CN108433948A - 一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人及其使用方法，适用于左脚或者右脚，它包括刚性鞋底、小腿上固定套筒以及小腿下固定套筒，所述小腿上固定套筒、小腿下固定套筒以及刚性鞋底之间连接有包覆在小腿、踝关节以及足踝部的软性材料的绑缚结构，所述刚性鞋底前端两侧分别活动连接有可伸缩的第一前电动推杆和第二前电动推杆，刚性鞋底后端两侧分别活动连接有可伸缩的第一后电动推杆和第二后电动推杆，刚性鞋底前端顶端处活动连接有可伸缩的第三前电动推杆。本发明至少具有既能满足不同类型脚踝康复训练的变化自由度、又不至于造成机械材料的浪费，方便患者自己参与根据自身情况进行辅助训练、方便收纳便于携带等优点。

Description

一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人及其使用方法。

背景技术

一般脚踝的康复训练装置分为穿戴式的和非穿戴式的并联机构。此并联机构具有双平台多自由度的特性，其中一个平台静止不动，通过6驱动杆或 3驱动杆长度的变换来改变另一平台的位姿，从而自动对损伤的脚踝进行背伸，外翻以及绕环等康复动作。而6驱动杆的机械机构还可以根据脚踝的不同大小和受伤位置进行微调。一般此技术还用计算机配合，通过并联机构对医生初次处理损伤脚踝的随动数据的记录，用示教的方式来进行脚踝受伤部位后续康复。

然而现有技术仍然存在一些缺点：

一是一般使用的都为3自由度或6自由度的并联机构，而3自由度容易出现与脚踝损伤位置不适配的问题，而6自由度的并联机构则有许多不必要的机械材料浪费。所以，对于脚踝损伤患者的康复训练来说，3驱动杆的3 自由度的康复装置驱动过少，而6自由度并联机构对于脚踝康复来说则冗余过多。

二是使用和控制方法上，示教的方式过于依靠医生的初次操作，且与患者之间没有进行任何沟通，患者无法自主地进行康复训练，无法随着损伤部位的恢复状况进行恢复手法的微调，只能被动的被操作训练。所以，示教的方式现有技术中的装置的控制方式过于单调，患者的主动性不强，对脚踝的康复作用不够积极。

三是现有技术中的康复训练装置一般都体积较大，不便携带和收纳。

发明内容

为解决上述技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其至少具有既能满足不同类型脚踝康复训练的变化自由度、又不至于造成机械材料的浪费，方便患者自己参与根据自身情况进行辅助训练、方便收纳便于携带等优点。

具体发明内容如下：

一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，适用于左脚或者右脚，它包括刚性鞋底、小腿上固定套筒以及小腿下固定套筒，所述小腿上固定套筒、小腿下固定套筒以及刚性鞋底之间连接有包覆在小腿、踝关节以及足踝部的软性材料的绑缚结构，所述刚性鞋底前端两侧分别活动连接有可伸缩的第一前电动推杆和第二前电动推杆，刚性鞋底后端两侧分别活动连接有可伸缩的第一后电动推杆和第二后电动推杆，刚性鞋底前端顶端处活动连接有可伸缩的第三前电动推杆，所述第一前电动推杆底端、第二前电动推杆底端、第三前电动推杆底端、第一后电动推杆底端以及第二后电动推杆底端均设有压力传感器，所述压力传感器通过数据采集系统与计算机控制系统控制连接，所述第一前电动推杆、第二前电动推杆、第三前电动推杆、第一后电动推杆以及第二后电动推杆的中央，均设有可折叠结构。

作为优选实施方案之一，所述小腿上固定套筒两侧分别设有第一上刚性连接件和第二上刚性连接件，所述小腿上固定套筒的前侧设有第三上刚性连接件，所述小腿下固定套筒两侧分别设有第一下刚性连接件和第二下刚性连接件，所述刚性鞋底的前端两侧分别设有第一前刚性连接件和第二前刚性连接件，所述刚性鞋底前端顶端设有第三前刚性连接件，所述刚性鞋底后端两侧分别设有第一后刚性连接件和第二后刚性连接件，所述第一前电动推杆的顶端和底端分别与所述第一上刚性连接件和第一前刚性连接件活动连接，所述第二前电动推杆的顶端和底端分别与所述第二上刚性连接件和第二前刚性连接件活动连接，所述第三前电动推杆的顶端和底端分别与所述第三上刚性连接件和第三前刚性连接件活动连接，所述第一后电动推杆的顶端和底端分别与所述第一下刚性连接件和第一后刚性连接件活动连接，所述第二后电动推杆的顶端和底端分别与所述第二下刚性连接件和第二后刚性连接件活动连接。

进一步地，所述第一前电动推杆底端的压力传感器、第二前电动推杆底端的压力传感器、第三前电动推杆底端的压力传感器、第一后电动推杆底端的压力传感器以及第二后电动推杆底端的压力传感器均通过球铰分别与对应的第一前刚性连接件、第二前刚性连接件、第三前刚性连接件、第一后刚性连接件以及第二后刚性连接件活动连接。

作为优选实施方案之一，所述任意一个可折叠结构包括上推杆和下推杆，所述上推杆和下推杆中间通过一连接片与螺丝配合可拆卸连接。

进一步地，所述上推杆与下推杆连接端均设有连接片容置槽，所述连接片的两端分别设在所述上推杆和下推杆的容置槽内，所述连接片两端面上均设有条形通孔，所述上推杆和下推杆的容置槽内均设有旋转轴，所述旋转轴穿过所述条形通孔使连接片两端分别与所述上推杆和下推杆转动连接，所述上推杆和下推杆与连接片连接的端部均通过螺丝与连接片固定，所述螺丝穿过所述条形通孔。

更进一步地，所述连接片的长度小于等于上推杆和下推杆的容置槽的长度之和，大于上推杆和下推杆两个端部的宽度之和。

作为优选实施方案之一，所述脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构均包括软皮套和绑带，所述软皮套上设有过孔，所述绑带穿过过孔绑缚在软皮套上。

作为优选实施方案之一，一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人的使用步骤为：

(1)将患者的脚放置在所述刚性鞋底上，绑紧刚性鞋底上方、脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构；

(2)使第一、第二、第三前电动推杆以及第一、第二后电动推杆都进入随动方式，由医生对损伤部位进行康复训练活动，由计算机控制系统通过压力传感器上传到采集系统的数据，记录训练时各电动推杆伸缩量和压力大小和方向变化的阈值，包括不同训练动作的阈值；

(3)医生不参与，由患者自主进行康复训练，通过各电动推杆伸缩量和压力大小和方向的变化情况，识别患者所做的训练动作并上传，压力传感器实时记录和上传患者的用力情况，当对任意电动推杆的力骤减时，计算机控制系统控制各电动推杆进入助力模式，各电动推杆带动脚到已识别和记录的训练动作阈值的位置，并停留一段设定的时间，最后回到初始位置，等待下一个训练动作。

有益效果：

本发明提供的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，五杆驱动的五自由度机构，既满足了不同脚踝的康复训练的治疗方案，又节省了机械材料和成本；本发明可以通过与各电动推杆连接的压力传感器将各电动推杆实时的伸缩量以及受力情况通过数据采集系统的处理传输至计算机控制系统，计算机系统实时做出反馈指令，可以使患者自己根据自身的恢复和训练情况参与康复训练动作，而不局限于医生首次的康复训练动作，机械地对病人的脚踝进行定性定量的康复训练，本发明可使患者采取半主动康复训练，更加有益于病情的恢复，提高康复和训练效率；本发明中各电动推杆中央设置可折叠结构，可以使本发明变得便于收纳，方便携带。综上，本发明至少具有

附图说明

图1是本发明一优选实施例的立体结构示意图。

图2是本发明一优选实施例的前视结构示意图。

图3是本发明一优选实施例的可折叠结构的立体结构示意图。

图4是本发明一优选实施例的可折叠结构的主视剖面结构示意图。

图5是本发明一优选实施例的连接片的立体结构示意图。

图6是本发明一优选实施例的上推杆的侧视结构示意图。

附图标记：

1、刚性鞋底；2、小腿上固定套筒；3、小腿下固定套筒；4、绑缚结构；5、第一前电动推杆；6、第二前电动推杆；7、第一后电动推杆；8、第二后电动推杆；9、第三前电动推杆；10、第一上刚性连接件；11、第二上刚性连接件； 12、第三上刚性连接件；13、第一下刚性连接件；14、第二下刚性连接件；15、第一前刚性连接件；16、第二前刚性连接件；17、第三前刚性连接件； 18、第一后刚性连接件；19、第二后刚性连接件；20、上推杆；21、下推杆； 22、连接片；23、螺丝；24、容置槽；25、条形通孔；26、旋转轴；27；螺丝安装孔。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明：

一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，适用于左脚或者右脚，它包括刚性鞋底1、小腿上固定套筒2以及小腿下固定套筒3，所述小腿上固定套筒2、小腿下固定套筒3以及刚性鞋底1之间连接有包覆在小腿、踝关节以及足踝部的软性材料的绑缚结构4，所述刚性鞋底1前端两侧分别活动连接有可伸缩的第一前电动推杆5和第二前电动推杆6，刚性鞋底1后端两侧分别活动连接有可伸缩的第一后电动推杆7和第二后电动推杆8，刚性鞋底1前端顶端处活动连接有可伸缩的第三前电动推杆9，所述第一前电动推杆5 底端、第二前电动推杆6底端、第三前电动推杆9底端、第一后电动推杆7 底端以及第二后电动推杆8底端均设有压力传感器，所述压力传感器通过数据采集系统与计算机控制系统控制连接，所述第一前电动推杆5、第二前电动推杆6、第三前电动推杆9、第一后电动推杆7以及第二后电动推杆8的中央，均设有可折叠结构。

作为优选实施方案之一，所述小腿上固定套筒2两侧分别设有第一上刚性连接件10和第二上刚性连接件11，所述小腿上固定套筒2的前侧设有第三上刚性连接件12，所述小腿下固定套筒3两侧分别设有第一下刚性连接件13和第二下刚性连接件14，所述刚性鞋底1的前端两侧分别设有第一前刚性连接件15和第二前刚性连接件16，所述刚性鞋底1前端顶端设有第三前刚性连接件17，所述刚性鞋底1后端两侧分别设有第一后刚性连接件18和第二后刚性连接件19，所述第一前电动推杆5的顶端和底端分别与所述第一上刚性连接件10和第一前刚性连接件15活动连接，所述第二前电动推杆6的顶端和底端分别与所述第二上刚性连接件11和第二前刚性连接件16活动连接，所述第三前电动推杆9的顶端和底端分别与所述第三上刚性连接件12 和第三前刚性连接件17活动连接，所述第一后电动推杆7的顶端和底端分别与所述第一下刚性连接件13和第一后刚性连接件18活动连接，所述第二后电动推杆8的顶端和底端分别与所述第二下刚性连接件14和第二后刚性连接件19活动连接。

进一步地，所述第一前电动推杆5底端的压力传感器、第二前电动推杆 6底端的压力传感器、第三前电动推杆9底端的压力传感器、第一后电动推杆7底端的压力传感器以及第二后电动推杆8底端的压力传感器均通过球铰分别与对应的第一前刚性连接件15、第二前刚性连接件16、第三前刚性连接件17、第一后刚性连接件18以及第二后刚性连接件19活动连接。

作为优选实施方案之一，所述任意一个可折叠结构包括上推杆20和下推杆21，所述上推杆20和下推杆21中间通过一连接片22与螺丝23配合可拆卸连接。

进一步地，所述上推杆20与下推杆21连接端均设有连接片容置槽24，所述连接片22的两端分别设在所述上推杆20和下推杆21的容置槽内24，所述连接片22两端面上均设有条形通孔25，所述上推杆20和下推杆21的容置槽内均设有旋转轴26，所述旋转轴26穿过所述条形通孔25使连接片22 两端分别与所述上推杆20和下推杆21转动连接，所述上推杆20和下推杆 21上均设有用于安装螺丝23的螺丝安装孔27，所述上推杆20和下推杆21 与连接片22连接的端部均通过螺丝23与连接片22固定，所述螺丝23穿过所述条形通孔25。

进一步地，所述上推杆20与下推杆21连接端均设有连接片容置槽24，所述连接片22的两端分别设在所述上推杆20和下推杆21的容置槽24内，所述连接片22两端面上均设有条形通孔25，所述上推杆20具有容置槽的端部通过螺丝23固定在连接片22的条形通孔25内，所述下推杆21具有容置槽的端部通过旋转轴26与连接片22转动连接，所述旋转轴26穿过所述条形通孔25固定在所述下推杆21具有容置槽的端部上。

更进一步地，所述连接片22的长度小于等于上推杆19和下推杆19的容置槽24的长度之和，大于上推杆19和下推杆20两个端部的宽度之和。

作为优选实施方案之一，所述脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构4均包括软皮套和绑带，所述软皮套上设有过孔，所述绑带穿过过孔绑缚在软皮套上。

作为优选实施方案之一，一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人的使用步骤为：

(1)将患者的脚放置在所述刚性鞋底1上，绑紧刚性鞋底上方、脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构4；

(2)使第一、第二、第三前电动推杆5、6、9以及第一、第二后电动推杆7、 8都进入随动方式，由医生对损伤部位进行康复训练活动，由计算机控制系统通过压力传感器上传到采集系统的数据，记录训练时各电动推杆伸缩量和压力大小和方向变化的阈值，包括不同训练动作的阈值；

(3)医生不参与，由患者自主进行康复训练，通过各电动推杆伸缩量和压力大小和方向的变化情况，识别患者所做的训练动作并上传，压力传感器实时记录和上传患者的用力情况，当对任意电动推杆的力骤减时，计算机控制系统控制各电动推杆进入助力模式，各电动推杆带动脚到已识别和记录的训练动作阈值的位置，并停留一段设定的时间，最后回到初始位置，等待下一个训练动作。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，适用于左脚或者右脚，其特征在于：它包括刚性鞋底、小腿上固定套筒以及小腿下固定套筒，所述小腿上固定套筒、小腿下固定套筒以及刚性鞋底之间连接有包覆在小腿、踝关节以及足踝部的软性材料的绑缚结构，所述刚性鞋底前端两侧分别活动连接有可伸缩的第一前电动推杆和第二前电动推杆，刚性鞋底后端两侧分别活动连接有可伸缩的第一后电动推杆和第二后电动推杆，刚性鞋底前端顶端处活动连接有可伸缩的第三前电动推杆，所述第一前电动推杆底端、第二前电动推杆底端、第三前电动推杆底端、第一后电动推杆底端以及第二后电动推杆底端均设有压力传感器，所述压力传感器通过数据采集系统与计算机控制系统控制连接，所述第一前电动推杆、第二前电动推杆、第三前电动推杆、第一后电动推杆以及第二后电动推杆的中央，均设有可折叠结构。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其特征在于：所述小腿上固定套筒两侧分别设有第一上刚性连接件和第二上刚性连接件，所述小腿上固定套筒的前侧设有第三上刚性连接件，所述小腿下固定套筒两侧分别设有第一下刚性连接件和第二下刚性连接件，所述刚性鞋底的前端两侧分别设有第一前刚性连接件和第二前刚性连接件，所述刚性鞋底前端顶端设有第三前刚性连接件，所述刚性鞋底后端两侧分别设有第一后刚性连接件和第二后刚性连接件，所述第一前电动推杆的顶端和底端分别与所述第一上刚性连接件和第一前刚性连接件活动连接，所述第二前电动推杆的顶端和底端分别与所述第二上刚性连接件和第二前刚性连接件活动连接，所述第三前电动推杆的顶端和底端分别与所述第三上刚性连接件和第三前刚性连接件活动连接，所述第一后电动推杆的顶端和底端分别与所述第一下刚性连接件和第一后刚性连接件活动连接，所述第二后电动推杆的顶端和底端分别与所述第二下刚性连接件和第二后刚性连接件活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其特征在于：所述第一前电动推杆底端的压力传感器、第二前电动推杆底端的压力传感器、第三前电动推杆底端的压力传感器、第一后电动推杆底端的压力传感器以及第二后电动推杆底端的压力传感器均通过球铰分别与对应的第一前刚性连接件、第二前刚性连接件、第三前刚性连接件、第一后刚性连接件以及第二后刚性连接件活动连接。

4.根据权利要求1所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其特征在于：所述任意一个可折叠结构包括上推杆和下推杆，所述上推杆和下推杆中间通过一连接片与螺丝配合可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其特征在于：所述上推杆与下推杆连接端均设有连接片容置槽，所述连接片的两端分别设在所述上推杆和下推杆的容置槽内，所述连接片两端面上均设有条形通孔，所述上推杆和下推杆的容置槽内均设有旋转轴，所述旋转轴穿过所述条形通孔使连接片两端分别与所述上推杆和下推杆转动连接，所述上推杆和下推杆与连接片连接的端部均通过螺丝与连接片固定，所述螺丝穿过所述条形通孔。

6.根据权利要求5所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其特征在于：所述连接片的长度小于等于上推杆和下推杆的容置槽的长度之和，大于上推杆和下推杆两个端部的宽度之和。

7.根据权利要求1所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人，其特征在于：所述脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构均包括软皮套和绑带，所述软皮套上设有过孔，所述绑带穿过过孔绑缚在软皮套上。

8.根据权利要求1所述的一种五自由度穿戴式脚踝康复行走机器人的使用方法，其特征在于：其使用步骤为：

(1)将患者的脚放置在所述刚性鞋底上，绑紧刚性鞋底上方、脚踝处以及脚踝上方的绑缚结构；

(2)使第一、第二、第三前电动推杆以及第一、第二后电动推杆都进入随动方式，由医生对损伤部位进行康复训练活动，由计算机控制系统通过压力传感器上传到采集系统的数据，记录训练时各电动推杆伸缩量和压力大小和方向变化的阈值，包括不同训练动作的阈值；

(3)医生不参与，由患者自主进行康复训练，通过各电动推杆伸缩量和压力大小和方向的变化情况，识别患者所做的训练动作并上传，压力传感器实时记录和上传患者的用力情况，当对任意电动推杆的力骤减时，计算机控制系统控制各电动推杆进入助力模式，各电动推杆带动脚到已识别和记录的训练动作阈值的位置，并停留一段设定的时间，最后回到初始位置，等待下一个训练动作。