一种踝关节康复训练机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种踝关节康复训练机器人系统，其特征在于：包括PUS+S型并联关节训练单元、运动监测与控制单元和腿部支撑单元，其中PUS+S型并联踝关节训练单元，用于提供脚掌的定位和模拟人体踝关节的实际运动对人体受损踝关节进行康复训练；所述PUS+S型并联关节训练单元包括脚掌定位固定软槽、旋转训练平台、三个以上的PUS型运动支链、中间支柱以及训练单元底座；所述PUS型运动支链包括球铰链、连接头、连接杆、虎克铰链和虎克铰链支撑座；本发明专利技术提供了一种结构简单，使用方便，运动模拟准确，康复训练强度可调，运动失稳可控制的踝关节康复训练机器人系统。

Ankle joint rehabilitation training robot system

The invention discloses an ankle rehabilitation robot system, which comprises a PUS+S type parallel joint training unit, motion monitoring and control unit and the leg support unit, the PUS+S type parallel ankle joint training unit for actual movement foot positioning and Simulation of the human ankle joint damage to human ankle rehabilitation training; the PUS+S type parallel joint training unit comprises a sole fixed soft tank, rotating platform, training more than three PUS type moving chain, middle pillar and training unit base; the PUS type moving chain including ball hinge, a connecting head, a connecting rod, Hooke and Hooke hinge hinge supporting seat is provided; a kind of simple structure, convenient use, accurate motion simulation, rehabilitation training intensity can be adjusted, the movement out of ankle joint rehabilitation training stable control Robot system.

【技术实现步骤摘要】
一种踝关节康复训练机器人系统
本专利技术涉及一种医疗康复工程
的装置，尤其是一种踝关节康复训练机器人系统。
技术介绍
踝关节是连接人体小腿与足部的重要负重关节，我国目前是发展中国家，人口基数大，劳动强度相对较高，踝关节疾患发病率高，尤其是踝关节创伤性关节炎，给病人带来了难以忍受的痛苦，严重影响病人的工作和生活质量。随着医疗技术的不断发展，踝关节置换术成为了踝关节疾病患者重要的医疗手段，但在后期康复训练过程中，正确、科学的康复训练对于人体踝关节运动工程的恢复和提高是十分重要的，目前国内肢体康复主要通过专业医护人员人工模拟关节的运动过程帮助患者进行康复训练，这种措施对于医护人员素质要求较高，同时增大的医护人员的劳动强度。市面上针对踝关节康复训练的装置相对较少，并且现有的关节训练器不能很好的模拟人体踝关节的运动过程。这种情况导致医疗成本的增加，治疗普遍性较差。为了解决这一问题，各种主动式踝关节训练装置被设计开发出来，以提高患者康复训练的有效性，普遍性和全面性，减少医疗成本。本专利技术主要是针对踝关节康复训练的机器人系统。踝关节是人体运动机能实现的重要关节，根据人体解剖学，人体踝关节可以简化为绕定点转动的球面关节，具有背伸/跖展，内翻/外翻，内旋/外旋三种运动形式，目前现有的关于踝关节康复训练的装置存在以下几方面的问题，1、康复训练设备过于复杂；2、人体踝关节运动模拟不准确；3、关节转动中心不固定；4、康复强度不可调；5、运动失稳情况不可控等情况。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种结构简单，使用方便，运动模拟准确，康复训练强度可调，运动失稳可控制的踝关节康复训练机器人系统。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种踝关节康复训练机器人系统，包括PUS+S型并联关节训练单元(20)、运动监测与控制单元(45)和腿部支撑单元(10)，其中：所述腿部支撑单元(10)用于患者处于坐姿状态时，对大腿及小腿部分进行支撑；且所述腿部支撑单元(10)与所述PUS+S型并联关节训练单元(20)通过连接板(30)进行固定连接；所述PUS+S型并联关节训练单元(20)包括脚掌定位固定软槽(22)、旋转训练平台(23)、三个以上的PUS型运动支链(24)、中间支柱(26)以及训练单元底座(27)；所述训练单元底座(27)上固定有直线运动模组(25)，而所述旋转训练平台(23)上设置有支链安装座，且所述直线运动模组(25)、支链安装座与PUS型运动支链(24)一一对应；所述直线运动模组(25)包括伺服电机(28)、软齿带(42)、滑块(29)、一对张紧轮(47)、直线导轨(31)、传动齿轮一(43)和传动齿轮二(40)；所述传动齿轮一(43)固定在直线导轨(31)下端，传动齿轮二(40)固定在直线导轨(31)上端，所述传动齿轮一(43)通过软齿带(42)与传动齿轮二(40)传动连接，所述伺服电机(28)通过联轴器与传动齿轮一(43)传动连接；所述滑块(29)与直线导轨(31)滑动连接，所述软齿带(42)的一端固定在一对张紧轮(47)的其中一个上，所述软齿带(42)的另一端固定在一对张紧轮(47)的另一个上；而所述张紧轮(47)固定在滑块(29)上；滑块(29)上还固定有导向轮(41)，且所述导向轮(41)与软齿带(42)传动连接；所述PUS型运动支链(24)包括球铰链(35)、连接头(36)、连接杆(37)、虎克铰链(38)和虎克铰链支撑座(39)；所述虎克铰链支撑座(39)与滑块(29)相连，所述虎克铰链(38)的一端固定在虎克铰链支撑座(39)上，而所述虎克铰链(38)的另一端与连接杆(37)的一端相连；所述连接杆(37)的另一端通过连接头(36)与球铰链(35)相连；所述球铰链(35)安装在支链安装座上，且所述球铰链(35)与支链安装座之间设置有楔块(34)；所述中间支柱(26)的一端固定安装在所述训练单元底座(27)上，另一端通过复合球铰链(21)与旋转训练平台(23)底面铰链连接，而所述脚掌定位固定软槽(22)固定在旋转训练平台(23)的顶面；所述运动监测与控制单元(45)包括运动监测与控制平台、伺服电机控制器和传感器，所述传感器包括力传感器(32)、加速度传感器(33)和位移传感器(44)；所述力传感器(32)用于测量旋转训练平台(23)运动时脚底所受到的压力，并将该压力推送给运动监测与控制平台；所述加速度传感器(33)用于测量旋转训练平台(23)运动时的加速度，并将该加速度推送给运动监测与控制平台；所述位移传感器(44)用于测量滑块(29)移动时的位移，并将该位移推送给运动监测与控制平台；所述运动监测与控制平台用于根据接收到的压力、加速度以及位移形成各个伺服电机(28)的控制信号，并将各个伺服电机(28)的控制信号推送给伺服电机控制器；所述伺服电机控制器用于通过各个伺服电机(28)的控制信号控制对应伺服电机(28)的工作状态。进一步地：所述力传感器(32)固定在脚掌定位固定软槽(22)内部，且所述力传感器(32)在脚掌的两边各分布一个；所述加速度传感器(33)安装在旋转训练平台(23)的侧边；所述位移传感器(44)安装在直线导轨(31)的上端，其拉线端固定在滑块(29)的上端面。更进一步地：所述腿部支撑单元(10)包括支撑底座(11)、大腿支撑杆(12)、大腿调节杆(14)、小腿支撑杆(15)和小腿调节杆(17)；所述大腿支撑杆(12)的一端固定安装在支撑底座(11)上，所述大腿调节杆(14)套设于所述大腿支撑杆(12)内，且所述大腿调节杆(14)与所述大腿支撑杆(12)滑动连接；所述大腿支撑杆(12)上设有螺纹旋钮一(13)，且所述螺纹旋钮一(13)套设于所述大腿支撑杆(12)上；所述小腿支撑杆(15)的一端固定连接在所述大腿支撑杆(12)上，所述小腿调节杆(17)套设于所述小腿支撑杆(15)内，且所述小腿调节杆(17)与所述小腿支撑杆(15)滑动连接；所述小腿支撑杆(15)上设有螺纹旋钮二(16)，且所述螺纹旋钮二(16)套设于所述小腿支撑杆(15)上。优选的：所述力传感器(32)和加速度传感器(33)都采用压电式传感器，所述的位移传感器(44)采用拉线式位移传感器。优选的：所述大腿支撑杆(12)和所述小腿支撑杆(15)均采用了方形内空的结构，且大腿支撑杆(12)和小腿支撑杆(15)之间的夹角为90度。优选的：所述三条PUS运动支链(24)沿周向均匀分布在训练单元底座(27)上，且所述三条PUS运动支链(24)固定在支链安装座上。优选的：所述训练单元底座(27)顶面沿周向均匀固定有三个直线运动模组(25)。优选的：所述中间支柱(26)的一端与复合球铰链(21)铰链连接，所述中间支柱(26)的另一端固定安装在所述训练单元底座(27)的中心上；所述复合球铰链(21)与旋转训练平台(23)的底面中心铰链连接。优选的：所述连接板(30)一端固定在所述训练单元底座(27)上，另一端固定在所述支撑底座(11)上。优选的：所述楔块的角度为15度至75度。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：1.本专利技术的一种踝关节康复训练机器人系统在进行康复训练过程中，患者可以处于坐姿状态，减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种踝关节康复训练机器人系统，其特征在于：包括PUS+S型并联关节训练单元(20)、运动监测与控制单元(45)和腿部支撑单元(10)，其中：所述腿部支撑单元(10)用于患者处于坐姿状态时，对大腿及小腿部分进行支撑；且所述腿部支撑单元(10)与所述PUS+S型并联关节训练单元(20)通过连接板(30)进行固定连接；所述PUS+S型并联关节训练单元(20)包括脚掌定位固定软槽(22)、旋转训练平台(23)、三个以上的PUS型运动支链(24)、中间支柱(26)以及训练单元底座(27)；所述训练单元底座(27)上固定有直线运动模组(25)，而所述旋转训练平台(23)上设置有支链安装座，且所述直线运动模组(25)、支链安装座与PUS型运动支链(24)一一对应；所述直线运动模组(25)包括伺服电机(28)、软齿带(42)、滑块(29)、一对张紧轮(47)、直线导轨(31)、传动齿轮一(43)和传动齿轮二(40)；所述传动齿轮一(43)固定在直线导轨(31)下端，传动齿轮二(40)固定在直线导轨(31)上端，所述传动齿轮一(43)通过软齿带(42)与传动齿轮二(40)传动连接，所述伺服电机(28)通过联轴器与传动齿轮一(43)传动连接；所述滑块(29)与直线导轨(31)滑动连接，所述软齿带(42)的一端固定在一对张紧轮(47)的其中一个上，所述软齿带(42)的另一端固定在一对张紧轮(47)的另一个上；而所述张紧轮(47)固定在滑块(29)上；滑块(29)上还固定有导向轮(41)，且所述导向轮(41)与软齿带(42)传动连接；所述PUS型运动支链(24)包括球铰链(35)、连接头(36)、连接杆(37)、虎克铰链(38)和虎克铰链支撑座(39)；所述虎克铰链支撑座(39)与滑块(29)相连，所述虎克铰链(38)的一端固定在虎克铰链支撑座(39)上，而所述虎克铰链(38)的另一端与连接杆(37)的一端相连；所述连接杆(37)的另一端通过连接头(36)与球铰链(35)相连；所述球铰链(35)安装在支链安装座上，且所述球铰链(35)与支链安装座之间设置有楔块(34)；所述中间支柱(26)的一端固定安装在所述训练单元底座(27)上，另一端通过复合球铰链(21)与旋转训练平台(23)底面铰链连接，而所述脚掌定位固定软槽(22)固定在旋转训练平台(23)的顶面；所述运动监测与控制单元(45)包括运动监测与控制平台、伺服电机控制器和传感器，所述传感器包括力传感器(32)、加速度传感器(33)和位移传感器(44)；所述力传感器(32)用于测量旋转训练平台(23)运动时脚底所受到的压力，并将该压力推送给运动监测与控制平台；所述加速度传感器(33)用于测量旋转训练平台(23)运动时的加速度，并将该加速度推送给运动监测与控制平台；所述位移传感器(44)用于测量滑块(29)移动时的位移，并将该位移推送给运动监测与控制平台；所述运动监测与控制平台用于根据接收到的压力、加速度以及位移形成各个伺服电机(28)的控制信号，并将各个伺服电机(28)的控制信号推送给伺服电机控制器；所述伺服电机控制器用于通过各个伺服电机(28)的控制信号控制对应伺服电机(28)的工作状态。...

【技术特征摘要】
1.一种踝关节康复训练机器人系统，其特征在于：包括PUS+S型并联关节训练单元(20)、运动监测与控制单元(45)和腿部支撑单元(10)，其中：所述腿部支撑单元(10)用于患者处于坐姿状态时，对大腿及小腿部分进行支撑；且所述腿部支撑单元(10)与所述PUS+S型并联关节训练单元(20)通过连接板(30)进行固定连接；所述PUS+S型并联关节训练单元(20)包括脚掌定位固定软槽(22)、旋转训练平台(23)、三个以上的PUS型运动支链(24)、中间支柱(26)以及训练单元底座(27)；所述训练单元底座(27)上固定有直线运动模组(25)，而所述旋转训练平台(23)上设置有支链安装座，且所述直线运动模组(25)、支链安装座与PUS型运动支链(24)一一对应；所述直线运动模组(25)包括伺服电机(28)、软齿带(42)、滑块(29)、一对张紧轮(47)、直线导轨(31)、传动齿轮一(43)和传动齿轮二(40)；所述传动齿轮一(43)固定在直线导轨(31)下端，传动齿轮二(40)固定在直线导轨(31)上端，所述传动齿轮一(43)通过软齿带(42)与传动齿轮二(40)传动连接，所述伺服电机(28)通过联轴器与传动齿轮一(43)传动连接；所述滑块(29)与直线导轨(31)滑动连接，所述软齿带(42)的一端固定在一对张紧轮(47)的其中一个上，所述软齿带(42)的另一端固定在一对张紧轮(47)的另一个上；而所述张紧轮(47)固定在滑块(29)上；滑块(29)上还固定有导向轮(41)，且所述导向轮(41)与软齿带(42)传动连接；所述PUS型运动支链(24)包括球铰链(35)、连接头(36)、连接杆(37)、虎克铰链(38)和虎克铰链支撑座(39)；所述虎克铰链支撑座(39)与滑块(29)相连，所述虎克铰链(38)的一端固定在虎克铰链支撑座(39)上，而所述虎克铰链(38)的另一端与连接杆(37)的一端相连；所述连接杆(37)的另一端通过连接头(36)与球铰链(35)相连；所述球铰链(35)安装在支链安装座上，且所述球铰链(35)与支链安装座之间设置有楔块(34)；所述中间支柱(26)的一端固定安装在所述训练单元底座(27)上，另一端通过复合球铰链(21)与旋转训练平台(23)底面铰链连接，而所述脚掌定位固定软槽(22)固定在旋转训练平台(23)的顶面；所述运动监测与控制单元(45)包括运动监测与控制平台、伺服电机控制器和传感器，所述传感器包括力传感器(32)、加速度传感器(33)和位移传感器(44)；所述力传感器(32)用于测量旋转训练平台(23)运动时脚底所受到的压力，并将该压力推送给运动监测与控制平台；所述加速度传感器(33)用于测量旋转训练平台(23)运动时的加速度，并将该加速度推送给运动监测与控制平台；所述位移传感器(44)用于测量滑块(29)移动时的位移，并将该位移推送给运动监测与控制平台；所述运动监测与控制平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，郭锋，山显雷，张慧珍，乔智，徐庭钰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32