自由度踝關(guān)節(jié)康 復(fù)訓(xùn)練器，能夠滿足踝關(guān)節(jié)三個方向轉(zhuǎn)動的需要，且轉(zhuǎn)動中心與踝關(guān)節(jié)重合，提供主動驅(qū)動 幫助患者進行踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，包 括大腿支撐座、大腿支撐座內(nèi)桿、大腿支撐座外桿、小腿連接套、足底支撐板、基板，其中， 大腿支撐座外桿與基板固定連接；大腿支撐座與大腿支撐座內(nèi)桿固定連接，大腿支撐座內(nèi) 桿連接在所述大腿支撐座外桿上；小腿連接套與大腿支撐座外桿固定連接，還包括長度能 夠伸縮的第一運動支鏈、第二運動支鏈及第三運動支鏈，所述第一運動支鏈、第二運動支鏈 及第三運動支鏈的上端均通過球鉸與足底支撐板連接，第一運動支鏈、第二運動支鏈及第 三運動支鏈的下端均通過虎克鉸與基板連接。本發(fā)明采用3-UPS/S型并聯(lián)機構(gòu)，具有三個轉(zhuǎn)動自由度，且其轉(zhuǎn)動中心為踝關(guān)節(jié)， 真正實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)旋/外旋三種運動。本發(fā)明采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)， 剛性好，承載能力高，能夠有效減輕受損關(guān)節(jié)的負擔(dān)；能夠真實模擬踝關(guān)節(jié)的球面運動，仿 生性高。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1(a)是本發(fā)明的等軸測圖，圖(b)是本 發(fā)明的左視圖；圖2是第一運動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的等效3-UPS/S型并聯(lián)機構(gòu)原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下 述的實施例。如圖1所示，本實施例包括大腿支撐座1、大腿支撐座內(nèi)桿2、鎖緊螺釘3、大腿支 撐座外桿4、小腿連接套10、足底支撐板9、第一運動支鏈6、第二運動支鏈7、第三運動支鏈 8、基板5，其中大腿支撐座外桿4與基板5固定連接；大腿支撐座1與大腿支撐座內(nèi)桿2 固定連接，大腿支撐座內(nèi)桿2與所述大腿支撐座外桿4滑動連接，具體而言，大腿支撐座內(nèi) 桿2在大腿支撐座外桿4中伸縮以調(diào)整合適的大腿支撐高度，并通過鎖緊螺釘3鎖緊固定； 小腿連接套10與大腿支撐座外桿4固定連接；長度能夠伸縮的第一運動支鏈6、第二運動 支鏈7及第三運動支鏈8的上端均與足底支撐板9連接，第一運動支鏈6、第二運動支鏈7 及第三運動支鏈8的下端均與基板5連接。如圖2所示的第一運動支鏈6，圖中左側(cè)為第一運動支鏈6的上端。所述的第一運 動支鏈6包括第一伸縮桿11、第一直線軸承12、第一外套筒13、第一滾珠絲杠14、第一滾 珠螺母15、第一軸承座16、第一軸承17、第一絲杠同步帶輪18、第一連接套筒19、第一虎克 鉸輸出軸20、第一虎克鉸固定基座21、第一同步齒形帶22、第一電機同步帶輪23、第一電機 連接板24、第一伺服電機25、第一導(dǎo)向鍵26，其中第一伸縮桿11套接在第一直線軸承12 內(nèi)部，第一直線軸承12安裝于第一外套筒13上端；第一伸縮桿11下端還與第一滾珠螺母 15固定連接，第一滾珠螺母15螺紋套接在第一滾珠絲杠14之上，且第一滾珠螺母15與第 一導(dǎo)向鍵26固定連接，第一導(dǎo)向鍵26與第一外套筒13內(nèi)壁滑動設(shè)置，則第一滾珠螺母15 也與第一外套筒13內(nèi)壁滑動設(shè)置；第一滾珠絲杠14下端通過第一軸承17支撐在第一軸承 座16之上，第一軸承座16固定于第一外套筒13下端，第一絲杠同步帶輪18安裝于第一滾 珠絲杠14下端，第一絲杠同步帶輪18通過第一同步齒形帶22與第一電機同步帶輪23連 接，第一電機同步帶輪23安裝于第一伺服電機25的輸出軸，第一伺服電機25通過第一電 機連接板24與第一外套筒13固定連接，第一外套筒13、第一電機連接板24通過第一連接 套筒19與第一虎克鉸輸出軸20固定連接。第一伸縮桿11的上端通過第一球鉸29與足底 支撐板9鉸接；第一虎克鉸輸出軸20轉(zhuǎn)動連接在第一虎克鉸固定基座21上，第一虎克鉸固 定基座21固定在基板5上。所述的第二運動支鏈7與第一運動支鏈6結(jié)構(gòu)相同。所述的第三運動支鏈8也與第一運動支鏈6結(jié)構(gòu)相同。所述第一運動支鏈6、第二運動支鏈7、第三運動支鏈8分別通過第一球鉸29、第二 球鉸30、第三球鉸31與足底支撐板9鉸接。
所述第一運動支鏈6、第二運動支鏈7、第三運動支鏈8通過第一虎克鉸固定基座 21、第二虎克鉸固定基座27、第三虎克鉸固定基座28與基板5固定連接。本實施例通過采用上述結(jié)構(gòu)，形成3-UPS/S型并聯(lián)機構(gòu)(其中U-虎克鉸，P-移動 副，s-球鉸)，其等效結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，第一運動支鏈6、第二運動支鏈7、第三運動支 鏈8的下端在點Bl、B2、B3處通過虎克鉸與靜平臺5相連；第一運動支鏈6、第二運動支鏈 7、第三運動支鏈8上端在點PI、P2、P3處通過球鉸與動平臺9相連；第一運動支鏈6、第二 運動支鏈7、第三運動支鏈8本身形成移動副；通過上述3套UPS結(jié)構(gòu)可在動平臺9與靜平 臺5之間形成等效球鉸32(即所謂的3-UPS/S)，球鉸32為靜平臺5和動平臺9之間的約 束鉸鏈，即動平臺9只能相對靜平臺5轉(zhuǎn)動。通過改變?nèi)齻€運動支鏈的長度以驅(qū)動動平臺 9產(chǎn)生相對于靜平臺的運動，在球鉸32的約束下，動平臺9能夠?qū)崿F(xiàn)繞x軸、y軸和z軸的 轉(zhuǎn)動。本實施例將靜平臺選為基板5，動平臺選為足底支撐板9，而約束球鉸32選為訓(xùn)練者 的踝關(guān)節(jié)，因此動平臺繞球鉸32的轉(zhuǎn)動就等效為踝關(guān)節(jié)的背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)旋/ 外旋三種運動。本實施例工作時，訓(xùn)練者成坐姿，大腿放置在大腿支撐座1上，腳放置于足底支撐 板9，小腿與小腿連接套10連接。對于一根運動支鏈，由伺服電機通過電機同步帶輪和絲 杠同步帶輪帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)滾珠螺母和伸縮桿產(chǎn)生相對于外套筒的伸縮運 動，最終使運動支鏈上下連接端之間的距離發(fā)生變化，三根運動支鏈的工作過程相同。在對 整個康復(fù)訓(xùn)練器進行運動控制時，將球鉸32建立在訓(xùn)練者的踝關(guān)節(jié)處，對于每個訓(xùn)練者而 言，需要具體測量其體格參數(shù)才能得到其踝關(guān)節(jié)相對于足底支撐板9的位置，從而建立球 鉸32。通過第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈伸縮運動的配合，能夠?qū)崿F(xiàn)足底支 撐板的姿態(tài)控制，即實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的角度控制。本實施例的踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器通過采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，能夠有效地減輕人體受損關(guān) 節(jié)的負擔(dān)，具有高剛性、高承載能力等特點；由于該康復(fù)訓(xùn)練器能夠?qū)崿F(xiàn)三個轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動 中心與踝關(guān)節(jié)重合，因而能夠逼真模擬踝關(guān)節(jié)的背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)旋/外旋運動， 提高了踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的全面性和有效性。
權(quán)利要求
1. 一種并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，包括大腿支撐座、大腿支撐座內(nèi)桿、大腿 支撐座外桿、小腿連接套、足底支撐板、基板，其中，大腿支撐座外桿與基板固定連接；大腿 支撐座與大腿支撐座內(nèi)桿固定連接，大腿支撐座內(nèi)桿連接在所述大腿支撐座外桿上；小腿 連接套與大腿支撐座外桿固定連接，其特征在于，還包括長度能夠伸縮的第一運動支鏈、第 二運動支鏈及第三運動支鏈，所述第一運動支鏈、第二運動支鏈及第三運動支鏈的上端均 通過球鉸與足底支撐板連接，第一運動支鏈、第二運動支鏈及第三運動支鏈的下端均通過 虎克鉸與基板連接。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述大腿支 撐座內(nèi)桿與所述大腿支撐座外桿滑動連接，鎖緊螺釘將所述大腿支撐座內(nèi)桿與所述大腿支 撐座外桿固定連接。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述的第一 運動支鏈包括第一伸縮桿、第一直線軸承、第一外套筒、第一滾珠絲杠、第一滾珠螺母、第 一軸承座、第一軸承、第一絲杠同步帶輪、第一連接套筒、第一虎克鉸輸出軸、第一虎克鉸固 定基座、第一同步齒形帶、第一電機同步帶輪、第一電機連接板、第一伺服電機、第一導(dǎo)向 鍵，其中第一伸縮桿套接在第一直線軸承內(nèi)部，第一直線軸承安裝于第一外套筒上端；第 一伸縮桿下端還與第一滾珠螺母固定連接，第一滾珠螺母螺紋套接在第一滾珠絲杠之上， 且第一滾珠螺母還與第一導(dǎo)向鍵固定連接，第一導(dǎo)向鍵與第一外套筒內(nèi)壁滑動設(shè)置；第一 滾珠絲杠下端通過第一軸承支撐在第一軸承座之上，第一軸承座固定于第一外套筒下端， 第一絲杠同步帶輪安裝于第一滾珠絲杠下端，第一絲杠同步帶輪通過第一同步齒形帶與第 一電機同步帶輪連接，第一電機同步帶輪安裝于第一伺服電機的輸出軸，第一伺服電機通 過第一電機連接板與第一外套筒固定連接，第一外套筒、第一電機連接板通過第一連接套 筒與第一虎克鉸輸出軸固定連接；第一虎克鉸輸出軸轉(zhuǎn)動連接在第一虎克鉸固定基座上， 第一虎克鉸固定基座固定在基板上。
4.如權(quán)利要求3所述的并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述的第二 運動支鏈與第一運動支鏈結(jié)構(gòu)相同。
5.如權(quán)利要求3所述的并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述的第三 運動支鏈與第一運動支鏈結(jié)構(gòu)相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)式多自由度踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，包括大腿支撐座、大腿支撐座內(nèi)桿、大腿支撐座外桿、小腿連接套、足底支撐板、基板，以及長度能夠伸縮的第一運動支鏈、第二運動支鏈及第三運動支鏈，所述第一運動支鏈、第二運動支鏈及第三運動支鏈的上端均通過球鉸與足底支撐板連接，第一運動支鏈、第二運動支鏈及第三運動支鏈的下端均通過虎克鉸與基板連接。本發(fā)明采用3-UPS/S型并聯(lián)機構(gòu)，具有三個轉(zhuǎn)動自由度，且其轉(zhuǎn)動中心為踝關(guān)節(jié)，真正實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)旋/外旋三種運動；本發(fā)明結(jié)構(gòu)剛性好，承載能力高，能夠有效減輕受損關(guān)節(jié)的負擔(dān)；能夠真實模擬踝關(guān)節(jié)的球面運動，仿生性高。
文檔編號A61H1/02GK101999970SQ20101060475
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者印松 申請人:上海電機學(xué)院