CN109662867A - 基于Stewart平台改进的脚踝康复机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构。本发明一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，包括：本发明还包括六个伸缩支链；所述伸缩支链由电机、减速器和丝杠丝母组成，且初始位置时相对中间平面成对称分布，电机驱动减速器与滚珠丝杠将电机的旋转运动转变为直线运动；所述伸缩支链分别与所述静平台和动平台之间用铰链连接。本发明的有益效果：根据脚踝康复所需的工作空间，基于Stewart平台对并联机构进行改进，其可达的工作空间为该棱形截面沿着垂直静平台方向通过平移缩放所形成的空间，并且其灵巧工作空间具有很大的角度运动范围，能更好的满足脚踝康复机器人的功能需求。
Description
技术领域
本发明涉及康复机构领域，具体涉及一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构。
背景技术
脚踝关节损伤是临床常见的疾病，在关节及韧带损伤中是发病率最高的疾病。踝关节是人体距离地面最近的负重关节，也就是说踝关节是全身负重最多的关节。踝关节的稳定性对于日常的活动和体育运动的正常进行起重要的作用。在当代医疗康复领域，脚踝康复机器人作为一种康复设备，它可以帮助有脚踝运动障碍的病人进行康复训练。但现有的一些脚踝康复机器人，在一定程度上对脚踝的康复训练有效果，但都存在一些不足之处，比如康复机器人的自由度冗余、运动不能完全符合人体脚踝的运动规律及价格昂贵等。因此本专利提出了一种简易的并联机构。
传统技术存在以下技术问题：
对于脚踝康复机器人不但对其位置工作空间有要求，对其姿态工作空间也有严格的要求。Stewart平台具有一定姿态能力的工作空间，但并联结构随着其绕各轴旋转角度的增加，工作空间截面形状不断变小，且灵巧性比较差。通过对Stewart并联机构的分析发现对于一些大范围运动的并联机构还可能存在奇异位形、运动学正解困难、耦合强度大等各方面的问题，这就造成了并联机构的分析非常困难。但随着对并联机构的研究深入，不可避免的对并联机构的综合性能提出更高的要求，故设计一个在性能、实际加工、经济上都比较满意的机构成为一个突出的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，针对现有脚踝康复机器人存在的问题与工作空间的要求，结合传统Stewart平台的特点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了1.一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，包括：本发明还包括六个伸缩支链；所述伸缩支链由电机、减速器和丝杠丝母组成，且初始位置时相对中间平面成对称分布，电机驱动减速器与滚珠丝杠将电机的旋转运动转变为直线运动；所述伸缩支链分别与所述静平台和动平台之间用铰链连接。
在其中一个实施例中，在所述伸缩支链末端安装压力传感器，实时监测压力值。
在其中一个实施例中，所述静平台是矩形底座。
在其中一个实施例中，所述动平台是长方形薄板。
在其中一个实施例中，所述动平台的主要运动方式包括：垂直地面的上下摆动、水平地面的左右摆动与位置的平移。
在其中一个实施例中，所述铰链中加入精密轴承来保证其系统性能。
本发明的有益效果：
根据脚踝康复所需的工作空间，基于Stewart平台对并联机构进行改进，其可达的工作空间为该棱形截面沿着垂直静平台方向通过平移缩放所形成的空间，并且其灵巧工作空间具有很大的角度运动范围，能更好的满足脚踝康复机器人的功能需求。
附图说明
图1是本发明基于Stewart平台改进的脚踝康复机构的整体结构示意图。
图2是本发明基于Stewart平台改进的脚踝康复机构中的支链结构示意图。
图3是本发明基于Stewart平台改进的脚踝康复机构中的动平台结构示意图。
图4是本发明基于Stewart平台改进的脚踝康复机构中的静平台结构示意图。
图5是本发明基于Stewart平台改进的脚踝康复机构中的坐标系示意图。
图6是本发明基于Stewart平台改进的脚踝康复机构中的相关编程流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明包括一个静平台与一个动平台；本发明还包括六个伸缩支链；每个支链由电机，减速器、丝杠丝母、铰链组成，且初始位置时相对中间平面成对称分布。电机驱动减速器与滚珠丝杠将电机的旋转运动转变为直线运动。电机，减速器，丝杆，螺母，和静平台，动平台之间用铰链连接。同时，在支链末端安装压力传感器，实时监测压力值。
本发明的支链由驱动装置与传动装置组成，其中驱动装置包括电机与减速器，传动装置为丝杠丝母。本发明的六个伸缩支链采用同样的结构，每个支链一端均通过铰链与动平台相连，每个支链的另一端均通过铰链与静平台相连。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构包括一个静平台与一个动平台，其中静平台为一个矩形底座，动平台为一个长方形薄板，且动平台的主要运动方式包括：垂直地面的上下摆动、水平地面的左右摆动与位置的平移。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构的每个支链的上下两端均有铰链连接，但铰链间隙对系统性能影响较大，因此对机构运动精度及工作空间将产生不利影响，故通过在铰链中加入精密轴承来保证其系统性能。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，针对传统Stewart平台运动空间仅是其上方的一个厚度不算大的菱形空间，若增加其工作空间则整体结构尺寸会变得很大的问题，改进工作空间工作截面近似为棱形。
本发明根据脚踝康复所需的工作空间，基于Stewart平台对并联机构进行改进，其可达的工作空间为该棱形截面沿着垂直静平台方向通过平移缩放所形成的空间，并且其灵巧工作空间具有很大的角度运动范围，能更好的满足脚踝康复机器人的功能需求。
下面结合图1、图2、图3与图4说明本实施方式，本发明涉及一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，根据人体脚部运动的范围改进其可达的工作空间，可以极大降低传统机构所需要的空间，并且其灵巧工作空间具有很大的角度运动范围；同时增加整体机构的灵活性，能更好的满足脚踝康复机器人的功能需求。
参照图1、图2、图3与图4，本发明包括一个静平台11与一个动平台4；其中静平台11为一个矩形底座，动平台4为一个长方形薄板。在动平台4的下端固定安装一个铰链安装架5，铰链21、铰链1、铰链2、铰链3、铰链6与铰链7依次安装在铰链安装架5上，通过各个支链的伸缩运动带动动平台4运动。支链20、支链19、支链16、支链12、支链8与支链9依次通过铰链18、铰链17、铰链15、铰链14、铰链12与铰链10和静平台11相连。
参照图1、图2、图3与图4，链20、支链19、支链16、支链12、支链8与支链9均包括驱动装置与传动装置，其中驱动装置由电机26与减速器25组成，电机轴转动带动减速器输出轴转动，通过滚珠丝杠22的作用将电机26旋转运动转化为直线运动，传递给推杆23，带动每个支链作伸缩运动，最终完成动平台4的运动。
参照图1、图2、图3与图4，每个支链的末端均安装有一个压力传感器24，当机构应用于病患的脚踝康复时，能够实时的检测病患脚底对机构的压力，因此病患能够通过反馈的压力数值结合自身条件进行康复训练，提升自主康复能力；同时，病患可以根据医生的康复训练压力指标，调节压力大小，保证康复训练的安全。
脚踝关节康复机器人机构的位置工作空间是指移动平台的中心点可以达到的一组空间位置，即移动平台平移时可以达到的最大空间范围。机构在某一可达点处的姿态能力是指移动平台可实现的姿态变化范围。表示为旋转角度的集合：
参照图5，固定脚板中的脚踝关节坐标系{o'}限制x,y,z的移动并使共轴多铰链平台旋转，并在旋转过程中运用式(11)搜索最长的驱动长度如式(12)，以满足脚踝关节康复机器人的要求：
Lmax＝Max(||BPi||),(α,β,θ)∈Wr,i＝0,1..5 (12)
固定脚板中的脚踝关节坐标系{o'}限制x,y,z的移动并使共轴多铰链平台旋转，并在旋转过程中运用式式(11)搜索搜索最短的驱动长度如式(13)，以满足脚踝关节康复机器人的要求：
Lmin＝Min(||BPi||),(α,β,θ)∈Wr,i＝0,1..5 (13)
参照图6，以驱动单元的最大的和最小的驱动长度作为支腿长度约束，并且根据图5中确定的几何表示，进行工作空间的搜索程序编程。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，包括：本发明还包括六个伸缩支链；所述伸缩支链由电机、减速器和丝杠丝母组成，且初始位置时相对中间平面成对称分布，电机驱动减速器与滚珠丝杠将电机的旋转运动转变为直线运动；所述伸缩支链分别与所述静平台和动平台之间用铰链连接。
2.如权利要求1所述的基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，在所述伸缩支链末端安装压力传感器，实时监测压力值。
3.如权利要求1所述的基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，所述静平台是矩形底座。
4.如权利要求1所述的基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，所述动平台是长方形薄板。
5.如权利要求1所述的基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，所述动平台的主要运动方式包括：垂直地面的上下摆动、水平地面的左右摆动与位置的平移。
6.如权利要求1所述的基于Stewart平台改进的脚踝康复机构，其特征在于，所述铰链中加入精密轴承来保证其系统性能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190423 |