一种踝关节康复外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术涉及医用设备技术领域，尤其涉及一种踝关节康复外骨骼机器人的结构设计，包括：滚珠丝杠驱动机构(Ⅰ)、空间多连杆RCM机构(Ⅱ)和脚架(Ⅲ)。其特征在于：滚珠丝杠驱动机构的推拉杆通过旋转关节与RCM机构连接，RCM机构与脚架连接，佩戴者的脚放置在脚架上。电机的旋转运动通过同步齿形带连接的滚珠丝杠转化为直线运动，滚珠丝杠连接的推拉杆推动和拉动RCM机构，使得RCM机构另一端连接的脚架围绕使用者的踝关节旋转，以此帮助使用者的踝足做出背屈和跖屈的动作。在RCM机构的连杆上还有一个被动的旋转自由度，使用者可以做出绕踝关节的内翻和外翻动作。脚架的旋转轴与使用者踝关节的旋转轴对齐，可以让佩戴者穿戴舒适，并提供更接近于常人的行走方式。供更接近于常人的行走方式。供更接近于常人的行走方式。

【技术实现步骤摘要】
一种踝关节康复外骨骼机器人


[0001]本专利技术涉及医用设备
，具体是一种用于踝关节损伤后辅助康复的外骨骼机械结构。

技术介绍

[0002]在行走过程中人的踝关节进行背屈和跖屈的运动，从而产生推力使人们能够正常前进。中风和神经系统疾病会导致患者的步态模式恶化，导致行走效率低下和行走姿势不正常。这种情况也会导致肌肉无力，使脚部没有足够的强度承受来自地面的反作用力，进而导致步态模式中产生具有危险性的不稳定行走。因此，一个科学的下肢康复训练方法就显得尤为重要。随着科学技术的进步，外骨骼机器人技术也在飞速发展，在康复训练方面也出现了大量的应用。由于通过外骨骼进行康复训练有着独特的优点，人们也越来越重视辅助和训练设备的开发和使用。通过踝关节外骨骼机器人辅助患者进行背屈和跖屈运动，可以起到康复训练的效果。
[0003]然而以往的很多踝关节外骨骼机器人都存在一定的局限性，首先，很多踝关节外骨骼机器人只允许一个自由度的活动，从而限制了用户的踝关节运动；其次，有些踝关节外骨骼仅辅助患者踝关节跖屈离地，而没有背屈协助，不能防止步行时的脚下垂；同时，很多装置通过金属丝连接脚架辅助运动，效率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有的技术不足，提供了一种踝关节康复外骨骼机器人，有效解决了现有踝关节康复训练器械自由度低、功能较少、效率低的问题。
[0005]本专利技术实现专利技术目的采用如下技术方案：
[0006]一种踝关节康复外骨骼机器人结构设计，包括：滚珠丝杠驱动机构(Ⅰ)、空间多连杆RCM机构(Ⅱ)与脚架(Ⅲ)。
[0007]进一步的，所述的滚珠丝杠驱动机构Ⅰ的直流电机通过螺钉固定在连接件上；滚珠丝杠通过丝杠固定件固定在连接件上；同步带连接电机齿轮和丝杠齿轮；滚珠丝杠连接滚珠螺母；滚珠螺母下连推拉杆。
[0008]进一步的，所述的空间多连杆RCM机构Ⅱ的连杆1和连杆3通过轴接头连接固定机架和连杆2，形成平行四边形；连杆3通过万向接头连接连杆4；连杆2和连杆4通过一根阶梯轴连接在一起。
[0009]进一步的，所述的脚架Ⅲ的深沟球轴承嵌在轴承外壳内；垫片叠加在脚架连接件内；脚架、脚架连接件和轴承外壳用螺钉连接在一起。
[0010]有益效果：
[0011]本专利技术与现有技术相比，其有益效果体现在：
[0012]文字性描述技术方案的效果。本专利技术采用二自由度主动踝关节外骨骼设计，能够帮助患者实现主动的跖屈/背屈运动和被动的内翻/外翻运动。采用一种具有高效滚珠丝杠
的线性驱动机构实现对二自由度多连杆关节机构的推拉；此外，该装置能够协助足部推离地面，防止脚下垂，帮助患者更容易行走；与其他外骨骼设计相比，本专利技术重量低、结构紧凑、旋转误差更小，可以实现更舒适的运动。
附图说明
[0013]图1是本专利技术总体结构图；
[0014]图2是滚珠丝杠驱动机构结构示意图；
[0015]图3是空间多连杆RCM机构结构示意图；
[0016]图4是脚架结构示意图；
[0017]图中1
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直流电机、2
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连接件、3
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电机齿轮、4
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同步带、5
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丝杠齿轮、6
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丝杠固定件、7
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滚珠丝杠、8
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滚珠螺母、9
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推拉杆、10
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固定机架、11
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连杆1、12
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连杆2、13
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连杆3、14
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连杆4、15
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阶梯轴、16
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深沟球轴承、17
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轴承外壳、18
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脚架连接件、19
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垫片、20
‑
脚架。
具体实施方式
[0018]以下将结合附图对本专利技术进行详细说明
[0019]如图1至图4所示，本专利技术所阐释的一种踝关节康复外骨骼机器人的结构设计包括滚珠丝杠驱动机构Ⅰ、空间多连杆RCM机构Ⅱ与脚架Ⅲ。
[0020]具体的，所述的滚珠丝杠驱动机构Ⅰ的直流电机(1)通过螺钉固定在连接件(2)上；滚珠丝杠(7)通过丝杠固定件(6)固定在连接件(2)上；同步带 (4)连接电机齿轮(3)和丝杠齿轮(5)；滚珠丝杠(7)连接滚珠螺母(8)；滚珠螺母(8)下连推拉杆(9)。
[0021]具体的，所述的空间多连杆RCM机构Ⅱ的连杆1(11)和连杆3(13)通过轴接头连接固定机架(10)和连杆2(12)，形成平行四边形；连杆3(13)通过万向接头连接连杆4(14)；连杆2(12)和连杆4(14)通过一根阶梯轴(15) 连接在一起。
[0022]具体的，所述的脚架Ⅲ的深沟球轴承(16)嵌在轴承外壳(17)内；垫片(19) 叠加在脚架连接件(18)内；脚架(20)、脚架连接件(18)和轴承外壳(17) 用螺钉连接在一起。
[0023]本专利技术的工作过程：
[0024]工作时，将踝关节外骨骼机器人固定在患者的小腿前部，丝杠固定件(6) 和固定机架(10)起到固定装置的作用，将患者的鞋固定在脚架上，脚架带动患者的脚做跖屈和背屈的动作。
[0025]电机(1)的旋转运动通过同步带(4)传递给滚珠丝杠(7)，滚珠丝杠(7) 通过滚珠螺母(8)控制推拉杆(9)进行直线运动。推拉杆(9)通过末端的旋转关节与连杆3(13)连接。连杆3(13)通过万向关节与连杆4(14)连接，因此推拉杆(9)的推拉力可以带动连杆4(14)运动。在固定机架(10)、连杆1 (11)、连杆2(12)、连杆3(13)组成的平行四边形中，连杆3(13)的转动带动连杆1(11)和连杆2(12)的运动，由于连杆2(12)距离固定机架(10)较近，因此连杆2(12)的下端平移线速度小于连杆4(14)下端的平移线速度，此时阶梯轴(15)两端的平移速度不同，阶梯轴(15)可以绕远端的旋转中心产生旋转运动。以此辅助患者做出跖屈和背屈的动作。
[0026]阶梯轴(15)穿过深沟球轴承(16)，脚架(20)可以绕轴旋转，患者可以做出内翻和外翻的动作。此外垫片(19)每片5mm，可以叠加置于脚架连接件(18) 内，可以调整脚架(20)
的左右位置，给患者一个舒适的穿戴体验。
[0027]以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种踝关节康复外骨骼机器人的结构设计，包括：滚珠丝杠驱动机构(Ⅰ)、空间多连杆RCM机构(Ⅱ)和脚架(Ⅲ)，其特征在于，滚珠丝杠驱动机构(Ⅰ)的推拉杆(9)通过旋转关节与空间多连杆RCM机构(Ⅱ)的连杆(13)铰接，空间多连杆RCM机构(Ⅱ)的阶梯轴(15)穿过深沟球轴承(16)连接脚架。2.根据权利要求1所述的一种踝关节康复外骨骼机器人结构设计，其特征在于，所述的滚珠丝杠驱动机构(Ⅰ)包括：直流电机(1)、连接件(2)、电机齿轮(3)、同步带(4)、丝杠齿轮(5)、丝杠固定件(6)、滚珠丝杠(7)、滚珠螺母(8)、推拉杆(9)。直流电机(1)通过螺钉固定在连接件(2)上，滚珠丝杠(7)通过丝杠固定件(6)与连接件(2)连接；同步带(4)连接电机齿轮(3)和丝杠齿轮(5)，将直流电机(1)的动力传递到滚珠丝杠(7)单元上；滚珠丝杠单元通过滚珠螺母(8)控制推拉杆(9)的推动和拉动。3.根据权利要求1所述的一种踝关节康复外骨骼机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王沫楠，杨浩宇，苏然，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：