CN209107982U - 一种用vr模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，包括上平台、中平台、下平台，其中上平台通过三组第一电动推杆与下平台连接，且所述三组第一电动推杆两端分别与所述上平台和下平台各自呈三角关系链接，中平台与下平台通过两组第二电动推杆连接，且所述两组第二电动推杆分别设置于中平台和下平台的两侧，所述第一电动推杆和第二电动推杆的端部设有压力传感器，所述下平台内嵌有陀螺仪和地磁传感器，所述压力传感器、陀螺仪和地磁传感器通过获取数据生成VR虚拟影像。本实用新型与VR技术相结合，通过模拟真实的运动场景，实现恢复或矫正使用者步态的功能。

Description

一种用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人

技术领域

本实用新型涉及一种用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人。

背景技术

传统的足踝部康复装置是以固定踝关节、通过减少踝关节在日常生活中的活动范围来减少对踝关节的二次损伤，以起到康复和保护作用。

但是当踝部扭伤严重时，在康复的过程需要进行脚踝灵活性训练，即让踝关节在一定范围内进行运动。传统的踝部固定方法，虽然能保护患处的稳定状态，但减少关节的运动能力，并不能达到最好的康复效果，而且长期的佩戴这种受力集中且限制活动的康复支具容易导致血液不流通，肌肉僵化，肿胀刺痛，非常不舒适。

在机械结构上，目前出现的六自由度脚踝康复机器人，其机械结构复杂，对于最多只有三自由度的人的踝关节来说，六自由度虽然可以对足踝部的位姿进行精确调整，但增加的多余自由度还是会增加康复训练系统的复杂性，并且导致康复装置体积过大，重量增加，也会导致的患处负荷增加，降低了穿着的舒适性。

在控制方式上，简单的通过驱动器增加踝部的运动范围，有可能对患者患处造成二次损伤，如不能很好的根据患者患处的位置及严重性合理的制定康复训练计划，轻则对患处起不到有效的康复作用，严重的则会给患者造成痛苦或二次损伤。

实用新型内容

为解决上述技术存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种用VR模拟步行的脚踝康复并联机器人，其至少具有易穿戴，易拆卸，更轻便，结构简单可靠、更舒适更稳固的固定受伤足踝部，康复训练更便捷等优点。

具体实用新型内容如下：

一种用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，包括上平台、中平台、下平台，其中上平台通过三组第一电动推杆与下平台连接，且所述三组第一电动推杆两端分别与所述上平台和下平台各自呈三角关系链接，中平台与下平台通过两组第二电动推杆连接，且所述两组第二电动推杆分别设置于中平台和下平台的两侧，所述第一电动推杆和第二电动推杆的端部设有压力传感器，所述下平台内嵌有陀螺仪和地磁传感器，所述压力传感器、陀螺仪和地磁传感器通过获取数据生成VR虚拟影像，通过VR技术模拟真实的运动场景，实现恢复或矫正使用者步态的功能。所述第一电动推杆和第二电动推杆为一种直线电机。

上平台和中平台都是用于固定小腿，属于定平台，下平台用于固定足部，属于动平台。基于力传导的双向性分层式的机械结构可以分担集中固定所造成的压力负荷，在上下平台基础上增加一个中平台，使上、中两平台分别固定两组直线电机，在保持原来一体式的自由度的同时，最大程度提升佩戴者的舒适度。

优选的，所述上平台包括第一固定套筒、第一固定架，所述第一固定架通过虎克铰与所述第一电动推杆链接，且虎克铰与第一电动推杆的连接处包含至少一压力传感器。第一固定架由刚性材料制成。

优选的，所述第一固定架上设有水平排列的若干插孔，用于改变所述虎克绞的固定位置。通过变换直线电机一端虎克铰的固定位置，调节直线电机的施力角度，以便更舒适地佩戴。

优选的，所述中平台包括第二固定套筒、第二固定架，所述第二固定架通过虎克铰与所述第二电动推杆链接，且虎克铰与第二电动推杆的连接处包含至少一压力传感器。中平台主要起分担集中固定所造成的压力负荷、增强固定小腿的效果。

优选的，所述第二固定套筒由透气材料构成，通过芭扣调整松紧。

优选的，所述第二固定架上设有水平排列的若干插孔，用于改变所述虎克绞的固定位置。

优选的，所述下平台包括足底平台、第三固定架、柔性足部固定部，所述足底平台包括跖趾部和脚踵部，所述第三固定架分布于跖趾部和脚踵部。

优选的，所述分布于跖趾部的第三固定架通过球铰与所述第一电动推杆相连，所述分布于脚踵部的第三固定架通过球铰与所述第二电动推杆相连。

优选的，所述跖趾部和脚踵部之间通过一伸缩件连接，以适应不同的脚型。

有益效果：

本实用新型采用了上中下分层的并联机构，基于力传导的双向性分层式的机械结构，可以分担集中固定所造成的压力负荷，在并联机构基础上增加一个中平台，使上、中两平台分别固定两组直线电机，在保持原来一体式的自由度的同时，最大程度提升佩戴者的舒适度。本实用新型与VR技术相结合，通过模拟真实的运动场景，实现恢复或矫正使用者步态的功能。本实用新型基于VR技术辅助康复，通过VR虚拟影像，模拟真实的走路，运动场景，通过装置与VR影像的同步模拟，配合该装置实时模拟步态运动，辅助患者恢复或矫正到标准的走路和运动姿态。训练时，患者需要由龙门架吊起使足部悬空，配合该康复装置进行模拟真实步态的康复训练，有助于恢复走路机能，锻炼相关肌群力量，有利于神经知觉重建。

本实用新型所述康复机器人负重的对抗性康复训练模式，在使用者使用该装置实现踝部机能康复训练时，适当增加其活动负载以恢复康复者相关肌肉力量或增加其相关肌群力量。

附图说明

图1是本实用新型一优选实施例的立体透视结构示意图。

附图标记：

1、上平台，2、中平台，3、下平台，4、第一电动推杆，5、第二电动推杆，6、伸缩件，11、第一固定套筒，12、第一固定架，21、第二固定套筒，22、第二固定架，31、足底平台，32、第三固定架，33、柔性足部固定部，311、跖趾部，312、脚踵部

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本实用新型进行说明：

如图1所示，本实用新型所述用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，包括上平台1、中平台2、下平台3，其中上平台1通过三组第一电动推杆4与下平台3连接，且所述三组第一电动推杆4两端分别与所述上平台1和下平台3各自呈三角关系链接，中平台2与下平台3通过两组第二电动推杆5连接，且所述两组第二电动推杆5分别设置于中平台2和下平台3的两侧，所述第一电动推杆4和第二电动推杆5的端部设有压力传感器，所述下平台3内嵌有陀螺仪和地磁传感器，所述压力传感器、陀螺仪和地磁传感器通过获取数据生成VR虚拟影像，通过VR技术模拟真实的运动场景，实现恢复或矫正使用者步态的功能。所述第一电动推杆4和第二电动推杆5为一种直线电机。

上平台1和中平台2都是用于固定小腿，属于定平台，下平台3用于固定足部，属于动平台。基于力传导的双向性分层式的机械结构可以分担集中固定所造成的压力负荷，在上、下平台基础上增加一个中平台2，使上、中两平台分别固定两组直线电机，在保持原来一体式的自由度的同时，最大程度提升佩戴者的舒适度。

本实用新型的一优选实施例中，所述上平台1包括第一固定套筒11、第一固定架12，所述第一固定架12通过虎克铰与所述第一电动推杆4链接，且虎克铰与第一电动推杆4的连接处包含至少一压力传感器。第一固定架12性材料制成，所述刚性材料可选自金属，如不锈钢、铝等。

本实用新型的一优选实施例中，所述第一固定架12上设有水平排列的若干插孔，用于改变所述虎克绞的固定位置。通过变换直线电机一端虎克铰的固定位置，调节直线电机的施力角度，以便更舒适地佩戴。

本实用新型的一优选实施例中，所述中平台2包括第二固定套筒21、第二固定架22，所述第二固定架22通过虎克铰与所述第二电动推杆5链接，且虎克铰与第二电动推杆5的连接处包含至少一压力传感器。中平台2主要起分担集中固定所造成的压力负荷、增强固定小腿的效果。

本实用新型的一优选实施例中，所述第二固定套筒21由透气材料构成，通过芭扣调整松紧。所述透气材料可选自网布、sympa-tex、牛皮鞋面革、天然织物等。

本实用新型的一优选实施例中，所述第二固定架22上设有水平排列的若干插孔，用于改变所述虎克绞的固定位置。

本实用新型的一优选实施例中，所述下平台3包括足底平台31、第三固定架32、柔性足部固定部33，所述足底平台31包括跖趾部311和脚踵部312，所述第三固定架32分布于跖趾部311和脚踵部312。所述柔性足部固定部33通过芭扣调整松紧，在裹紧脚掌的同时对踝部进行保护性施压。

本实用新型的一优选实施例中，所述分布于跖趾部311的第三固定架32通过球铰与所述第一电动推杆4相连，所述分布于脚踵部312的第三固定架32通过球铰与所述第二电动推杆5相连。

本实用新型的一优选实施例中，所述跖趾部311和脚踵部312之间通过一伸缩件6连接，以适应不同大小尺寸的足部的患者穿戴，适用范围更广，使本实用新型的利用率更高。

在示教复现的康复模式下，患者佩戴本实用新型时，由医师先对患者足部进行康复按摩，由本实用新型和计算机系统通过压力传感器传输的数据中四根推杆的长度和变化率录入医师的手法和力度，使得患者在没有医师的现场操作时，也可以进行相同效果的康复按摩训练。不仅省去了患者往返于康复师与住地之间的劳顿，同样节约了康复医师资源，降低了康复训练成本，提高了康复效率。

佩戴本实用新型时，由于腿部及足底长时间保持固定状态，裹缚结构紧张的固定会妨碍血液循环，使脚趾、足部、小腿处有肌肉酸痛的感觉，在足底及小腿穴位处安装低脉冲电极，即将仿生物微电流以低频方式输出。在保证安全的前提下，将不同的低频电流信号模拟出推拿、捶击、按摩、火罐、针灸、刮痧的真实感觉，有助于帮助患者在康复的过程中，对非患处的肌肉群起到放松作用，缓解疲劳，促进血液循环。

基于示教康复模式，在患者康复的不同阶段，可以对患者康复情况进行评估，适当增加患者康复训练的强度与活动幅度。随着患者康复的进程，调节患者的康复训练方案，可以避免患者患处的二次疲劳损伤，增加核心肌肉群的全面锻炼。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，包括上平台、中平台、下平台，其中上平台通过三组第一电动推杆与下平台连接，且所述三组第一电动推杆两端分别与所述上平台和下平台各自呈三角关系链接，中平台与下平台通过两组第二电动推杆连接，且所述两组第二电动推杆分别设置于中平台和下平台的两侧，所述第一电动推杆和第二电动推杆的端部设有压力传感器，所述下平台内嵌有陀螺仪和地磁传感器，所述压力传感器、陀螺仪和地磁传感器通过获取数据生成VR虚拟影像。

2.根据权利要求1所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述上平台包括第一固定套筒、第一固定架，所述第一固定架通过虎克铰与所述第一电动推杆链接，且虎克铰与第一电动推杆的连接处包含至少一压力传感器。

3.根据权利要求2所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述第一固定架上设有水平排列的若干插孔，用于改变所述虎克绞的固定位置。

4.根据权利要求1所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述中平台包括第二固定套筒、第二固定架，所述第二固定架通过虎克铰与所述第二电动推杆链接，且虎克铰与第二电动推杆的连接处包含至少一压力传感器。

5.根据权利要求4所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述第二固定套筒由透气材料构成，通过芭扣调整松紧。

6.根据权利要求4所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述第二固定架上设有水平排列的若干插孔，用于改变所述虎克绞的固定位置。

7.根据权利要求1所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述下平台包括足底平台、第三固定架、柔性足部固定部，所述足底平台包括跖趾部和脚踵部，所述第三固定架分布于跖趾部和脚踵部。

8.根据权利要求7所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述分布于跖趾部的第三固定架通过球铰与所述第一电动推杆相连，所述分布于脚踵部的第三固定架通过球铰与所述第二电动推杆相连。

9.根据权利要求7所述的用VR模拟步行的五自由度脚踝康复并联机器人，其特征在于，所述跖趾部和脚踵部之间通过一伸缩件连接。