CN109820696A - 一种基于人体关联驱动的脚踝康复机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于人体自身驱动和关联运动的柔性脚踝康复机构，包括底座和设置在底座上方的左脚固定器、右脚固定器，左、右脚固定器与底座之间分别连接有旋转运动机构，每个旋转运动机构都可以实现沿X、Y、Z轴的转动，两个旋转运动机构之间通过关联机构连接起来，通过健康脚踝带动康复脚踝，保证左右两边能够实现相同的运动，利用患者健康脚踝驱动需要康复的脚踝，完全复现健康脚踝的动作，患者可根据自身康复程度选择不同的康复动作以及动作的大小，进而实现了柔性康复，无二次伤害，通过机纯械结构有效的复现了脚踝的康复动作以达到帮助患者康复的效果，使机构得到了极大的简化，安装维护方便，成本低。

Description

一种基于人体关联驱动的脚踝康复机构

技术领域

本发明涉及医疗康复机械技术领域，具体涉及一种柔性脚踝康复机构。

背景技术

随着科学技术的发展和医疗水平的提高，人们越来越重视术后的康复期的治疗，以期使身体得到最大程度的恢复并维持身心功能，提高生活自理能力并顺利回归家庭或社会。因此，如何更合理的进行具有优良恢复效果的康复医疗机构的研发设计成为了医学机械领域的焦点。

脚踝康复则是康复机械领域一个重要分支，踝关节共涉及伸屈、内外翻、内外旋三个自由度。现阶段，市场上的脚踝康复机构大多都是电机驱动结合控制算法来实现脚踝康复动作，康复动作单一且缺少柔性，容易对患者造成二次伤害，无法满足患者不同程度的康复效果；要实现不同程度的康复效果则会导致算法和机构过于复杂，以致成本过高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种基于人体关联驱动的脚踝康复机构，为患者提供高质量不同程度的柔性脚踝康复效果，结构简单、康复动作多样，能满足患者的多种康复需求，且安装维护方便，成本低。

为了达到上述目的，本发明所采用如下的技术方案。

一种基于人体关联驱动的脚踝康复机构，包括底座和分别设置在底座上方的左脚固定器和右脚固定器，左脚固定器、右脚固定器与底座之间分别连接有旋转运动机构，所述旋转运动机构包括X轴旋转机构、Y轴旋转机构和Z轴旋转机构；

其中，X轴旋转机构包括转盘、设置在转盘边缘的旋转轨道，固定在旋转轨道下方的X方向旋转轴，以及X方向旋转轴末端的X轴皮带轮，所述转盘的边缘嵌入所述旋转轨道；

Y轴旋转机构包括俯仰运动保持架、固定在俯仰运动保持架下方的Y方向旋转轴；

Z轴旋转机构包括Z方向旋转轴、Z方向旋转轴顶端的连接盘和Z方向旋转轴底端的Z轴皮带轮；

左脚固定器和右脚固定器分别固定在各自对应的X轴旋转机构的转盘上，X轴为沿脚掌长度方向，Y轴为沿脚掌宽度方向，Z轴为与X、Y轴所在平面垂直的方向；

俯仰运动保持架位于转盘正下方， Y方向旋转轴转动支撑在底座上，X方向旋转轴转动支撑在俯仰运动保持架上；

所述X方向旋转轴和Y方向旋转轴均为从中间断开的不连续轴，Z方向旋转轴通过顶端的连接盘固定在转盘下方并垂直向下延伸至底座上方，Z方向旋转轴向下延伸时，在与X方向旋转轴或Y方向旋转轴所在的直线相交叉的位置分别断开并通过万向联轴器连接；

左脚固定器和右脚固定器下方的X方向旋转轴之间通过X轴皮带轮和皮带一联动；

左脚固定器和右脚固定器下方的Y方向旋转轴之间通过联轴器连接同步运动；

左脚固定器和右脚固定器下方的Z方向旋转轴之间通过Z轴皮带轮和皮带二联动。

进一步地，所述Y方向旋转轴下方设有定位支架，所述定位支架的长度方向与Y轴平行，所述定位支架固定在底座的支撑架上，Y方向旋转轴的两端分别转动支撑在定位支架的两端，定位支架的中间部位开设有定位孔，所述定位孔用于对Z方向旋转轴的下段定位以保持其与底座垂直。

进一步地，所述旋转轨道为设置在转盘沿X轴中线两端的弧形轨道，轨道截面为侧立的“凹”字形，转盘边缘位于轨道中。

进一步地，所述Z方向旋转轴的末端位于底座上方，与底座不接触。

进一步地，所述俯仰运动保持架底面设有凸耳，所述凸耳上设有供Y方向旋转轴穿过的穿孔，所述凸耳与Y方向旋转轴之间通过销连接进行固定。

进一步地，所述Z方向旋转轴与Z轴带轮之间通过销连接进行固定。

进一步地，所述脚固定器包括底板和连接在底板上的固定带，所述底板与转盘固定连接。

有益效果：

1、本发明通过机纯械结构有效的复现了脚踝的康复动作以达到帮助患者康复的效果，无需借助外界动力即可实现康复动作，使机构得到了极大的简化，并且没有电机即不需要设计复杂的算法，安装维护方便，成本低。

2、本发明基于患者自身驱动，通过左右脚下方旋转机构之间的传动装置实现左右脚动作的传递与复制，即利用患者健康脚踝驱动需要康复的脚踝 ，完全复现健康脚踝的动作，患者可根据自身康复程度选择不同的康复动作以及动作的大小，进而实现了柔性康复，无二次伤害。

3、本发明不仅可以实现绕3个自由度单独的康复动作，还可以实现3个自由度混合康复动作，能满足患者的多种康复需求。

附图说明

图1 为本发明的整体结构轴测示意图；

图2 为本发明的整体结构后视示意图；

图3 为本发明的X轴旋转机构示意图（图中包含了部分Y轴旋转机构的部件）；

图4 为本发明的Y轴旋转机构示意图；

图5 为本发明的Z轴旋转机构示意图；

附图标记：1.左脚固定器，2.右脚固定器，3.底座，4.X轴旋转机构，41.转盘，42.旋转轨道，43.X方向旋转轴，44.X轴皮带轮，45.皮带一，5.Y轴旋转机构，51.俯仰运动保持架，52.Y方向旋转轴，53.开孔，6.Z轴旋转机构，61.Z方向旋转轴，62.连接盘，63.Z轴皮带轮，64.皮带二，65.万向联轴器，7联轴器，8.定位支架，81.定位孔，9.支撑架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本发明为一种基于人体关联驱动的脚踝康复机构，包括底座3，设置在底座3上方的左脚固定器1和右脚固定器2，左、右脚固定器用于将使用者的脚固定在康复机构上，左脚固定器1、右脚固定器2与底座3之间分别连接有旋转运动机构，旋转运动机构用于配合脚踝实现伸屈、内外翻转以及内外旋转三个自由度的运动，使用时将左、右两只脚分别固定在左脚固定器1和右脚固定器2上，每个旋转运动机构都可以实现沿X、Y、Z轴的转动，两个旋转运动机构之间通过关联机构连接起来，通过健康脚踝带动康复脚踝，保证左右两边能够实现相同的运动。

所述旋转运动机构包括X轴旋转机构4、Y轴旋转机构5和Z轴旋转机构6；左脚固定器1和右脚固定器2分别固定在各自对应的X轴旋转机构4上，如图1，本发明中，定义X轴为沿脚掌长度方向，Y轴为沿脚掌宽度方向，Z轴为与X、Y轴所在平面垂直的方向，即垂直于底座3的方向。

如图1所示，X轴旋转机构4通过X方向旋转轴转动设置在Y轴旋转机构5上，对应脚踝的内外翻自由度；Y轴旋转机构5通过Y方向旋转轴转动支撑在底座3上，对应脚踝的伸屈自由度；Z轴旋转机构6固定在X方向旋转机构上并垂直向下延伸至底座3上方，对应脚踝的内外旋自由度，Z方向旋转轴垂直向下延伸，在到达X方向旋转轴或Y方向旋转轴所在直线的位置时分别断开并通过万向联轴器65连接。

进一步地，所述X轴旋转机构4、Y轴旋转机构5和Z轴旋转机构6的具体结构如下。

如图1-3所示，X轴旋转机构4包括转盘41、设置在转盘41边缘的旋转轨道42，固定在旋转轨道42下方的X方向旋转轴43，以及X方向旋转轴43末端的X轴皮带轮44；所述转盘41的边缘嵌入所述旋转轨道42，所述旋转轨道42可以是围绕转盘41一周设置的圆形轨道，也可以是图示那样仅设置在转盘41沿X轴方向两端的弧形轨道，轨道截面为“凹”形，转盘41边缘位于轨道中。

如图1-2及图4所示，Y轴旋转机构5包括俯仰运动保持架51、固定在俯仰运动保持架51下方的Y方向旋转轴52，所述底座3上设置有垂直向上的支撑架9，所述Y方向旋转轴52转动支撑在支撑架9上。

如图5所示，Z轴旋转机构6包括Z方向旋转轴61、固定在Z方向旋转轴61顶端的连接盘和Z方向旋转轴61底端的Z轴皮带轮63。

如图1-2所示，俯仰运动保持架51位于转盘41正下方，所述Z方向旋转轴61通过顶端的连接盘固定在转盘41下方并垂直向下延伸，所述X方向旋转轴43和Y方向旋转轴52均为从中间断开的不连续轴，用以避免与Z方向旋转轴61直接交叉形成干涉， Z方向旋转轴61分为三段（详见图5），三段之间通过万向联轴器65连接，即，Z方向旋转轴61在从顶端向下延伸过程中，到达X方向旋转轴43和Y方向旋转轴52所在直线位置时，分别断开并通过万向联轴器65连接，以保证Z方向旋转轴61不会对X、Y轴方向的运动产生干涉，所述Z方向旋转轴61的末端位于底座3上方，与底座3不接触。

进一步地，左、右脚固定器2分别通过四个螺钉与转盘41固定，所述俯仰运动保持架51沿X轴方向的两端固定有直立向上的侧板，所述X方向旋转轴43的两端转动支撑在俯仰运动保持架51两端的侧板上。

进一步地，所述俯仰运动保持架51中间位置设有开孔53，方便Z方向旋转轴61穿过，所述俯仰运动保持架51底面设有凸耳，所述凸耳上设有供Y方向旋转轴52穿过的穿孔，所述凸耳与Y方向旋转轴52之间通过销连接进行固定。

进一步地，所述Y方向旋转轴52下方设有定位支架8，所述定位支架8由一个水平板和两个立板组成，整体呈“凹”字形，长度方向与Y轴平行，所述定位支架8两端固定在底座3的支撑架9上，Y方向旋转轴52的两端分别转动支撑在定位支架8的立板上，由于Z方向旋转轴61分为三段（上段、中间段、下段）并通过万向联轴器65连接，为保持Z方向旋转轴61的垂直，定位支架8的水平板中间部位开设有定位孔81，该定位孔81与Z方向旋转轴61的下段通过轴承形成配合，用于对Z方向旋转轴61的下段定位以保持其与底座3垂直，防止其在运动过程中进行摆动。

每个旋转运动机构都可以实现沿X、Y、Z轴的转动，两个旋转运动机构之间通过关联机构连接起来，以保证左右两边能够实现相同的运动。左脚固定器1和右脚固定器2下方的X方向旋转轴43之间通过X轴皮带轮44和皮带一45联动；左脚固定器1和右脚固定器2下方的Y方向旋转轴52之间通过联轴器7连接进行同步运动；左脚固定器1和右脚固定器2下方的Z方向旋转轴61之间通过Z轴皮带轮63和皮带二64联动。初始位置时，转盘41处于水平状态，当使用者的左、右脚分别固定在左、右脚固定器上之后，任一脚的运动都将通过旋转运动机构之间相应的关联机构传递给另一脚，实现左右两脚动作的传递与复制。

X方向旋转轴43和X轴皮带轮44之间通过键连接，Z方向旋转轴61与Z轴皮带轮63之间通过销连接。

本发明基于患者自身驱动，无需电机，即利用患者健康脚踝驱动需要康复的脚踝，完全复现健康脚踝的动作，患者可根据自身康复程度选择不同的康复动作以及动作的大小，进而实现了柔性康复，极大程度地避免对患者造成二次伤害。

沿X轴旋转运动的实现：旋转轨道42分别与X方向旋转轴43连接使其保持同步运动，再将X方向旋转轴43与俯仰运动保持架51形成旋转副以实现左右两部分的旋转运动，即分别实现左、右脚沿X轴的旋转运动。通过带传动实现左、右脚动作的传递与复制，左、右任一脚固定器沿X轴转动带动转盘41沿X轴转动，从而带动旋转轨道42沿X轴转动，旋转轨道42通过X方向旋转轴43将动力传递给X轴皮带轮44，最后通过皮带一45将动力和运动传递到另外一边的X轴皮带轮44，另外一边X轴皮带轮44的转动带动X方向旋转轴43转动，X方向旋转轴43带动旋转轨道42和转盘41沿X轴转动，从而实现沿X轴的左右动作的传递与复制。

沿Y轴旋转运动的实现：旋转轨道42与X方向旋转轴43连接使其保持同步运动，再将X方向旋转轴43与俯仰运动保持架51形成沿X轴的旋转副从而限制了X方向旋转轴43沿其他轴的旋转自由度，当左、右任一脚固定器沿Y轴转时，其动力和运动通过转盘41同步传递到旋转轨道42，通过X方向旋转轴43将动力和运动同步传递给俯仰运动保持架51，俯仰运动保持架51与Y方向旋转轴52通过销连接，实现沿Y轴的同步转动将动力和运动传递给Y方向旋转轴52，左、右两边的Y方向旋转轴52之间通过联轴器7连接，通过联轴器将Y方向旋转轴52的转动传递给另一边的Y方向旋转轴，另一边Y方向旋转轴的转动驱动其上方的俯仰运动保持架及旋转轨道和转盘沿Y轴转动，从而实现沿Y轴的左右动作的传递与复制。

沿Z轴旋转运动的实现：Z方向旋转轴61顶端的连接盘62与转盘41通过四个螺栓连接以保证同步旋转运动，左、右任一脚固定器沿Z轴旋转通过转盘41将旋转传递给Z方向旋转轴61，Z方向旋转轴61的旋转通过万向联轴器65同步传递，Z方向旋转轴61的末端与Z轴皮带轮63通过销连接，Z方向旋转轴61将动力和运动传递给Z轴皮带轮63，最后通过皮带二64将运动和动力传递给另外一边的Z轴皮带轮63，另外一边Z轴皮带轮63的转动带动Z方向旋转轴61转动，Z方向旋转轴61带动转盘41沿Z轴转动，从而实现沿Z轴的左右动作的传递与复制。

本发明利用健康脚踝的运动驱动康复脚踝做相应的康复动作，不仅可以实现绕3个自由度单独的康复动作，还可以实现3个自由度混合康复动作，利用患者的健康脚踝驱动待康复的脚踝运动，患者可根据自身需要调整动作幅度和节奏，自由启停，柔性康复，无需电机，也不需要设置复杂算法对康复动作进行控制，各机械机构易于安装和维护，结构简单成本低。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于人体关联驱动的脚踝康复机构，包括底座和分别设置在底座上方的左脚固定器和右脚固定器，左脚固定器、右脚固定器与底座之间分别连接有旋转运动机构，其特征在于：

所述旋转运动机构包括X轴旋转机构、Y轴旋转机构和Z轴旋转机构；

其中，X轴旋转机构包括转盘、设置在转盘边缘的旋转轨道，固定在旋转轨道下方的X方向旋转轴，以及X方向旋转轴末端的X轴皮带轮，所述转盘的边缘嵌入所述旋转轨道；

Y轴旋转机构包括俯仰运动保持架、固定在俯仰运动保持架下方的Y方向旋转轴；

Z轴旋转机构包括Z方向旋转轴、Z方向旋转轴顶端的连接盘和Z方向旋转轴底端的Z轴皮带轮；

左脚固定器和右脚固定器分别固定在各自对应的X轴旋转机构的转盘上，X轴为沿脚掌长度方向，Y轴为沿脚掌宽度方向，Z轴为与X、Y轴所在平面垂直的方向；

俯仰运动保持架位于转盘正下方， Y方向旋转轴转动支撑在底座上，X方向旋转轴转动支撑在俯仰运动保持架上；

所述X方向旋转轴和Y方向旋转轴均为从中间断开的不连续轴，Z方向旋转轴通过顶端的连接盘固定在转盘下方并垂直向下延伸至底座上方，Z方向旋转轴向下延伸时，在与X方向旋转轴或Y方向旋转轴所在的直线相交叉的位置分别断开并通过万向联轴器连接；

左脚固定器和右脚固定器下方的X方向旋转轴之间通过X轴皮带轮和皮带一联动；

左脚固定器和右脚固定器下方的Y方向旋转轴之间通过联轴器连接同步运动；

左脚固定器和右脚固定器下方的Z方向旋转轴之间通过Z轴皮带轮和皮带二联动。

2.如权利要求1所述的脚踝康复机构，其特征在于：所述Y方向旋转轴下方设有定位支架，所述定位支架的长度方向与Y轴平行，所述定位支架固定在底座的支撑架上，Y方向旋转轴的两端分别转动支撑在定位支架的两端，定位支架的中间部位开设有定位孔，所述定位孔用于对Z方向旋转轴的下段定位以保持其与底座垂直。

3.如权利要求1所述的脚踝康复机构，其特征在于：所述旋转轨道为设置在转盘沿X轴两端的弧形轨道，轨道截面为侧立的“凹”字形，转盘边缘位于轨道中。

4.如权利要求1所述的脚踝康复机构，其特征在于：所述Z方向旋转轴的末端位于底座上方，与底座不接触。

5.如权利要求1所述的脚踝康复机构，其特征在于：所述俯仰运动保持架底面设有凸耳，所述凸耳上设有供Y方向旋转轴穿过的穿孔，所述凸耳与Y方向旋转轴之间通过销连接进行固定。

6.如权利要求1所述的脚踝康复机构，其特征在于：所述Z方向旋转轴与Z轴带轮之间通过销连接进行固定。

7.如权利要求1所述的脚踝康复机构，其特征在于：所述脚固定器包括底板和连接在底板上的固定带，所述底板与转盘固定连接。