CN114366562A - 一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其包括支架、并联机构、踩踏装置，所述并联机构包括四条驱动支链和一条约束支链，属于冗余驱动并联机构范畴，驱动支链与定平台通过虎克铰连接、与动平台通过球铰连接，约束支链包括一个高度可调节推杆和三个连杆，推杆与定平台通过螺钉紧固连接，连杆与动平台、连杆之间通过转动副连接，三个转动副轴线空间汇交于踝关节的运动中心；所述支架与电机通过螺钉紧固连接，电机输出轴与约束支链连接；所述踩踏装置包括压力传感器和踏板，置于动平台上。本发明提高了脚踝康复训练装置的康复效果，利用高度可调节推杆和冗余驱动并联机构提高了脚踝康复训练装置的灵活性和适用性，提高了康复者使用的舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及脚踝康复领域，尤其涉及一种高灵活性、高适应性用于踝关节康复的三自由度并联训练装置。
技术背景
在日常生活中，脚踝扭伤是最常见的损伤，不论老人还是孩子都会出现这种损伤，脚踝的治疗是一个长期的过程，治疗的方法也有很多，可以自己尝试运动恢复，但这种治疗方法恢复缓慢，恢复效果不佳而且很容易造成二次扭伤，也可以利用脚踝康复机构进行治疗，目前市场上的脚踝康复机构可以达到治疗脚踝的目的，但灵活性低、适应性低，结合人体脚踝生物学构造与现有技术手段，应保证康复机构具有高稳定性，避免康复过程中发生二次扭伤，康复机构的运动设计应与脚踝内翻、外翻、背屈和跖屈运动相同，让康复者在治疗过程中实现最真实的脚踝运动状态，达到康复装置的最佳治疗效果，在此应用背景下，亟需设计一款高效率脚踝康复训练装置，以提高康复训练装置的适应性和康复效果。
发明内容
本发明要解决脚踝康复机构的康复效果差、适应性低的问题，一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置提高了脚踝康复训练装置的灵活性和适应性，更有利于脚踝的康复。
本发明的技术方案：
一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其包括支架、并联机构、踩踏装置和电机，所述并联机构包括四条驱动支链和一条约束支链，驱动支链与定平台通过虎克铰连接、与动平台通过球铰连接，约束支链包括一个高度可调节推杆和三个连杆，推杆与定平台通过螺钉紧固连接，连杆与动平台以及连杆之间通过转动副连接，三个转动副轴线空间汇交于踝关节的运动中心；所述支架与电机通过螺钉紧固连接，电机输出轴与约束支链连接；所述踩踏装置包括压力传感器和踏板，置于动平台上。
所述一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其特征在于所述并联机构由定平台、动平台、第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链、第四驱动支链和一条约束支链组成，属于冗余驱动并联机构范畴，增大了康复机构的灵活性、精度和刚度，均衡了并联机构的内力，有效的避免了脚踝的二次扭伤，有利于脚踝的康复。
所述第一驱动支链和第二驱动支链相同，均由一个虎克铰U、一个移动副P和一个球铰S组成，第一驱动支链和第二驱动支链虎克铰U中第一个转动副轴线共线，第二个转动副轴线垂直于移动副P的移动方向，移动副的推杆末端通过球铰与动平台连接。
所述第三驱动支链和第四驱动支链相同，均由一个虎克铰U、一个移动副P和一个转动副R组成，第三驱动支链和第四驱动支链共用一个转动副R并连接一个连杆，连杆另一端通过球铰S与动平台相连，两个虎克铰U的第一个转动副轴线共线且与第一、第二驱动支链虎克铰U的第一转动副轴线平行，第二个转动副轴线与移动副P的移动方向垂直，与转动副R轴线平行。
所述约束支链是由高度可调节推杆、小腿辅助连杆和三个连接连杆组成，高度可调节推杆通过螺钉与定平台紧固相连，调节定平台高度以适应不同伤者，小腿辅助连杆通过螺钉与第一连接连杆紧固连接，第一连接连杆与第二连接连杆、第二连接连杆与第三连接连杆、第三连接连杆和动平台皆通过转动副连接，三转动副轴线空间汇交于脚踝运动中心，使脚踝的运动更贴合实际状态，提高了康复装置的理想治疗效果。
所述一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其特征在于所述踩踏装置由力传感器和踏板组成，力传感器通过螺钉与动平台紧固连接，踏板通过螺钉固定在力传感器上，脚部受力通过踏板传到传感器，实际测量力的大小与设定值对比，调节康复装置的运动状态，达到保护脚踝的目的，踏板的脚踝部设有弧度以贴合脚踝，脚背部设有鞋带孔，治疗过程中用鞋带固定脚，保证脚与康复装置紧密贴合，提高了康复装置的稳定性，避免二次扭伤。
与现有脚踝康复装置相比，本发明一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置具有如下特点：该脚踝康复装置的高度可调，可以适应不同的患者，调节定平台至合适高度承受腿的部分重力，缓解脚踝的压力，提高了治疗效果和患者的舒适度；踏板上设有鞋带孔和贴合脚踝的弧度，用于固定脚，提高康复装置的稳定性，避免二次扭伤；约束支链上三个转动副轴线空间汇交于一点，该点为脚踝内翻、外翻、背屈和跖屈运动的运动中心，让康复者在治疗过程中实现最真实的脚踝运动状态，达到康复装置的理想治疗效果。
附图说明
图1是本发明实施例一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置的总体结构示意图；
图2是本发明实施例一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置的并联机构示意图；
图3是本发明实施例一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置的第一驱动示意图；
图4是本发明实施例一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置的第三、第四驱动支链示意图；
图5是本发明实施例一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置的约束支链示意图；
图6是本发明实施例一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置的踩踏装置示意图；
图中标号说明：
图1：1.支架；2.踩踏装置；3.电机；4.并联机构；
图2：41.动平台；42.约束支链；43.第一驱动支链；44.第二驱动支链；45.第三驱动支链；46.第四驱动支链；47.定平台；
图3：431.球铰；432.移动副；433.虎克铰；
图4：451.球铰；452.转动副；453.移动副；454.虎克铰；
图5：421.小腿辅助连杆；422.高度可调节推杆；423.第一连杆；424.第二连杆；425.第三连杆；
图6：21.踏板；22.力传感器；
具体实施方案
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1：一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其包括支架1、并联机构4、踩踏装置2和电机3，所述并联机构包括四条驱动支链和一条约束支链，驱动支链与定平台通过虎克铰连接、与动平台通过球铰连接，约束支链包括一个高度可调节推杆和三个连杆，推杆与定平台通过螺钉紧固连接，连杆与动平台以及连杆之间通过转动副连接，三个转动副轴线空间汇交于踝关节的运动中心；所述支架与电机通过螺钉紧固连接，电机输出轴与约束支链连接；所述踩踏装置包括压力传感器和踏板，置于动平台上。
如图2：所述一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其特征在于所述并联机构由定平台47、动平台41、第一驱动支链43、第二驱动支链44、第三驱动支链45、第四驱动支链46和一条约束支链42组成，属于冗余驱动并联机构范畴，增大了康复机构的灵活性、精度和刚度，均衡了并联机构的内力，有效的避免了脚踝的二次扭伤，有利于脚踝的康复。
如图3：所述第一驱动支链和第二驱动支链相同，均由一个虎克铰U433、一个移动副P432和一个球铰S431组成，第一驱动支链和第二驱动支链虎克铰U中第一个转动副轴线共线，第二个转动副轴线垂直于移动副P的移动方向，移动副的推杆末端通过球铰与动平台连接。
如图4：所述第三驱动支链和第四驱动支链相同，均由一个虎克铰U451、一个移动副P453和一个转动副R452组成，第三驱动支链和第四驱动支链共用一个转动副R并连接一个连杆，连杆另一端通过球铰S451与动平台相连，两个虎克铰U的第一个转动副轴线共线且与第一、第二驱动支链虎克铰U的第一转动副轴线平行，第二个转动副轴线与移动副P的移动方向垂直，与转动副R轴线平行。
如图5：所述约束支链是由高度可调节推杆422、小腿辅助连杆421、第一连杆423、第二连杆424、第三连杆425组成，高度可调节推杆通过螺钉与定平台紧固相连，调节定平台高度以适应不同伤者，小腿辅助连杆通过螺钉与第一连杆紧固连接，第一连杆与第二连杆、第二连杆与第三连杆、第三连杆和动平台皆通过转动副连接，三转动副轴线空间汇交于脚踝运动中心，使康复者脚踝的运动更贴合实际状态，提高了康复装置的治疗效果。
图6：所述一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其特征在于所述踩踏装置由力传感器22和踏板21组成，力传感器通过螺钉与动平台紧固连接，踏板通过螺钉固定在力传感器上，脚部受力通过踏板传到传感器，实际测量力的大小与设定值对比，调节康复装置的运动状态，达到保护脚踝的目的，踏板的脚踝部设有弧度以贴合脚踝，脚背部设有鞋带孔，治疗过程中用鞋带固定脚，保证脚与康复装置紧密贴合，提高了康复装置的稳定性，避免二次扭伤。
本发明专利不限于以上实施方式，专业领域的技术人员在本发明的思想基础上进行同等的改进和完善，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其包括支架、并联机构、踩踏装置和驱动电机，所述并联机构包括四条驱动支链和一条约束支链，驱动支链与定平台通过虎克铰连接、与动平台通过球铰连接，约束支链包括一个高度可调节推杆和三个连杆，推杆与定平台通过螺钉紧固连接，连杆与动平台以及连杆之间通过转动副连接，三个转动副轴线空间汇交于踝关节的运动中心；所述支架与电机通过螺钉紧固连接，电机输出轴与约束支链连接；所述踩踏装置包括压力传感器和踏板，置于动平台上。
2.根据权力要求1所述一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其特征在于所述并联机构由定平台、动平台、四条驱动支链和一条约束支链组成，属于冗余驱动并联机构范畴。
3.根据权力要求2所述四条驱动支链包括第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链和第四驱动支链，第一驱动支链和第二驱动支链相同，均由一个虎克铰U、一个移动副P和一个球铰S组成，第一驱动支链和第二驱动支链虎克铰U中第一个转动副轴线共线，第二个转动副轴线垂直于移动副P的移动方向，移动副的推杆末端通过球铰S与动平台连接。
4.根据权力要求2所述第三驱动支链和第四驱动支链相同，均由一个虎克铰U、一个移动副P和一个转动副R组成，第三驱动支链和第四驱动支链共用一个转动副R并连接一个连杆，连杆另一端通过球铰S与动平台相连，两个虎克铰U的第一个转动副轴线共线且与第一、第二驱动支链虎克铰U的第一转动副轴线平行，第二个转动副轴线与移动副P的移动方向垂直，与转动副R轴线平行。
5.根据权力要求2所述约束支链是由高度可调节推杆、小腿辅助连杆和三个连接连杆组成，高度可调节推杆通过螺钉与定平台紧固相连，调节定平台高度以适应不同伤者，小腿辅助连杆通过螺钉与第一连接连杆紧固连接，第一连接连杆与第二连接连杆、第二连接连杆与第三连接连杆、第三连接连杆和动平台皆通过转动副连接，三转动副轴线空间汇交于脚踝运动中心。
6.根据权力要求1所述一种用于踝关节康复的三自由度并联训练装置，其特征在于所述踩踏装置由力传感器和踏板组成，力传感器通过螺钉与动平台紧固连接，踏板通过螺钉固定在力传感器上，脚踝部设有弧度以贴合脚踝，脚背部还设有鞋带孔用于固定脚。
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