CN105943307B - 一种踝关节并联康复装置 - Google Patents

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Abstract

一种踝关节并联康复装置，底座上通过底板轴承座设置有下部旋转机构，下部旋转机构的中部设置中间升降装置，中间升降装置的顶端铰接有动平台，动平台左右两侧各铰接有第一运动支链，动平台前后两侧的底面上各铰接有第二运动支链，中间升降装置的前侧壁和后侧壁上各铰接两个第三运动支链，第一运动支链的另一端铰接在位于自身所在侧的滑轮绳索机构上，滑轮绳索机构固定在底座的边部，同一侧的第二运动支链和第三运动支链处于同一个垂直的平面上且另一端均铰接在所在侧的一个连接架上，连接架的两侧通过旋转轴铰接在所对应的下部旋转机构上。本发明能够拟合踝关节的复杂运动，实现了踝关节的背屈/跖屈、内翻/外翻以及脚的升降三个自由度的运动。

Description

一种踝关节并联康复装置
技术领域
本发明涉及一种康复装置。特别是涉及一种柔性驱动、辅助人体踝关节康复治疗的踝关节并联康复装置。
背景技术
踝关节是人体的主要承载结构的屈戌关节，人体在日常生活中，踝关节会承受很大的载荷和不断的关节转动，所以踝关节也是人体最易受损、受伤的关节之一。踝关节受损一旦得不到及时和合理的医治，会造成关节长期疼痛、行走不便等症状。临床医学证明：在正确、科学的外力辅助下，可以防止关节粘连，维持关节灵活度，加快受损踝关节康复。
现有的踝关节并联康复装置，一般采用刚性驱动机构作为驱动动力，这种刚性驱动器的装置容易导致病人在康复过程中感觉不适，也很容易造成2次伤害，不利于病人康复。同时现有的踝关节并联康复装置通常只有1至2个自由度，康复训练模式单一，难以拟合人在运动过程中踝关节的运动。
中国专利公开CN102499854A公开了“并联结构式踝关节康复训练器”，涉及一种踝关节并联康复装置，但是该装置使用刚性驱动，在训练过程中病人易感不适甚至疼痛；中国专利CN103110500A公开了“气动肌肉驱动型两自由度脚踝康复并联机器人”，涉及一种气动驱动的踝关节装置，但是该装置自由度为2，难以拟合踝关节的复杂运动，康复训练模式单一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以实现踝关节的背屈/跖屈、内翻/外翻以及脚的升降运动的踝关节并联康复装置。
本发明所采用的技术方案是：一种踝关节并联康复装置，包括底座，其特征在于，所述的底座上面通过两端的底板轴承座设置有下部旋转机构，所述下部旋转机构的中部垂直设置有中间升降装置，所述中间升降装置的顶端铰接有用于支撑进行康复的脚部的动平台，所述的动平台左右两侧各铰接有一个能够驱动动平台上下移动及左右旋转的第一运动支链的一端，所述的动平台前后两侧的底面上各铰接有一个能够驱动动平台前后旋转的第二运动支链的一端，所述中间升降装置的前侧壁和后侧壁上各铰接两个用于控制第二运动支链驱动动平台动作的第三运动支链的一端，其中，每一个第一运动支链的另一端铰接在位于自身所在侧的滑轮绳索机构上且能够沿滑轮绳索机构上下移动，所述的滑轮绳索机构固定在所在侧的底座的边部，位于同一侧的一个第二运动支链和两个第三运动支链的另一端均铰接在所在侧的一个连接架上，并且位于同一侧的一个第二运动支链和两个第三运动支链处于同一个垂直的平面上，所述的连接架的两侧通过旋转轴铰接在所对应的下部旋转机构上。
本发明的一种踝关节并联康复装置，在确保机构尽量简单和紧凑的前提下，主动驱动帮助患者进行康复训练，实现了踝关节的背屈/跖屈、内翻/外翻以及脚的升降三个自由度的运动，能够拟合踝关节的复杂运动，使康复训练模式多样。使用气动肌肉柔性驱动，避免了刚性驱动的危害，提高了康复训练的舒适度。
附图说明
图1是本发明踝关节并联康复装置的整体三维结构示意图；
图2是本发明中的中间升降装置结构示意图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明中间升降装置、下部旋转装置以及第三运动支链的连接示意图；
图5是本发明中第三运动支链的结构示意图；
图6是本发明中动平台与第一运动支链和第二运动支链的连接示意图；
图7是本发明中的两侧滑轮绳索装置结构示意图。
图中
1：底板轴承座 2：底座
2－1：连接板 3：滑轮绳索机构
3－1：滑轮 3－2：滑轮固定座
3－3：连接器 3－4：气动肌肉
3－5：侧板 3－6：钢丝绳
3－7：双导轨 3－8：滑块
3－9：滑块连接板 3－10：球轴承固定座
3－11：插入孔 4：中间升降装置
4－1：上端连接件 4－2：内套筒
4－3：限位块 4－4：滑槽
4－5：外套筒 4－6：弹簧上端固定件
4－7：弹簧 4－8：弹簧托
4－9：顶端关节轴承 4－10：上部安装座
5：第一运动支链 5－1：上关节球轴承
5－2：上连接销 5－3：第一支撑杆
5－4：下关节球轴承 5－5：下连接销
6：动平台 6－1：连接凸起
7：第二运动支链 7－1：安装座
7－2：上关节轴承 7－3：第二支撑杆
7－4：下关节轴承 8：第三运动支链
8－1：第一关节轴承 8－2：上方第三运动支链
8－3：第三关节轴承 8－4：第一安装座
8－5：固定座 8－6：第二关节轴承
8－7：下方第三运动支链 8－8：第四关节轴承
8－9：第二安装座 9：连接架
9－1：旋转轴 10：下部旋转机构
10－1：旋转底板 10－2：U形安装座
10－3：底板旋转轴 10－4：连接架轴承座
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种踝关节并联康复装置做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种踝关节并联康复装置，包括底座2，所述的底座2的四个端角分别设置有起缓冲作用的橡胶脚垫11。所述的底座2上面通过两端的底板轴承座1设置有下部旋转机构10，所述下部旋转机构10的中部(即旋转底板10－1的几何中心位置)垂直设置有中间升降装置4，所述中间升降装置4的顶端铰接有用于支撑进行康复的脚部的动平台6，所述的动平台6左右两侧各铰接有一个能够驱动动平台6上下移动及左右旋转的第一运动支链5的一端，所述的动平台6前后两侧的底面上各铰接有一个能够驱动动平台6前后旋转的第二运动支链7的一端，所述中间升降装置4的前侧壁和后侧壁上各铰接两个用于控制第二运动支链7驱动动平台6动作的第三运动支链8的一端，其中，每一个第一运动支链5的另一端铰接在位于自身所在侧的滑轮绳索机构3上且能够沿滑轮绳索机构3上下移动，所述的滑轮绳索机构3固定在所在侧的底座2的边部，两侧的滑轮绳索机构3对称布置。位于同一侧的一个第二运动支链7和两个第三运动支链8的另一端均铰接在所在侧的一个连接架9上，并且位于同一侧的一个第二运动支链7和两个第三运动支链8处于同一个垂直的平面上，所述的连接架9的两侧通过旋转轴9－1铰接在所对应的下部旋转机构10上。
如图1、图4所示，所述的下部旋转机构10包括旋转底板10－1，所述旋转底板10－1的前后两端分别通过一体连接的底板旋转轴10－3连接所述的底板轴承座1，所述旋转底板10－1前后两端的上端面上相对称的设置有U形安装座10－2，所述U形安装座10－2的两个端部各设置一个用于连接连接架9的连接架轴承座10－4。
如图2、、图3、图4所示，所述的中间升降装置4包括外套筒4－5和插入在外套筒4－5内能够沿外套筒4－5上下移动的内套筒4－2，所述外套筒4－5内的底部通过弹簧托4－8设置有用于支撑内套筒4－2的弹簧4－7，所述内套筒4－2的底端设置有能够插入到弹簧4－7上端通孔内的弹簧上端固定件4－6，所述内套筒4－2的顶端设置有上端连接件4－1，所述上端连接件4－1顶端铰接顶端关节轴承4－9，所述顶端关节轴承4－9通过上部安装座4－10与所述的动平台6固定连接。
所述的内套筒4－2的筒壁上沿轴向开有两条滑槽4－4，所述两条滑槽4－4在内套筒4－2上沿直径方向相对称设置，所述的外套筒4－5的筒壁上分别对应所述内套筒4－2上的两条滑槽4－4也开有两个长度小于所述滑槽4－4长度的限位块插入槽(图中未示出)，用于对内套筒4－2的上下移动进行限位的限位块4－3贯穿地插入所述的插入槽和滑槽4－4，所述限位块4－3的两端固定连接在所述外套筒4－5的外侧壁上。
如图4、图5所示，所述的位于中间升降装置4同一侧的两个第三运动支链8构成平面平行四边行结构。所述的这两个第三运动支链8分为由气动肌肉构成的上方第三运动支链8－2和位于上方第三运动支链8－2下方的由气动肌肉构成的下方第三运动支链8－7，所述上方第三运动支链8－2的一端通过第一关节轴承8－1铰接在所述连接架9的中部，所述下方第三运动支链8－7的一端通过第二关节轴承8－6铰接在所述连接架9的下部，所述上方第三运动支链8－2的另一端通过第三关节轴承8－3铰接在第一安装座8－4上，所述的第一安装座8－4通过一个固定座8－5固定安装在中间升降装置4的外套筒4－5的外侧壁上，所述下方第三运动支链8－7的另一端通过第四关节轴承8－8铰接在第二安装座8－9上，所述第二安装座8－9固定安装在中间升降装置4的外套筒4－5的外侧壁上。
所述的连接架9与下部旋转机构10中的连接架轴承座10－4的铰接点c位于第一关节轴承8－1与连接架9的铰接点a和第二关节轴承8－6与连接架9的铰接点b之间的中部。
如图1、图6所示，所述的第一运动支链5包括第一支撑杆5－3，所述第一支撑杆5－3的上端连接有上关节球轴承5－1，所述上关节球轴承5－1的上连接销5－2固定连接一体形成在动平台6左侧边或右侧边上的连接凸起6－1上，所述第一支撑杆5－3的下端连接有下关节球轴承5－4，所述下关节球轴承5－4的下连接销5－5与所述的滑轮绳索机构3中的滑块3－8固定连接。
如图1、图6所示，所述的第二运动支链7包括第二支撑杆7－3，所述第二支撑杆7－3的上端连接上关节轴承7－2，所述上关节轴承7－2上铰接有安装座7－1，所述安装座7－1与所述动平台6固定连接，所述第二支撑杆7－3的下端连接下关节轴承7－4，所述下关节轴承7－4与所述连接架9的上部铰接连接。
如图7所示，所述的滑轮绳索机构3包括有底端固定在所述底座2左侧或右侧上的侧板3－5和位于所述侧板3－5的外侧且底端固定在底座2左侧边或右侧边的连接板2－1上的气动肌肉3－4，所述侧板3－5的顶端通过滑轮固定座3－2连接滑轮3－1，所述侧板3－5的内侧沿纵向设置有双导轨3－7，所述双导轨3－7上连接有滑块3－8，所述滑块3－8上通过滑块连接板3－9固定连接球轴承固定座3－10，所述球轴承固定座3－10上形成有能够插入第一运动支链5的下关节球轴承5－4上的下连接销5－5的插入孔3－11，并且所述的球轴承固定座3－10与所述的下连接销5－5为固定连接，所述的滑块连接板3－9或球轴承固定座3－10上连接钢丝绳3－6的一端，所述钢丝绳3－6嵌入在所述滑轮3－1的凹槽内，所述钢丝绳3－6的另一端通过连接器3－3连接所述气动肌肉3－4的顶端。
本发明的一种踝关节并联康复装置，在使用过程中，当患者进行康复训练时，首先将脚放在动平台6上，通过6根气动肌肉柔性驱动动平台6，可实现踝关节的背屈/跖屈，内翻/外翻以及脚部升降三个方向的运动，能够有效地对踝关节实现各个阶段的康复训练。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种踝关节并联康复装置，包括底座(2)，其特征在于，所述的底座(2)上面通过两端的底板轴承座(1)设置有下部旋转机构(10)，所述下部旋转机构(10)的中部垂直设置有中间升降装置(4)，所述中间升降装置(4)的顶端铰接有用于支撑进行康复的脚部的动平台(6)，所述的动平台(6)左右两侧各铰接有一个能够驱动动平台(6)上下移动及左右旋转的第一运动支链(5)的一端，所述的动平台(6)前后两侧的底面上各铰接有一个能够驱动动平台(6)前后旋转的第二运动支链(7)的一端，所述中间升降装置(4)的前侧壁和后侧壁上各铰接两个用于控制第二运动支链(7)驱动动平台(6)动作的第三运动支链(8)的一端，其中，每一个第一运动支链(5)的另一端铰接在位于自身所在侧的滑轮绳索机构(3)上且能够沿滑轮绳索机构(3)上下移动，所述的滑轮绳索机构(3)固定在所在侧的底座(2)的边部，位于同一侧的一个第二运动支链(7)和两个第三运动支链(8)的另一端均铰接在所在侧的一个连接架(9)上，并且位于同一侧的一个第二运动支链(7)和两个第三运动支链(8)处于同一个垂直的平面上，所述的连接架(9)的两侧通过旋转轴(9－1)铰接在所对应的下部旋转机构(10)上。
2.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的底座(2)的四个端角分别设置有起缓冲作用的橡胶脚垫(11)。
3.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的下部旋转机构(10)包括旋转底板(10－1)，所述旋转底板(10－1)的前后两端分别通过一体连接的底板旋转轴(10－3)连接所述的底板轴承座(1)，所述旋转底板(10－1)前后两端的上端面上相对称的设置有U形安装座(10－2)，所述U形安装座(10－2)的两个端部各设置一个用于连接连接架(9)的连接架轴承座(10－4)。
4.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的中间升降装置(4)包括外套筒(4－5)和插入在外套筒(4－5)内能够沿外套筒(4－5)上下移动的内套筒(4－2)，所述外套筒(4－5)内的底部通过弹簧托(4－8)设置有用于支撑内套筒(4－2)的弹簧(4－7)，所述内套筒(4－2)的底端设置有能够插入到弹簧(4－7)上端通孔内的弹簧上端固定件(4－6)，所述内套筒(4－2)的顶端设置有上端连接件(4－1)，所述上端连接件(4－1)顶端铰接顶端关节轴承(4－9)，所述顶端关节轴承(4－9)通过上部安装座(4－10)与所述的动平台(6)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的内套筒(4－2)的筒壁上沿轴向开有两条滑槽(4－4)，所述两条滑槽(4－4)在内套筒(4－2)上沿直径方向相对称设置，所述的外套筒(4－5)的筒壁上分别对应所述内套筒(4－2)上的两条滑槽(4－4)也开有两个长度小于所述滑槽(4－4)长度的限位块插入槽，用于对内套筒(4－2)的上下移动进行限位的限位块(4－3)贯穿地插入所述的插入槽和滑槽(4－4)，所述限位块(4－3)的两端固定连接在所述外套筒(4－5)的外侧壁上。
6.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的位于中间升降装置(4)同一侧的两个第三运动支链(8)分为由气动肌肉构成的上方第三运动支链(8－2)和位于上方第三运动支链(8－2)下方的由气动肌肉构成的下方第三运动支链(8－7)，所述上方第三运动支链(8－2)的一端通过第一关节轴承(8－1)铰接在所述连接架(9)的中部，所述下方第三运动支链(8－7)的一端通过第二关节轴承(8－6)铰接在所述连接架(9)的下部，所述上方第三运动支链(8－2)的另一端通过第三关节轴承(8－3)铰接在第一安装座(8－4)上，所述的第一安装座(8－4)通过一个固定座(8－5)固定安装在中间升降装置(4)的外套筒(4－5)的外侧壁上，所述下方第三运动支链(8－7)的另一端通过第四关节轴承(8－8)铰接在第二安装座(8－9)上，所述第二安装座(8－9)固定安装在中间升降装置(4)的外套筒(4－5)的外侧壁上。
7.根据权利要求6所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的连接架(9)与下部旋转机构(10)中的连接架轴承座(10－4)的铰接点(c)位于第一关节轴承(8－1)与连接架(9)的铰接点(a)和第二关节轴承(8－6)与连接架(9)的铰接点(b)之间的中部。
8.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的第一运动支链(5)包括第一支撑杆(5－3)，所述第一支撑杆(5－3)的上端连接有上关节球轴承(5－1)，所述上关节球轴承(5－1)的上连接销(5－2)固定连接一体形成在动平台(6)左侧边或右侧边上的连接凸起(6－1)上，所述第一支撑杆(5－3)的下端连接有下关节球轴承(5－4)，所述下关节球轴承(5－4)的下连接销(5－5)与所述的滑轮绳索机构(3)中的滑块(3－8)固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的第二运动支链(7)包括第二支撑杆(7－3)，所述第二支撑杆(7－3)的上端连接上关节轴承(7－2)，所述上关节轴承(7－2)上铰接有安装座(7－1)，所述安装座(7－1)与所述动平台(6)固定连接，所述第二支撑杆(7－3)的下端连接下关节轴承(7－4)，所述下关节轴承(7－4)与所述连接架(9)的上部铰接连接。
10.根据权利要求1所述的一种踝关节并联康复装置，其特征在于，所述的滑轮绳索机构(3)包括有底端固定在所述底座(2)左侧或右侧上的侧板(3－5)和位于所述侧板(3－5)的外侧且底端固定在底座(2)左侧边或右侧边的连接板(2－1)上的气动肌肉(3－4)，所述侧板(3－5)的顶端通过滑轮固定座(3－2)连接滑轮(3－1)，所述侧板(3－5)的内侧沿纵向设置有双导轨(3－7)，所述双导轨(3－7)上连接有滑块(3－8)，所述滑块(3－8)上通过滑块连接板(3－9)固定连接球轴承固定座(3－10)，所述球轴承固定座(3－10)上形成有能够插入第一运动支链(5)的下关节球轴承(5－4)上的下连接销(5－5)的插入孔(3－11)，并且所述的球轴承固定座(3－10)与所述的下连接销(5－5)为固定连接，所述的滑块连接板(3－9)或球轴承固定座(3－10)上连接钢丝绳(3－6)的一端，所述钢丝绳(3－6)嵌入在所述滑轮(3－1)的凹槽内，所述钢丝绳(3－6)的另一端通过连接器(3－3)连接所述气动肌肉(3－4)的顶端。
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