CN105616110A - 一种凸轮式三自由度脚踝康复器 - Google Patents

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Abstract

一种凸轮式三自由度脚踝康复器，涉及脚踝康复器，解决现有脚踝康复机器人，结构复杂，并联协同控制难度大，脚踝康复训练效果差的技术问题。本发明的底座固接有第一驱动电机并与Ⅰ号齿轮固接，Ⅰ号齿轮与Ⅱ号齿轮啮合传动并与旋转平台固接，旋转平台上固接有第二驱动电机并与Ⅲ号齿轮固接，Ⅲ号齿轮与Ⅳ号齿轮啮合传动并与内齿圈啮合传动，内齿圈与圆柱凸轮连接，圆柱凸轮的轮廓面上立置四根凸轮顶杆，其杆球形头与动平台的导向槽铰接，在圆柱凸轮的外围设有与箱盖和旋转平台固接的外壳。本发明用于脚踝的背屈/跖屈、内翻/外翻、外展/内收以及旋前/旋后的康复训练，具有控制原理简单，驱动数目少、结构紧凑的优点。

Description

一种凸轮式三自由度脚踝康复器
技术领域
本发明涉及一种脚踝康复器，尤其涉及一种凸轮式三自由度脚踝康复器。
背景技术
在日常生活和体育运动中，踝关节扭伤最为常见，其中以踝关节韧带损伤最多。为避免由于治疗不到位而引起踝关节功能障碍等后遗症，就特别需要物理治疗来进行辅助康复治疗(如脚部放松和按摩等)，必须经过反复的循序渐进的训练使受损的踝关节得以康复。目前，已有多种类型的脚踝康复器械应用在了脚踝康复的物理治疗当中，也有专利申请公布了脚踝康复辅助器械的己有技术。
专利申请201310117264.0公开了一种可调式脚踝康复装置，该申请虽然采用了三个直线驱动器，但无法完成脚踝的外展/内收和旋前/旋后训练动作。
专利申请201510404891.1公开了一种基于三自由度并联机构的脚踝康复机器人，该申请通过并联机器人控制技术，实现四套液压伺服器协同工作，控制动平台的三个旋转自由度。这种脚踝康复机器人，驱动器数目多，结构复杂，且并联协同控制难度大，达不到脚踝康复训练的较好效果。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，提供一种凸轮式三自由度脚踝康复器，解决现有脚踝康复机器人，驱动器数目多，结构复杂，并联协同控制难度大，脚踝康复训练效果差的技术问题。
本发明是通过下面的技术方案实现的：
一种凸轮式三自由度脚踝康复器，包括：底座，其特征在于：所述底座的一个腹板上固接第一驱动电机，第一驱动电机与Ⅰ号齿轮固接，Ⅰ号齿轮与Ⅱ号齿轮啮合传动，Ⅱ号齿轮与旋转平台固接，旋转平台的中心轴与底座之间设有Ⅰ号轴承，旋转平台上固接有第二驱动电机，第二驱动电机与Ⅲ号齿轮固接，Ⅲ号齿轮与Ⅳ号齿轮啮合传动，Ⅳ号齿轮与内齿圈啮合传动，内齿圈与圆柱凸轮连接为一体，圆柱凸轮通过Ⅱ号轴承与旋转平台的中心轴连接，圆柱凸轮的轮廓面上均匀分布立置四根凸轮顶杆，四根凸轮顶杆穿过箱盖上的导向孔，使凸轮顶杆球形头与动平台的导向槽铰接，箱盖上面中心部位设有与动平台球铰的立柱，在圆柱凸轮的外围设有与箱盖和旋转平台固接的外壳。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果和优点：
1.本发明通过圆柱凸轮和传动系统，实现了动平台在水平方向的两个翻转自由度，达到了脚踝康复训练中的背屈/跖屈、内翻/外翻动作要求；第一驱动电机驱动底座旋转，实现了动平台绕竖直方向的转动，达到了脚踝康复训练中的外展/内收、旋前/旋后的动作要求，从而取得了脚踝康复全方位训练的良好效果。
2.本发明由于采用了由圆柱凸轮、凸轮顶杆以及箱盖组成的凸轮装置和传动系统，直接通过控制电机的的转动幅度和转动频率，就可完成动平台的旋转和翻转角度以及运动频率的控制，避免了现有脚踝康复机器人协调控制带来的难度，使得控制更加容易。
3.本发明通过圆柱凸轮的运动规律，可实现动平台在水平方向的两个旋转自由度，相比多个并联机构减少了驱动的数目。
本发明用于脚踝的背屈/跖屈、内翻/外翻、外展/内收以及旋前/旋后的康复训练，具有控制原理简单，驱动数目少、结构紧凑的优点。
附图说明
图1为一种凸轮式三自由度脚踝康复器的结构示意图；
图2为动平台的俯视图；
图3为动平台的仰视图；
图4为箱盖的等轴侧三维结构示意图；
图5为圆柱凸轮的等轴侧三维结构示意图；
图6为底座的等轴侧三维结构示意图；
图7为第一驱动电机、Ⅰ号齿轮、底座的连接示意图；
图8为旋转平台、圆柱凸轮、内齿圈、Ⅲ号齿轮、Ⅳ号齿轮的连接示意图；
图9为动平台翻转时的原理示意图；
图10为一种凸轮式三自由度脚踝康复器的总装配示意图。
图中标号：1-动平台，1.1-导向槽，1.2-脚部限位模，1.3-箱盖上的球铰配合面，2-箱盖，2.1-导向孔，2.2-立柱，3-凸轮顶杆，3.1-凸轮顶杆球形头，4-圆柱凸轮，4.1-内部轴承配合孔，4.2-120°辐射状腹板，4.3-凸轮轮廓和内部腹板的圆筒结构，4.4-圆柱凸轮的轮廓面，5-第二驱动电机，6-Ⅲ号齿轮，7-Ⅳ号齿轮，8-内齿圈，9-第一驱动电机，10-Ⅰ号齿轮，11-Ⅱ号齿轮，12-旋转平台，12.1-旋转平台的中心轴，13-底座，13.1-第一驱动电机轴配合孔，13.2-第一驱动电机定位孔，13.3-外部轴承配合孔，13.4-旋转平台的旋转轨道，13.5-底座腹板，13.6-底座支架，14-Ⅰ号轴承，15-Ⅱ号轴承，16-外壳。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护范围。
如图1至图10所示，一种凸轮式三自由度脚踝康复器，包括：底座13，所述底座13的一个腹板上固接第一驱动电机9，第一驱动电机9与Ⅰ号齿轮10固接，Ⅰ号齿轮10与Ⅱ号齿轮11啮合传动，Ⅱ号齿轮11与旋转平台12固接，旋转平台12的中心轴12.1与底座13之间设有Ⅰ号轴承14，旋转平台12上固接有第二驱动电机5，第二驱动电机5与Ⅲ号齿轮6固接，Ⅲ号齿轮6与Ⅳ号齿轮7啮合传动，Ⅳ号齿轮7与内齿圈8啮合传动，内齿圈8与圆柱凸轮4连接为一体，圆柱凸轮4通过Ⅱ号轴承15与旋转平台12的中心轴12.1连接，圆柱凸轮4的轮廓面上均匀分布立置四根凸轮顶杆3，四根凸轮顶杆3穿过箱盖2上的导向孔2.1，使凸轮顶杆球形头3.1与动平台1的导向槽1.1铰接，箱盖2上面中心部位设有与动平台1球铰的立柱2.2，在圆柱凸轮4的外围设有与箱盖2和旋转平台12固接的外壳16。
本发明的工作过程与原理：
脚踝康复理疗者将脚踏入脚部限位模1.2处，启动电控按钮，第一驱动电机9按照设定的转动幅度正反方向交替旋转，带动Ⅰ号齿轮10转动，Ⅰ号齿轮10带动与之啮合的Ⅱ号齿轮11转动，Ⅱ号齿轮11带动与之固定连接的旋转平台12转动，旋转平台12带动其上的所有部件实现动平台1绕中心轴正反方向交替旋转；
同时，第二驱动电机5带动Ⅲ号齿轮6转动，Ⅲ号齿轮6带动与之啮合的Ⅳ号齿轮7转动，Ⅳ号齿轮7带动内齿圈8转动，内齿圈8带动与之固定连接的圆柱凸轮4转动；
圆柱凸轮4转动将带动与之配合的均匀分布的四根凸轮顶杆3，按照圆柱凸轮4轮廓面的起伏进行上下垂直运动，凸轮顶杆3的上下直动使得动平台1实现前/后和左/右的翻转。
箱盖2上的立柱2.2对动平台1产生支撑作用，同时立柱上的球形头与箱盖2上的球铰配合面1.3，保证了动平台1的翻转自如。
箱盖2上的导向孔2.1使得与之配合的凸轮顶杆3始终在竖直方向上下运动，外壳16将箱盖2和旋转平台12固定连接，保证了旋转平台12的旋转能够带动动平台1的旋转。
本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种凸轮式三自由度脚踝康复器，包括：底座(13)，其特征在于：所述底座(13)的一个腹板上固接第一驱动电机(9)，第一驱动电机(9)与Ⅰ号齿轮(10)固接，Ⅰ号齿轮(10)与Ⅱ号齿轮(11)啮合传动，Ⅱ号齿轮(11)与旋转平台(12)固接，旋转平台(12)的中心轴(12.1)与底座(13)之间设有Ⅰ号轴承(14)，旋转平台(12)上固接有第二驱动电机(5)，第二驱动电机(5)与Ⅲ号齿轮(6)固接，Ⅲ号齿轮(6)与Ⅳ号齿轮(7)啮合传动，Ⅳ号齿轮(7)与内齿圈(8)啮合传动，内齿圈(8)与圆柱凸轮(4)连接为一体，圆柱凸轮(4)通过Ⅱ号轴承(15)与旋转平台(12)的中心轴(12.1)连接，圆柱凸轮(4)的轮廓面上均匀分布立置四根凸轮顶杆(3)，四根凸轮顶杆(3)穿过箱盖(2)上的导向孔(2.1)，使凸轮顶杆球形头(3.1)与动平台(1)的导向槽(1.1)铰接，箱盖(2)上面中心部位设有与动平台(1)球铰的立柱(2.2)，在圆柱凸轮(4)的外围设有与箱盖(2)和旋转平台(12)固接的外壳(16)。
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