CN108245372A - 气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，包括支撑模块、主运动模块、动力传输模块和传感模块，动力传输模块的气动肌肉组件连接通过滑轮机构的柔索驱动主运动模块，主运动模块包括固定于底座上的一轴支撑以及一轴、二轴、三轴、脚踏板、动平台，支撑模块包括底座及固定于底座上的肌肉支架与腿托撑杆。本发明采用气动人工肌肉替代传统刚性电机驱动器，再配合柔索与滑轮机构改变气动肌肉单一驱动方向，为机器人辅助患者脚踝康复训练提供多自由度辅助动力，提高训练的安全性与柔顺性；通过内置多种机构调节装置提高机构的灵活度以适应不同患者需求，有效提高机器人辅助患者脚踝康复训练效果。

Description

气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地指一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人。
背景技术
截至2015年底，中国60岁以上老年人口已达2.22亿，脑卒中成为60岁以上老年人的第二大致残原因。脑卒中患者绝大多数伴随踝关节功能障碍，由于运动神经受损、下肢力量衰退与运动控制失常，导致患者难以保持正常步态。因此，提高患者踝关节运动能力、纠正步态，成为脑卒中患者康复急需解决的问题。研究表明，积极康复治疗可使90％脑卒中患者重新获得行走和生活自理能力，然而由于缺乏康复治疗，我国脑卒中患者残疾率高达75％。老龄化趋势与肢体残疾庞大基数，使得我国临床康复从业人员与康复设备的需求巨大，现有的人工康复方式和康复设备已远远不能满足市场需求，采用机器人进行康复辅助训练成为必然。设计一种脚踝康复机器人能满足人体脚踝日常运动的基本方式，包括背屈/跖屈、内翻/外翻和内收/外展运动，对于患者脚踝康复训练具有重要作用。
现有康复医疗器械多采用电机驱动器等刚性驱动方式。Girone M等设计了Rutgers机器人，它是一种双作用气缸驱动的六自由度Stewart机器人，通过对人的脚踝施加阻力来达到康复训练的效果，该机器人承载能力强，但自由度过多，超过了脚踝康复对自由度的要求，采用六个气缸驱动，结构复杂。此外，刚性电机驱动导致康复训练过程中的柔顺性和安全性不够，容易出现由于施力或训练角度过大对患者受伤肢体造成二次伤害。气动肌肉因其运动方式和物理特性与生物肌肉相似，并且具有内在柔顺性强、输出力-自重比大、结构简单轻便、适于穿戴等特点，成为机器人领域的新型驱动器。新西兰奥克兰大学Zhang,武汉理工大学Meng等提出一种三自由度气动肌肉驱动并联机构脚踝康复机器人，但是其工作空间与辅助输出没有完全覆盖人体脚踝康复训练需求范围。美国哈佛大学Park等设计了一种新型柔性踝关节康复机器人，采用气动肌肉模拟人体踝关节肌肉-肌腱-韧带模型，通过患者肌电信号控制气动肌肉施力完成背屈/跖屈和内翻/外翻动作，但无法帮助在训练初期自主运动能力较差的患者进行被动训练。美国密歇根大学Sawicki等采用多根气动肌肉分别为脚踝康复机器人提供背屈和跖屈力矩，仅能帮助患者完成单一自由度运动。国内目前对脚踝康复机器人的研究的机构还比较少。专利CN201510404891.1和CN201511007657.1均设计了刚性电机驱动的脚踝康复机器人，能满足基本的人体脚踝康复需求，但是机构固定装置太过简单，没有考虑腿部其它关节运动对脚踝康复训练的影响。专利CN201510472613.X提出了一种气动肌肉并联驱动的脚踝康复机器人，采用四根并联的驱动器直接拉动下平台，该装置在内翻/外翻动作上的旋转性能明显不足，无法完全覆盖脚踝训练运动范围与辅助力输出需求。
综上所述，现有脚踝康复机器人多采用刚性电机驱动，但是刚性驱动柔顺性不够易导致对患者的二次伤害。少有的柔性驱动机器人在机构设计方面多只实现了基本运动功能，没有全面考虑患者的个性化需求及装备实用性。气动肌肉作为一种拟合人体肌肉工作特性的新型驱动器，具有很好的柔顺性、安全性与可穿戴性，其力矩输出与运动范围均能满足人体正常运动所需，适用于康复机器人领域。而且，脚踝康复机器人仍然存在机构笨重复杂、运动范围不够、辅助输出不足、功能不完善等问题，难以同时实现患者康复初期的被动训练以及在康复后期的主动训练；此外机构可调节的灵活度不够，无法适应不同生理条件患者的康复需求。此外，由于气动肌肉仅能在其伸缩轴向上提供拉力，限制了机器人运动范围并提高了机构复杂性，需要结合其他牵引装置改变驱动方向提升机构运动性能。因此，提出一种新的能完全满足人体踝关节运动辅助需求并且能适应患者个体差异性的脚踝康复机器人是十分必要的。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，采用气动肌肉驱动，结合柔索与滑轮机构改变气动肌肉辅助输出方向，可有效扩展机器人的运动范围，在保证辅助输出的同时提高机构的安全性与柔顺性，通过内置多种调节装置提高机构的灵活度，以适应不同患者使用，配置多种传感器件感知和监测患者与机器人的运动状态，从而实时优化机器人控制策略，提高机器人辅助患者脚踝康复训练效果。
为达到上述目的，本发明提及的一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特殊之处在于，包括支撑模块、主运动模块、动力传输模块和传感模块；
所述支撑模块包括底座、垂直设置于底座两侧的肌肉支架以及垂直设置于底座后部的腿托撑杆，所述腿托撑杆在垂直方向上设置有大腿托板，在水平方向上设置有小腿托板；
所述主运动模块包括垂直设置于底座中部的一对支撑杆，所述支撑杆的顶端与矩形框架结构的一轴通过转轴连接，所述一轴的前端和后端中部通过转轴与曲柄轴连接，形成二轴，所述二轴中部通过转轴与三轴连接，所述三轴与设置于上方的动平台焊接，所述动平台的上方设置有脚踏板；
所述动力传输模块包括五根气动肌肉组件，其中两根气动肌肉组件与动平台左前部连接，两根气动肌肉组件与动平台右前部连接，一根气动肌肉组件与动平台后部连接，五根气动肌肉组件控制动平台沿一轴、二轴、三轴旋转运动；
所述传感模块包括分别设置于一轴、二轴、三轴转轴处的角度传感器和设置于脚踏板与动平台之间的力矩传感器。
进一步地，所述腿托撑杆的上端通过伸缩杆与大腿托板连接，所述伸缩杆的一侧设置有导轨，另一侧设置有定位通孔，所述伸缩杆通过穿过定位通孔的定位销钉、顶丝、弹簧座、导轨螺栓固定在腿托撑杆上。伸缩杆通过定位销钉和导轨螺栓固定在腿托撑杆上，定位销钉用于定位调整高度，弹簧座中装有复位弹簧，导轨螺栓用于限制伸缩杆从腿托撑杆中拔出的范围，通过向外拉动左侧的定位销钉适当调整伸缩杆至合适高度后，微调伸缩杆使腿托撑杆上销钉孔与伸缩杆上的定位孔对齐，定位销钉在复位弹簧的作用下插入定位孔，调节伸缩杆长度满足不同腿长患者的使用需求。
更进一步地，所述支撑杆与一轴之间的转轴、一轴的前端和后端中部与曲柄轴之间的转轴均通过深沟球轴承实现，所述二轴中部与三轴之间的转轴通过推力球轴承实现。一轴支撑用螺栓固定在底座上，一轴支撑通过转轴和深沟球轴承与一轴连接，保证良好的转动能力，一轴通过转轴和深沟球轴承与二轴曲轴连接，二轴曲轴由前后两段构成并用螺栓连接组合在一起以便于安装，二轴曲轴通过三轴和推力球轴承于动平台连接，三轴通过焊接固定在动平台上，所述六维力/力矩传感器上下两个部位各有安装螺纹孔，上部通过螺栓与脚踏板连接，下部通过螺栓与动平台连接，用于监测人体脚踝与机器人在各个方向上的交互力。
更进一步地，所述气动肌肉组件包括对称设置于动平台前部的左前气动组件、右前气动组件，设置于动平台中部的左中气动组件、右中气动组件和设置于动平台后部的后气动组件，所述左前气动组件、右前气动组件的上端分别设置有左前摆动滑轮、右前摆动滑轮，所述左前气动组件、右前气动组件分别连接柔索通过左前摆动滑轮、右前摆动滑轮与动平台前部的左侧、右侧连接，所述左中气动组件、右中气动组件的下端分别设置有左中摆动滑轮、右中摆动滑轮，所述左中摆动滑轮、右中摆动滑轮分别连接柔索通过左中摆动滑轮、右中摆动滑轮与动平台前部的左侧、右侧连接，所述后气动组件的上端设置有两个定滑轮和一个后摆动滑轮，所述后气动组件连接柔索通过两个定滑轮和后摆动滑轮与动平台的后部连接。所述气动肌肉组件与动平台直接相连的滑轮均采用可摆动滑轮机构，减小柔索与滑轮导轨间的摩擦，防止动平台转动时柔索从滑轮导轨内脱落。
更进一步地，所述脚踏板的前部开有弧形槽，所述弧形槽的上方设置有尼龙绑带，所述小腿托板下部设置有尼龙绑带。脚踏板上设置无弹性绑带帮助患者将脚部固定在脚踏板上，可随不同脚型灵活调整绑带安装位置。小腿托板下部内设可调节尼龙绑带，用于固定人体小腿部分，防止小腿部分在脚踝康复训练过程中的随意运动影响脚踝康复效果。
更进一步地，所述角度传感器包括磁铁安装座、磁铁、装衬套、芯片和外壳。外壳通过螺栓安装在各轴安装面上，工作过程中的角度传感器的磁铁随转轴一起转动，位于磁铁正下方的芯片处于固定位置。通过监测磁铁与芯片相对角度的变化来确定转轴转过的角度。
更进一步地，所述左前气动组件、右前气动组件和后气动组件安装于底座上，所述左中气动组件、右中气动组件安装于肌肉支架上。
更进一步地，所述左前摆动滑轮、右前摆动滑轮安装于肌肉支架上，所述左中摆动滑轮安装于左滑轮支架、右中摆动滑轮安装于右滑轮支架上，所述后摆动滑轮安装于腿托撑杆上，所述两个定滑轮安装于后滑轮支架上，所述左滑轮支架、右滑轮支架安装于底座上，所述后滑轮支架安装于肌肉支架上。
更进一步地，所述脚踏板上设置有由生物相容性材质制成的脚部垫板。
更进一步地，所述力矩传感器设置于脚踏板后部的脚跟下方对应处。
本发明通过气动肌肉与柔索驱动三自由度脚踝康复机器人，配合三个不同转向的曲轴直接或间接相连的动平台，能在三维立体空间内进行旋转运动，气动肌肉连接柔索改变气动肌肉辅助输出方向，经过可摆动滑轮固定在动平台上，通过控制各气动肌肉内部气压使得气动肌肉实现不同程度的收缩，驱动动平台进行三自由度运动，为了使机器人适用于左/右脚踝关节康复训练，本发明采用脚板左右侧对称机构设计，能实现内收/外展35°，内翻/外翻30°，跖屈40°，背伸25°，可完全覆盖人体脚踝运动范围与康复训练需求；六轴力/力矩传感器与各旋转轴上的角度传感器可以实时监测人体脚踝与机器人的交互力以及运动范围，可感知人体脚踝运动能力与运动意图，通过上位机控制气动肌肉充/放气实时调整机器人辅助输出，能实现更加安全、柔顺、高效的脚踝主动康复。本发明具有机构简单轻便、装置灵活度高、安全性强、柔顺性好、运动范围全覆盖、绿色节能等特点，可用于人体脚踝康复初期的被动训练与康复后期的主动训练。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的支撑模块结构示意图。
图3为图2中的伸缩杆调节装置结构示意图。
图4为本发明的脚部绑带装置结构示意图。
图5为本发明的主运动模块结构示意图。
图6为图5中的一轴、二轴结构示意图。
图7为图5中的三轴结构示意图。
图8为角度传感器安装结构示意图。
图9为本发明的动力传输模块结构示意图。
图中：底座1，左前摆动滑轮2a、右前摆动滑轮2b、左中摆动滑轮2c、右中摆动滑轮2d，后摆动滑轮2e，左前气动组件3a、右前气动组件3b，左中气动组件3c、右中气动组件3d，后气动组件3e，，腿托撑杆4，小腿托板5，大腿托板6，肌肉支架7，柔索8，一轴9a，二轴9b，三轴9c，脚踏板10，弧形槽10a，伸缩杆11，导轨槽11a，定位孔11b，定位销钉12，顶丝12a，弹簧座12b，导轨螺栓12c，推力球轴承13，角度传感器14，磁铁安装座14a，磁铁14b，安装衬套14c，芯片14d，外壳14e，力矩传感器15，曲柄轴16，动平台17，脚部垫板18，绑带19，支撑杆20，深沟球轴承21，左滑轮支架22a，右滑轮支架22b，后滑轮支架22c，定滑轮23。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，包括支撑模块、主运动模块、动力传输模块和传感模块。
如图2所示，支撑模块包括底座1、垂直设置于底座1两侧的肌肉支架7以及垂直设置于底座1后部的腿托撑杆4，腿托撑杆4在垂直方向上设置有大腿托板6，在水平方向上设置有小腿托板5。腿托撑杆4的上端通过伸缩杆11与大腿托板6连接，伸缩杆11的一侧设置有导轨11a，另一侧设置有定位通孔11b，伸缩杆11通过穿过定位通孔11b的定位销钉12、顶丝12a、弹簧座12b、导轨螺栓12c固定在腿托撑杆4上。肌肉支架7和腿托撑杆4用螺栓固定在底座1上，大腿托板6和小腿托板5用螺栓固定在腿托撑杆4上，伸缩杆11通过定位销钉12、顶丝12a、弹簧座12b、导轨螺栓12c固定在腿托撑杆4上，定位销钉12用于定位调整高度，弹簧座12b中装有复位弹簧，导轨螺12c栓用于限制伸缩杆11从腿托撑杆4中拔出的范围。如图2、3所示，所述伸缩杆11内设导轨定位调节装置，伸缩杆11一侧开有导轨11a，另一侧开有多个定位孔11b，通过向外拉动左侧的定位销钉12适当调整伸缩杆11至合适高度后，微调伸缩杆11使腿托撑杆4上定位销钉孔与伸缩杆11上的定位孔112对齐，定位销钉12在复位弹簧的作用下插入定位孔11b，调节伸缩杆长度以满足不同腿长患者的使用需求。
主运动模块包括垂直设置于底座1中部的一对支撑杆20，支撑杆20的顶端与矩形框架结构的一轴9a通过深沟球轴承21连接，一轴9a的前端和后端中部通过深沟球轴承21与曲柄轴16连接，形成二轴9b，二轴9b中部通过推力球轴承13与三轴9c连接，三轴9c与设置于上方的动平台17焊接，动平台17的上方设置有脚踏板10。
如图4所示，由生物相容性材质制成的脚部垫板18胶固于脚踏板10上，脚踏板10固定在动平台17上，脚踏板10上开有弧形槽10a，内设无弹性绑带19并通过设置于脚踏板10两侧的安装孔安装固定，可帮助患者将脚部固定在踏板10上并随不同脚型灵活可调整绑带安装位置。
如图4所示，所述小腿托板5下部内设可调节尼龙
绑带19，用于固定人体小腿部分，防止小腿部分在脚踝康复训练过程中的随意运动影响脚踝康复效果。
如图5、6、7所示，所述支撑杆20用螺栓固定在底座1上，支撑杆20通过转轴和深沟球轴承21与一轴9a连接，保证良好的转动能力，二轴9b通过转轴和深沟球轴承21与曲柄轴16连接实现，曲柄轴16由前后两段构成并用螺栓连接组合在一起以便于安装，曲柄轴16通过三轴9c和推力球轴承13与动平台17连接，三轴9c通过焊接固定在动平台17上。
传感模块包括分别设置于一轴9a、二轴9b、三轴9c转轴处的角度传感器14和设置于脚踏板10与动平台17之间的力矩传感器15。如图5、8所示，一轴9a、二轴9b、三轴9c每个转动方向各安装一个角度传感器14用于监测各转轴的转动角度。角度传感器14包括磁铁安装座14a、磁铁14b、装衬套14c、芯片14d和外壳14e。每个角度传感器磁铁安装座14a上的外螺纹与各转轴上的螺纹孔连接，磁铁14b靠与磁铁安装座14a的吸力固定在磁铁安装座14a中，安装衬套14c、芯片14d、外壳14e通过螺栓安装在各轴安装面上，工作过程中的角度传感器的磁铁14b随转轴一起转动，位于磁铁14b正下方的芯片14d处于固定位置，通过监测磁铁14b与芯片14d相对角度的变化来确定转轴转过的角度。如图4所示，力矩传感器15设置于脚踏板10后部的脚跟下方对应处，六维力/力矩传感器15上下两个部位各有安装螺纹孔，上部通过螺栓与脚踏板10连接，下部通过螺栓与动平台17连接，用于监测人体脚踝与机器人在各个方向上的交互力。
动力传输模块包括五根气动肌肉组件，其中两根气动肌肉组件与动平台17左前部连接，两根气动肌肉组件与动平台17右前部连接，一根气动肌肉组件与动平台17后部连接，五根气动肌肉组件控制动平台17沿一轴9a、二轴9b、三轴9c旋转运动。
气动肌肉组件包括对称设置于动平台17前部的左前气动组件3a、右前气动组件3b，设置于动平台17中部的左中气动组件3c、右中气动组件3d和设置于动平台17后部的后气动组件3e，左前气动组件3a、右前气动组件3b的上端分别设置有左前摆动滑轮2a、右前摆动滑轮2b，左前气动组件3a、右前气动组件3b分别连接柔索8通过左前摆动滑轮2a、右前摆动滑轮2b与动平台17前部的左侧、右侧连接，左中气动组件3c、右中气动组件3d的下端分别设置有左中摆动滑轮2c、右中摆动滑轮2d，左中摆动滑轮2c、右中摆动滑轮2d分别连接柔索8通过左中摆动滑轮2c、右中摆动滑轮2d与动平台17前部的左侧、右侧连接，后气动组件3e的上端设置有两个定滑轮23和一个后摆动滑轮2e，后气动组件3e连接柔索8通过两个定滑轮23和后摆动滑轮2e与动平台17的后部连接。
左前摆动滑轮2a、右前摆动滑轮2b安装于肌肉支架7上，左中摆动滑轮2c安装于左滑轮支架22a、右中摆动滑轮2d安装于右滑轮支架22b上，后摆动滑轮2e安装于腿托撑杆4上，两个定滑轮23安装于后滑轮支架22c上，左滑轮支架22a、右滑轮支架22b安装于底座1上，后滑轮支架22c安装于肌肉支架7上。
如图9所示，气动肌肉组件连接柔索8通过滑轮机构转向后连接动平台实现多自由度辅助输出，其中气动肌肉组件3a/3b连接柔索8分别通过摆动滑轮2a/2b连接到动平台前端固定点，气动肌肉组件3a/3b充气收缩时带动动平台绕二轴9b转动，使踝关节做内翻外翻运动；气动肌肉组件3c/3d连接柔索8通过摆动滑轮2c/2d连接到动平台17前端固定点,气动肌肉组件3c/3d充气收缩时带动动平台绕三轴9c转动，使踝关节做内收外展运动；气动肌肉组件3e经由柔索8通过两个定滑轮23和后摆动滑轮2e连接到动平台17后端固定点，气动肌肉组件3e/3a/3b充气收缩时，带动动平台绕一轴9a转动，使踝关节做跖屈背伸运动。
如图9所示，气动肌肉组件3与动平台直接相连的滑轮均采用可摆动滑轮机构2，减小柔索8与滑轮导轨间的摩擦，防止动平台17转动时柔索8从滑轮导轨内脱落。
本发明采用拟合人体肌肉工作特性的气动人工肌肉替代传统刚性电机驱动器，再配合柔索与滑轮机构改变气动肌肉单一驱动方向，为机器人辅助患者脚踝康复训练提供多自由度辅助动力，减小机构体积与重量，提高训练的安全性与柔顺性；本机器人的三轴动平台主运动机构完全覆盖了人体脚踝正常运动范围，通过气动肌肉与柔索驱动动平台运动可辅助患者脚踝完成康复训练任务；另一方面，气动肌肉连接的柔索与动平台直接相连的滑轮均采用可摆动滑轮，有效减少柔索与滑轮导轨间的摩擦，防止动平台转动时柔索从滑轮导轨内脱落。本机器人腿托撑杆部分采用内设导轨定位调节装置的伸缩杆，确保机构能满足不同身长患者的康复需求，为了避免腿部其它关节在训练时的随意运动对踝关节康复效果的负面影响，本发明在小腿托板与脚踏板上设置了绑带固定装置，脚踏板上内置弧线槽方便灵活调整绑带安装位置以适应不同患者脚型；另外，加设的六轴力/力矩传感器与各旋转轴角度传感器能实时高效监测患者脚踝与机器人在各个方向上的交互力与运动范围，通过处理监测数据可获取患者运动状态反馈适当调整控制策略，形成适应患者需求的智能康复机构，有效提高机器人辅助患者脚踝康复训练效果。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：包括支撑模块、主运动模块、动力传输模块和传感模块；
所述支撑模块包括底座(1)、垂直设置于底座(1)两侧的肌肉支架(7)以及垂直设置于底座(1)后部的腿托撑杆(4)，所述腿托撑杆(4)在垂直方向上设置有大腿托板(6)，在水平方向上设置有小腿托板(5)；
所述主运动模块包括垂直设置于底座(1)中部的一对支撑杆(20)，所述支撑杆(20)的顶端与矩形框架结构的一轴(9a)通过转轴连接，所述一轴(9a)的前端和后端中部通过转轴与曲柄轴(16)连接，形成二轴(9b)，所述二轴(9b)中部通过转轴与三轴(9c)连接，所述三轴(9c)与设置于上方的动平台(17)焊接，所述动平台(17)的上方设置有脚踏板(10)；
所述动力传输模块包括五根气动肌肉组件，其中两根气动肌肉组件与动平台(17)左前部连接，两根气动肌肉组件与动平台(17)右前部连接，一根气动肌肉组件与动平台(17)后部连接，五根气动肌肉组件控制动平台(17)沿一轴(9a)、二轴(9b)、三轴(9c)旋转运动；
所述传感模块包括分别设置于一轴(9a)、二轴(9b)、三轴(9c)转轴处的角度传感器(14)和设置于脚踏板(10)与动平台(17)之间的力矩传感器(15)。
2.根据权利要求1所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述腿托撑杆(4)的上端通过伸缩杆(11)与大腿托板(6)连接，所述伸缩杆(11)的一侧设置有导轨(11a)，另一侧设置有定位通孔(11b)，所述伸缩杆(11)通过穿过定位通孔(11b)的定位销钉(12)、顶丝(12a)、弹簧座(12b)、导轨螺栓(12c)固定在腿托撑杆(4)上。
3.根据权利要求1所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述支撑杆(20)与一轴(9a)之间的转轴、一轴(9a)的前端和后端中部与曲柄轴(16)之间的转轴均通过深沟球轴承(21)实现，所述二轴(9b)中部与三轴(9c)之间的转轴通过推力球轴承(13)实现。
4.根据权利要求1所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述气动肌肉组件包括对称设置于动平台(17)前部的左前气动组件(3a)、右前气动组件(3b)，设置于动平台(17)中部的左中气动组件(3c)、右中气动组件(3d)和设置于动平台(17)后部的后气动组件(3e)，所述左前气动组件(3a)、右前气动组件(3b)的上端分别设置有左前摆动滑轮(2a)、右前摆动滑轮(2b)，所述左前气动组件(3a)、右前气动组件(3b)分别连接柔索(8)通过左前摆动滑轮(2a)、右前摆动滑轮(2b)与动平台(17)前部的左侧、右侧连接，所述左中气动组件(3c)、右中气动组件(3d)的下端分别设置有左中摆动滑轮(2c)、右中摆动滑轮(2d)，所述左中摆动滑轮(2c)、右中摆动滑轮(2d)分别连接柔索(8)通过左中摆动滑轮(2c)、右中摆动滑轮(2d)与动平台(17)前部的左侧、右侧连接，所述后气动组件(3e)的上端设置有两个定滑轮(23)和一个后摆动滑轮(2e)，所述后气动组件(3e)连接柔索(8)通过两个定滑轮(23)和后摆动滑轮(2e)与动平台(17)的后部连接。
5.根据权利要求1所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述脚踏板(10)的前部开有弧形槽(10a)，所述弧形槽(10a)的上方设置有尼龙绑带(19)，所述小腿托板(5)下部设置有尼龙绑带(19)。
6.根据权利要求1所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述角度传感器(14)包括磁铁安装座(14a)、磁铁(14b)、装衬套(14c)、芯片(14d)和外壳(14e)。
7.根据权利要求4所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述左前气动组件(3a)、右前气动组件(3b)和后气动组件(3e)安装于底座(1)上，所述左中气动组件(3c)、右中气动组件(3d)安装于肌肉支架(7)上。
8.根据权利要求4所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述左前摆动滑轮(2a)、右前摆动滑轮(2b)安装于肌肉支架(7)上，所述左中摆动滑轮(2c)安装于左滑轮支架(22a)、右中摆动滑轮(2d)安装于右滑轮支架(22b)上，所述后摆动滑轮(2e)安装于腿托撑杆(4)上，所述两个定滑轮(23)安装于后滑轮支架(22c)上，所述左滑轮支架(22a)、右滑轮支架(22b)安装于底座(1)上，所述后滑轮支架(22c)安装于肌肉支架(7)上。
9.根据权利要求5所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述脚踏板(10)上设置有由生物相容性材质制成的脚部垫板(18)。
10.根据权利要求1所述的气动肌肉结合柔索驱动的三自由度脚踝康复机器人，其特征在于：所述力矩传感器(15)设置于脚踏板(10)后部的脚跟下方对应处。
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