【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗康复器械，具体涉及一种辅助康复运动的踝关节组件以及下肢外骨骼机器人。
技术介绍
1、脑卒中、脊髓损伤等诱因导致下肢偏瘫、截瘫等下肢机能障碍是导致人体残疾的主要原因。此类群体由于下肢机能障碍不仅给自身带来痛苦，还严重影响日常生活和工作，增加家庭以及社会的经济负担。临床医学表明，对于偏瘫、截瘫等下肢机能障碍患者，及早介入康复治疗可有效地促进受损神经功能恢复，早日重塑正常步态。
2、传统的训练模式以医师手工康复为主，医师根据相关量表评估患者下肢运动能力，根据评估结果制定相应的康复训练方案，借助拐杖、助行器、阶梯等器材辅助身体平衡，实现康复训练的目的，但此类训练方法费时费力，训练强度和可持续性得不到保证。
3、外骨骼康复机器人是一类能够使康复训练效果定量化、长效化和规范化的新型康复设备，它可提供有效地运动功能辅助，促进患者受损神经重塑，量化评估康复过程并实时反馈康复进度。目前，外骨骼康复机器人已在部分临床上应用，踝关节结构多样化，虽各有优点，但也存在一些问题。大部分外骨骼康复机器人在踝关节处采用一体化钢板刚性结构，虽能解决踝关节在矢状面背屈/趾屈的关节自由度，但该方法缺少对于踝关节足部缓冲原理的仿生设计，降低了穿戴的舒适性以及运动的灵活性，未能真正达到正常人体步态运动的效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：针对现有技术的不足，提供一种无源踝关节组件及包含无源踝关节组件的穿戴式外骨骼康复机器人，提高患者穿戴的舒适性和运动的灵活性，让患者在行走
2、本专利技术的技术方案为：一种无源踝关节组件，包括：小腿外骨骼、氮气弹簧、弹簧连接架、踝关节模块、高度调节模块、鞋底板连接块以及鞋底板。
3、踝关节模块的中部与小腿外骨骼活动连接，能够相对小腿外骨骼进行转动；踝关节模块的前端与氮气弹簧的一端连接，踝关节模块的下端通过高度调节模块连接鞋底板连接块；鞋底板安装在鞋底板连接块上。
4、氮气弹簧的另一端通过弹簧连接架安装在小腿外骨骼上；通过选择氮气弹簧的行程，从而限制踝关节模块在矢状面的关节活动范围。
5、在上述方案的基础上，进一步的，踝关节模块包括：小腿外骨骼连接块、法兰、轴承、旋转轴和无源踝关节。
6、无源踝关节的前端设有用于与氮气弹簧连接的第一通孔，无源踝关节的下端设有用于连接高度调节模块的固定杆孔；固定杆孔上设有关节固定杆孔；无源踝关节的中部设有通孔，通孔的两侧设有环形槽，环形槽内设有螺纹孔a。
7、旋转轴设有四段阶梯轴，分别为第二阶梯轴、第二阶梯轴一侧的第三阶梯轴、分别设置在第二阶梯轴另一侧及第三阶梯轴另一侧的第一阶梯轴；第二阶梯轴设有周向的沉头孔。
8、小腿外骨骼连接块的上端设有连接孔，小腿外骨骼连接块的下端设有安装槽，安装槽设有轴孔，轴孔周围设有螺纹孔b。
9、无源踝关节套接在小腿外骨骼连接块的安装槽内，通孔与轴孔轴线重合；旋转轴的两个第一阶梯轴通过轴承分别对称安装在小腿外骨骼连接块下端安装槽两侧轴孔，使得无源踝关节能够相对小腿外骨骼进行转动；旋转轴的第二阶梯轴嵌入环形槽，并通过穿过沉头孔的钉或是螺栓将第二阶梯轴与螺纹孔a拧紧；法兰通过螺纹连接件与小腿外骨骼连接块的螺纹孔b拧紧。
10、较优的，轴承选用深沟球轴承。
11、在上述方案的基础上，进一步的，高度调节模块包括：固定杆、高度调节杆和旋钮。
12、固定杆设有螺纹孔c和内螺纹；固定杆与固定杆孔同轴连接，并通过螺钉或螺栓将固定杆螺纹孔与关节固定杆孔固定连接。
13、高度调节杆设有外螺纹和通孔；高度调节杆的外螺纹与固定杆的内螺纹相配合，通过调节螺纹咬合的高度，实现高度的调整以满足不同身高的穿戴者；旋钮与高度调节杆相配合，当调节至合适高度时，旋转旋钮，固定高度。
14、较优的，内螺纹以及外螺纹为梯形螺纹，能够实现自锁。
15、在上述方案的基础上，进一步的，鞋底板连接块设有第一螺纹孔和第二螺纹孔；鞋底板设有通孔；鞋底板通过螺钉或螺栓与第一螺纹孔拧紧，固定安装于鞋底板连接块，鞋底板连接块通过第二螺纹孔和高度调节杆的螺纹孔固定连接。
16、此外，本专利技术提供一种穿戴式外骨骼康复机器人，包括如上所述的无源踝关节组件，还包括：髋部高度调节装置、髋部连接杆、髋关节连接板、髋关节电机、大腿固定板、大腿外骨骼、膝关节电机、小腿固定板。
17、髋部高度调节装置包括：高度调整组件和重心浮动装置；重心浮动装置安装于高度调整组件上；高度调整组件用于对重心浮动装置的高度进行调节。
18、髋部连接杆安装在重心浮动装置上，并与髋关节连接板固定连接。
19、髋关节连接板通过髋关节电机带动大腿固定板，大腿固定板与大腿外骨骼固定连接，大腿外骨骼通过膝关节电机带动小腿固定板。
20、小腿固定板与小腿外骨骼固定连接。
21、在上述方案的基础上，进一步的，髋关节连接板和大腿外骨骼上分别设有圆弧缺口a；大腿外骨骼和小腿外骨骼上分别装有限位轴b，限位轴b末端与对应处的圆弧缺口a相切，达到机械限位的功能。
22、在上述方案的基础上，进一步的，穿戴式外骨骼康复机器人通过髋部高度调节装置安装在能够移动的u型架上。
23、有益效果：
24、(1)本专利技术设计的无源踝关节组件，在踝关节处设有氮气弹簧，利用氮气弹簧的储释能功能，既实现患者在支撑相的运动助力，又实现患者在摆动相的关节自由，让患者在行走时更加柔顺，避免对关节产生影响。
25、(2)本专利技术设计的一种无源踝关节组件，在踝关节底部设有高度调节装置，患者可根据自身身高自主调节旋钮和高度调节杆的位置，来适配不同身高的患者，此过程无需专业人员或是医师指导操作，即可适用于不同身高的患者使用。
26、(3)本专利技术设计的一种无源踝关节组件，无需在踝关节零件上开设圆弧缺口并使用限位轴对踝关节进行机械限位；本专利技术可直接利用弹簧的拉伸和压缩功能，并根据人体踝关节在矢状面的关节活动范围选择合适行程的氮气弹簧，实现关节角度的旋转；采用氮气弹簧代替传统的机械限位模式，使踝关节的运动更加稳定，同时氮气弹簧的行程也可限制踝关节旋转角度，防止旋转角度过大对患者身体造成伤害。
27、(4)本专利技术设计的穿戴式外骨骼康复机器人安装在康复机器人可移动的u型架上，相较于固定式的下肢康复训练机器人，本专利技术的下肢康复训练机器人不再局限于固定的场所，可为患者提供真实的步态环境，提高患者主动参与康复训练的程度，帮助患者早日重塑正常步态。
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1.一种无源踝关节组件，其特征在于，包括：小腿外骨骼(111)、氮气弹簧(112)、弹簧连接架(113)、踝关节模块(114)、高度调节模块(115)、鞋底板连接块(116)以及鞋底板(117)；
2.如权利要求1所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述踝关节模块(114)包括：小腿外骨骼连接块(114a)、法兰(114b)、轴承(114c)、旋转轴(114d)和无源踝关节(114e)；
3.如权利要求2所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述轴承(114c)为深沟球轴承。
4.如权利要求2所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述高度调节模块(115)包括：固定杆(115a)、高度调节杆(115b)和旋钮(115c)；
5.如权利要求4所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述内螺纹(115a2)以及所述外螺纹(115b1)为梯形螺纹，能够实现自锁。
6.如权利要求2所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述鞋底板连接块(116)设有第一螺纹孔(116a)和第二螺纹孔(116b)；所述鞋底板(117)设有通孔；所述鞋底板(117)通过
7.一种穿戴式外骨骼康复机器人，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的无源踝关节组件(11)，还包括：髋部高度调节装置(3)、髋部连接杆(4)、髋关节连接板(5)、髋关节电机(6)、大腿固定板(7)、大腿外骨骼(8)、膝关节电机(9)、小腿固定板(10)；
8.如权利要求7所述的穿戴式外骨骼康复机器人，其特征在于，所述髋关节连接板(5)和所述大腿外骨骼(8)上分别设有圆弧缺口a；所述大腿外骨骼(8)和小腿外骨骼(111)上分别装有限位轴b，限位轴b末端与对应处的圆弧缺口a相切，达到机械限位的功能。
9.如权利要求7或8所述的穿戴式外骨骼康复机器人，其特征在于，所述穿戴式外骨骼康复机器人(2)通过髋部高度调节装置(3)安装在能够移动的U型架(1)上。
...【技术特征摘要】
1.一种无源踝关节组件，其特征在于，包括：小腿外骨骼(111)、氮气弹簧(112)、弹簧连接架(113)、踝关节模块(114)、高度调节模块(115)、鞋底板连接块(116)以及鞋底板(117)；
2.如权利要求1所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述踝关节模块(114)包括：小腿外骨骼连接块(114a)、法兰(114b)、轴承(114c)、旋转轴(114d)和无源踝关节(114e)；
3.如权利要求2所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述轴承(114c)为深沟球轴承。
4.如权利要求2所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述高度调节模块(115)包括：固定杆(115a)、高度调节杆(115b)和旋钮(115c)；
5.如权利要求4所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述内螺纹(115a2)以及所述外螺纹(115b1)为梯形螺纹，能够实现自锁。
6.如权利要求2所述的无源踝关节组件，其特征在于，所述鞋底板连接块(116)设有第一螺纹孔(116a)和第二螺纹孔(116b)；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：高学山，宋壮群，张鹏飞，赵鹏，韦斌杰，武学基，陆海宇，
申请(专利权)人：北部湾大学，
类型：发明
国别省市：
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