[发明专利]一种新型气动人工肌肉驱动踝关节矫正器

说明书

一种新型气动人工肌肉驱动踝关节矫正器，采用一对对抗的人工肌肉作为驱动元件，固定在人的踝足位置，对正常人行走状态下的踝关节步态曲线进行跟踪运动，从而达到运动康复的目的，并且可以在下肢康复医疗机器人的辅助下，摆脱理疗师或医护人员，实现自主康复。与传统的电机驱动的矫正器相比，新型气动人工肌肉驱动踝关节矫正器具有柔顺性好、安全、节能、价格低廉等优点，具有很好的实用价值和市场前景。

技术领域

本发明涉及一种新型气动人工肌肉驱动踝关节矫正器，适用于机械领域。

背景技术

脑卒中患者由于身体上运动神经元的损害从而导致下肢肌力低下、肌张力增高痉挛、运动控制障碍和深浅感觉障碍等问题。就踝关节而言，患者在步行过程中容易出现足内翻、足下垂、环背曲痉挛、关节不稳定、步幅减小、步度缓慢和步行不对称等异常步行模式。目前神经肌肉促通术即运动疗法是对由于人体神经受损而造成的下肢瘫痪或偏瘫等症状的主要治疗方法。矫形器治疗可提高脑卒中后偏瘫患者对自身姿势的控制能力，改善步行能力，控制轻度痉挛，预防矫正畸形，提高生活自理能力。

国内外已经开展了利用机器人技术对跺关节进行矫正的研究。国外已经开发出了各式的踝关节矫正器。美国密歇根大学、新西兰奥克兰大学均已开发出基于气动人工肌肉为平台的踝关节矫正器。国内对踝关节矫正器的研究较国外晚，而且多以电机驱动为主，上海大学机械电子工程系研制了以滚珠丝杠式电动直线电机作为驱动的步态康复用踝关节系统；哈尔滨工程大学机电学院开发了以电机为驱动的踏板型下肢康复机器人，通过控制踏板的俯仰角度来实现对踝关节的锻炼。

通过对国内外的研究现状分析发现，国内的踝关节矫正器通常采用电机驱动，但是电机驱动的机械性能刚性大、柔性差，系统急剧变化的冲击力容易对踝关节节造成损伤，而且存在能效较低、价格昂贵、对理疗师依赖程度高等缺点。

发明内容

本发明提出了一种新型气动人工肌肉驱动踝关节矫正器，采用一对对抗的人工肌肉作为驱动元件，固定在人的踝足位置，对正常人行走状态下的踝关节步态曲线进行跟踪运动，从而达到运动康复的目的，并且可以在下肢康复医疗机器人的辅助下，摆脱理疗师或医护人员，实现自主康复。

本发明所采用的技术方案是：

所述踝关节矫正器分为机械结构、气动回路和控制系统三部分。

所述踝关节矫正器的机械装置主要有一对对抗的人工肌肉、关节转轴、支撑杆、横架和脚部组成。

所述气动回路主要有气源、气动三联件、流量比例阀、单向节流阀、人工肌肉组成。

所述控制系统由PLC以及用来反馈角度信号的电位器组成。

所述气动人工肌肉驱动踝关节矫正器设置有三种训练模式，即拉伸模式、反拉伸模式和行走模式。

本发明的有益效果是：与传统的电机驱动的矫正器相比，新型气动人工肌肉驱动踝关节矫正器具有柔顺性好、安全、节能、价格低廉等优点，具有很好的实用价值和市场前景。

附图说明

图1是本发明的气动人工肌肉驱动踝关节矫正器结构图。

图2是本发明的控制系统原理图。

图中：1.前脚掌牵引带；2、6、8、13连接块；3、5、9、12.人工肌肉固定螺母；4.人工肌肉；7.弧形横架；10.聚乙烯外壳；11.支撑杆；14.踝围；15 、18.固定带；16.刚性脚部支撑；17.布带型脚掌；18.气源；19.减压阀；20.流量比例阀；21.踝关节矫正器；22.角度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。