CN110507515B - 一种简易的医疗踝关节康复机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，包括脚踏板组件、类球面转动组件、脚掌调节机构和定平台，脚踏板组件包括前脚掌踏板和后脚掌踏板，后脚掌踏板的前部下凹供前脚掌踏板进行组合放置；脚掌调节机构包括若干侧棘齿和调节薄片，调节薄片穿设竖轴并绕竖轴水平旋转，侧棘齿间具有若干个供调节薄片卡接配合的齿槽；类球面转动组件包括背跖屈导轨、滑块、内外翻导轨和动平台，动平台可水平回转地设于定平台上方，背跖屈导轨呈十字交叉状放置在内外翻导轨上，滑块设于交叉处将背跖屈导轨和内外翻导轨衔接起来，背跖屈导轨固定在后脚掌踏板底部。本发明实现三个自由度的运动，可调节供脚掌搁置的脚踏板长度，且结构简单，体积小，价格低廉。

Description

一种简易的医疗踝关节康复机器人装置

技术领域

本发明属于脚踝康复技术领域，特别与一种简易的医疗踝关节康复机器人装置有关。

背景技术

脚踝损伤是日常生活和运动锻炼中是最为常见的伤病之一，需要及时进行科学康复治疗，目前，市场上已经有的踝关节康复装置功能简单、体积大、重量重、康复训练模式单一、价格昂贵，并且病人需要在专业人士的指导下才可以进行康复训练，因此一般都在医院或者诊所里面应用，不利于市场化。

中国专利文献CN106730634A公开了一种轴线可调式脚踝康复器，其包括翻转装置、小腿固定装置、运动轴线调节装置、运动执行装置以及脚踏板调节装置等，其可实现踝关节的背跖屈运动、内外翻运动；脚踏板通过运动轴线调节装置与电机相连，电机轴装有齿轮，圆形导轨内侧制有内齿轮，齿轮与内齿轮啮合，电机驱动可带动脚踏板实现内外翻运动；圆形导轨的外端装有一电机，驱动电机可实现脚踏板的背跖屈运动。显然，该现有脚踝康复器的运动较为局限，只能实现两个自由度的运动(内外翻运动、背跖屈运动)，电机和小腿固定装置使得整体体积较笨重，成本较高；而且没有限位装置，无法依据脚踝背跖屈、内外翻回转角度的不同而进行相应的限位；此外，无法依据不同人群的脚掌大小调整脚掌踏板的大小。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于球面运动的医疗踝关节康复机器人装置，实现三个自由度的运动，可调节供脚掌搁置的脚踏板长度，且结构简单，体积小，重量轻，价格低廉。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，包括脚踏板组件、类球面转动组件、脚掌调节机构和定平台；

所述脚踏板组件包括前脚掌踏板和后脚掌踏板，所述后脚掌踏板的前部下凹供前脚掌踏板进行组合放置，从而形成可供脚掌搁置的脚踏板；

所述脚掌调节机构包括若干侧棘齿和调节薄片，侧棘齿形成在后脚掌踏板的一侧，调节薄片形成在前脚掌踏板且位于侧棘齿同一侧，调节薄片穿设有一竖轴，使调节薄片可绕竖轴水平旋转，侧棘齿间齿槽供调节薄片卡接配合，通过前后移动前脚掌踏板并调节卡接位置以调节脚踏板组件的长度大小；

所述类球面转动组件包括背跖屈导轨、滑块、内外翻导轨和动平台，所述动平台可相对定平台水平回转地设于定平台上方，所述内外翻导轨固定在动平台上，所述背跖屈导轨放置在内外翻导轨上，与内外翻导轨呈十字交叉状，背跖屈导轨和内外翻导轨各呈半圆弧形状，背跖屈导轨开设有供滑块上部配合的背跖屈滑槽，内外翻导轨开设有供滑块下部配合的内外翻滑槽，滑块设于交叉处将背跖屈导轨和内外翻导轨衔接起来；

背跖屈导轨固定在后脚掌踏板底部。

优选地，所述定平台周向均匀分布有若干个内旋的弧形销槽，所述动平台下方设有可在弧形销槽内滑动的球头转动销。

优选地，该装置还包括支撑梁和筋板，筋板设于后脚掌踏板的底部，筋板的前部、中部、后部分别设有前加强筋、中加强筋和后加强筋，且前加强筋、中加强筋和后加强筋对应在于脚掌前部、中部和后部下方的位置，背跖屈导轨的一端固定在中加强筋，背跖屈导轨的另一端固定在后加强筋；支撑梁的一端固定在前加强筋，支撑梁的另一端固定在位于中加强筋的背跖屈导轨上。

优选地，该装置还包括可拆卸外壳，拆卸外壳为包覆脚掌的外壳，包括左外壳和右外壳，左外壳和右外壳分别安装在动平台的左右两侧，左外壳和右外壳之间设有卡接结构组合在一起，从而跟随动平台的转动而转动。

优选地，所述滑块的上部形成上凸块，用于配合背跖屈滑槽，所述滑块的下部形成下凸块，用于配合内外翻滑槽。

优选地，所述类球面转动组件还包括若干个内外翻圆柱辊子和背跖屈圆柱辊子，内外翻圆柱辊子安装在所述内外翻滑槽内，所述下凸块抵靠在内外翻圆柱辊子上，背跖屈圆柱辊子安装在所述上凸块两侧的滑块端面上，当上凸块配合背跖屈滑槽时，背跖屈导轨抵靠在滑块端面的背跖屈圆柱辊子上。

优选地，所述脚掌调节机构还包括紧固螺帽，紧固螺帽带有内螺纹，前脚掌踏板的侧面延伸出一侧筋条，侧筋条上开设一通孔，所述调节薄片上形成凸出的螺柱，螺柱表面带有外螺纹，螺柱穿过通孔与紧固螺帽配合，从而使调节薄片可拆卸得连接在前脚掌踏板上。

优选地，所述螺柱形成在调节薄片的一端为固定端，调节薄片的另一端卡接配合齿槽为卡接端，固定端和卡接端呈对称结构，所述竖轴设于两端之间，卡接端与齿槽配合的同时，固定端采用紧固螺帽固定。

优选地，所述侧棘齿为长条状结构，后脚掌踏板的一侧向外延伸形成水平台面和侧壁，所述侧棘齿形成在侧壁的内侧，所述水平台面开设有限位调节槽，所述竖轴滑动配合在限位调节槽内，所述竖轴上设有轴肩，轴肩抵接在限位调节槽上方。

优选地，所述前脚掌踏板的底部沿中心轴线对称分布有两个导向块，后脚掌踏板对应导向块的位置设有导向槽，导向槽向前线性延伸，导向块滑动配合在导向槽内，使前脚掌踏板相对后脚掌踏板前后移动。

采用上述方案后，本发明的增益效果在于：

1)该装置以弧形导轨为基础，设计了一款基于弧形导轨的类球面运动机构，结构简单，制造容易，体积较小，成本低；在满足人体脚踝背跖屈、内外翻及内外旋转动回转最大角度的同时，可依据脚踝背跖屈、内外翻及内外旋回转角度的不同而进行相应的限位。同时，还设计了脚掌调节机构，该机构可依据不同的脚掌大小调节脚踏板长度，使该产品应用范围更加广泛；

2)该装置具有三个转动自由度，分别为脚踝的背屈和跖屈、内翻和外翻及内旋和外旋转动。脚踏板组件可根据不同的脚掌大小实现伸缩调节；类球面转动组件可实现脚踝的背屈和跖屈、内翻和外翻、内旋和外旋等运动，其回转中心与踝关节回转中心基本重合。

3)该装置适用于早、晚期踝关节康复患者。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图一；

图2是本发明一实施例的安装可拆卸外壳的结构示意图；

图3是本发明一实施例的脚踏板组件示意图；

图4是本发明一实施例的前脚掌踏板示意图；

图5是本发明一实施例的后脚掌踏板示意图；

图6是本发明一实施例的筋板示意图；

图7是本发明一实施例的调节薄片与竖轴的装配示意图；

图8是本发明一实施例的调节薄片示意图；

图9是本发明一实施例的竖轴示意图；

图10是本发明一实施例的类球面转动组件示意图；

图11是图10中A处的放大图；

图12是本发明一实施例的背跖屈导轨示意图；

图13是本发明一实施例的滑块示意图；

图14是本发明一实施例的内外翻导轨示意图；

图15是本发明一实施例的定平台的俯视图；

图16是本发明一实施例的支撑梁组件示意图；

图17是本发明一实施例的支撑梁示意图；

图18是本发明一实施例的可拆卸外壳安装示意图；

图19是本发明一实施例的左外壳示意图；

图20是本发明一实施例的右外壳示意图；

图21是本发明一实施例的结构示意图二。

附图标记说明：

1-脚踏板组件，11-前脚掌踏板，111-导向块，12-后脚掌踏板，121-导向槽，122-中沉头孔，123-后沉头孔，124-十字槽沉头螺钉，2-类球面转动组件，21-背跖屈导轨，211-背跖屈滑槽，212-螺栓孔，213-螺纹孔，22-滑块，221-上凸块，222-下凸块，23-内外翻导轨，231-内外翻滑槽，24-动平台，241-侧槽，242-球头转动销，25-内外翻圆柱辊子，26-背跖屈圆柱辊子，27-橡胶塞，3-脚掌调节机构，31-侧棘齿，311-齿槽，312-水平台面，3121-限位调节槽，313-侧壁，32-调节薄片，321-螺柱，322-固定端，323-卡接端，33-紧固螺帽，34-竖轴，341-轴肩，35-侧筋条，351-通孔，4-定平台，41-弧形销槽，5-支撑梁组件，51-支撑梁，511-连接凹槽，512-水平端面，52-螺栓组件，521-螺栓，522-螺母，6-筋板，61-前加强筋，62-中加强筋，63-后加强筋，64-筋板孔，7-可拆卸外壳，71-左外壳，711-卡槽，72-右外壳，721-卡块，73-侧凸块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，请参阅图1至图21。

一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，请重点参阅图1、图2、图3、图21，该装置主要分为内外两个部分，内部包括脚踏板组件1、类球面转动组件2、脚掌调节机构3、定平台4、支撑梁组件5、筋板6，外部为包覆脚掌的可拆卸外壳7。

如图4和图5所示，所述脚踏板组件1包括前脚掌踏板11和后脚掌踏板12，所述后脚掌踏板12的前部下凹供前脚掌踏板11的底部进行组合放置，从而形成可供脚掌搁置的脚踏板；为了使前脚掌踏板11向前导向移动，所述前脚掌踏板11的底部沿中心轴线对称分布有两个导向块111，后脚掌踏板12的前部对应导向块111的位置设有导向槽121，导向槽121向前线性延伸，导向块111滑动配合在导向槽121内，使前脚掌踏板11相对后脚掌踏板12向前移动，基于此，本发明设计了脚掌调节机构3，用于根据每人脚掌的长度不同进行调节。

如图3、图5、图7、图8、图9所示，所述脚掌调节机构3包括侧棘齿31、调节薄片32和紧固螺帽33，若干个侧棘齿31为形成在后脚掌踏板12一侧的长条，且侧棘齿31间具有若干个水平排列的齿槽311，调节薄片32形成在前脚掌踏板11且位于侧棘齿31同一侧，调节薄片32穿设有一竖轴34，使调节薄片32可绕竖轴34水平旋转，调节薄片32卡接配合齿槽311，通过前后移动前脚掌踏板11并调节卡接位置以调节脚踏板组件1的长度大小；前脚掌踏板11的侧面延伸出一侧筋条35，侧筋条35上开设一通孔351，所述调节薄片32上形成凸出的螺柱321，螺柱321表面带有外螺纹(图中未示出)，紧固螺帽33带有内螺纹(图中未示出)，螺柱321穿过通孔351与紧固螺帽33螺纹配合，从而使调节薄片32可拆卸得连接在前脚掌踏板11上。

在一实施例中，具体地，如图5所示，所述侧棘齿31为长条状结构，后脚掌踏板12的一侧向外延伸形成水平台面312和侧壁313，所述侧棘齿31形成在侧壁313的内侧，所述水平台面312开设有限位调节槽3121，所述竖轴34滑动配合在限位调节槽3121内，从而移动调节薄片32带动竖轴34在限位调节槽3121内限位移动。如图9所示，所述竖轴34上设有轴肩341，轴肩341抵接在限位调节槽3121上方以防止竖轴34下落。在该实施例中，所述调节薄片32呈波浪形，且具有一定弹性，螺柱321形成在调节薄片32的一端为固定端322，调节薄片32的另一端卡接配合齿槽311为卡接端323，固定端322和卡接端323呈对称结构，所述竖轴34设于两端之间，卡接端323与齿槽311配合的同时，固定端322采用紧固螺帽33固定。当需要调节脚踏板大小时，松开紧固螺帽33，沿着限位调节槽3121推拉紧固螺帽33使之带动调节薄片32卡接端323脱离与齿槽311齿根的接触，实现前脚掌踏板11相对于后脚掌踏板12的前后滑动；调节到位后微调调节薄片32，使得调节薄片32与齿槽311齿根再次接触自锁，实现前脚掌踏板11相对后脚掌踏板12的定位，使该产品应用范围更加广泛；拧紧紧固螺帽33，实现前脚掌踏板11与脚掌调节机构3的相互连接与定位。

如图11至图15、图21所示，所述类球面转动组件2包括背跖屈导轨21、滑块22、内外翻导轨23和动平台24，所述动平台24可相对定平台水平回转地设于定平台4上方，进一步，所述定平台4绕其回转中心周向均匀分布有若干个内旋的弧形销槽41，所述动平台24下方设有可在弧形销槽41内滑动的球头转动销242，使得动平台的水平回转运动具有导向性和限位效果。所述内外翻导轨23固定在动平台24上，所述背跖屈导轨21放置在内外翻导轨23上，与内外翻导轨23呈十字交叉状，背跖屈导轨21和内外翻导轨23各呈半圆弧形状，背跖屈导轨21开设有供滑块22上部配合的背跖屈滑槽211，内外翻导轨23开设有供滑块22下部配合的内外翻滑槽231，滑块22设于交叉处将背跖屈导轨21和内外翻导轨23衔接起来；背跖屈导轨21固定在后脚掌踏板12底部，本发明基于弧形导轨设计的类球面运动机构，结构简单，体积较小，成本低，易量产；在满足人体脚踝背跖屈、内外翻及内外旋转动回转最大角度的同时，可依据脚踝背跖屈、内外翻及内外旋回转角度的不同而进行相应的限位。

在一实施例中，如图13所示，所述滑块22的上部形成上凸块221，用于配合背跖屈滑槽211，所述滑块22的下部形成下凸块222，用于配合内外翻滑槽231。在该实施例中，结合图14所示，所述类球面转动组件2还包括若干个内外翻圆柱辊子25和背跖屈圆柱辊子26，内外翻圆柱辊子25安装在所述内外翻滑槽231内，下凸块222抵靠在内外翻圆柱辊子25上，背跖屈圆柱辊子26安装在所述上凸块221两侧的滑块端面上，当上凸块221配合背跖屈滑槽211时，背跖屈导轨21抵靠在滑块端面的背跖屈圆柱辊子26上，背跖屈圆柱辊子26将背跖屈转动中背跖屈导轨21与滑块22之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，摩擦力减小，更顺滑移动，内外翻圆柱辊子25同理。此外，在该实施例中，背跖屈导轨21和内外翻导轨23分别开设供背跖屈圆柱辊子26和内外翻圆柱辊子25穿置的辊子孔，穿置后以橡胶塞27封闭限制辊子轴向移动。

在一实施例中，如图6、图21所示，所述筋板6设于后脚掌踏板12的底部，筋板6的前部、中部、后部分别设有前加强筋61、中加强筋62和后加强筋63，且前加强筋61、中加强筋62和后加强筋63对应在于脚掌前部、中部和后部下方的位置，背跖屈导轨21的一端固定在中加强筋62，背跖屈导轨21的另一端固定在后加强筋63；支撑梁组件5的一端固定在前加强筋61，支撑梁组件5的另一端固定在位于中加强筋62的背跖屈导轨21上。进一步地，所述筋板6焊接在后脚掌踏板12的底部，用以支撑连接脚踏板组件1。进一步地，如图1和图5所示，后脚掌踏板12设有中沉头孔122和后沉头孔123，中沉头孔122和后沉头孔123分别开设在中加强筋62和后加强筋63的位置，用以安装十字槽沉头螺钉124，对应地，中加强筋62和后加强筋63各开设供十字槽沉头螺钉124的筋板孔64，背跖屈导轨21的两端端面各开设配合十字槽沉头螺钉124的螺纹孔213，使背跖屈导轨21通过螺纹配合固定在筋板6的底部，实现与脚踏板组件1的连接。

在一实施例中，如图10、图16、图17、图21所示，所述支撑梁组件5由支撑梁51和螺栓组件52组成，螺栓组件52包括螺栓521和螺母522，所述背跖屈导轨21开设第一螺栓孔212，支撑梁51的一端形成连接凹槽511，连接凹槽511上开设与第一螺栓孔212相同大小的第二螺栓孔，螺栓521穿过连接凹槽511的第二螺栓孔和支撑梁51的第一螺栓孔212与螺母522配合连接，使支撑梁51的一端与背跖屈导轨21形成连接定位；支撑梁51的另一端为水平端面512，水平端面512与筋板6的前加强筋61焊接。

如图2、图18、图19、图20所示，所述可拆卸外壳7包括左外壳71和右外壳72，左外壳71和右外壳72分别安装在动平台24的左右两侧，左外壳71和右外壳72之间设有卡接结构组合在一起，从而跟随动平台24的转动而转动。所述动平台24两侧设有侧槽241，左外壳71和右外壳72分别设有配合侧槽241的侧凸块73，从而左外壳71和右外壳72可拆卸地安装在动平台24的左右两侧；所述右外壳72的前后端面各设有卡块721，左外壳71的前后端面各设有卡槽711，卡块721和卡槽711构成卡接结构使左外壳71和右外壳72组合在一起。

该装置具有三个转动自由度，分别为脚踝的背屈和跖屈、内翻和外翻及内旋和外旋转动，背跖屈导轨21可沿滑块22两侧的滑块端面绕导轨回转中心转动，进而可使脚踏板组件1带动背跖屈导轨21实现脚踝的背屈和跖屈运动；滑块22可沿内外翻导轨滑槽231绕导轨回转中心转动，进而可使脚踏板组件1通过背跖屈导轨21带动滑块22转动，以实现脚踝的内翻和外翻运动；球头转动销242可沿着弧形销槽41做一定角度的回转运动，使得动平台24可绕定平台4回转中心做回转运动，进而可使脚踏板组件1通过背跖屈导轨21及内外翻导轨23带动动平台24绕定平台4回转中心转动，以实现脚踝的内旋和外旋运动；三者集于一体，康复效果更佳，适用于早、晚期踝关节康复患者。脚踏板组件1可根据不同的脚掌大小实现伸缩调节；类球面转动组件2可实现脚踝的背屈和跖屈、内翻和外翻、内旋和外旋等运动，其回转中心与踝关节回转中心基本重合。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：包括脚踏板组件、类球面转动组件、脚掌调节机构和定平台；

所述脚踏板组件包括前脚掌踏板和后脚掌踏板，所述后脚掌踏板的前部下凹供前脚掌踏板进行组合放置，从而形成可供脚掌搁置的脚踏板；

所述脚掌调节机构包括若干侧棘齿和调节薄片，侧棘齿形成在后脚掌踏板的一侧，调节薄片形成在前脚掌踏板且位于侧棘齿同一侧，调节薄片穿设有一竖轴，使调节薄片可绕竖轴水平旋转，侧棘齿间齿槽供调节薄片卡接配合，通过前后移动前脚掌踏板并调节卡接位置以调节脚踏板组件的长度大小；

所述脚掌调节机构还包括紧固螺帽，紧固螺帽带有内螺纹，前脚掌踏板的侧面延伸出一侧筋条，侧筋条上开设一通孔，所述调节薄片上形成凸出的螺柱，螺柱表面带有外螺纹，螺柱穿过通孔与紧固螺帽配合，从而使调节薄片可拆卸得连接在前脚掌踏板上；

所述螺柱形成在调节薄片的一端为固定端，调节薄片的另一端卡接配合齿槽为卡接端，固定端和卡接端呈对称结构，所述竖轴设于两端之间，卡接端与齿槽配合的同时，固定端采用紧固螺帽固定；

所述类球面转动组件包括背跖屈导轨、滑块、内外翻导轨和动平台，所述动平台可相对定平台水平回转地设于定平台上方，所述内外翻导轨固定在动平台上，所述背跖屈导轨放置在内外翻导轨上，与内外翻导轨呈十字交叉状，背跖屈导轨和内外翻导轨各呈半圆弧形状，背跖屈导轨开设有供滑块上部配合的背跖屈滑槽，内外翻导轨开设有供滑块下部配合的内外翻滑槽，滑块设于交叉处将背跖屈导轨和内外翻导轨衔接起来；

背跖屈导轨固定在后脚掌踏板底部。

2.根据权利要求1所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：所述定平台周向均匀分布有若干个内旋的弧形销槽，所述动平台下方设有可在弧形销槽内滑动的球头转动销。

3.根据权利要求1所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：该装置还包括支撑梁和筋板，筋板设于后脚掌踏板的底部，筋板的前部、中部、后部分别设有前加强筋、中加强筋和后加强筋，且前加强筋、中加强筋和后加强筋对应在于脚掌前部、中部和后部下方的位置，背跖屈导轨的一端固定在中加强筋，背跖屈导轨的另一端固定在后加强筋；支撑梁的一端固定在前加强筋，支撑梁的另一端固定在位于中加强筋的背跖屈导轨上。

4.根据权利要求1所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：该装置还包括可拆卸外壳，可拆卸外壳为包覆脚掌的外壳，包括左外壳和右外壳，左外壳和右外壳分别安装在动平台的左右两侧，左外壳和右外壳之间设有卡接结构组合在一起，从而跟随动平台的转动而转动。

5.根据权利要求1所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：所述滑块的上部形成上凸块，用于配合背跖屈滑槽，所述滑块的下部形成下凸块，用于配合内外翻滑槽。

6.根据权利要求5所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：所述类球面转动组件还包括若干个内外翻圆柱辊子和背跖屈圆柱辊子，内外翻圆柱辊子安装在所述内外翻滑槽内，所述下凸块抵靠在内外翻圆柱辊子上，背跖屈圆柱辊子安装在所述上凸块两侧的滑块端面上，当上凸块配合背跖屈滑槽时，背跖屈导轨抵靠在滑块端面的背跖屈圆柱辊子上。

7.根据权利要求1所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：所述侧棘齿为长条状结构，所述后脚掌踏板的一侧向外延伸形成水平台面和侧壁，所述侧棘齿形成在侧壁的内侧，所述水平台面开设有限位调节槽，所述竖轴滑动配合在限位调节槽内，所述竖轴上设有轴肩，轴肩抵接在限位调节槽上方。

8.根据权利要求1所述的一种简易的医疗踝关节康复机器人装置，其特征在于：所述前脚掌踏板的底部沿中心轴线对称分布有两个导向块，后脚掌踏板对应导向块的位置设有导向槽，导向槽向前线性延伸，导向块滑动配合在导向槽内，使前脚掌踏板相对后脚掌踏板前后移动。

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