[发明专利]一种完全各向同性踝关节康复并联机器人

说明书

一种完全各向同性踝关节康复并联机器人，包括机架、脚部固定装置、腿部固定装置以及并联机构，所述的腿部固定装置安装在机架上，脚部固定装置安装在动平台上，并联机构为二自由度纯转动并联机构，包括独立运动的第一分支和第二分支分支。第一分支为混合链，其末端与支撑框直接相连，第二分支为单开链，其末端与动平台直接相连，由相应的伺服电机驱动第一分支，控制踝关节外翻和内翻的康复训练运动，由相应的伺服电机驱动第二分支，控制踝关节背伸和跖屈的康复训练运动。该踝关节康复机器人的两条分支之间运动相互独立，其速度雅可比矩阵为单位阵，具有完全各向同性的运动学特性和良好的实用性。

技术领域

本发明属于康复机器人领域，具体涉及一种完全各向同性踝关节康复并联机器人。

背景技术

踝关节是人体中至关重要的活动关节，承担着人体的自重以及协调人体活动的功能。由于人类老龄化现象的加剧，踝关节的损伤比例逐年增加；另外在体育运动过程中，由于运动强度的加大，也会容易导致踝关节的损伤。踝关节受伤后恢复过程较慢，需要对其进行长时间的康复训练，为了达到较好的医疗效果以及减轻医护人员的工作负担，可以采用踝关节康复训练机器人帮助患者进行康复训练。

目前的踝关节康复训练机器人大多数采用并联机构作为训练执行器，具有承载能力强、结构稳定等特性，如申请号分别为CN201420512037.8、CN201620740097.4并联式踝关节康复机器人的中国实用新型专利。但是，对于一般并联式踝关节康复机器人，其运动学和动力学解耦性差，运动轨迹控制困难，影响了机器的应用推广和康复训练效果。

发明内容

本发明的目的是设计一种完全各向同性踝关节康复并联机器人，解决现有踝关节康复训练装置中存在的运动学和动力学解耦性差的问题，从而提高踝关节康复机器人控制便利性和康复训练效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种完全各向同性踝关节康复并联机器人，包括机架、脚部固定装置、腿部固定装置以及与脚部固定装置相连的并联机构，所述的并联机构为二自由度纯转动并联机构，包括独立运动的第一分支和第二分支；

所述第一分支包括第一转动副、第一万向铰、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副和第八转动副，所述第一万向铰的一端通过第一连杆连接第一转动副、第一万向铰另一端通过第二连杆连接第二转动副，且第一万向铰中与第一连杆相连一端的转轴平行于第一转动副轴线，第一万向铰中与第二连杆相连一端的转轴平行于第二转动副轴线，第二转动副和第三转动副的轴线平行，且由第三连杆相连，第三转动副和第四转动副的轴线垂直，且由第四连杆相连，第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副和第八转动副均安装于支撑架上，且第五转动副和第六转动副的轴线共线并与第四转动副的轴线平行，第七转动副和第八转动副轴线共线并与第六转动副的轴线垂直；

与所述脚部固定装置连接的动平台的两端分别和第七转动副以及第八转动副连接；

第二分支由第九转动副、第二万向铰、第十转动副、第三万向铰以及多个连杆组成，所述第二万向铰的一端通过第五连杆连接第九转动副，第二万向铰另一端通过第六连杆连接第十转动副，且第二万向铰中与第五连杆相连一端的转轴和第九转动副轴线平行、第二万向铰中与第六连杆相连一端的转轴和第十转动副轴线平行，第十转动副和第三万向铰的一端由第七连杆连接，第三万向铰另一端安装在所述动平台上，第三万向铰中与第七连杆相连一端的转轴和所述第十转动副轴线平行；

所述第一分支的第一转动副、第五转动副、第六转动副和第二分支的第九转动副均安装在所述机架上，且第一转动副、第五转动副和第九转动副的轴线两两互相垂直；所述第七转动副轴线和第三万向铰中与动平台相连一端的转轴平行；

所述第一分支以第一转动副为主动输入，控制踝关节外翻和内翻的康复训练运动；所述第二分支以第九转动副为主动输入，控制踝关节背伸和跖屈的康复训练运动。