CN113558934B - 一种踝关节康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种踝关节康复机器人，属于康复器械领域，包括：动平台模块、连杆、驱动模块、基座模块，所述基座模块上设置有环形的基座导轨，所述驱动模块滑动安装于所述基座模块上的基座导轨中，所述驱动模块通过转动轴与所述连杆的一端传动连接，所述连杆的另一端通过转动轴与动平台模块连接。本发明的机器人采用并联机器人结构，可以提供更大的稳定性和运行幅度、更高的运行精度，同时具有更小的体积和重量，可方便地移动该机器人为不同位置的用户服务；用户可以通过调节器，将脚部安全可靠地固定在正确的位置，以保证该康复机器人的运动中心与踝关节转动中心重合，减小额外的作用力与二次损失的风险。
Description
技术领域
本发明属于康复器械领域，尤其涉及一种踝关节康复机器人。
背景技术
众所周知，由于生活模式的改变导致疾病的发生率高速上涨，其中，中风高发病率带来康复医疗的巨大市场。其中，中风,又称脑卒中,是常见的脑神经损伤,发病率1.82％,未来中风的发病比例上升会很快。中风病人存活时间非常长,期间需要不断投入,为保障身体健康和生活质量,这造就了康复的巨大市场，特别是从2000年以后,人工神经康复产业高速发展。
同时，中国进入老龄化社会,老年病不断增加；同时，老年人常规功能退化也可认为是一种疾病,针对他们的康复治疗,带来了相关产业的良好发展前景。专业康复医院方面的人工康复效率低,并且投入高。因此，近年来,康复机器人逐渐投入市场，而且主要是与运动功能有关的康复机器人和医疗装备。
目前，市场上和实验室中已经出现了若干种类的踝关节康复机器人，其中，部分采用了串联式的机械结构，另外一部分则采用了带有移动关节的并联机构或是其它混合结构，这些装置结构复杂。因此，需要发展、研制一些能代替人工康复师的自动化踝关节康复机器人装置。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种踝关节康复机器人。
本发明采用的技术方案是：
一种踝关节康复机器人，其特征在于，包括：动平台模块、连杆、驱动模块、基座模块，所述基座模块上设置有环形的基座导轨，所述驱动模块滑动安装于所述基座模块上的基座导轨中，所述驱动模块通过转动轴与所述连杆的一端传动连接，所述连杆的另一端通过转动轴与动平台模块连接。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述动平台模块包括自上至下依次设置的脚踏板、调节器、动平台主体，所述动平台主体的外缘均布有三个转动轴连接处，所述动平台主体在每个转动轴连接处通过转动轴与一个连杆的一端连接，每个连杆的另一端分别通过转动轴与一个驱动模块连接；在每个转动轴连接处分别设置有与转轴轴线方向一致的十字激光器。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述脚踏板通过螺栓与调节器的上端连接，调节器的底部通过螺栓与动平台主体相连接；所述调节器由左右调节器、前后调节器、高低调节器三个部分组成，左右调节器的基座通过螺栓与前后调节器的滑块连接，前后调节器的基座通过螺栓与高低调节器的移动部分连接。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述驱动模块包括驱动基座、罩设在驱动基座上的外壳以及位于外壳内的动力机构、限位开关、驱动同步带轮，所述基座模块包括有固定同步带轮，所述固定同步带轮安装于所述基座导轨的下方，所述动力机构与所述驱动同步带轮传动连接，所述驱动同步带轮与所述固定同步带轮通过同步带连接，所述限位开关安装在所述驱动基座上，所述基座模块的基座导轨外侧设有与限位开关匹配使用的限位块；所述驱动基座的底部设置有导向轮，所述驱动模块通过导向轮在基座导轨中滚动进而移动。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述动力机构包括编码器、减速电机、电机连接座，所述减速电机安装在电机连接座上，所述电机连接座固定安装在驱动基座上，所述编码器连接在减速电机的后部，所述减速电机的输出轴与所述驱动同步带轮传动连接。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述驱动模块还包括从动轮、张紧器，所述张紧器的固定部分通过螺栓连接在驱动基座上，所述从动轮的轴固定在张紧器的活动部分上，所述从动轮位于所述驱动同步带轮与所述固定同步带轮之间。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述4基座模块还包括多个支撑杆，所述支撑杆通过螺栓与基座导轨的内侧相连接，所述支撑杆底端设置有螺纹孔，用于与橡胶脚垫或其他支架连接。
进一步地，所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述固定同步带轮通过螺栓连接在基座导轨上，所述限位块的数量为三个，三个所述限位块呈120度角分布，并通过螺栓紧固在基座导轨的外侧。
本发明的优点是：
1.具有紧凑的结构：本发明的机器人采用并联机器人结构，可以提供更大的稳定性和运行幅度、更高的运行精度，同时具有更小的体积和重量，可方便地移动该机器人为不同位置的用户服务。
2.具有很高的可互换性：可根据需要，方便地更换和保养它的电动机和减速器等重要零件；也可以很方便地将本发明的机器人安装在多种类型的基座上，这些基座可以是不同的方向和角度，从而用户可以用各种姿势使用该机器人进行康复治疗(坐着、躺着，等等)。
3.用户可以通过调节器，将脚部安全可靠地固定在正确的位置，以保证该康复机器人的运动中心与踝关节转动中心重合，减小额外的作用力与二次损失的风险。
4.本发明的机器人具有限位开关和限位块，可以从物理层面和电子控制层面防止机器人在故障和紧急情况下的超行程运动，从而最大限度的保障用户的安全。
附图说明
图1为本发明中一种踝关节康复机器人的整体结构示意图。
图2为本发明中一种踝关节康复机器人的动平台模块的结构示意图。
图3为本发明中一种踝关节康复机器人的调节器的结构示意图。
图4为本发明中一种踝关节康复机器人的驱动模块的外部结构示意图。
图5为本发明中一种踝关节康复机器人的驱动模块的内部结构示意图。
图6为本发明中一种踝关节康复机器人的驱动模块的基座模块的示意图。
图中标号：动平台模块1、连杆2、驱动模块3、基座模块4、同步带5；
脚踏板11、调节器12、动平台主体13；
外壳31、导向轮32、驱动基座33、编码器34、减速电机35、电机连接座36、限位开关37、驱动同步带轮38、从动轮39、张紧器310；
41支撑杆、42基座导轨、43限位块、44固定同步带轮；
左右调节器121、前后调节器122、高低调节器123、转动轴连接处13a、驱动模块上的转轴连接处33a。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1。
一种踝关节康复机器人，其特征在于，包括：动平台模块1、连杆2、驱动模块3、基座模块4，基座模块4上设置有环形的基座导轨42，驱动模块3滑动安装于基座模块4上的基座导轨42中，驱动模块3通过转动轴与连杆2的一端传动连接，连杆2的另一端通过转动轴与动平台模块1连接。
动平台模块1包括自上至下依次设置的脚踏板11、调节器12、动平台主体13，动平台主体13的外缘均布有三个转动轴连接处13a，动平台主体13在每个转动轴连接处13a通过转动轴与一个连杆2的一端连接，每个连杆2的另一端分别通过转动轴与一个驱动模块3连接；在每个转动轴连接处13a分别设置有与转轴轴线方向一致的十字激光器。
脚踏板11通过螺栓与调节器12的上端连接，调节器12的底部通过螺栓与动平台主体13相连接；调节器12由左右调节器121、前后调节器122、高低调节器123三个部分组成，左右调节器121的基座通过螺栓与前后调节器122的滑块连接，前后调节器122的基座通过螺栓与高低调节器123的移动部分连接。
驱动模块3包括驱动基座33、罩设在驱动基座33上的外壳31以及位于外壳内的动力机构、限位开关37、驱动同步带轮38，基座模块4包括有固定同步带轮44，固定同步带轮44安装于基座导轨42的下方，动力机构与驱动同步带轮38传动连接，驱动同步带轮38与固定同步带轮44通过同步带5连接，限位开关37安装在驱动基座33上，基座模块4的基座导轨42外侧设置有与限位开关37匹配使用的限位块43；驱动基座33的底部设置有导向轮32，驱动模块3通过导向轮32在基座导轨42中滚动进而移动。
动力机构包括编码器34、减速电机35、电机连接座36，减速电机35安装在电机连接座36上，电机连接座36固定安装在驱动基座33上，编码器34连接在减速电机35的后部，减速电机35的输出轴与驱动同步带轮38传动连接。
驱动模块3还包括从动轮39、张紧器310，张紧器310的固定部分通过螺栓连接在驱动基座33上，从动轮39的轴固定在张紧器310的活动部分上，从动轮39位于驱动同步带轮38与固定同步带轮44之间。
基座模块4还包括多个支撑杆41，支撑杆41通过螺栓与基座导轨42的内侧相连接，支撑杆41底端设置有螺纹孔，用于与橡胶脚垫或其他支架连接。
固定同步带轮44通过螺栓连接在基座导轨42上，限位块43的数量为三个，三个限位块43呈120度角分布，并通过螺栓紧固在基座导轨42的外侧。
本发明的踝关节康复机器人主要由动平台模块1、连杆2、驱动模块3、基座模块4和同步带5共五大部分组成。其中，动平台模块1和连杆2在转动轴连接处13a通过转动轴连接。连杆2和驱动模块3在驱动模块3上的转轴连接处33a通过转动轴连接。驱动模块3通过4个导向轮32和基座模块4的基座导轨42连接。同步带5连接基座模块4中的固定同步带44和驱动模块3中的从动轮39和驱动同步带轮38。
动平台模块1由脚踏板11、调节器12、动平台主体13组成。调节器12由左右调节器121、前后调节器122、高低调节器123三个部分组成。脚踏板11通过螺栓与调节器12的上端连接，调节器12的底部通过螺栓与动平台主体13相连接。左右调节器121的基座通过螺栓与前后调节器122的滑块连接，前后调节器122的基座通过螺栓与高低调节器123的移动部分连接。在转动轴连接处13a设置有与转轴轴线方向一致的十字激光器。
驱动模块3由外壳31、导向轮32、驱动基座33、编码器34、减速电机35、电机连接座36、限位开关37、驱动同步带轮38、从动轮39、张紧器310十个部分组成。外壳31通过螺栓与驱动基座33连接，将驱动模块3的其余部分包裹起来，起保护作用。导向轮32的轴通过螺栓固定在驱动基座33上，导向轮可以滚动。编码器34连接在减速电机35的后部。驱动同步带轮38通过紧定螺丝与减速电机35的输出轴连接在一起。5减速电机3用螺栓固定在电机连接座36上，电机连接座36通过螺栓固定在驱动基座33上。限位开关37通过螺栓固定在驱动基座33上。从动轮39的轴固定在张紧器310的活动部分上，张紧器310的固定部分通过螺栓连接在驱动基座33上。张紧器310可以进行一定范围内的移动，来调节同步皮带5的张紧程度。
基座模块4主要由支撑杆41、基座导轨42、限位块43、固定同步带轮44四个部分组成。支撑杆41通过螺栓与基座导轨42的内侧相连接，支撑杆41底端设置有螺纹孔，可用于与橡胶脚垫或其他支架连接。3个限位块43呈120度角分布，并通过螺栓紧固在基座导轨42的外侧。圆环状的固定同步带轮44通过螺栓连接在基座导轨42上。
综上，本发明的运行原理是：
在本发明中，主要通过动平台模块1的三维转动运动来实训脚踝的康复训练。动平台模块1在三个转动轴连接处13a的轴线方向相交于一点，这个交点是动平台模块1的转动中心，同时这个交点位于连杆2两端处的转轴轴线上，同时也在基座导轨42的圆环中心线上。
在使用前，需要将用户的脚踝中心与动平台模块1的中心对齐。首先将用户的脚放在脚踏板11上，并通过魔术贴固定。然后打开3个转动轴连接处13a的十字激光器，十字激光的中心点即为转动轴线的方向，通过中心点在脚踝上的位置，来判断脚踝中心是否与动平台模块1的转动中心对齐。若没有对齐，通过调节调节器12来调节脚踏板和脚的位置。通过旋转左右调节器121、前后调节器122的旋钮，可以带动丝杆转动，从而带动丝杆上的滑块移动，实现前后、左右方向上的调整。通过旋转高低调节器123的旋钮，带动丝杆旋转，进而带动丝杆上的滑块移动，同时带动剪式机构运动，实现高低位置的调整。
动平台模块1的转动运动，是通过3个驱动模块3的驱动来实现的。驱动模块3通过4个导向轮32安装在环型的基座导轨4上，使驱动模块3只能在基座导轨4上做移动运动。驱动模块3的减速电机35驱动驱动同步带轮38转动，带动绕在驱动同步带轮38上的同步带5进行传动。同步带5经过从动轮39与固定同步带轮44相接，将动力传递给基座模块4。通过作用力与反作用力，基座模块4是固定不动的，所以驱动模块3通过驱动同步带5，实现在基座模块4上的移动运动。驱动模块3的移动，通过连杆2驱动动平台模块1进行转动。
在机器人开始工作前，需要对机器人进行初始化，用来校准编码器34的位置。当初始化开始后，3个驱动模块3同时沿相同的方向移动，直到限位开关37碰到限位块43，减速电机35停转，并记录和设置编码器34的极限位置，完成初始化。在机器人运行时，只要限位开关37碰到限位块43，立即停止减速电机35运转，保证安全。同时限位块43可以从物理上阻止驱动模块3的超越行程的运动，保证安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种踝关节康复机器人，其特征在于，包括：动平台模块(1)、连杆(2)、驱动模块(3)、基座模块(4)，所述基座模块(4)上设置有环形的基座导轨(42)，所述驱动模块(3)滑动安装于所述基座模块(4)上的基座导轨(42)中，所述驱动模块(3)通过转动轴与所述连杆(2)的一端传动连接，所述连杆(2)的另一端通过转动轴与动平台模块(1)连接；
所述驱动模块(3)包括驱动基座(33)、罩设在驱动基座(33)上的外壳(31)以及位于外壳内的动力机构、限位开关(37)、驱动同步带轮(38)，所述基座模块(4)包括有固定同步带轮(44)，所述固定同步带轮(44)安装于所述基座导轨(42)的下方，所述动力机构与所述驱动同步带轮(38)传动连接，所述驱动同步带轮(38)与所述固定同步带轮(44)通过同步带(5)连接，所述限位开关(37)安装在所述驱动基座(33)上，所述基座模块(4)的基座导轨(42)外侧设置有与限位开关(37)匹配使用的限位块(43)；所述驱动基座(33)的底部设置有导向轮(32)，所述驱动模块(3)通过导向轮(32)在基座导轨(42)中滚动进而移动；
所述驱动模块(3)还包括从动轮(39)、张紧器(310)，所述张紧器(310)的固定部分通过螺栓连接在驱动基座(33)上，所述从动轮(39)的轴固定在张紧器(310)的活动部分上，所述从动轮(39)位于所述驱动同步带轮(38)与所述固定同步带轮(44)之间。
2.根据权利要求1所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述动平台模块(1)包括自上至下依次设置的脚踏板(11)、调节器(12)、动平台主体(13)，所述动平台主体(13)的外缘均布有三个转动轴连接处(13a)，所述动平台主体(13)在每个转动轴连接处(13a)通过转动轴与一个连杆(2)的一端连接，每个连杆(2)的另一端分别通过转动轴与一个驱动模块(3)连接；在每个转动轴连接处(13a)分别设置有与转轴轴线方向一致的十字激光器。
3.根据权利要求2所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述脚踏板(11)通过螺栓与调节器(12)的上端连接，调节器(12)的底部通过螺栓与动平台主体(13)相连接；所述调节器(12)由左右调节器(121)、前后调节器(122)、高低调节器(123)三个部分组成，左右调节器(121)的基座通过螺栓与前后调节器(122)的滑块连接，前后调节器(122)的基座通过螺栓与高低调节器(123)的移动部分连接。
4.根据权利要求3所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述动力机构包括编码器(34)、减速电机(35)、电机连接座(36)，所述减速电机(35)安装在电机连接座(36)上，所述电机连接座(36)固定安装在驱动基座(33)上，所述编码器(34)连接在减速电机(35)的后部，所述减速电机(35)的输出轴与所述驱动同步带轮(38)传动连接。
5.根据权利要求4所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述基座模块(4)还包括多个支撑杆(41)，所述支撑杆(41)通过螺栓与基座导轨(42)的内侧相连接，所述支撑杆(41)底端设置有螺纹孔，用于与橡胶脚垫或支架连接。
6.根据权利要求5所述的一种踝关节康复机器人，其特征在于，所述固定同步带轮(44)通过螺栓连接在基座导轨(42)上，所述限位块(43)的数量为三个，三个所述限位块(43)呈120度角分布，并通过螺栓紧固在基座导轨(42)的外侧。
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| CN (1) | CN113558934B (zh) |
Citations (6)
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| CN112274381A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-01-29 | 西安电子科技大学 | 一种六自由度脚踝康复辅助训练系统、方法及应用 |
-
2021
- 2021-07-29 CN CN202110861050.9A patent/CN113558934B/zh active Active
Patent Citations (6)
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