CN103041546B - 主被动式踝关节康复器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供主被动式踝关节康复器，采用直角坐标形式，3个自由度分别实现踝关节的背伸/跖屈、内翻/外翻和内旋/外旋运动。各自由度分别由电动机驱动，可以实现踝关节单个自由度的运动，三个电动机联动可以实现踝关节的复杂运动。在踝关节康复器踏板上装有力传感器，在康复过程中通过检测踏板受力控制受训者脚部运动从而实现主动和被动方式的训练，同时可以进行受力安全保护，防止对受训者产生二次伤害。本发明以简单而可靠的结构实现踝关节单自由度和多自由度复合运动的康复训练要求。力传感器的采用使智能控制、效果评定、智能保护得以实现，保证了患者康复训练的效果和安全性。

Description

主被动式踝关节康复器

技术领域

本发明涉及的是一种医疗保健器械，具体地说是踝关节康复器。

背景技术

踝关节受伤在人们的日常生活中比较常见，在体育活动与平常的生活中都有可能发生踝关节损伤，踝关节的损伤不仅在身体上给患者带来痛苦，还严重干扰了人们的正常生活，更严重的甚至影响了人们的心理健康。多数踝关节损伤患者在就医过程中需要进行肢体康复训练，防止肌肉萎缩，同时恢复踝关节功能。但是临床上这种康复训练多数依赖理疗师对患者一对一的物理治疗，方法单一且费时费力，同时缺乏量化和客观的评价。

现有的踝关节康复设备多采用并联机构方式，该机构运动范围小、控制复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供可以实现踝关节三个自由度康复运动的主被动式踝关节康复器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明主被动式踝关节康复器，其特征是：包括脚踏板、矢状轴机构、冠状轴回转机构、垂直轴回转机构；矢状轴机构包括矢状轴电动机、矢状轴支架、矢状轴转轴，脚踏板通过矢状轴转轴安装在矢状轴支架上，矢状轴电动机安装在矢状轴支架上,并与矢状轴转轴相连，带动脚踏板转动，从而实现踝关节的跖屈与背伸；冠状轴回转机构包括冠状轴电动机、冠状轴支架、冠状轴转轴，冠状轴支架通过冠状轴转轴连接矢状轴支架，冠状轴电动机安装在冠状轴支架上，并与冠状轴转轴相连，带动矢状轴支架转动，从而实现踝关节的外翻和内翻；垂直轴回转机构包括垂直轴电动机、垂直轴支架、垂直轴转轴，垂直轴支架通过垂直轴转轴与冠状轴支架相连，垂直轴电动机安装在垂直轴支架上，并与垂直轴转轴相连，带动冠状轴支架转动，从而实现踝关节的内收和外展。

本发明还可以包括：

1、脚踏板的高度低于矢状轴转轴。

2、矢状轴转轴、冠状轴转轴、垂直轴转轴上分别设置限位装置。

3、采用双ARM，包括主ARM和从ARM，在脚踏板脚掌位置左右分别放置1个力感知单元，脚后跟位置放置1个力感知单元，分别测量脚底不同位置对脚踏板的压力，主ARM采集力感知单元信号、向从ARM发送控制指令并控制垂直轴电动机，从ARM控制矢状轴电动机和冠状轴电动机。

本发明的优势在于：本发明以简单而可靠的结构满足了踝关节单自由度和多自由度复合运动的康复训练要求。力传感器的采用使智能控制、效果评定、智能保护得以实现。集多功能于一身，很好的结合了力和运动两个因素。总体而言本发明以简单可靠的结构设计和智能安全的使用方式，保证了患者康复训练的效果和安全性。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为主被动控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明包括脚踏板1、矢状轴电动机2、矢状轴支架3、矢状轴转轴4、冠状轴转轴5、冠状轴电动机6、冠状轴支架7、垂直轴转轴8、底座9、垂直轴电动机10、控制盒11、力传感器12。

脚踏板1通过矢状轴转轴4安装在矢状轴支架3上，矢状轴电动机2安装在矢状轴支架3上,通过键与脚踏板的转动轴4连接，电动机转动带动脚踏板转动，从而实现踝关节的跖屈与背伸的运动。为了保证人脚的踝关节与回转轴同轴，脚踏板位于矢状轴转轴的下面。

冠状轴电动机6安装在冠状轴支架7上，通过键与冠状轴转轴5连接，电动机转动带动矢状轴支架3、脚踏板1转动，从而实现踝关节的外翻和内翻的运动。矢状轴支架3、冠状轴转轴5和冠状轴电动机6构成冠状轴回转机构。

垂直轴电动机10安装在垂直轴支架9上，通过键与垂直轴转轴8连接，电动机转动带动垂直轴支架、冠状轴绕z轴转动，从而实现了踝关节的内收和外展的运动，冠状轴支架7、垂直轴转轴8和垂直轴电动机10构成垂直轴回转机构。

踝关节康复训练器采用直角坐标形式，3个自由度分别实现踝关节的背伸/跖屈、内翻/外翻和内旋/外旋运动。各自由度分别由电动机驱动，可以实现踝关节单个自由度的运动，三个电动机联动可以实现踝关节的复杂运动。

在踝关节康复器踏板上装有力传感器12，其中力传感器12在脚掌位置左右分别放置1个力感知单元（FSR），脚后跟位置放置1个力感知单元（FSR），分别测量脚底不同位置对脚踏板的压力，通过力合成可得脚的受力方向和大小。在康复过程中通过检测踏板受力控制受训者脚部运动从而实现主动和被动方式的训练，同时可以进行受力安全保护，防止对受训者产生二次伤害。

如图4所示，本发明主要包括图示几部分，采用双ARM控制方式。其中主ARM读取控制按钮信息，并根据功能和参数设定给从ARM发送控制指令，主ARM控制垂直轴电动机，从ARM控制矢状轴和冠状轴电动机，驱动电路驱动机械本体运动，实现康复训练功能。康复过程中力传感器信号由主ARM采集，垂直轴编码器数据由主ARM进行采集，矢状轴和冠状轴编码器数据由从ARM进行采集，实现对电动机的位置闭环控制。

在控制上采用了双ARM主从控制方式，进行运动的控制和轨迹的规划，可以实时显示速度、加速度以及力数据，便于进行人机互动和运动控制。为患者提供了主动模式和被动模式两种训练模式。两种模式的使用过程中，均由主ARM实时显示踝关节中心点的速度和加速度，以及力传感器采集的力数据。并根据主动、被动模式调整运动。

（一）主动模式。包括普通训练、助力训练和阻抗训练。这种使用模式下，患者脚部主动运动。普通训练模式下康复器随动，通过力传感器12采集的力数据判断患者运动方向并实时跟随。进行助力训练时，主ARM得到力传感器12数据后沿判定力方向运动，并通过加快运动速度实现助力运动。同理阻抗训练时，根据判定的方向运动，对运动提供一定的阻力。

（二）被动模式。这种使用模式下，运动的产生不是人主动参与，完全由电动机提供动力，输出运动，患者脚部随脚踏板1一起运动。根据控制面板按钮设定运动范围和速度进行康复训练。

本发明在安全防护上，采用了机械限位和程序限位双重保护。机械结构方面，每个旋转运动方向上，都有限位装置，控制运动角度在安全范围内。同时，通过预设程序控制电动机运动，使整个运动处于安全角度范围内。

Claims (1)

1.主被动式踝关节康复器，其特征是：包括脚踏板、矢状轴机构、冠状轴回转机构、垂直轴回转机构；矢状轴机构包括矢状轴电动机、矢状轴支架、矢状轴转轴，脚踏板通过矢状轴转轴安装在矢状轴支架上，矢状轴电动机安装在矢状轴支架上,并与矢状轴转轴相连，带动脚踏板转动，从而实现踝关节的跖屈与背伸；冠状轴回转机构包括冠状轴电动机、冠状轴支架、冠状轴转轴，冠状轴支架通过冠状轴转轴连接矢状轴支架，冠状轴电动机安装在冠状轴支架上，并与冠状轴转轴相连，带动矢状轴支架转动，从而实现踝关节的外翻和内翻；垂直轴回转机构包括垂直轴电动机、垂直轴支架、垂直轴转轴，垂直轴支架通过垂直轴转轴与冠状轴支架相连，垂直轴电动机安装在垂直轴支架上，并与垂直轴转轴相连，带动冠状轴支架转动，从而实现踝关节的内收和外展；

脚踏板的高度低于矢状轴转轴；

矢状轴转轴、冠状轴转轴、垂直轴转轴上分别设置限位装置；

采用双ARM，包括主ARM和从ARM，在脚踏板脚掌位置左右分别放置1个力感知单元，脚后跟位置放置1个力感知单元，分别测量脚底不同位置对脚踏板的压力，主ARM采集力感知单元信号、向从ARM发送控制指令并控制垂直轴电动机，从ARM控制矢状轴电动机和冠状轴电动机。