CN108969300A - 一种三自由度踝关节损伤康复器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种三自由度踝关节损伤康复器，包括底座和单片机，底座内竖直设有相互平行的第一主动轴和第一从动轴，第一从动轴上端安装有支撑轴，底座上于第一主动轴对应位置安装有第一步进电机，第一步进电机输出轴与第一主动轴传动连接，第一主动轴上安装有第一主动齿轮，第一从动轴上安装有第一从动齿轮，电机固定块上安装有第三步进电机，第三步进电机的动力输出轴与铰接杆自由端传动连接，底座上端面安装有门字形固定板，踏板与门字形固定板上均设有绑带，单片机分别电性输出连接第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机。其目的是：从三个角度带动脚踝运动，从而达到对踝关节进行康复训练的目的。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种三自由度踝关节损伤康复器。
背景技术
踝关节受伤在人们的日常生活中比较常见，在体育活动与平常的生活中都有可能发生踝关节损伤，踝关节的损伤不仅在身体上给患者带来痛苦，还严重干扰了人们的正常生活，更严重的甚至影响了人们的心理健康。多数踝关节损伤患者在就医过程中需要进行肢体康复训练，防止肌肉萎缩，同时恢复踝关节功能。但是临床上这种康复训练多数依赖理疗师对患者一对一的物理治疗，方法单一且费时费力。
发明内容
本发明的目的是：旨在提供一种三自由度踝关节损伤康复器，从三个角度带动脚踝运动，从而达到对踝关节进行康复训练的目的。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种三自由度踝关节损伤康复器，包括底座和单片机，所述底座内竖直设有相互平行的第一主动轴和第一从动轴，所述第一从动轴上端安装有支撑轴，所述底座上于第一主动轴对应位置安装有第一步进电机，所述第一步进电机输出轴与第一主动轴传动连接，所述第一主动轴上安装有第一主动齿轮，所述第一从动轴上安装有第一从动齿轮，所述第一从动齿轮和第一从动齿轮相啮合，所述第一从动齿轮远离第一主动齿轮一端设有安装板，所述安装板自由端设有避让槽，所述安装板上端面于避让槽两侧各安装有一块竖板，两块所述竖板之间设有弧形板，所述弧形板外周设有弧形齿条，两块所述竖板之间还安装有第二齿轮，所述第二齿轮与弧形齿条啮合，所述第二齿轮轴向安装有第二从动轴，所述第二从动轴一端穿过竖板安装有第二从动齿轮，其中一块所述竖板上安装有第二步进电机，所述第二步进电机的输送轴传动连接有第二主动轴，所述第二主动轴上安装有第二主动齿轮，所述第二主动齿轮与第二从动齿轮均为锥齿轮、且相互啮合，所述弧形板两侧设有弧形槽，两块所述竖板靠近弧形板一侧安装有与弧形槽相匹配的第一弧形卡块，所述弧形板远离第二齿轮一端端面安装有球铰，所述球铰包括连接杆，所述连接杆自由端连接有踏板，所述踏板远离连接杆一端安装有铰接杆，所述铰接杆上一体成型有球体，所述支撑轴于球体对应位置设有圆形通孔，所述球体活动安装在圆形通孔内，所述第三所述支撑轴与铰接杆自由端一侧固定设有弧形安装架，所述弧形安装架上开设有弧形通孔，所述弧形安装架内设有电机固定块，所述电机固定块侧壁安装有与弧形通孔相匹配的第二弧形卡块，所述电机固定块上安装有第三步进电机，所述第三步进电机的动力输出轴与铰接杆自由端传动连接，所述底座上端面于支撑轴与踏板之间安装有门字形固定板，所述踏板与门字形固定板上均设有绑带，所述单片机分别电性输出连接第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机。
采用上述技术方案的发明，使用时，使用者坐在凳子上，把脚放在踏板上，小腿贴在门字形固定板右侧，然后使用绑带绑紧；通过单片机控制第三步进电机带动踏板围绕铰接轴旋转，完成踝关节的内翻和外翻运动，第三步进电机与电机固定块固定连接，电机固定块被限制在弧形安装架内，避免第三步进电机发生轴向翻转，踏板右端通过球铰连接在弧形板，在对踏板右端形成支撑的同时，不对其翻转的自由度形成限制；通过单片机控制第二步进电机旋转，通过第二主动齿轮与第二从动齿轮的相互啮合，使得第二齿轮带动弧形板转动，从而带动踏板围绕球体上下偏移，使得被固定在踏板上的脚完成踝关节的背伸和跖屈运动，在转动时，第三步进电机随着踏板的上下偏移，第二弧形卡块在弧形通孔内滑动，第一弧形卡块在弧形凹槽内滑动，给予第三步进电机足够的自由度；通过单片机控制第一步进电机转动，从而带动第一从动齿轮转动，进而带动安装板转动，使得踏板围绕第一从动轴转动，完成被固定在踏板上的脚完成踝关节的左右转动的目的。这样的结构设计，通过三个步进电机带动脚部进行运动，达到活动踝关节的目的。
进一步限定，还包括遥控器，所述遥控器上设有总开关、上偏按钮、下偏按钮、右转按钮、左转按钮、内翻按钮和外翻按钮，所述遥控器内设有CPU，所述CPU与总开关、上偏按钮、下偏按钮、右转按钮、左转按钮、内翻按钮和外翻按钮电连接，所述CPU还电连接有红外发射模块，所述单片机电连接有红外接收模块。这样的结构设计，通过遥控器上的各个按钮对三个步进电机进行近距离遥控，使用者可根据自身的承受能力自行调节踏板的偏转角度，可操控性更强。
进一步限定，所述圆形通孔内于球体上套设有两个限位环，所述限位环内侧面与球体内侧面相贴合，所述支撑轴于圆形通孔两端设有第一螺纹盲孔，所述第一螺纹盲孔与圆形通孔相连通，所述第一螺纹盲孔内螺接有压紧环，所述铰接杆穿设在限位环和压紧环内。这样的结构设计，通过限位环和压紧环把球体安装在圆形通孔内，结构简单，安装方便。
进一步限定，所述第二弧形卡块上设有第二阶梯孔，所述电机固定块于第二阶梯孔对应位置设有第二螺纹盲孔，所述第二螺纹盲孔内设有第二固定螺栓。这样的结构设计，第二弧形卡块通过第二固定螺栓与电机固定块固定连接，结构简单，安装方便，实用性强。
进一步限定，所述安装板于竖板对应位置设有矩形通孔，所述竖板下端面设有与矩形通孔相匹配的凸块，所述安装板侧面于矩形通孔对应位置设有第三通孔，所述凸块于第三通孔对应位置设有第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内螺接有第三固定螺栓。这样的结构设计，竖板通过凸块插设在矩形通孔内，然后通过第三固定螺栓固定，结构简单，安装方便，可节约成本。
进一步限定，所述竖板远离弧形板一侧设有与第一弧形卡块相匹配的异形通孔，所述第一弧形卡块远离弧形板一端端面设有安装块，所述竖板开设有与安装板相匹配的异形凹槽，所述安装板与竖板通过螺栓连接。这样的结构设计，在安装第一弧形卡块时，可从竖板外侧穿入，再使用螺栓固定，安装方便。
进一步限定，所述第一主动轴和第一从动轴上均套设有两个圆锥滚子轴承。这样的结构设计，可减少摩擦力，延长第一主动轴和第一从动轴的使用寿命。
进一步限定，所述底座于安装板下方设有底板。这样的结构设计，通过底板辅助支撑底座，在使用时更加稳定。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明一种三自由度踝关节损伤康复器实施例的结构示意图；
图2为本发明一种三自由度踝关节损伤康复器实施例的剖视结构示意图；
图3为图2中A处的放大结构示意图；
图4为图2中B处的放大结构示意图；
图5为本发明一种三自由度踝关节损伤康复器实施例中第一从动齿轮部分的结构示意图；
图6为本发明一种三自由度踝关节损伤康复器实施例中第一弧形卡块的结构示意图；
图7为本发明一种三自由度踝关节损伤康复器实施例中遥控器的结构示意图；
主要元件符号说明如下：
底座1、第一步进电机10、底板100、第一主动轴11、第一主动齿轮111、第一从动轴12、圆锥滚子轴承120、第一从动齿轮121、安装板2、第二步进电机20、矩形通孔201、避让槽21、竖板22、弧形板23、弧形槽231、第一弧形卡块232、安装块233、第二齿轮24、第二从动轴25、第二从动齿轮26、第二主动轴27、第二主动齿轮28、连接杆31、踏板4、支撑轴40、铰接杆41、球体42、圆形通孔420、限位环421、压紧环422、第一螺纹盲孔423、第三步进电机50、弧形安装架51、弧形通孔511、电机固定块52、第二弧形卡块521、第二阶梯孔522、门字形固定板6、遥控器7，遥控器7上设有总开关71、上偏按钮721、下偏按钮722、右转按钮731、左转按钮732、内翻按钮741、外翻按钮742。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
如图1～图7所示，本发明的一种三自由度踝关节损伤康复器，包括底座1和单片机，底座1内竖直设有相互平行的第一主动轴11和第一从动轴12，第一从动轴12上端安装有支撑轴40，底座1上于第一主动轴11对应位置安装有第一步进电机10，第一步进电机10输出轴与第一主动轴11传动连接，第一主动轴11上安装有第一主动齿轮111，第一从动轴12上安装有第一从动齿轮121，第一从动齿轮111和第一从动齿轮121相啮合，第一从动齿轮121远离第一主动齿轮111一端设有安装板2，安装板2自由端设有避让槽21，安装板2上端面于避让槽21两侧各安装有一块竖板22，两块竖板22之间设有弧形板23，弧形板23外周设有弧形齿条，两块竖板22之间还安装有第二齿轮24，第二齿轮24与弧形齿条啮合，第二齿轮24轴向安装有第二从动轴25，第二从动轴25一端穿过竖板22安装有第二从动齿轮26，其中一块竖板22上安装有第二步进电机20，第二步进电机20的输送轴传动连接有第二主动轴27，第二主动轴27上安装有第二主动齿轮28，第二主动齿轮28与第二从动齿轮26均为锥齿轮、且相互啮合，弧形板23两侧设有弧形槽231，两块竖板22靠近弧形板23一侧安装有与弧形槽231相匹配的第一弧形卡块232，弧形板23远离第二齿轮24一端端面安装有球铰，球铰包括连接杆31，连接杆31自由端连接有踏板4，踏板4远离连接杆31一端安装有铰接杆41，铰接杆41上一体成型有球体42，支撑轴40于球体42对应位置设有圆形通孔420，球体42活动安装在圆形通孔420内，第三支撑轴40与铰接杆41自由端一侧固定设有弧形安装架51，弧形安装架51上开设有弧形通孔511，弧形安装架51内设有电机固定块52，电机固定块52侧壁安装有与弧形通孔511相匹配的第二弧形卡块521，电机固定块52上安装有第三步进电机50，第三步进电机50的动力输出轴与铰接杆41自由端传动连接，底座1上端面于支撑轴40与踏板4之间安装有门字形固定板6，踏板4与门字形固定板6上均设有绑带，单片机分别电性输出连接第一步进电机10、第二步进电机20和第三步进电机50。
本实施例中，使用时，使用者坐在凳子上，把脚放在踏板4上，小腿贴在门字形固定板6右侧，然后使用绑带绑紧；通过单片机控制第三步进电机50带动踏板4围绕铰接轴40旋转，完成踝关节的内翻和外翻运动，第三步进电机50与电机固定块52固定连接，电机固定块5被限制在弧形安装架51内，避免第三步进电机50发生轴向翻转，踏板4右端通过球铰连接在弧形板23，在对踏板4右端形成支撑的同时，不对其翻转的自由度形成限制；通过单片机控制第二步进电机20旋转，通过第二主动齿轮28与第二从动齿轮26的相互啮合，使得第二齿轮24带动弧形板23转动，从而带动踏板4围绕球体42上下偏移，使得被固定在踏板4上的脚完成踝关节的背伸和跖屈运动，在转动时，第三步进电机50随着踏板4的上下偏移，第二弧形卡块521在弧形通孔511内滑动，第一弧形卡块232在弧形凹槽231内滑动，给予第三步进电机50足够的自由度；通过单片机控制第一步进电机10转动，从而带动第一从动齿轮121转动，进而带动安装板2转动，使得踏板4围绕第一从动轴12转动，完成被固定在踏板4上的脚完成踝关节的左右转动的目的。这样的结构设计，通过三个步进电机带动脚部进行运动，达到活动踝关节的目的。
还包括遥控器7，遥控器7上设有总开关71、上偏按钮721、下偏按钮722、右转按钮731、左转按钮732、内翻按钮741和外翻按钮742，遥控器7内设有CPU，CPU与总开关71、上偏按钮721、下偏按钮722、右转按钮731、左转按钮732、内翻按钮741和外翻按钮742电连接，CPU还电连接有红外发射模块，单片机电连接有红外接收模块。这样的结构设计，使用时，对遥控器7上的各个按钮进行按动，经CPU处理后，把信号通过红外发射模块传递给单片机，单片机对信号进一步处理，然后控制对应的步进电机做出正转或反转的动作，达到通过遥控器7上的各个按钮对三个步进电机进行近距离遥控的目的，使用者可根据自身的承受能力自行调节踏板4的偏转角度，可操控性更强。
圆形通孔420内于球体42上套设有两个限位环421，限位环421内侧面与球体42内侧面相贴合，支撑轴40于圆形通孔420两端设有第一螺纹盲孔423，第一螺纹盲孔423与圆形通孔420相连通，第一螺纹盲孔423内螺接有压紧环422，铰接杆41穿设在限位环421和压紧环422内。这样的结构设计，通过限位环421和压紧环422把球体42安装在圆形通孔420内，结构简单，安装方便。
第二弧形卡块521上设有第二阶梯孔522，电机固定块52于第二阶梯孔522对应位置设有第二螺纹盲孔，第二螺纹盲孔内设有第二固定螺栓。这样的结构设计，第二弧形卡块521通过第二固定螺栓与电机固定块52固定连接，结构简单，安装方便，实用性强。
安装板2于竖板22对应位置设有矩形通孔201，竖板22下端面设有与矩形通孔201相匹配的凸块，安装板2侧面于矩形通孔201对应位置设有第三通孔202，凸块于第三通孔202对应位置设有第三螺纹孔，第三螺纹孔内螺接有第三固定螺栓。这样的结构设计，竖板22通过凸块插设在矩形通孔201内，然后通过第三固定螺栓固定，结构简单，安装方便，可节约成本。
竖板22远离弧形板23一侧设有与第一弧形卡块232相匹配的异形通孔，第一弧形卡块232远离弧形板23一端端面设有安装块233，竖板22开设有与安装板233相匹配的异形凹槽，安装板233与竖板22通过螺栓连接。这样的结构设计，在安装第一弧形卡块232时，可从竖板22外侧穿入，再使用螺栓固定，安装方便。
第一主动轴11和第一从动轴12上均套设有两个圆锥滚子轴承120。这样的结构设计，可减少摩擦力，延长第一主动轴11和第一从动轴12的使用寿命。
底座1于安装板2下方设有底板100。这样的结构设计，通过底板100辅助支撑底座1，在使用时更加稳定。
以上对本发明提供的一种三自由度踝关节损伤康复器进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：包括底座(1)和单片机，所述底座(1)内竖直设有相互平行的第一主动轴(11)和第一从动轴(12)，所述第一从动轴(12)上端安装有支撑轴(40)，所述底座(1)上于第一主动轴(11)对应位置安装有第一步进电机(10)，所述第一步进电机(10)输出轴与第一主动轴(11)传动连接，所述第一主动轴(11)上安装有第一主动齿轮(111)，所述第一从动轴(12)上安装有第一从动齿轮(121)，所述第一从动齿轮(111)和第一从动齿轮(121)相啮合，所述第一从动齿轮(121)远离第一主动齿轮(111)一端设有安装板(2)，所述安装板(2)自由端设有避让槽(21)，所述安装板(2)上端面于避让槽(21)两侧各安装有一块竖板(22)，两块所述竖板(22)之间设有弧形板(23)，所述弧形板(23)外周设有弧形齿条，两块所述竖板(22)之间还安装有第二齿轮(24)，所述第二齿轮(24)与弧形齿条啮合，所述第二齿轮(24)轴向安装有第二从动轴(25)，所述第二从动轴(25)一端穿过竖板(22)安装有第二从动齿轮(26)，其中一块所述竖板(22)上安装有第二步进电机(20)，所述第二步进电机(20)的输送轴传动连接有第二主动轴(27)，所述第二主动轴(27)上安装有第二主动齿轮(28)，所述第二主动齿轮(28)与第二从动齿轮(26)均为锥齿轮、且相互啮合，所述弧形板(23)两侧设有弧形槽(231)，两块所述竖板(22)靠近弧形板(23)一侧安装有与弧形槽(231)相匹配的第一弧形卡块(232)，所述弧形板(23)远离第二齿轮(24)一端端面安装有球铰，所述球铰包括连接杆(31)，所述连接杆(31)自由端连接有踏板(4)，所述踏板(4)远离连接杆(31)一端安装有铰接杆(41)，所述铰接杆(41)上一体成型有球体(42)，所述支撑轴(40)于球体(42)对应位置设有圆形通孔(420)，所述球体(42)活动安装在圆形通孔(420)内，所述第三所述支撑轴(40)与铰接杆(41)自由端一侧固定设有弧形安装架(51)，所述弧形安装架(51)上开设有弧形通孔(511)，所述弧形安装架(51)内设有电机固定块(52)，所述电机固定块(52)侧壁安装有与弧形通孔(511)相匹配的第二弧形卡块(521)，所述电机固定块(52)上安装有第三步进电机(50)，所述第三步进电机(50)的动力输出轴与铰接杆(41)自由端传动连接，所述底座(1)上端面于支撑轴(40)与踏板(4)之间安装有门字形固定板(6)，所述踏板(4)与门字形固定板(6)上均设有绑带，所述单片机分别电性输出连接第一步进电机(10)、第二步进电机(20)和第三步进电机(50)。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：还包括遥控器(7)，所述遥控器(7)上设有总开关(71)、上偏按钮(721)、下偏按钮(722)、右转按钮(731)、左转按钮(732)、内翻按钮(741)和外翻按钮(742)，所述遥控器(7)内设有CPU，所述CPU与总开关(71)、上偏按钮(721)、下偏按钮(722)、右转按钮(731)、左转按钮(732)、内翻按钮(741)和外翻按钮(742)电连接，所述CPU还电连接有红外发射模块，所述单片机电连接有红外接收模块。
3.根据权利要求2所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：所述圆形通孔(420)内于球体(42)上套设有两个限位环(421)，所述限位环(421)内侧面与球体(42)内侧面相贴合，所述支撑轴(40)于圆形通孔(420)两端设有第一螺纹盲孔(423)，所述第一螺纹盲孔(423)与圆形通孔(420)相连通，所述第一螺纹盲孔(423)内螺接有压紧环(422)，所述铰接杆(41)穿设在限位环(421)和压紧环(422)内。
4.根据权利要求3所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：所述第二弧形卡块(521)上设有第二阶梯孔(522)，所述电机固定块(52)于第二阶梯孔(522)对应位置设有第二螺纹盲孔，所述第二螺纹盲孔内设有第二固定螺栓。
5.根据权利要求4所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：所述安装板(2)于竖板(22)对应位置设有矩形通孔(201)，所述竖板(22)下端面设有与矩形通孔(201)相匹配的凸块，所述安装板(2)侧面于矩形通孔(201)对应位置设有第三通孔(202)，所述凸块于第三通孔(202)对应位置设有第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内螺接有第三固定螺栓。
6.根据权利要求5所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：所述竖板(22)远离弧形板(23)一侧设有与第一弧形卡块(232)相匹配的异形通孔，所述第一弧形卡块(232)远离弧形板(23)一端端面设有安装块(233)，所述竖板(22)开设有与安装板(233)相匹配的异形凹槽，所述安装板(233)与竖板(22)通过螺栓连接。
7.根据权利要求6所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：所述第一主动轴(11)和第一从动轴(12)上均套设有两个圆锥滚子轴承(120)。
8.根据权利要求7所述的一种三自由度踝关节损伤康复器，其特征在于：所述底座(1)于安装板(2)下方设有底板(100)。
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Cited By (2)
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2018
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