[发明专利]三自由度踝关节康复装置

说明书

本发明提供一种三自由度踝关节康复装置，其根据踝关节的三种运动形式，可将其分为趾屈背屈自由度、内收外展自由度及内旋外旋自由度。其中趾屈背屈和内收外展为主动自由度，需要驱动装置，而内旋外旋为被动自由度，以便于拟合人的踝关节结构，配合前两种自由度对人的踝关节进行康复训练；该装置包括小腿板、U形支撑架、趾屈背屈驱动装置、弧形运动块、两组弧形导轨、两组滚轮、一组弧形齿条、齿轮、内收外展驱动电机、足底力传感器、传感器连接板、减摩垫板、脚底板、环形压板和端盖。本发明能够实现踝关节的三个自由度运动，本发明具有结构紧凑、体积小、适用范围广等特点，可帮助脊髓损伤患者对其踝关节进行主动康复训练。

技术领域

本发明涉及一种踝关节康复装置，尤其涉及一种适用于脊髓损伤病人的三自由度踝关节康复装置。

背景技术

随着我国经济发展越来越好，人民生活水平日益提高，但是人口老龄化问题也越来越突出，尤其是脑卒中、脊髓损伤、帕金森症等神经系统疾病的患病人数不断升高。除此之外，交通工具的快速发展也同时带来了交通事故的频发问题，很多人由于交通意外事故造成了神经系统的损坏，导致瘫痪等问题，而这类病人最难的就是康复问题如何解决，尤其是下肢的踝关节康复问题，由于踝关节结构的复杂，以至于绝大多数踝关节康复装置自由度较少，无法仿生人的踝关节，或者比较笨重的单独的踝关节康复装置，无法与下肢安装在一起工作，很不方便。

所以，研制一种轻巧、方便、结构紧凑的仿生踝关节康复装置很有必要，同时也可以安装到下肢康复机器人上，实现患者下肢的整体康复训练。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻巧、方便、结构紧凑、易于安装和控制的三自由度踝关节康复装置，该装置接近于人踝关节的尺寸结构，通过伺服控制，主动帮助脊髓损伤病人进行踝关节的训练。

具体地，本发明提供一种三自由度踝关节康复装置，其包括小腿板、U形支撑架、趾屈背屈驱动装置、弧形运动块、两组弧形导轨、两组滚轮、一组弧形齿条、齿轮、内收外展驱动装置、足底力传感器、传感器连接板、减摩垫板、脚底板、环形压板和端盖，

所述U形支撑架的底部呈U形叉状，所述U形支撑架的上部伸出立板后侧面整体呈L形；所述趾屈背屈驱动装置包括伺服电机和谐波减速器，所述趾屈背屈驱动装置固连在小腿板面上；所述U形支撑架立板部分与所述谐波减速器连接后组成第一转动副，实现所述U形支撑架的整体转动，从而实现踝关节的趾屈背屈自由度；

所述弧形运动块设置有弧形槽，所述弧形槽用于安装弧形齿条，所述弧形运动块的两侧面对称设置有所述两组弧形导轨，所述两组弧形导轨包括第一组弧形导轨和第二组弧形导轨，每一组弧形导轨的中间横截面与所述弧形运动块的中间横截面重合，所述弧形运动块中间设置有凹型槽，所述凹型槽用于安装所述足底力传感器；所述两组滚轮包括第一组滚轮和第二组滚轮，两组滚轮在所述U形叉安装面上完全对称布置且分别与所述两组弧形导轨相切；所述内收外展驱动装置设置在所述U形支撑架的长孔内，并且与所述齿轮连接，所述弧形齿条与所述齿轮啮合，齿轮与齿条的啮合传动带动弧形运动块作弧形运动，从而实现踝关节的内收外展自由度；

所述传感器连接板设置有四个限位块，传感器连接板的第一端与传感器连接，传感器连接板的第二端通过限位块与所述环形压板连接；所述减摩垫板的第一侧面与传感器连接板接触，所述减摩垫板的第二侧面与脚底板接触；所述脚底板设置有弧形槽，弧形槽设置在所述减摩垫板与环形压板之间，弧形槽与所述传感器连接板组成第二转动副；所述端盖连接在脚底板上，所述端盖平面与所述脚底板平面重合；所述脚底板沿弧形槽运动从而实现踝关节的内旋外旋自由度。

优选地，所述踝关节的内旋外旋自由度为被动自由度，当踝关节进行内收外展和趾屈背屈运动时，均会产生内旋外旋伴随运动。

优选地，所述两组滚轮对称安装在所述U形支撑架的孔中，其中每组滚轮均包括两个压轮、三个支撑轮和两个限位轮，限位轮对导轨起到导向和限位的作用，两个压轮与三个支撑轮均相隔一定角度分布在两个圆周上，且二者所在的分布圆的圆心与弧形导轨和弧形齿条的圆心位于同一条轴线上。