CN111388282A - 一种外骨骼踝关节机构及康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种外骨骼踝关节机构和康复训练机器人，其中关节机构包括小腿支撑板、鞋板连接板、中空的转轴、后盖及装饰盖；所述转轴穿过所述小腿支撑板和所述鞋板连接板，所述后盖固定安装在所述鞋板连接板背离所述小腿支撑板的一侧，所述装饰盖固定安装在所述小腿支撑板背离所述鞋板连接板的一侧，所述转轴中穿设有不可相对所述后盖作轴向转动、并通过压缩弹簧可相对所述后盖作靠近或远离的移动、且穿出所述装饰盖外的按钮，所述按钮远离所述后盖时锁定所述转轴以使所述转轴不可相对所述鞋板连接板作轴向转动，所述转轴外侧限位套装有可使所述小腿支撑板相对所述转轴在设定角度范围内作轴向转动的扭簧。
Description
技术领域
本发明涉及到医疗设备技术领域，尤其涉及到一种外骨骼踝关节机构及康复训练机器人。
背景技术
在现有外骨骼踝关节机构中：
一种为小腿组件与鞋履组件选用刚性连接，不设自由度。此种机构与人体的贴合度低，在患者行走过程中无法提供踝关节的摆动和缓冲，实用性较低。
一种为小腿组件与鞋履组件选用转动连接，锁止件用于在小腿组件相对于鞋履组件摆动至预设位置时，锁止小腿组件及鞋履组件。此种机构提高患者穿戴时的贴合度，患者在行走过程中，仍无法提供踝关节的摆动和缓冲。
还有一种为小腿组件与鞋履组件选用转动连接，并设有缓冲机构。在患者使用过程中，鞋履组件相对于小腿组件实现转动，提高踝关节运动的灵活性和贴合度；并通过缓冲组件，在患者行走过程中提供反向作用力，防止患者关节损伤，提高外骨骼踝关节的实用性。参考“一种外骨骼踝关节机构及外骨骼系统”专利，专利授权公告号CN 209662127 U。此种机构鞋履组件与小腿组件初始角度(摆动0位)固定，无法调节。因为不同患者，在自然或伤患状态下，其踝关节与足底的初始角度也存在偏差，在穿戴使用过程种，影响其贴合度，若不能紧密贴合，在缓冲机构的作用下，患者踝关节持续受外力，影响舒适性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，首先提供了一种外骨骼踝关节机构。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种外骨骼踝关节机构，该外骨骼踝关节机构包括小腿支撑板、鞋板连接板、中空的转轴、后盖及装饰盖；所述转轴穿过所述小腿支撑板和所述鞋板连接板，所述后盖固定安装在所述鞋板连接板背离所述小腿支撑板的一侧，所述装饰盖固定安装在所述小腿支撑板背离所述鞋板连接板的一侧，所述转轴限位于所述后盖和所述装饰盖之间，所述转轴中穿设有不可相对所述后盖作轴向转动、并通过压缩弹簧可相对所述后盖在设定行程内作靠近或远离的移动、且穿出所述装饰盖外的按钮，所述按钮远离所述后盖时锁定所述转轴以使所述转轴不可相对所述鞋板连接板作轴向转动，所述转轴外侧限位套装有可使所述小腿支撑板相对所述转轴在设定角度范围内作轴向转动的扭簧。
优选的，所述鞋板连接板下端固定连接有鞋板，所述鞋板上设有用于固定绑带的绑带孔。
优选的，所述转轴上固定套装有轴壳件，所述扭簧限位于所述轴壳件内，且所述扭簧两端均位于所述轴壳件上设置的弧形卡槽内并一一对应的抵压在所述弧形卡槽内两端，所述扭簧两端还均位于所述小腿支撑板上设置的两个限位凸起之间并一一对应的抵压在所述两个限位凸起上，所述轴壳件上对应所述弧形卡槽设有供所述两个限位凸起穿过的弧形通槽，所述背板上固定设有穿设在所述弧形通槽中并用于在所述按钮靠近所述背板时限制所述转轴相对所述鞋板连接板作轴向转动范围的限位块。
优选的，所述按钮呈圆柱状并设有台阶状的第一限位环台，所述第一限位环台处固定套装有圆环形的第一花键，所述转轴内部固定设有第二限位环台，所述第二限位环台处固定安装有圆环形的第二花键，所述第二花键与所述第一花键在所述按钮远离所述后盖时相互卡合；所述按钮一端设有开口的凹槽，所述凹槽的开口处沿周向均匀设有限位缺口槽，所述后盖一侧固定设有凸柱，所述凸柱上沿周向固定设有可对应插入所述限位缺口槽内的限位凸筋，所述压缩弹簧限位于所述凹槽内并在所述按钮远离所述后盖时呈自然伸缩状态。
优选的，所述装饰盖上设有供所述按钮穿出的通孔。
优选的，还包括深沟球轴承，所述深沟球轴承的内圈与所述转轴配合，所述深沟球轴承的外圈与所述小腿支撑板配合。
优选的，所述转轴的每端固定连接一个止脱件。
本发明还提供了一种康复训练机器人，包括权利要求1-7任意一项所述的外骨骼踝关节机构。
在上述实施例中，本申请在于使踝关节的转动范围固定在某一区间不变，穿戴使用时的初始角度可作调整，提高外骨骼系统的使用灵活性及稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的总装图；
图2是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的爆炸图；
图3是本发明实施例提供的转轴的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的转轴的侧视图；
图5是本发明实施例提供的转轴的侧剖图；
图6是本发明实施例提供的转轴的俯视图；
图7是本发明实施例提供的转轴的仰视图；
图8是本发明实施例提供的转轴与鞋板连接板的配合关系图；
图9是本发明实施例提供的按钮的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的按钮的侧视图；
图11是本发明实施例提供的后盖的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的转轴与鞋板连接板配合的侧剖图；
图13是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的总装侧剖图；
图14是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明旨在解决患者在穿戴外骨骼康复机器人时，患者自身“踝关节与足底的初始角”和外骨骼机器人的“踝关节与足底的初始角”的偏差问题，提高穿戴贴合性和舒适度，同时本发明也设有缓冲机构，在患者行走过程中提供反向作用力，防止患者关节损伤，提高外骨骼踝关节的实用性。下面请结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
请参考图1、图2，图1是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的总装图，图2是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的爆炸图。
如图1、图2所示，该外骨骼踝关节机构及康复训练机器人包括小腿支撑板1、鞋板连接板2、中空的转轴3、后盖4及装饰盖5。转轴3穿过小腿支撑板1和鞋板连接板2，后盖4固定安装在鞋板连接板2背离小腿支撑板1的一侧，装饰盖5固定安装在小腿支撑板1背离鞋板连接板2的一侧，转轴3限位于后盖4和装饰盖5之间。后盖4具体可通过螺丝与鞋板连接板2可拆卸固定连接，装饰盖5具体也可通过螺丝与小腿支撑板1可拆卸固定连接。
在本实施例中，转轴3的每端固定连接一个止脱件20，并且转轴3中穿设有不可相对后盖4转动、并通过压缩弹簧6可相对后盖4在设定行程内作靠近或远离的移动、且穿出装饰盖5外的按钮7，具体在装饰盖5上设有供按钮7穿出的通孔，按钮7远离后盖4时锁定转轴3以使转轴3不可相对鞋板连接板2作轴向转动，转轴3外侧限位套装有可使小腿支撑板1相对转轴3在设定角度范围内作轴向转动的扭簧8。
请结合图3-7，图3是本发明实施例提供的转轴的结构示意图，图4是本发明实施例提供的转轴的侧视图，图5是本发明实施例提供的转轴的侧剖图，图6是本发明实施例提供的转轴的俯视图，图7是本发明实施例提供的转轴的仰视图。转轴3上固定套装有轴壳件11，轴壳件11为圆形结构，安装时，将扭簧8套装在转轴3上，并使扭簧8限位于轴壳件11内，扭簧8整体呈圆环形，且扭簧8的两端呈折弯状，扭簧8呈折弯状的两端均位于轴壳件11上设置的弧形卡槽12内并一一对应的抵压在弧形卡槽12内的两端。
请结合图8，图8是本发明实施例提供的转轴与鞋板连接板的配合关系图。如图8所示，将鞋板连接板2套在转轴3上，鞋板连接板2上开有供转轴3穿设的连接板轴孔，所述连接板轴孔与转轴3间隙配合，可实现转轴3与鞋板连接板2间相互转动。装配时，转轴3套装扭簧8的一端穿入上述连接板轴孔，将转轴3穿入上述连接板轴孔后，在转轴3该端固定连接装配一个止脱件20，具体通过螺钉将止脱件20锁紧在转轴3该端。请结合图12，图12是本发明实施例提供的转轴与鞋板连接板配合的侧剖图，通过在转轴3该端安装止脱件20，可防止转轴3和扭簧8与鞋板连接板2脱离。
请结合图9-10，图9是本发明实施例提供的按钮的结构示意图，图10是本发明实施例提供的按钮的侧视图，按钮7呈圆柱状并设有台阶状的第一限位环台，所述第一限位环台处固定套装有圆环形的第一花键15，继续参考图5，转轴3内部固定设有第二限位环台，所述第二限位环台处固定安装有圆环形的第二花键16，第二花键16与第一花键15均包括沿周向均匀设置的多个键齿，在本实施例中，第二花键16与第一花键15在按钮7远离后盖4时相互卡合。
进一步的，按钮7一端设有开口的凹槽，所述凹槽的开口处沿周向均匀设有限位缺口槽17，请结合图11，图11是本发明实施例提供的后盖的结构示意图，后盖4一侧固定设有凸柱，所述凸柱上沿周向固定设有可对应插入限位缺口槽17内的限位凸筋18，压缩弹簧6限位于所述凹槽内并在按钮7远离后盖4时呈自然伸缩状态。
装配时，将压缩弹簧6如图12所示限位装配于按钮7的凹槽内，并将按钮7插入转轴3的另一端，后盖4上的限位凸筋18对应插入按钮7上的限位缺口槽17内，以使按钮7不可相对后盖4作轴向转动、并可通过压缩弹簧6相对后盖4在设定行程内作靠近或远离的移动，按钮7远离后盖4时，压缩弹簧6呈自然伸缩状态，此时，按钮7上的第一花键15与转轴3内部的第二花键16相互卡合，从而使转轴3被锁定并使转轴3不可相对鞋板连接板2作轴向转动。需要调节角度时，按压按钮7以使按钮7靠近后盖4，此时压缩弹簧6呈压缩状态，按钮7上的第一花键15与转轴3内部的第二花键16相互脱离，此时即可使转轴3相对鞋板连接板2作轴向转动以实现角度的调节。当达到所需角度时，松开按钮7，在压缩弹簧6的作用下，按钮7上的第一花键15与转轴3内部的第二花键16相互卡合，此时转轴3与鞋板连接板2相互锁死，无法转动，转轴3相对鞋板连接板2形成预期角度。
进一步的，本申请还包括深沟球轴承19，深沟球轴承19的个数为两个，每个深沟球轴承19的内圈与转轴3配合，且每个深沟球轴承19的外圈与小腿支撑板1配合。请结合图13，图13是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的总装侧剖图，小腿支撑板1上设有供转轴3穿设的支撑板轴孔，两个深沟球轴承19均固定安装于所述支撑板轴孔内，转轴3固定插接在两个深沟球轴承19的内圈中，并在轴承3穿设插接两个深沟球轴承19内圈的该端固定连接装配一个止脱件20，具体通过螺钉将止脱件20锁紧在转轴3该端，通过在转轴3该端安装止脱件20，可防止深沟球轴承19和小腿支撑板1与转轴3及鞋板连接板2脱离。完成上述装配后，最后将装饰盖5安装在小腿支撑板1上。通过深沟球轴承19可实现小腿支撑板1相对转轴3作轴向转动。
继续参考图8并结合图14，图14是本发明实施例提供的外骨骼踝关节机构的原理示意图，在小腿支撑板1上设置有两个限位凸起13，装配完成时，使扭簧8两端还均位于小腿支撑板1上设置的两个限位凸起13之间并一一对应的抵压在两个限位凸起13上。具体的，在轴壳件11上对应弧形卡槽12设有供两个限位凸起13穿过的弧形通槽14，装配完成时，两个限位凸起13穿过弧形通槽14后对应抵压位于扭簧8的两端。此外，在背板4上固定设有穿设在弧形通槽14中的限位块21，限位块21的个数为两个，装配完成时，两个限位块21穿过弧形通槽14后对应位于扭簧8两端之间的外侧，并且使得两个限位块21与弧形通槽14的两端分别具有一定距离，使得两个限位块21用于在按钮7靠近背板4时限制转轴3相对鞋板连接板2作轴向转动的范围，即实现转轴3相对鞋板连接板2在角度[α1，α2]范围内作轴向转动，α1与α2可相等。同时，由于两个限位块21穿过弧形通槽14后对应位于扭簧8两端之间的外侧，使得两个限位块21与扭簧8两端分别具有一定距离，而且由于装配完成时，小腿支撑板1上的两个限位凸起13穿过弧形通槽14后对应抵压位于扭簧8的两端，可实现：小腿支撑板1相对转轴3在区间[β1，β2]范围内作轴向转动，β1和β2可相等。这样，在扭簧8的作用下，小腿支撑板1相对转轴3作轴向转动时存在缓冲，该缓冲可在患者行走过程中提供反向作用力，增强用户体验。不受外力时，在扭簧8的作用下，小腿支撑板1和转轴3间存在静止平衡点，可将该静止平衡点设为零点。
在本实施例中，鞋板连接板2下端固定连接有鞋板9，鞋板9上设有用于固定绑带的绑带孔10，使用者可通过绑带将鞋底鞋面与鞋板9固定，便于使用者穿着自己的鞋子与外骨骼踝关节机构绑定，并进行行走，提高患者与鞋板9的贴合度及行走的舒适性。
工作原理描述：
如图14所示，小腿支撑板1可以绕转轴3转动，转动角度范围为[β1，β2]；鞋板连接板2可以绕转轴3转动，转动角度范围为[α1，α2]。按图13中位置状态设为零位，即足底与小腿成90°时；
当零位时，踝关节前倾角度范围为β1，后仰角度范围为β2，参考人体工程学，可设β1＝β2＝30°；
若患者足底与小腿成85°时，是患者自然舒适状态，此时可调节：按下按钮7后，将鞋板连接板2绕转轴3逆时针转动5°后，松开按钮7，锁死鞋板连接板2和转轴3。此时，踝关节初始角度为5°，而β1＝30°-5°＝25°，β2＝30°+5°＝35°，相对于零位，踝关节的运动范围仍为[-30°，30°]；
若患者足底与小腿成95°时，是患者自然舒适状态，此时可调节：按下按钮7后，将鞋板连接板2绕转轴3顺时针转动5°后，松开按钮7，锁死鞋板连接板2和转轴3。此时，踝关节初始角度为-5°，而β1＝30°+5°＝35°，β2＝30°-5°＝25°，相对于零位，踝关节的运动范围仍为[-30°，30°]；
其余角度可依此类推。
综上所述，踝关节的转动范围固定在某一区间不变，穿戴使用时的初始角度可作调整。
本发明还提供了一种康复训练机器人，该康复训练机器人包括上述的外骨骼踝关节机构，通过该外骨骼踝关节机构提高使用的灵活性及稳定性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种外骨骼踝关节机构，其特征在于，包括：小腿支撑板、鞋板连接板、中空的转轴、后盖及装饰盖；所述转轴穿过所述小腿支撑板和所述鞋板连接板，所述后盖固定安装在所述鞋板连接板背离所述小腿支撑板的一侧，所述装饰盖固定安装在所述小腿支撑板背离所述鞋板连接板的一侧，所述转轴限位于所述后盖和所述装饰盖之间，所述转轴中穿设有不可相对所述后盖作轴向转动、并通过压缩弹簧可相对所述后盖在设定行程内作靠近或远离的移动、且穿出所述装饰盖外的按钮，所述按钮远离所述后盖时锁定所述转轴以使所述转轴不可相对所述鞋板连接板作轴向转动，所述转轴外侧限位套装有可使所述小腿支撑板相对所述转轴在设定角度范围内作轴向转动的扭簧。
2.根据权利要求1所述的外骨骼踝关节机构，其特征在于，所述鞋板连接板下端固定连接有鞋板，所述鞋板上设有用于固定绑带的绑带孔。
3.根据权利要求1所述的外骨骼踝关节机构，其特征在于，所述转轴上固定套装有轴壳件，所述扭簧限位于所述轴壳件内，且所述扭簧两端均位于所述轴壳件上设置的弧形卡槽内并一一对应的抵压在所述弧形卡槽内两端，所述扭簧两端还均位于所述小腿支撑板上设置的两个限位凸起之间并一一对应的抵压在所述两个限位凸起上，所述轴壳件上对应所述弧形卡槽设有供所述两个限位凸起穿过的弧形通槽，所述背板上固定设有穿设在所述弧形通槽中并用于在所述按钮靠近所述背板时限制所述转轴相对所述鞋板连接板作轴向转动范围的限位块。
4.根据权利要求1所述的外骨骼踝关节机构，其特征在于，所述按钮呈圆柱状并设有台阶状的第一限位环台，所述第一限位环台处固定套装有圆环形的第一花键，所述转轴内部固定设有第二限位环台，所述第二限位环台处固定安装有圆环形的第二花键，所述第二花键与所述第一花键在所述按钮远离所述后盖时相互卡合；所述按钮一端设有开口的凹槽，所述凹槽的开口处沿周向均匀设有限位缺口槽，所述后盖一侧固定设有凸柱，所述凸柱上沿周向固定设有可对应插入所述限位缺口槽内的限位凸筋，所述压缩弹簧限位于所述凹槽内并在所述按钮远离所述后盖时呈自然伸缩状态。
5.根据权利要求1所述的外骨骼踝关节机构，其特征在于，所述装饰盖上设有供所述按钮穿出的通孔。
6.根据权利要求1所述的外骨骼踝关节机构，其特征在于，还包括深沟球轴承，所述深沟球轴承的内圈与所述转轴配合，所述深沟球轴承的外圈与所述小腿支撑板配合。
7.根据权利要求1所述的外骨骼踝关节机构，其特征在于，所述转轴的每端固定连接一个止脱件。
8.一种康复训练机器人，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的外骨骼踝关节机构。
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