CN107803820B - 一种三自由度并联机构踝关节康复装置 - Google Patents

Abstract

一种三自由度并联机构踝关节康复装置，属于康复工程技术领域。该装置包括踏板、L形连接板、U形连接板、支杆、滑块、导轨、支架、支架座、底板以及三个支链。踏板和L形连接板之间、L形连接板和U形连接板之间以及U形连接板和支架之间形成分别形成旋转副。所述第一支链和第二支链均通过球铰与踏板连接，通过虎克铰与底板连接；所述第三支链通过旋转副与U形连接板连接，通过另一旋转副与底板连接。第一支链、第二支链、第三支链构成空间并联机构，具有三个转动自由度。本发明刚度好，承载能力强，可实现高度角度的调节，符合人体结构，且能满足踝关节的运动需求，对踝关节的康复起到重要作用。

Description

一种三自由度并联机构踝关节康复装置

技术领域

本发明涉及康复工程领域，具体是一种三自由度并联机构踝关节康复装置。

背景技术

踝关节是人体主要的承重结构和运动关节之一，在生活中承受着很大的负荷和运动需求，因此踝关节很容易受伤，每年有许多人因为运动损伤、中风、踝关节疾病等原因导致踝关节受损，失去正常运动能力。医学研究表明，科学有效的康复训练可以防止关节粘连，维持关节灵活度，加快关节的康复，对于病人的运动机能恢复起到了十分重要的作用。

现有的踝关节康复训练方法主要是专业护理人员帮助病人人工模拟踝关节的运动，这种方法对护理人员的要求较高，且劳动强度较大，所以康复训练的费用高，效率不高，治疗效果参差不齐，主观性大，不能精确控制脚踝康复训练的参数，不利于治理方案的改进。为解决这个问题，需要研制一些能够代替人工康复护理人员的自动化踝关节康复装置。

目前，市场上已经存在一些种类的踝关节康复装置，但一些现有踝关节康复装置大多数只有1-2个自由度，自由度不足，训练模式单一，运动功能不符合人体结构需求。

发明内容

本发明的目的是，提供一种新型有效的三自由度踝关节康复训练设备，满足踝关节的三自由度的运动需求，克服现有设备的缺点，以帮助病人进行踝关节的康复训练。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三自由度并联机构踝关节康复装置，包括踏板、连接板、支杆、滑块、导轨、支架、支架座、底板、支链；其特征在于：所述连接板包括L形连接板与U形连接板；所述踏板通过踏板转轴与L形连接板相连,形成旋转副；L形连接板通过连接板转轴与U形连接板相连，形成旋转副；U形连接板与支架相连，形成旋转副；所述支链包括第一支链、第二支链、第三支链；所述第一支链和第二支链结构相同，均包括：球铰、电动推杆和虎克铰，第一支链和第二支链一端通过虎克铰连接底板构成两个旋转副，另一端通过球铰和踏板连接板连接踏板构成球副，电动推杆是一个移动副；所述第三支链包括：上铰链、电动推杆和下铰链，其一端由下铰链连接底板构成旋转副，另一端由上铰链连接U形连接板构成旋转副，电动推杆是一个移动副；支架通过旋转副与支架座和支杆相连；支杆通过旋转副与滑块相连；滑块通过定位销固定在导轨的特定位置上。

所述虎克铰的两个旋转副轴线互相垂直，所述球铰的球副为三个轴线两两垂直的旋转副。

所述踏板与L形连接板之间形成的旋转副、L形连接板与U形连接板之间形成的旋转副以及U形连接板与支架之间形成的旋转副，这三个旋转副轴线相交于同一点。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：采用并联机构，刚度高，承载能力强，响应快，尤其是第三支链直接连接在L形连接板上，降低了支链复杂度，控制精度高。本发明具有三个旋转自由度，且三个旋转轴相交于踝关节，符合人体结构，能够较好地实现踝关节的背伸/跖屈、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动，可广泛应用于医院、家庭、康复机构，对病人的踝关节康复起到了重要作用。

附图说明

图1为本发明实施的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的并联机构的结构示意图。

图3为图1的侧视图。

图中：1-踏板、2-U形连接板、21-踏板转轴、23-连接板转轴、3-L形连接板、4-支杆、5-滑块、6-导轨、7-支架、8-支架座、9-底板、101-第一支链、102-第二支链、103-第三支链、11-球铰、12-电动推杆、13-虎克铰、14-踏板连接板、31-上铰链、32-电动推杆、33-下铰链

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明结合附图及实施例详细说明如下：

在本发明如图1所示的实施例中，本发明所述的一种三自由度并联机构踝关节康复装置，包括踏板1、连接板、支杆4、滑块5、导轨6、支架7、支架座8、底板9、支链。

踏板1、连接板、支架7构成了康复装置中踏板的自由度约束机构。所述连接板包括L形连接板2与U形连接板3；踏板1通过踏板转轴21与L形连接板2相连,形成旋转副；L形连接板2通过连接板转轴23与U形连接板3相连，形成旋转副；U形连接板3与支架7相连，形成旋转副。所述支架7和U形连接板3之间的旋转副、L形连接板2和U形连接板3之间的旋转副、踏板1和L形连接板2之间的旋转副确定踏板1的三个旋转自由度，等效于踝关节的背伸/跖屈、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动。为了符合人体结构，这三个旋转副轴线可以相交于同一点。

支杆4、滑块5、导轨6、支架7、支架座8构成康复装置的角度、高度调节机构。支架7通过旋转副与支架座8和支杆4相连；支杆4通过旋转副与滑块5相连；滑块5通过定位销固定在导轨6的上。在使用之前，通过调节滑块5在导轨6上的位置，从而调节支架7的角度和踏板1的高度，以适应不同病人的需求，在使用的过程中，滑块5固定在导轨6上，使支架7和支杆4形成稳定的支架。

如图2所示，支链是康复装置的驱动机构。所述支链包括第一支链101、第二支链102和第三支链103。所述第一支链101和第二支链102结构相同，支链形式均为UPS，均包括：球铰11、电动推杆12和虎克铰13，第一支链101和第二支链102一端通过虎克铰13连接底板9构成两个旋转副，另一端通过球铰11和踏板连接板14连接踏板1构成球副，电动推杆12是一个移动副；所述第三支链103的支链形式为RPR，包括：上铰链31、电动推杆32和下铰链33，其一端由下铰链33连接底板9构成旋转副，另一端由上铰链31连接U形连接板3构成旋转副，电动推杆32是一个移动副。所述虎克铰的两个旋转副轴线互相垂直，所述球铰的球副为三个轴线两两垂直的旋转副。

在本例中，三条支链的下端都与底板9固连，其中第一支链101和第二支链102的上端均与踏板1直接相连，第三支链103的上端通过L形连接板2、U形连接板3与踏板1相连。于是，所述三条支链构成空间并联机构。

本例实施工作时，病人坐在固定的椅子上，将足部放在踏板1上，并用踏板1上的松紧带固定好。康复装置通过三条支链上的三个电动推杆，驱动踏板在空间内进行三自由度的旋转运动，实现对踏板1姿态的三自由度控制，从而实现对病人足部踝关节的角度控制，以满足康复训练的需求。

本发明以一种三自由度并联机构踝关节康复装置为例进行了说明，但是可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种三自由度并联机构踝关节康复装置，包括踏板(1)、连接板、支杆(4)、滑块(5)、导轨(6)、支架(7)、支架座(8)、底板(9)和支链；其特征在于：所述连接板包括L形连接板(2)与U形连接板(3)，踏板(1)通过踏板转轴(21)与L形连接板(2)相连,形成旋转副；L形连接板(2)通过连接板转轴(23)与U形连接板(3)相连，形成旋转副；U形连接板(3)与支架(7)相连，形成旋转副；所述支链包括第一支链(101)、第二支链(102)和第三支链(103)；所述第一支链(101)和第二支链(102)结构相同，均包括球铰(11)、电动推杆(12)和虎克铰(13)，第一支链(101)和第二支链(102)一端通过虎克铰(13)连接底板(9)构成两个旋转副，另一端通过球铰(11)和踏板连接板(14)与踏板(1)连接，构成球副；电动推杆(12)是一个移动副；所述第三支链(103)包括上铰链(31)、电动推杆(32)和下铰链(33)，其一端由下铰链(33)连接底板(9)构成旋转副，另一端由上铰链(31)连接U形连接板(3)构成旋转副，电动推杆(32)是一个移动副；支架(7)通过旋转副与支架座(8)和支杆(4)相连；支杆(4)通过旋转副与滑块(5)相连；滑块(5)通过定位销固定在导轨(6)的上；

所述踏板(1)与L形连接板(2)之间形成的旋转副、L形连接板(2)与U形连接板之间形成的旋转副以及U形连接板(3)与支架(7)之间形成的旋转副，这三个旋转副轴线相交于同一点。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度并联机构踝关节康复装置，其特征在于，所述虎克铰(13)的两个旋转副轴线互相垂直，所述球铰(11)的球副为三个轴线两两垂直的旋转副。

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