一种踝关节运动矫形器制造技术

本发明专利技术涉及一种踝关节运动矫形器，属于康复运动设备领域，包含扶手机构、驱动箱、足部机构，通过扶手机构减少人体下肢的承重，其自身可变换姿态，实现多种工作模式，满足不同人的需要，对标健康人步态行走时的踝关节运动轨迹，设计丝杠螺母与伸缩套杆机构实现踝关节运动轨迹，实现仿生助动的效果，以力传感器的数值为输入，建立包含导纳控制外环与PID控制内环的控制方法，驱动设备实现仿生轨迹的同时，保证人机交互的柔顺性，大大提高患者的使用舒适性，设备可用于脑卒中患者的后期步态辅助，可帮助其恢复步态能力，同时大大减轻医护人员的工作负担。的工作负担。的工作负担。

【技术实现步骤摘要】
一种踝关节运动矫形器


[0001]本专利技术属于康复运动设备领域，涉及一种踝关节运动矫形器。

技术介绍

[0002]随着人口老龄化问题的日益加剧，我国患脑卒中的人数也在逐年增加，脑卒中可导致人体步态运动障碍，影响患者的日常生活，从而严重影响生活质量，医学研究表明，必要的物理康复可促进患者身体运动机能恢复，但是步态康复运动是一项耗时长、动作重复性强的运动，对医护人员体能消耗较大，因此研发仿生的步态训练设备十分必要，求其是对末端肢体踝关节等的运动的康复设备，既可以帮助患者康复训练，又可以减轻医护人员的工作负担。
[0003]目前步态训练设备种类较多，如足部运动轨迹为圆形的脚踏车，足部运动轨迹为椭圆形的椭圆健身机等，它们多是以健康人为服务对象进行开发的设备，增强使用者的肌肉力量，而对于康复患者而言，训练设备应该以符合仿生学需求去训练关节运动。因此，依据健康人步态过程中的踝关节运动轨迹，遵循仿生学与人体工程学要求去设计一款结构紧凑，运动仿生的行走过程中的仿生踝关节矫形器，在医疗康复设备研究领域具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种踝关节运动矫形器，解决现有康复设备仅注重力量训练，不注重运动仿生与矫形的问题，通过结构变换，设备可实现多种工作模式，满足更多人的需要。以实现健康人体步态运动时踝关节的三维运动轨迹为目标，设计丝杠螺母与三个并联的旋转副和移动副结构，驱动踝关节实现仿生运动轨迹，以安装在足部机构上的三个力传感器为输入量，建立包含导纳控制外环与PID控制内环的控制方法，实现人机柔顺交互，提升患者使用的舒适性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术通过如下技术方案予以实现：所述的一种踝关节运动矫形器，包括扶手机构1、驱动箱2、足部机构3，所述扶手机构1固连在驱动箱2的两侧，足部机构3安装驱动箱2的矩形孔上方，可沿孔移动。
[0006]所述的扶手机构1包括方形盖板101、第一锥齿轮102、第二锥齿轮103、第一套管104、把手105、螺纹异形杆106、螺纹套管107、蜗轮108、蜗杆109、第二套管110、支架111、第一电机112，所述支架111固连在驱动箱2的两侧，第二套管110下端固连在支架111的上端，螺纹异形杆106下段方形轴穿入螺纹套管107、蜗轮108与第二套管110的中间孔，螺纹异形杆106上段螺纹处于螺纹套管107内部上段螺纹配合，蜗轮108与蜗杆109安装在第二套管110上端凹槽内部，实现蜗杆109带动蜗轮108运动，蜗轮109带动嵌入内部方孔的螺纹异形杆106旋转，实现螺纹异型杆106旋转上升，第一电机112固连在第二套管110的上端，第一电机112输出轴与蜗杆109固连，第一锥齿轮102下段光轴嵌套在第一套管104的上端凹槽内，两者之间可自由旋转，但无法脱离，螺纹异形杆106上端插入第一套管104的下段孔内，其上端与第一锥齿轮102下端固连，第一套管104嵌套在螺纹套管107的外部，两者之间存在矩形
凹槽与矩形凸起，确保螺纹套管107仅可沿第一套管104的轴线移动，不发生相对转动，两个所述的第二锥齿轮103与第一锥齿轮102两端啮合，两个所述把手105固连在两个所述的第二锥齿轮103中间孔内，当螺纹异型杆106旋转上升时，驱动第一锥齿轮102带动两个所述的第二锥齿轮103运动，进而带动两个所述把手105旋转，实现设备的姿态变换，方形盖板101固连在第一套管104的上端口。
[0007]所述的驱动箱2包括第一箱盖201、第二电机202、联轴器203、轴承支座204、第一轴承205、第一丝杠206、滑台207、第二箱盖208，所述第二电机202固连在第二箱盖208低面，第一轴承205安装在轴承支座204内部，联轴器203一端固连在第二电机202的输出轴上，联轴器203另外一端与穿过第一轴承205的第一丝杠206一端固连，滑台207螺纹孔安装在第一丝杠206上，滑台207底部与第二箱盖208底面接触，实现第一丝杠206旋转时，驱动滑台207沿第一丝杠206的轴线方向运动，第一箱盖201固连在第二箱盖208上方。
[0008]所述的足部机构3包括脚踝绑带301、脚面绑带302、足部上平台303、球窝座304、球头连杆305、方盖306、第一套盒307、第一套盒座308、第二套盒309、第四套杆310、第二轴承311、第二套盒座312、第二丝杠313、第三轴承314、第三套盒315、足部下平台316、第一齿轮317、第二齿轮318、传动带319、第三电机320、力传感器321，所述脚踝绑带301与脚面绑带302固连在足部上平台303上端面，力传感器321安装在足部上平台303后部三个突出圆台与三个所述的球窝座304之间，球头连杆305上端圆球嵌入球窝座304的底部圆孔内，形成球副连接，球头连杆305下端与方盖306上端旋转连接，方盖306下端固连在第一套盒307的上端，第一套盒座308固连在第一套盒307的下端，第一套盒307插入第二套盒309内方孔中，第四套杆310上段螺纹与第一套盒座308内螺纹配合，第四套杆310下端通过第二轴承311安装在第二套盒座312上端，第二套盒座312下端固连在第三套盒315的上端口，第二套盒309插入第三套盒315内方孔中，第三套盒315固连在足部下平台316上端面，第二丝杠313外螺纹与第二套盒座312内螺纹配合，同时第二丝杠313上段插入第四套杆310的下段内孔中，第二丝杠313外部矩形凸块与第四套杆310内部矩形凹槽配合，确保第四套杆310与第二丝杠313同时转动，第二丝杠313下段穿过第三轴承314内孔、足部下平台316内孔与第二齿轮318固连，第一齿轮317与第二齿轮318均固连在足部下平台316的下端面，传动带319连接第一齿轮317与第二齿轮318，第三电机320的输出轴穿过足部下平台316的圆孔与第一齿轮固连，实现第三电机320旋转时，通过传动带319驱动第二齿轮318旋转运动，第二齿轮318与第二丝杠313、第四套杆310共同旋转，通过螺纹带动第一套盒307与第二套盒309伸缩运动，第三电机320固连在足部下平台316的上端面。
[0009]所述的一种踝关节运动矫形器包含一种导纳控制外环与PID位置控制内环的控制方法，所述的一种导纳控制外环与PID位置控制内环的控制方法，首先，以人体步态运动中右脚触地时刻为零时刻位置，以此状态下骨盆中心在地面投影点为P为原点，人体前进方向为Y轴，竖直向上为Z轴，通过右手定则确定X轴方向，建立定坐标系P
‑
XYZ,以用户踝关节中心在足部下平台316的投影位置为O，踝关节跖屈/背屈轴和内翻/外翻轴在足部下平台316的投影分别为x轴和y轴，右手定则确定z轴方向，建立足部运动坐标系O
‑
xyz，其次，所述的导纳控制外环实时检测足部机构3中三个所述的力传感器321的数值，以足后侧的力传感器321数值为F1，足内侧和外侧的力传感器321数值为F2和 F3，通过矢量计算得到用户足部与足部下平台316之间沿y轴、z轴、绕x、绕 y轴的交互力F...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种踝关节运动矫形器，其特征在于：包括扶手机构（1）、驱动箱（2）、足部机构（3），所述扶手机构（1）固连在驱动箱（2）的两侧，足部机构（3）安装驱动箱（2）的矩形孔上方，可沿孔移动，所述的扶手机构（1）包括方形盖板（101）、第一锥齿轮（102）、第二锥齿轮（103）、第一套管（104）、把手（105）、螺纹异形杆（106）、螺纹套管（107）、蜗轮（108）、蜗杆（109）、第二套管（110）、支架（111）、第一电机112，所述支架（111）固连在驱动箱（2）的两侧，第二套管（110）下端固连在支架（111）的上端，螺纹异形杆（106）下段方形轴穿入螺纹套管（107）、蜗轮（108）与第二套管（110）的中间孔，螺纹异形杆（106）上段螺纹处于螺纹套管（107）内部上段螺纹配合，蜗轮（108）与蜗杆（109）安装在第二套管（110）上端凹槽内部，实现蜗杆（109）带动蜗轮（108）运动，蜗轮（109）带动嵌入内部方孔的螺纹异形杆（106）旋转，实现螺纹异型杆（106）旋转上升，第一电机112固连在第二套管（110）的上端，第一电机112输出轴与蜗杆（109）固连，第一锥齿轮（102）下段光轴嵌套在第一套管（104）的上端凹槽内，两者之间可自由旋转，但无法脱离，螺纹异形杆（106）上端插入第一套管（104）的下段孔内，其上端与第一锥齿轮（102）下端固连，第一套管（104）嵌套在螺纹套管（107）的外部，两者之间存在矩形凹槽与矩形凸起，确保螺纹套管（107）仅可沿第一套管（104）的轴线移动，不发生相对转动，两个所述的第二锥齿轮（103）与第一锥齿轮（102）两端啮合，两个所述把手（105）固连在两个所述的第二锥齿轮（103）中间孔内，当螺纹异型杆（106）旋转上升时，驱动第一锥齿轮（102）带动两个所述的第二锥齿轮（103）运动，进而带动两个所述把手（105）旋转，实现设备的姿态变换，方形盖板（101）固连在第一套管（104）的上端口。2.根据权利要求1所述一种踝关节运动矫形器，其特征在于：所述的驱动箱（2）包括第一箱盖（201）、第二电机（202）、联轴器（203）、轴承支座（204）、第一轴承（205）、第一丝杠（206）、滑台（207）、第二箱盖（208），所述第二电机（202）固连在第二箱盖（208）低面，第一轴承（205）安装在轴承支座（204）内部，联轴器（203）一端固连在第二电机（202）的输出轴上，联轴器（203）另外一端与穿过第一轴承（205）的第一丝杠（206）一端固连，滑台（207）螺纹孔安装在第一丝杠（206）上，滑台（207）底部与第二箱盖（208）底面接触，实现第一丝杠（206）旋转时，驱动滑台（207）沿第一丝杠（206）的轴线方向运动，第一箱盖（201）固连在第二箱盖（208）上方。3.根据权利要求1所述一种踝关节运动矫形器，其特征在于：所述的足部机构3包括脚踝绑带（301）、脚面绑带（302）、足部上平台（303）、球窝座（304）、球头连杆（305）、方盖（306）、第一套盒（307）、第一套盒座（308）、第二套盒（309）、第四套杆（310）、第二轴承（311）、第二套盒座（312）、第二丝杠（313）、第三轴承（314）、第三套盒（315）、足部下平台（316）、第一齿轮（317）、第二齿轮（318）、传动带（319）、第三电机（320）、力传感器（321），所述脚踝绑带（301）与脚面绑带（302）固连在足部上平台（303）上端面，力传感器（321）安装在足部上平台（303）后部三个突出圆台与三个所述的球窝座（304）之间，球头连杆（305）上端圆球嵌入球窝座（304）的底部圆孔内，形成球副连接，球头连杆（305）下端与方盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，刘瑞杰，付俊，高弛，吉硕，刘宁，胡计考，王健宇，
申请(专利权)人：刘坤，
类型：发明
国别省市：