【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膝关节训练器，具体涉及一种五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器。
技术介绍
1、膝关节粘连是膝关节损伤及术后的一种常见并发症，会使关节活动度下降，严重影响患者的生活质量，基于静态渐进性牵伸训练器的关节训练是治疗关节粘连的重要方式。人体膝关节由于其具有的复杂的表面形状，根据运动学测算，其具备五个自由度，包括屈伸和内外旋这两个主运动，和前后运动、侧向运动和分离运动三个附加运动。然而，现有的静态间进行牵伸训练器大多仅具备一个自由度，这会导致在训练过程中训练器和人体膝关节的旋转中心发生偏移，在膝关节处形成内力和内力矩，容易对患者造成二次损伤。
2、申请人提出过一种能满足膝关节的屈伸和内外旋两种主运动的肢体关节一体式静态间渐进性牵伸训练器，相对于单自由度的训练器，上述肢体关节一体式静态间渐进性牵伸训练器由于考虑了膝关节的屈伸和内外旋两种主运动，与膝关节运动有着更好的适应性。但是上述肢体关节一体式静态间渐进性牵伸训练器没有考虑前后运动、侧向运动及分离运动这三个附加运动，依旧会存在较为明显的旋转中心偏差，存在对患者造成二次损伤的隐患。
3、另外，现有技术中的膝关节静态渐进性牵伸训练器（包括上述肢体关节一体式静态间渐进性牵伸训练器）在末端集中了较多零件，这会导致训练器下部分的整体重心靠下，在膝关节屈伸过程中产生较大的力矩，需要患者在屈伸运动手拧螺栓处提供更大的转矩，增加了患者的训练难度和舒适度。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种五自由度的中心
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，包括驱动步进电机、大腿绑缚板、屈伸运动机构、前后及侧向运动机构、内外旋运动机构、分离运动机构和小腿绑缚板；所述的大腿绑缚板和小腿绑缚板用于将所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器固定在人体下肢上；所述的驱动步进电机用于带动所述的屈伸运动机构旋转，提供人体膝关节牵伸运动所需的牵伸力；所述的前后及侧向运动机构用于提供膝关节运动所需的前后和侧向所需的自由度；所述的内外旋运动机构与膝关节运动的内外旋运动相契合；所述的分离运动机构用于提供膝关节运动时前后运动所需的自由度。
3、优选地，所述的屈伸运动机构由二级减速小齿轮、屈伸传动前齿轮、带轮、二级减速大齿轮、屈伸传动后齿轮组成；所述的带轮通过同步带与驱动步进电机的输出轴连接，经驱动步进电机通过同步带驱动带轮旋转；所述的带轮与所述的二级减速小齿轮同轴连接并带动所述的二级减速小齿轮同步转动；所述的二级减速小齿轮与所述的二级减速大齿轮啮合，带动二级减速大齿轮旋转；所述的二级减速大齿轮和所述的屈伸传动后齿轮通过传动轴固结，故二级减速大齿轮转动的同时带动屈伸传动后齿轮旋转；屈伸传动后齿轮与屈伸传动前齿轮啮合。
4、优选地，所述的屈伸传动前齿轮固定安装在大腿侧板上。
5、优选地，所述的屈伸传动后齿轮固定安装在小腿侧板上。
6、优选地，所述的大腿绑缚板固定设置在大腿侧板的外侧表面上。
7、优选地，所述二级减速小齿轮的直径小于所述二级减速大齿轮的直径。
8、优选地，所述的前后及侧向运动机构由保护壳、十字滑块及导轨、圆弧导轨固定块和圆弧导轨组成；所述的保护壳与所述的小腿侧板的端部固定连接；所述的十字滑块及导轨包括第一导轨、第一滑块、第二滑块和第二导轨，所述的第一导轨与保护壳固结，所述的第二导轨与圆弧导轨固定块固结，所述的第一滑块与第一导轨滑动连接；所述的第二滑块与第二导轨滑动连接；所述的第一滑块与第二滑块固定连接；所述圆弧导轨的一端端部固定连接在所述的圆弧导轨固定块上；所述的第一导轨与第二导轨是十字交叉布置的，使得圆弧导轨固定块相对于保护壳能够发生前后和侧向两个方向上的运动，实现所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器在前后和侧向两个方向的自由度。
9、优选地，所述的内外旋运动机构由膝关节绑缚板、圆弧导轨滑块和膝关节绑缚板固定块组成；膝关节绑缚板与膝关节绑缚板固定块固结，圆弧导轨滑块同样与膝关节绑缚板固定块固结，圆弧导轨滑块与圆弧导轨滑动连接，圆弧导轨滑块能够在圆弧导轨上滑动，使得膝关节绑缚板能够相对于圆弧导轨固定块作圆周运动，从而为所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器提供内外旋运动这一自由度。
10、优选地，所述的分离运动机构由小腿板、小腿绑缚板、小腿支撑板、固定块、弹簧、手拧螺栓和螺栓座组成；所述的小腿板上设置有通槽，所述的小腿支撑板上设置有滑槽，所述的小腿支撑板通过所述的滑槽套设在所述的小腿板上；所述小腿支撑板的侧面还设置有容纳槽，手拧螺栓和螺栓座设置在所述的容纳槽中；螺栓座和固定块分别设置在小腿板的不同侧；弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧分别固定设置在螺栓座的不同侧；第一弹簧和第二弹簧远离螺栓座的一端分别与所述的小腿支撑板固定连接；所述的手拧螺栓依次穿过所述的螺栓座和通槽以及固定块上的螺栓孔，通过放松手拧螺栓，调节固定块在小腿板上的位置后，拧紧手拧螺栓以达到固定的目的；小腿支撑板上的滑槽与小腿板相配合，小腿支撑板的内部通过弹簧与螺栓座弹性相连，且小腿绑缚板与小腿支撑板固结，使得小腿绑缚板能够相对于小腿板作前后滑动，为膝关节提供分离运动这一自由度。
11、优选地，所述的第一弹簧和第二弹簧远离螺栓座的一端分别与所述容纳槽的内壁面固定连接。
12、有益效果
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
14、本专利技术所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器由于具备根据膝关节运动特性设计的五个自由度，相比于现有技术中的只具备两个自由度的训练器，在膝关节运动过程中能够和膝关节发生较好的运动适配性，即与膝关节的旋转中心相配合，避免对患者造成二次损伤的同时，提升了患者的佩戴舒适度。
15、另外，相比于现有技术中在训练器末端布置较多的零件、从而导致在训练器末端的重量过大、增大了手拧所需的转矩的设计方案，本专利技术所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器将主要的传动零件布置在膝关节处，这样可以有效避免由于末端集中重量导致的增大训练所需转矩的问题，提升了患者康复过程的训练质量。
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1.一种五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器包括驱动步进电机、大腿绑缚板、屈伸运动机构、前后及侧向运动机构、内外旋运动机构、分离运动机构和小腿绑缚板；所述的大腿绑缚板和小腿绑缚板用于将所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器固定在人体下肢上；所述的驱动步进电机用于带动所述的屈伸运动机构旋转，提供人体膝关节牵伸运动所需的牵伸力；所述的前后及侧向运动机构用于提供膝关节运动所需的前后和侧向所需的自由度；所述的内外旋运动机构与膝关节运动的内外旋运动相契合；所述的分离运动机构用于提供膝关节运动时前后运动所需的自由度。
2.根据权利要求1所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的屈伸运动机构由二级减速小齿轮、屈伸传动前齿轮、带轮、二级减速大齿轮、屈伸传动后齿轮组成；所述的带轮通过同步带与驱动步进电机的输出轴连接，经驱动步进电机通过同步带驱动带轮旋转；所述的带轮与所述的二级减速小齿轮同轴连接并带动所述的二级减速小齿轮同步转动；所述的二级减速小齿轮与所述的二级减速大齿
3.根据权利要求2所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的屈伸传动前齿轮固定安装在大腿侧板上。
4.根据权利要求2所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的屈伸传动后齿轮固定安装在小腿侧板上。
5.根据权利要求3所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的大腿绑缚板固定设置在大腿侧板的外侧表面上。
6.根据权利要求2所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述二级减速小齿轮的直径小于所述二级减速大齿轮的直径。
7.根据权利要求4所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的前后及侧向运动机构由保护壳、十字滑块及导轨、圆弧导轨固定块和圆弧导轨组成；所述的保护壳与所述的小腿侧板的端部固定连接；所述的十字滑块及导轨包括第一导轨、第一滑块、第二滑块和第二导轨，所述的第一导轨与保护壳固结，所述的第二导轨与圆弧导轨固定块固结，所述的第一滑块与第一导轨滑动连接；所述的第二滑块与第二导轨滑动连接；所述的第一滑块与第二滑块固定连接；所述圆弧导轨的一端端部固定连接在所述的圆弧导轨固定块上；所述的第一导轨与第二导轨是十字交叉布置的，使得圆弧导轨固定块相对于保护壳能够发生前后和侧向两个方向上的运动，实现所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器在前后和侧向两个方向的自由度。
8.根据权利要求1所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的内外旋运动机构由膝关节绑缚板、圆弧导轨滑块和膝关节绑缚板固定块组成；膝关节绑缚板与膝关节绑缚板固定块固结，圆弧导轨滑块同样与膝关节绑缚板固定块固结，圆弧导轨滑块与圆弧导轨滑动连接，圆弧导轨滑块能够在圆弧导轨上滑动，使得膝关节绑缚板能够相对于圆弧导轨固定块作圆周运动，从而为所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器提供内外旋运动这一自由度。
9.根据权利要求1所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的分离运动机构由小腿板、小腿绑缚板、小腿支撑板、固定块、弹簧、手拧螺栓和螺栓座组成；所述的小腿板上设置有通槽，所述的小腿支撑板上设置有滑槽，所述的小腿支撑板通过所述的滑槽套设在所述的小腿板上；所述小腿支撑板的侧面还设置有容纳槽，手拧螺栓和螺栓座设置在所述的容纳槽中；螺栓座和固定块分别设置在小腿板的不同侧；弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧分别固定设置在螺栓座的不同侧；第一弹簧和第二弹簧远离螺栓座的一端分别与所述的小腿支撑板固定连接；所述的手拧螺栓依次穿过所述的螺栓座和通槽以及固定块上的螺栓孔，通过放松手拧螺栓，调节固定块在小腿板上的位置后，拧紧手拧螺栓以达到固定的目的；小腿支撑板上的滑槽与小腿板相配合，小腿支撑板的内部通过弹簧与螺栓座弹性相连，且小腿绑缚板与小腿支撑板固结，使得小腿绑缚板能够相对于小腿板作前后滑动，为膝关节提供分离运动这一自由度。
10.根据权利要求9所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的第一弹簧和第二弹簧远离螺栓座的一端分别与所述容纳槽的内壁面固定连接。
...【技术特征摘要】
1.一种五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器包括驱动步进电机、大腿绑缚板、屈伸运动机构、前后及侧向运动机构、内外旋运动机构、分离运动机构和小腿绑缚板；所述的大腿绑缚板和小腿绑缚板用于将所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器固定在人体下肢上；所述的驱动步进电机用于带动所述的屈伸运动机构旋转，提供人体膝关节牵伸运动所需的牵伸力；所述的前后及侧向运动机构用于提供膝关节运动所需的前后和侧向所需的自由度；所述的内外旋运动机构与膝关节运动的内外旋运动相契合；所述的分离运动机构用于提供膝关节运动时前后运动所需的自由度。
2.根据权利要求1所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的屈伸运动机构由二级减速小齿轮、屈伸传动前齿轮、带轮、二级减速大齿轮、屈伸传动后齿轮组成；所述的带轮通过同步带与驱动步进电机的输出轴连接，经驱动步进电机通过同步带驱动带轮旋转；所述的带轮与所述的二级减速小齿轮同轴连接并带动所述的二级减速小齿轮同步转动；所述的二级减速小齿轮与所述的二级减速大齿轮啮合，带动二级减速大齿轮旋转；所述的二级减速大齿轮和所述的屈伸传动后齿轮通过传动轴固结，故二级减速大齿轮转动的同时带动屈伸传动后齿轮旋转；屈伸传动后齿轮与屈伸传动前齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的屈伸传动前齿轮固定安装在大腿侧板上。
4.根据权利要求2所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的屈伸传动后齿轮固定安装在小腿侧板上。
5.根据权利要求3所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的大腿绑缚板固定设置在大腿侧板的外侧表面上。
6.根据权利要求2所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述二级减速小齿轮的直径小于所述二级减速大齿轮的直径。
7.根据权利要求4所述的五自由度的中心自适应膝关节静态渐进性牵伸训练器，其特征在于，所述的前后及侧向运动机构由保护壳、十字滑块及导轨、圆弧导轨固定块和圆弧导轨组成；所述的保护壳与所述的小腿侧板的端部固定连接；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂振国，戚凯杰，李玳，徐汉鼎，朱敬先，苗欣，任爽，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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