[发明专利]行走式欠驱动型三自由度踝关节运动康复外骨骼

说明书

技术领域

本发明涉及行走式欠驱动型三自由度踝关节运动康复外骨骼，属于运动康复器械领域。

背景技术

足下垂导致患者足尖着地、拖曳，行走时具有典型的“划圈步态”，对患者上下楼梯及日常生活是很不利的。因此，纠正足下垂，打破伸肌痉挛模式，使踝部产生主动性踝背伸，对纠正步态，提高步行能力有很大意义。足下垂常见康复方法是护理人员帮助踝关节背屈运动，康复效果受到护理人员数量、经验的限制。可穿戴式带驱动踝关节康复器是目前研究如何帮助患者实现主动性踝背伸、行走时防止足下垂的新方向。

发明内容

本发明的目的是设计一种可在步行训练时穿戴的行走式欠驱动型三自由度踝关节运动康复外骨骼。

本发明的行走式欠驱动型三自由度踝关节运动康复外骨骼，包括驱动机构、小腿固定机构、三自由度踝关节机构和足底支撑：

驱动机构包括由编码器、直流伺服电机、联轴器、丝杠和丝杠螺母组成的直线传动部分，由电机固定座、长轴、丝杠固定侧支座、支座固定件、螺母固定件和丝杠支持侧支座组成的支撑架部分，以及由短轴、传感器连接杆、拉压力传感器、铰接件、转动销轴、轴承挡块和两根踝关节连接杆组成的旋转运动部件，直流伺服电机的转轴通过联轴器与丝杠固连，直流伺服电机固定在电机固定座上，长轴穿过支座固定件和螺母固定件的光孔，其一端与电机固定座固连，另一端与丝杠支持侧支座的底面固定，支座固定件固定在长轴上，丝杠固定侧支座通过螺钉紧固在支座固定件的槽内，丝杠与丝杠固定侧支座固连，螺母固定件与丝杠螺母固连，丝杠的末端与安装在丝杠支持侧支座孔内的滚动轴承配合，实现转动副，短轴穿过丝杠支持侧支座的光孔，其一端与与螺母固定件固连，另一端与传感器连接杆固连，传感器连接杆中间的螺纹孔与拉压力传感器的一个螺纹轴紧固，拉压力传感器的另一个螺纹轴与铰接件固连，转动销轴的转动轴与铰接件两侧孔内的滚动轴承配合，实现转动副，两根踝关节连接杆的一端都与转动销轴固连，其中一根踝关节连接杆固定有轴承挡块；

小腿固定机构包括L型连接板、由大U型连接块、小U型连接块、宽度调节板、两个小腿固定件和小腿绑带组成的小腿固定部分以及两根小腿支撑杆，L型连接板一个面上有孔与固定在电机固定座的销轴相连，实现L型连接板通过销轴绕着电机固定座转动，L型连接板的另一个面与大U型连接块端面固连，大U型连接块开口端的两侧边和小U型连接块开口端的两侧边均开有矩形槽，大U型连接块开口端与小U型连接块开口端相对，通过矩形槽用螺钉固连，矩形槽位置可调，宽度调节板呈U型状，开口端宽度大于底面宽度，小U型连接块的底面与宽度调节板的底面固定，两个小腿固定件的一端分别与小腿绑带的两端相连，两个小腿固定件的另一端均有开口槽，宽度调节板开口端的两侧边分别伸入两个小腿固定件的开口槽中用螺钉螺母固连，实现宽度调节，两根小腿支撑杆的一端分别与两个小腿固定件固连，另一端均设有转轴，该两根转轴分别与两根踝关节连接杆孔内的轴承配合实现旋转副；

三自由度踝关节机构包括额状轴、角接触轴承套筒、角接触轴承端盖、垂直轴连接件、垂直轴和滚珠滚针轴承套筒，额状轴由同轴线相连的块体和中心轴构成，额状轴的块体与一根踝关节连接杆固连，实现额状轴与小腿支撑杆形成矢状面旋转副，额状轴的中心轴与角接触轴承套筒内的角接触轴承配合组成额状面旋转副，角接触轴承端盖的两端分别与垂直轴连接件的一端及角接触轴承套筒固连，垂直轴连接件的另一端与垂直轴的一个端面紧固，垂直轴与滚珠滚针轴承套筒内的滚珠滚针轴承配合组成水平面旋转副；

足底支撑包括柔性绑带、绑带固定件和底板，底板与滚珠滚针轴承套筒固连，绑带固定件与底板固连，柔性绑带固定在绑带固定件上。

为保证人体踝关节在正常的范围内活动，可在额状轴、角接触轴承套筒、垂直轴、滚珠滚针轴承套筒上分别设置机械限位凸块。

使用时，使用者将本发明穿戴在脚上，根据使用者小腿的尺寸调节好大U型连接块、小U型连接块、宽度调节板、小腿固定件的位置，根据使用者的鞋的尺寸调节好绑带固定件的相互位置，通过柔性绑带固定好小腿和脚。踝关节三个自由度的运动范围根据医学数据库中正常人踝关节运动范围设定，依靠机械限位以及控制系统的电气限位实现踝关节角度双重限位和保护。