CN107595546A - 一种基于RRR‑PaRPS‑RHJ的踝关节康复机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RRR‑PaRPS‑RHJ的踝关节康复机构，包括基座、第一支撑杆、第二支撑杆、脚托盘和转动单元，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆均固定在所述基座上；所述基座上设置有第一电机；所述脚托盘的一端通过第一连接杆与设于所述第一支撑杆上的第二电机转动连接，另一端通过第二连接杆与所述转动单元转动连接，实现所述脚托盘的万向转动；所述转动单元包括第一支链和与所述第一支链转动连接的第二支链，所述第一支链的一端与设于所述第二支撑杆上的第三电机转动连接，所述第二支链的另一端与所述第一电机转动连接；所述第一支链和第二支链可带动所述脚托盘模拟人体踝关节的内翻、外翻、跖屈、背屈、内旋、外旋动作。

Description

一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构

技术领域

本发明涉及康复医疗机构领域，尤其是一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构。

背景技术

传统的康复训练一般是由多名专业的的医务人员协助患者完成腿部及躯干的练习，使得医护人员不仅劳动强度大，而且很难保证稳定持续性运动训练。目前，针对踝关节的康复设计出各种康复训练机构，使患者通过机构实现对踝关节的运动训练，但是机构自由度冗杂，不能够很好的进行康复训练，还可能会造成踝关节的二次损伤。

因此，本发明提供一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构，结构简单，不仅能够有效的对患者的踝关节进行康复训练，而且具有较高的机构的运动精度和控制实时性。

发明内容

本发明提供一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构，旨在有效的对患者踝关节进行辅助康复训练。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构，包括基座、第一支撑杆、第二支撑杆、脚托盘和转动单元，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆均固定在所述基座上；

定义所述基座上的任意一侧边为第一侧边，所述第一支撑杆靠近所述第一侧边的中部设置；所述基座上设置有第一电机，所述第一电机与所述第一支撑杆在所述基座上的连线垂直于所述第一侧边；所述第二支撑杆与所述第一电机在所述基座上的的连线平行于所述第一侧边；

所述脚托盘的一端通过第一连接杆与设于所述第一支撑杆上的第二电机转动连接，另一端通过第二连接杆与所述转动单元转动连接，实现所述脚托盘的万向转动；

所述转动单元包括第一支链和与所述第一支链转动连接的第二支链，所述第一支链的一端与设于所述第二支撑杆上的第三电机转动连接，所述第二支链的另一端与所述第一电机转动连接；所述第一支链和第二支链可带动所述脚托盘模拟人体踝关节的内翻、外翻、跖屈、背屈、内旋、外旋动作。

作为进一步改进，所述第一支链包括第一转杆、第二转杆、连接件和伸缩组件，所述第二支撑杆、所述第一转杆、连接件和所述第二转杆依序转动连接形成平行四边形副；所述伸缩组件包括伸缩杆和滑动杆，所述滑动杆套设在所述伸缩杆上，所述伸缩杆的一端与所述连接件固定连接。

作为进一步改进，所述脚托盘靠近所述第一支撑杆设有第一侧壁，所述第一侧壁靠近所述第一支撑杆的一面固定设置有等速万向节，所述第一连接杆的一端与所述等速万向节配合连接，实现所述脚托盘的万向转动：所述滑动杆远离所述伸缩杆的一端固定连接有第一空心球，所述脚托盘远离所述第一支撑杆的一侧设有第二侧壁，所述第二侧壁与所述第二连接杆的一端固定连接，所述第二连接杆的另一端为球形套设在所述第一空心球内，实现所述脚托盘的万向转动。

作为进一步改进，定义所述第一连接杆和所述第二连接杆距离所述脚托盘底部的高度为h，所述第一侧壁距离所述脚托盘底部的高度为L₁,所述第二侧壁距离所述脚托盘底部的高度为L₂，其中，h<L₂<L₁，并且L₂>h>1/2L₁。

作为进一步改进，定义所述第一电机到所述第二支撑杆的距离为d，所述脚托盘转动时偏离初始位置的平转角度为α，所述第一支撑杆到所述第一空心球的距离为x，其中，d＝x sinα。

作为进一步改进，α的范围为30°～40°。

作为进一步改进，所述第二支链包括第三转杆和第四转杆，所述第三转杆和所述第四转杆为“L”型，初始位置时，所述第三转杆与所述第一支链围成的平面与所述基座平行，所述第四转杆与所述第二支撑杆所围成的平面与所述基座垂直。

作为进一步改进，所述第一电机到所述第一支撑杆的距离与所述第一连接杆的长度相等。

作为进一步改进，所述脚托盘转动时偏离初始位置的平转角度与所述第一支链和所述第二支链的偏离初始位置的角度相同。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

本发明一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构，所述脚托盘的一端通过第一连接杆与设于所述第一支撑杆上的第二电机转动连接，另一端通过第二连接杆与所述转动单元转动连接，实现所述脚托盘的万向转动；所述转动单元包括第一支链和与所述第一支链转动连接的第二支链，所述第一支链的一端与设于所述第二支撑杆上的第三电机转动连接，所述第二支链的另一端与所述第一电机转动连接；当患者进行踝关节复合运动的时候，同时驱动第一电机、第二电机和第三电机，在三个电机的配合下，所述脚托盘、所述第一支链以及所述第二支链转动，并带动相应的连接件运动，所述脚托盘以所述第一连接杆的长度方向为轴线绕其转动，实现模拟人体踝关节的内翻和外翻，而所述第一支链带动所述脚托盘模拟人体踝关节的跖屈和背屈，所述第二支链带动所述脚托盘模拟人体踝关节的内旋和外旋。通过设置三个转动自由度，与人体踝关节的运动一致，并且机构采用具有运动解耦功能的并联机构，因此控制实时性好，精度高；其中，所述脚托盘的转动中心靠近人体脚踝，在康复训练过程中的伴随移动幅度小，提高训练的舒适性有效地对患者的踝关节进行康复训练。

附图说明

附图1是本发明一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构的结构示意图；

附图2是本发明一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构的的局部放大图；

附图3是本发明一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构的附图2的透视图。

主要元件符号

基座 1

第一支撑杆 2

第二支撑杆 3

脚托盘 4

转动单元 5

第一连接杆 6

第二连接杆 7

第一侧边 11

第一电机 12

第二电机 21

第三电机 31

第一侧壁 41

第二侧壁 42

等速万向节 411

第一支链 51

第二支链 52

第一转杆 511

第二转杆 512

连接件 513

伸缩组件 514

伸缩杆 514A

滑动杆 514B

第一空心球 514C

第三转杆 521

第四转杆 522

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1-3与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图1-3，一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构，包括基座1、第一支撑杆2、第二支撑杆3、脚托盘4和转动单元5，所述第一支撑杆2和所述第二支撑杆3均固定在所述基座1上；

定义所述基座1上的任意一侧边为第一侧边11，所述第一支撑杆2靠近所述第一侧边11的中部设置；所述基座1上设置有第一电机12，所述第一电机12与所述第一支撑杆2的在所述基座1上的连线垂直于所述第一侧边11；所述第二支撑杆3与所述第一电机12在所述基座1上的连线平行于所述第一侧边11；

所述脚托盘4的一端通过第一连接杆6与设于所述第一支撑杆2上的第二电机21转动连接，另一端通过第二连接杆7与所述转动单元5转动连接，实现所述脚托盘4的万向转动；

所述转动单元5包括第一支链51和与所述第一支链51转动连接的第二支链52，所述第一支链51的一端与设于所述第二支撑杆3上的第三电机31转动连接，所述第二支链52的另一端与所述第一电机12转动连接；所述第一支链51和第二支链52可带动所述脚托盘4模拟人体踝关节的内翻、外翻、跖屈、背屈、内旋、外旋动作。

当患者把脚放在所述脚托盘4上进行复合运动时，调整第一电机12、第二电机21和第三电机31的运动角度与速度，同时驱动第一电机12、第二电机21和第三电机31，在三个电机的配合下，所述脚托盘4、所述第一支链51以及所述第二支链52转动，并带动相应的连接件运动，所述脚托盘4以所述第一连接杆6的长度方向为轴线绕其转动，实现模拟人体踝关节的内翻和外翻，而所述第一支链51带动所述脚托盘4模拟人体踝关节的跖屈和背屈，所述第二支链52带动所述脚托盘4模拟人体踝关节的内旋和外旋，有效地对患者的踝关节进行康复训练。

所述第一支链51包括第一转杆511、第二转杆512、连接件513和伸缩组件514，所述第二支撑杆3、所述第一转杆511、连接件513和所述第二转杆512依序转动连接形成平行四边形副；所述伸缩组件514包括伸缩杆514A和滑动杆514B，所述滑动杆514B套设在所述伸缩杆514A上，所述伸缩杆514A的一端与所述连接件513固定连接。在所述第二电机21的驱动下，所述第一转杆511和所述第二转杆512实现竖直方向上的上下转动，并带动所述连接件513和所述伸缩组件514上下转动，从而实现所述脚托盘4模拟人体踝关节的跖屈和背屈。

所述脚托盘4靠近所述第一支撑杆2设有第一侧壁41，所述第一侧壁41靠近所述第一支撑杆2的一面固定设置有等速万向节411，所述第一连接杆6的一端与所述等速万向节411配合连接，实现所述脚托盘4的万向转动：所述滑动杆514B远离所述伸缩杆514A的一端固定连接有第一空心球514C，所述脚托盘4远离所述第一支撑杆2的一侧设有第二侧壁42，所述第二侧壁42与所述第二连接杆7的一端固定连接，所述第二连接杆7的另一端为球形套设在所述第一空心球514C内，实现所述脚托盘4的万向转动。

等速万向节是将轴间有夹角或相互位置有变化的两轴连接起来，并使两轴以相同的角速度传递动力的装置，它可以克服普通十字轴式万向节存在的不等速性问题，本发明采用的是球笼式万向节，通过所述第一连接杆6的一端与所述等速万向节411配合连接，实现所述脚托盘4的万向转动。

当单独启动所述第二电机21时，所述脚托盘4以所述第一连接杆6的长度方向为轴线绕其转动，从而模拟人体踝关节的内翻/外翻，第一支链51和第二支链52则静止不动；当单独启动第三电机31时，所述第二支链52绕其转轴沿竖直方向转动，带动所述脚托盘4上下转动，同时，在所述伸缩组件514的作用下，实现所述脚托盘4模拟人体踝关节的跖屈和背屈；当单独启动第一电机12时，所述第三支链52带动所述脚托盘4模拟人体踝关节的内旋/外旋。在模拟人体脚踝内翻、外翻、跖屈、背屈、内旋、外旋运动时，所述脚托盘4的一个运动输出仅与一个电机的输入相关，能够有效地对踝关节进行康复训练。

定义所述第一连接杆6和所述第二连接杆7距离所述脚托盘4底部的高度为h，所述第一侧壁41距离所述脚托盘4底部的高度为L₁，所述第二侧壁42距离所述脚托盘4底部的高度为L₂，其中，h<L₂<L₁。沿所述脚托盘4的边缘围起侧壁，其中所述脚托盘4靠近所述第一支撑杆2设有第一侧壁41，所述脚托盘4远离所述第一支撑杆2的一侧设有第二侧壁42，并且所述第一侧壁41距离所述脚托盘4底部的高度大于所述第二侧壁42距离所述脚托盘4底部的高度，这是根据人体脚部的形状设计的，后脚跟较高可以护着脚腕，相对舒适。优选的，L₂>h>1/2L₁，防止由于所述脚托盘3上部的重量较大而导致侧翻，不易于患者放置脚。

定义所述第一电机12到所述第二支撑杆2的距离为d，所述脚托盘4转动时偏离初始位置的平转角度为α，所述第一支撑杆2到所述第一空心球514C的距离为x，其中，d＝xsinα，为使得所述脚托盘4转动不碰到右边由所述第二支撑杆2、所述第一转杆511、连接件513和所述第二转杆512依序转动连接形成的平行四边形副，根据所述脚托盘4转动时偏离初始位置的平转角度以及所述第一支撑杆2到所述第一空心球514C的距离来确定所述第一电机12到所述第二支撑杆3的距离，其中，α的范围为30°～40°。

所述第二支链52包括第三转杆521和第四转杆522，所述第三转杆521和所述第四转杆522为“L”型，初始位置时，所述第三转杆521与所述第一支链51围成的平面与所述基座1平行，所述第四转杆522与所述第二支撑杆3所围成的平面与所述基座1垂直，保证所述第三转杆521与所述第四转杆522这两个转动副互相垂直配合，实现所述脚托盘4模拟人体踝关节的内旋/外旋的动作，帮助患者康复训练踝关节。

所述第一电机12到所述第一支撑杆2的距离与所述第一连接杆6的长度相等，保证所述第三支链52与所述脚托盘4的转动中心一致。

所述脚托盘4转动时偏离初始位置的平转角度与所述第一支链51和所述第二支链52的偏离初始位置的角度相同，当患者进行复合运动时，由于机构具有运动解耦功能，当同时驱动三个电机使机构运动时，由于所述脚托盘4转动时偏离初始位置的平转角度与所述第一支链51和所述第二支链52的偏离初始位置的角度相同，所以不会出现驱动冲突现象，实现了对患者关节运动范围的准确控制。

本发明的踝关节康复机构具有三个转动自由度，与人体的踝关节的运动一致，并且采用具有运动解耦功能的并联机构，因此控制实时性好，精度高。其中，所述脚托盘4的转动中心靠近人体脚踝，在康复训练过程中的伴随移动幅度小，提高训练的舒适性；动力源部分采用电机驱动，控制简单可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于RRR-PaRPS-RHJ的踝关节康复机构，其特征在于：包括基座、第一支撑杆、第二支撑杆、脚托盘和转动单元，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆均固定在所述基座上；

定义所述基座上的任意一侧边为第一侧边，所述第一支撑杆靠近所述第一侧边的中部设置；所述基座上设置有第一电机，所述第一电机与所述第一支撑杆在所述基座上的连线垂直于所述第一侧边；所述第二支撑杆与所述第一电机在所述基座上的的连线平行于所述第一侧边；

所述脚托盘的一端通过第一连接杆与设于所述第一支撑杆上的第二电机转动连接，另一端通过第二连接杆与所述转动单元转动连接，实现所述脚托盘的万向转动；

所述转动单元包括第一支链和与所述第一支链转动连接的第二支链，所述第一支链的一端与设于所述第二支撑杆上的第三电机转动连接，所述第二支链的另一端与所述第一电机转动连接；所述第一支链和第二支链可带动所述脚托盘模拟人体踝关节的内翻、外翻、跖屈、背屈、内旋、外旋动作。

2.根据权利要求1所述的踝关节康复机构，其特征在于：所述第一支链包括第一转杆、第二转杆、连接件和伸缩组件，所述第二支撑杆、所述第一转杆、连接件和所述第二转杆依序转动连接形成平行四边形副；所述伸缩组件包括伸缩杆和滑动杆，所述滑动杆套设在所述伸缩杆上，所述伸缩杆的一端与所述连接件固定连接。

3.根据权利要求1所述的踝关节康复机构，其特征在于：所述脚托盘靠近所述第一支撑杆设有第一侧壁，所述第一侧壁靠近所述第一支撑杆的一面固定设置有等速万向节，所述第一连接杆的一端与所述等速万向节配合连接，实现所述脚托盘的万向转动：所述滑动杆远离所述伸缩杆的一端固定连接有第一空心球，所述脚托盘远离所述第一支撑杆的一侧设有第二侧壁，所述第二侧壁与所述第二连接杆的一端固定连接，所述第二连接杆的另一端为球形套设在所述第一空心球内，实现所述脚托盘的万向转动。

4.根据权利要求3所述的踝关节康复机构，其特征在于：定义所述第一连接杆和所述第二连接杆距离所述脚托盘底部的高度为h，所述第一侧壁距离所述脚托盘底部的高度为L₁,所述第二侧壁距离所述脚托盘底部的高度为L₂，其中，h<L₂<L₁，并且L₂>h>1/2L₁。

5.根据权利要求3所述的踝关节康复机构，其特征在于：定义所述第一电机到所述第二支撑杆的距离为d，所述脚托盘转动时偏离初始位置的平转角度为α，所述第一支撑杆到所述第一空心球的距离为x，其中，d＝xsinα。

6.根据权利要求5所述的踝关节康复机构，其特征在于：α的范围为30°～40°。

7.根据权利要求1所述的踝关节康复机构，其特征在于：所述第二支链包括第三转杆和第四转杆，所述第三转杆和所述第四转杆为“L”型，初始位置时，所述第三转杆与所述第一支链围成的平面与所述基座平行，所述第四转杆与所述第二支撑杆所围成的平面与所述基座垂直。

8.根据权利要求1所述的踝关节康复机构，其特征在于：所述第一电机到所述第一支撑杆的距离与所述第一连接杆的长度相等。

9.根据权利要求1所述的踝关节康复机构，其特征在于：所述脚托盘转动时偏离初始位置的平转角度与所述第一支链和所述第二支链的偏离初始位置的角度相同。