CN109646249B - 一种脚踝康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脚踝康复机器人，包括：脚踏板、驱动轮和气动人工肌肉，所述脚踏板上固定有脚踝支架，所述驱动轮通过驱动轮轴与所述脚踝支架传动连接，所述驱动轮轴的两侧分别设有与所述驱动轮铰接的连杆，所述气动人工肌肉与连杆相对应的设有两组，两组所述连杆分别与对应的气动人工肌肉传动连接；气动人工肌肉通过连杆驱动驱动轮转动，脚踝支架经驱动轮轴驱动旋转，从而带动脚踏板顺时针或逆时针转动，实现脚踝康复训练；该装置在结构方面，设置有角度限位块，可以有效地减少意外风险，采用轻巧的气动人工肌肉作为动力来源，大大减小了外骨骼机器人的重量，轻便易携带。

Description

一种脚踝康复机器人
技术领域
本发明涉及一种脚踝康复机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
由于老龄化、交通事故以及各种疾病引发的具有脚踝运动障碍的患者数量不断增加，急需要一种脚踝康复治疗方法来帮助患者恢复运动能力。现如今帮助脚踝运动障碍患者恢复运动能力的康复训练方法有传统的医疗室辅助治疗和康复训练机器人辅助治疗两种训练方法。其中医疗师辅助训练通常是在医疗师指导下或者帮助下做一些简单的恢复性运动，这种方式效率低、治疗所需要的时间长，对医疗师的要求高、费用高，并不能得到广泛的应用。脚踝康复训练机器人辅助治疗是在脚踝康复机器人的帮助下完成临床医疗上所需要的康复训练，并且及时向患者和医疗师提供反馈信息，使患者能够更快的恢复运动能力，但是现有的脚踝康复机器人都采用电机或者电缸作为驱动力，非常笨重，不利于搬运以及推广。由于需要使用较大的扭矩，减速器和电机的体积会非常大，这使得机器人只能固定在特定的地点，不能安装在患者的身上，使患者进行康复性行走，这使得治疗效果非常低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脚踝康复机器人，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。
一种脚踝康复机器人，包括：脚踏板、驱动轮和气动人工肌肉，所述脚踏板上固定有脚踝支架，所述驱动轮通过驱动轮轴与所述脚踝支架传动连接，所述驱动轮轴的两侧分别设有与所述驱动轮铰接的连杆，所述气动人工肌肉与连杆相对应的设有两组，两组所述连杆分别与对应的气动人工肌肉传动连接；
气动人工肌肉通过连杆驱动驱动轮转动，脚踝支架经驱动轮轴驱动旋转，从而带动脚踏板顺时针或逆时针转动，实现脚踝康复训练。
优选的，所述气动人工肌肉固定于所述框架内，所述框架外侧还安装有挡板，所述挡板外侧与脚踏板相对应的设有小腿摆放架。
优选的，所述支撑机构包括支撑架和连接于所述支撑架上的安装板，框架固定所述安装板上。
优选的，所述安装板通过旋转轴可转动的连接于所述支撑架上，所述安装板上开设有调节孔；
安装板以旋转轴为圆心转动，通过贯穿调节孔的固定件将所述安装板固定于所述支撑架上，实现安装板倾斜角度调节。
优选的，所述驱动轮轴上还连接有腿部支架，所述腿部支架与挡板和安装板固定连接。
优选的，所述气动人工肌肉的驱动轴上连接有滑块，所述连杆通过连接轴与所述滑块铰接，所述安装板上设有供滑块滑行的导轨，所述导轨与气动人工肌肉的驱动轴同轴线。
优选的，所述驱动轮轴上还连接有用于限制驱动轮转动角度的角度限位块。
优选的，所述驱动轮轴上还安装有用于检测驱动轮转动角度的角度传感器。
优选的，所述驱动轮轴上还包括用于检测脚踏板扭矩的扭矩传感器。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
1.本发明在结构方面有较好的稳定性和安全性，本发明在动力方面，气动人工肌肉有固定的行程，不会因为转动角度失控对患者造成伤害，在结构方面，设置有角度限位块，可以有效地减少意外风险；
2.本发明采用轻巧的气动人工肌肉作为动力来源，与传统的电机驱动的外骨骼机器人相比，中间省去了沉重的电机和减速器装置，大大减小了外骨骼机器人的重量；
3.本发明制作成本低，适用范围广，相对其他机器人来说，需要的机械零部件少，安装简单，这使得本发明的制作成本低，轻便易携带。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明内部结构图；
图3是本发明传感系统示意图；
图4是支撑机构示意图。
图中：1、安装板；2、支撑架；3、旋转轴；4、固定板；5、框架；6、挡板；7、小腿摆放架一；8、小腿摆放架二；9、腿部支架一；10、腿部支架二；11、驱动轮轴一；12、角度限位块；13、脚踝支架一；14、脚踏板；15、脚踝支架二；16、驱动轮轴二；17、气动人工肌肉一；18、气动人工肌肉二；19、滑块连接器件一；20、滑块连接器件二；21、滑块连接轴一；22、滑块一；23、导轨一；24、连杆一；25、驱动轮连接轴一；26、驱动轮；27、驱动轮连接轴二；28、导轨二；29、连杆二；30、滑块二；31、滑块连接轴二；32、角度传感器；33、扭矩传感器。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-4所示，一种脚踝康复机器人，其特征在于，包括：脚踏板14、驱动轮26和气动人工肌肉一17和人工肌肉二18，所述脚踏板14上固定有脚踝支架一13和脚踝支架二15，所述驱动轮26通过驱动轮轴二16与脚踝支架二15传动连接，所述脚裸支架13通过轴承与驱动轮轴一11转动连接，所述驱动轮轴一11铰接有连杆一24，所述驱动轮轴二16铰接有连杆二29，所述连杆一与气动人工肌肉一17传动连接，所述连杆二29与气动人工肌肉二18传动连接；
所述气动人工肌肉一17充气且气动人工肌肉二18排气时，气动人工肌肉一17收缩并且气动人工肌肉二18伸长拉动连杆二29，使得驱动轮26顺时针旋转带动脚踝支架二15进一步带动脚踏板14上抬，从而使患者的脚踝上抬；反之则带动脚踏板14前伸，从而使患者的脚向前伸。
如图1所示，在本实施例中，还包括框架5，所述气动人工肌肉一17和气动人工肌肉二18均固定于所述框架5内，所述框架5外侧还安装有挡板6，所述挡板6外侧与脚踏板14相对应的设有小腿摆放架一7和小腿摆放架二8，小腿摆放架的设置减少使用者腿部用力过度造成的酸痛，提高腿部的舒适性。
如图4所示，在本实施例中，还包括支撑机构，所述支撑机构包括支撑架2和连接于所述支撑架2上的安装板1，框架固定所述安装板1上，提高整个装置的稳定性。
如图4所示，在本实施例中，所述安装板1通过旋转轴3可转动的连接于所述支撑架2上，所述安装板1上开设有调节孔；
安装板1以旋转轴3为圆心转动，通过贯穿调节孔的固定件将所述安装板1固定于所述支撑架2上，实现安装板1倾斜角度调节。
如图1所示，在本实施例中，所述驱动轮轴一11上还连接有腿部支架一9，所述驱动轮轴二16上还连接有腿部支架二10，所述腿部支架一9通过螺栓安装在挡板6的外侧，所述腿部支架二10通过螺栓安装在安装板1的内侧。
如图2所示，在本实施例中，所述气动人工肌肉一17和气动人工肌肉二18的驱动轴上连接有滑块一22和滑块二30，所述连杆一24和连杆二29通过滑块连接轴一21和滑块连接轴二31与所述滑块一22和滑块二30铰接，所述安装板1上设有供滑块一22和滑块二30滑行的导轨一23与导轨二28，所述导轨一23和导轨二28与气动人工肌肉的驱动轴同轴线。气动人工肌肉一17、气动人工肌肉二18一端通过螺母固定在固定板4上，一端通过螺母分别固定在滑块连接器件一19和滑块连接器件二20上；滑块连接轴二31和滑块连接轴一21通过紧固螺钉分别安装在滑块连接器件一19和滑块连接器件二20上；驱动轮连接轴一25和驱动轮连接轴二27通过紧固螺钉分别安装在驱动轮26两端；连杆二29和连杆一24一端通过轴承分别与滑块连接轴二31和滑块连接轴一21连接，实现相对转动，另一端通过轴承分别与驱动轮连接轴一25和驱动轮连接轴二27连接，实现相对转动。
如图1和图3所示，在本实施例中，所述驱动轮轴一11上还连接有用于限制驱动轮26转动角度的角度限位块12；不会因为转动角度失控对患者造成伤害，在结构方面，设置有角度限位块，可以有效地减少意外风险。
如图3所示，在本实施例中，所述驱动轮轴一11上还安装有用于检测驱动轮26转动角度的角度传感器32，所述驱动轮轴一11的末端安装有角度传感器32，角度传感器32内圈与驱动轮轴一11固定，外圈与腿部支架二10固定，驱动轮轴一11转动时，内外圈保持相对转动，实现角度测量。
如图3所示，在本实施例中，还包括用于检测脚踏板扭矩的扭矩传感器。所述轮轴二16固定有扭矩传感器33的一端，扭矩传感器33的另一端与驱动轮26固定，将扭矩由驱动轮26传递给扭矩传感传感器33，再传给轮轴二16，最后传给脚踏板14。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种脚踝康复机器人，其特征在于，包括：脚踏板、驱动轮、框架、支撑机构和气动人工肌肉，所述脚踏板上固定有脚踝支架，所述驱动轮通过驱动轮轴与所述脚踝支架传动连接，所述驱动轮轴的两侧分别设有与所述驱动轮铰接的连杆，所述气动人工肌肉与连杆相对应的设有两组，两组所述连杆分别与对应的气动人工肌肉传动连接；
气动人工肌肉通过连杆驱动驱动轮转动，脚踝支架经驱动轮轴驱动旋转，从而带动脚踏板顺时针或逆时针转动，实现脚踝康复训练；
所述气动人工肌肉固定于所述框架内，所述框架外侧还安装有挡板，所述挡板外侧与脚踏板相对应的设有小腿摆放架；
所述支撑机构包括支撑架和连接于所述支撑架上的安装板，框架固定所述安装板上；所述安装板通过旋转轴可转动的连接于所述支撑架上，所述安装板上开设有调节孔；安装板以旋转轴为圆心转动，通过贯穿调节孔的固定件将所述安装板固定于所述支撑架上，实现安装板倾斜角度调节。
2.根据权利要求1所述的脚踝康复机器人，其特征在于，所述驱动轮轴上还连接有腿部支架，所述腿部支架与挡板和安装板固定连接。
3.根据权利要求1所述的脚踝康复机器人，其特征在于，所述气动人工肌肉的连杆上连接有滑块，所述连杆通过连接轴与所述滑块铰接，所述安装板上设有供滑块滑行的导轨，所述导轨与气动人工肌肉的驱动轴同轴线。
4.根据权利要求1至3任一项所述的脚踝康复机器人，其特征在于，所述驱动轮轴上还连接有用于限制驱动轮转动角度的角度限位块。
5.根据权利要求4所述的脚踝康复机器人，其特征在于，所述驱动轮轴上还安装有用于检测驱动轮转动角度的角度传感器。
6.根据权利要求4所述的脚踝康复机器人，其特征在于，还包括用于检测脚踏板扭矩的扭矩传感器。
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