CN108309694B - 一种足部驱动式下肢康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种足部驱动式下肢康复训练装置，涉及医疗康复设备技术领域。包括固定装置和驱动装置，固定装置包括小腿固定件，小腿固定件下部的后方设有足跟固定板，足跟固定板的前端向内凹陷，形成容纳足跟的容腔，容腔前部的两端分别与小腿固定件下部的两端铰接；小腿固定件的下方设置有足部固定板，足部固定板左侧或右侧通过第一铰接轴铰接有足踝连接板，第一铰接轴与足部固定板的左右侧边平行；足跟固定板与足踝连接板之间设有连接轴，连接轴的上端与足跟固定板固定，且连接轴与第一铰接轴垂直。本发明实现了踝关节在矢状面、冠状面和横断面内的运动自由度，更加符合正常人体运动，结构简单，使用舒适度高。

Description

一种足部驱动式下肢康复训练装置

技术领域

本发明涉及医疗康复设备技术领域，具体涉及一种足部驱动式下肢康复训练装置。

背景技术

中风和脊髓损伤是导致下肢运动功能障碍的主要原因，医学研究表明行走能力需要经过一定时间的康复训练才能逐步得以改善或恢复。目前市场上现有的康复训练机器人分为腿部驱动式和足部驱动式两大类。腿部驱动式通过将患者双腿与外骨骼机械腿捆绑固定，带动患者髋、膝关节运动。足部驱动式通过踏板带动患者双足运动，连带患者的大腿和小腿产生运动，进而使患者髋、膝关节随之转动。

现有的腿部驱动式下肢康复训练装置存在的不足之处有：1、由外骨骼机械腿带动患者双腿运动，产生较大的人机耦合力，造成患者不舒适；2、腿部驱动式使患者的双腿主要在矢状面内进行运动，没有冠状面和横断面的自由度，与正常人体运动存在差异。而现有的足部驱动式下肢康复训练装置大多存在结构较复杂等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，现有的腿部驱动式下肢康复训练装置人机耦合力大、患者的双腿没有冠状面和横断面的自由度以及装置结构较复杂的问题。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种足部驱动式下肢康复训练装置，包括固定装置和驱动装置，所述固定装置包括小腿固定件，从人体站立的方向从上往下看，小腿固定件下部的后方设有足跟固定板，足跟固定板的前端向内凹陷，形成容纳足跟的容腔，容腔前部的两端分别与小腿固定件下部的两端铰接；

小腿固定件的下方设置有足部固定板，足部固定板左侧或右侧通过第一铰接轴铰接有足踝连接板，第一铰接轴与足部固定板的左右侧边平行；所述足跟固定板与足踝连接板之间设有能使足跟固定板与足踝连接板发生相对转动的连接轴，连接轴的上端与足跟固定板固定，且连接轴与所述第一铰接轴垂直；

所述驱动装置包括第一滑块、支座和第二动力机构，第一滑块设置于支座上，且位于足部固定板的下方，第一滑块与足部固定板之间通过活动件连接；所述支座上设有驱动第一滑块前后滑动的第一动力机构和第一滑块的滑动导轨；所述足跟固定板连接有驱动容腔前部与小腿固定件下部发生相对转动的第二动力机构。

进一步地，所述小腿固定件为与小腿形状相匹配的筒状固定件，筒状固定件的前侧设有贯穿筒状固定件上下两端的开口，筒状固定件的后侧下方设有缺口，所述缺口的顶面位于足跟固定板上方；所述小腿固定件上还设有小腿绑带。

进一步地，所述足跟固定板为开口向前的U形件。

进一步地，所述连接轴的外部套设有足踝连接套筒，足踝连接套筒的下端与足踝连接板固定；连接轴与足踝连接套筒之间设置有轴承，轴承内圈与连接轴固定，轴承外圈与足踝连接套筒固定。

进一步地，所述活动件包括至少两组足部推杆和足部支撑杆，两组足部推杆的上端分别与足部固定板的左侧和右侧铰接，足部推杆的下端设有第二滑块，第二滑块与足部推杆通过连杆连接，连杆与足部推杆垂直；足部支撑杆的下端与第一滑块铰接，足部支撑杆上设有与所述第二滑块相配合连接的滑槽，滑槽由足部支撑杆的上端延伸至下端。

进一步地，所述第一动力机构包括电机和丝杠，丝杠穿过第一滑块，且丝杠的端部与电机连接，丝杠螺母与第一滑块固定连接。

进一步地，所述第二动力机构为电动推杆，电动推杆的一端与足跟固定板的后端铰接，另一端与支座铰接。

进一步地，所述支座包括底板，所述滑动导轨设置于底板上，底板的后端上方设有盖板，盖板与支座底部通过支柱连接，支座的前端设有挡板。

进一步地，所述电机安装在盖板下方。

进一步地，所述电动推杆的另一端与盖板铰接。

本发明具有以下有益效果：

通过第二动力机构和第一动力机构分别带动足跟固定板和足部固定板在矢状面内运动，通过控制第二动力机构和第一动力机构能实现多种康复运动，实现不同的运动轨迹；以患者踝关节在矢状面的运动为主要运动，同时不限制踝关节在冠状面和横断面内的运动，实现了踝关节在矢状面、冠状面和横断面内的运动自由度，更加符合正常人体运动；对患者固定的部位主要集中于小腿和足部，对大腿部位没有限制，患者训练姿势多样化，同时降低了人机耦合力。本发明结构简单，使用舒适度高。

附图说明

图1是本发明实施例中足部驱动式下肢康复训练装置的结构图，该图中仅标示出固定装置和驱动装置；

图2是本发明实施例中足部驱动式下肢康复训练装置的结构图；

图3是本发明实施例中固定装置的结构图，该图中未示出小腿固定板；

图4是图3的仰视图；

图5是本发明实施例中足跟固定板与足踝连接板连接处的剖视图；

图6是本发明实施例中活动件的结构图；

图7是本发明实施例中足部推杆的结构图；

图8是本发明实施例中足部支撑杆的结构图。

具体实施方式

为了对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

一种足部驱动式下肢康复训练装置，如图1所示，包括固定装置1和驱动装置2，如图2所示，固定装置1包括小腿固定件11、足跟固定板13、足踝连接板15和足部固定板16。

小腿固定件11为与小腿形状相匹配的筒状固定件，从人体站立的方向从上往下看，筒状固定件的前侧设有贯穿筒状固定件上下两端的开口111，小腿固定件11上还设有小腿绑带12。开口111方便将小腿放入小腿固定件11内，小腿绑带12用于收紧小腿固定件11，确保小腿固定件11牢牢套在患者的小腿上。

小腿固定件11下部的后方设有足跟固定板13，足跟固定板13的前端向内凹陷，形成容纳足跟的容腔，足跟固定板13可以设计为开口向前的U形件，U形件前部的两端分别与小腿固定件11下部的两端铰接。筒状的小腿固定件11的后侧下方设有缺口112，缺口112的顶面位于足跟固定板13的上方；使足跟固定板13可以在小腿固定件11的后侧自如进行上下旋转。

如图2、图3、图4、图5所示，小腿固定件11的下方设置有足部固定板16，足部固定板16一侧的足踝对应处通过第一铰接轴(图未示)铰接有足踝连接板，第一铰接轴与足部固定板16的左右侧边平行；使足部固定板16和足踝连接板15可发生相对转动；足跟固定板13与足踝连接板15之间设有连接轴131，连接轴131与第一铰接轴垂直，且连接轴131上端与足跟固定板13固定；连接轴131的外部套设有足踝连接套筒14，足踝连接套筒14的下端与足踝连接板15连接；连接轴131与足踝连接套筒14之间设置有轴承141，轴承141内圈与连接轴131固定，轴承141外圈与足踝连接套筒14固定。足跟4固定板13和足踝连接板15通过足踝连接套筒14和连接轴131可发生相对转动，足踝连接板15可进一步带动足部固定板16和足跟固定板13发生相对转动。

如图2所示，驱动装置2包括第一滑块25、支座28、电动推杆23、第一动力机构和滑动导轨27，第一滑块25设置于足部固定板16的下方，与足部固定板16之间通过活动件连接；第一动力机构和滑动导轨27均设置于支座28上，第一动力机构用于驱动第一滑块25在滑动导轨27上做往复运动。

上述支座28包括底板280，上述滑动导轨27设置于底板280上，第一滑块25卡合在滑动导轨27上。从人体站立的方向从上往下看，底板280的后端上方设有盖板281，盖板281与支座28底部通过支柱282连接，支座28的前端设有挡板283；上述电动推杆23的一端与足跟固定板13的后端铰接，另一端与盖板281铰接。

上述第一动力机构包括电机24和丝杠26，电机24安装于支座28的后端，且位于盖板281的下方，丝杠26穿过第一滑块25，且丝杠26一端与电机24连接，另一端与挡板283连接。丝杠螺母(图未标示)设置于第一滑块25内部，且与第一滑块25固定连接。

如图2、图6、图7、图8所示，上述活动件包括两组足部推杆21和足部支撑杆22，每组分别设置于足部固定板16的左右侧。足部推杆21的上端与足部固定板16的左右侧铰接，足部推杆21的下端设有第二滑块211，第二滑块211与足部推杆21通过连杆212连接，连杆212与足部推杆21垂直；足部支撑杆22的下端与第一滑块25铰接，足部支撑杆22上设有与第二滑块211相配合连接的滑槽221，滑槽221由足部支撑杆22的上端延伸至下端。连杆212使足部推杆21与滑槽221之间形成一定间隙。

上述足部驱动式下肢康复训练装置由小腿固定板11和小腿绑带12固定患者的小腿部分，由足跟固定板13和足部固定板16固定患者的整个足部。使患者训练时踝关节具有矢状面、冠状面和横断面内的跖屈/背屈、内翻/外翻和内收/外展三个自由度，驱动原理如下：

(1)矢状面内的跖屈/背屈运动的实现：足跟固定板13固定住患者的足跟，保证患者踝关节稳定，由于足跟固定板13与小腿固定件11的下端铰接，电动推杆23伸长或缩短，可驱动足跟固定板13向上或向下旋转，给患者踝关节的跖屈/背屈运动提供主动力，并带动整个小腿固定件11运动。电机24正反转驱动丝杠26旋转，从而使第一滑块25做前后往复的直线运动，第一滑块25的运动带动足部推杆21和足部支撑杆22运动，从而使足部固定板做前后、上下的往复运动，从而实现踝关节在矢状面内的跖屈/背屈运动。

(2)冠状面内的内翻/外翻运动的实现：足踝连接板15通过第一铰接轴与足部固定板16铰接，足部固定板16相对于足踝连接板15具有冠状面内的转动自由度；由足部推杆21和足部支撑杆22组成的活动件也使足部固定板16具有冠状面的转动自由度；从而带动踝关节进行内翻/外翻运动。

(3)横断面内的内收/外展运动的实现：足踝连接板15与足跟固定板13通过连接轴131相连，连接轴131上端与足跟固定板13固定；连接轴131外部的足踝连接套筒14与足踝连接板15固定，连接轴131与足踝连接套筒14可发生相对转动，因而可带动足踝连接板15与足跟固定板13在横断面内发生相对转动；而足踝连接板15与足部固定板16相连，因此足部固定板16与足跟固定板13在横断面内可发生相对转动，从而带动踝关节进行内收/外展运动。

此外，踝关节在冠状面和横断面的运动范围较小，为附属运动，本实施例主要控制足部固定件在矢状面内的运动。由于第二滑块211和滑槽221之间设有一定间隙，使踝关节在跖屈/背屈、内翻/外翻和内收/外展的同时，可进行少量左右往复运动；支座28上的第一滑块25、导轨27和第一动力机构，使踝关节在跖屈/背屈、内翻/外翻和内收/外展的同时，可进行少量前后往复运动；足部推杆21和足部支撑杆22使踝关节在跖屈/背屈、内翻/外翻和内收/外展的同时，可进行少量上下往复运动。使患者使用本实施例提供的足部驱动式下肢康复训练装置时，人机耦合力小，与正常人体运动类似，舒适度高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，包括固定装置和驱动装置，所述固定装置包括小腿固定件，从人体站立的方向从上往下看，小腿固定件下部的后方设有足跟固定板，足跟固定板的前端向内凹陷，形成容纳足跟的容腔，容腔前部的两端分别与小腿固定件下部的两端铰接；

小腿固定件的下方设置有足部固定板，足部固定板左侧或右侧通过第一铰接轴铰接有足踝连接板，第一铰接轴与足部固定板的左右侧边平行；所述足跟固定板与足踝连接板之间设有能使足跟固定板与足踝连接板发生相对转动的连接轴，连接轴的上端与足跟固定板固定，且连接轴与所述第一铰接轴垂直；

所述驱动装置包括第一滑块、支座和第二动力机构，第一滑块设置于支座上，且位于足部固定板的下方，第一滑块与足部固定板之间通过活动件连接；所述支座上设有驱动第一滑块前后滑动的第一动力机构和第一滑块的滑动导轨；所述第一动力机构包括电机和丝杠，丝杠穿过第一滑块，且丝杠的端部与电机连接，丝杠螺母与第一滑块固定连接；所述足跟固定板连接有驱动容腔前部与小腿固定件下部发生相对转动的第二动力机构；所述第二动力机构为电动推杆，电动推杆的一端与足跟固定板的后端铰接，另一端与支座铰接。

2.根据权利要求1所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述小腿固定件为与小腿形状相匹配的筒状固定件，筒状固定件的前侧设有贯穿筒状固定件上下两端的开口，筒状固定件的后侧下方设有缺口，所述缺口的顶面位于足跟固定板上方；所述小腿固定件上还设有小腿绑带。

3.根据权利要求1所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述足跟固定板为开口向前的U形件。

4.根据权利要求1所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述连接轴的外部套设有足踝连接套筒，足踝连接套筒的下端与足踝连接板固定；连接轴与足踝连接套筒之间设置有轴承，轴承内圈与连接轴固定，轴承外圈与足踝连接套筒固定。

5.根据权利要求1所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述活动件包括至少两组足部推杆和足部支撑杆，两组足部推杆的上端分别与足部固定板的左侧和右侧铰接，足部推杆的下端设有第二滑块，第二滑块与足部推杆通过连杆连接，连杆与足部推杆垂直；足部支撑杆的下端与第一滑块铰接，足部支撑杆上设有与所述第二滑块相配合连接的滑槽，滑槽由足部支撑杆的上端延伸至下端。

6.根据权利要求1所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述支座包括底板，所述滑动导轨设置于底板上，底板的后端上方设有盖板，盖板与支座底部通过支柱连接，支座的前端设有挡。

7.根据权利要求6所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述电机安装在盖板下方。

8.根据权利要求6所述的一种足部驱动式下肢康复训练装置，其特征在于，所述电动推杆的另一端与盖板铰接。