[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

摘要

本发明公开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。对于足下垂患者，本发明可以利用事先编好的步行程序用作辅助行走、纠正步态的工具。在人进行步行训练时，人体踝关节在矢状面会根据输入控制器的踝关节角度曲线转动，输入的标准关节角度曲线可以根据人机相互作用力自适应调整，外骨骼提供人体踝关节矢状面正常运动的驱动力，同时满足其他两个自由度的运动范围，防止由于足下垂产生的拖曳和冲击对足部造成伤害和对日常生活的妨碍，增强足下垂病人的背屈能力。

主权项

行走式欠驱动型三自由度踝关节运动康复外骨骼，其特征是包括驱动机构、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（1）、直流伺服电机（2）、联轴器（8）、丝杠（11）和丝杠螺母（13）组成的直线传动部分，由电机固定座（5）、长轴（7）、丝杠固定侧支座（9）、支座固定件（10）、螺母固定件（12）和丝杠支持侧支座（15）组成的支撑架部分，以及由短轴（14）、传感器连接杆（16）、拉压力传感器（17）、铰接件（18）、转动销轴（19）、轴承挡块（21）和两根踝关节连接杆（20）组成的旋转运动部件，直流伺服电机（2）的转轴通过联轴器（8）与丝杠（11）固连，直流伺服电机固定在电机固定座（5）上，长轴（7）穿过支座固定件（10）和螺母固定件（12）的光孔，其一端与电机固定座（5）固连，另一端与丝杠支持侧支座（15）的底面固定，支座固定件（10）固定在长轴（7）上，丝杠固定侧支座（9）通过螺钉紧固在支座固定件（10）的槽内，丝杠（11）与丝杠固定侧支座（9）固连，螺母固定件（12）与丝杠螺母（13）固连，丝杠（11）的末端与安装在丝杠支持侧支座（15）孔内的滚动轴承配合，实现转动副，短轴（14）穿过丝杠支持侧支座（15）的光孔，其一端与与螺母固定件（12）固连，另一端与传感器连接杆（16）固连，传感器连接杆（16）中间的螺纹孔与拉压力传感器（17）的一个螺纹轴紧固，拉压力传感器（17）的另一个螺纹轴与铰接件（18）固连，转动销轴（19）的转动轴与铰接件（18）两侧孔内的滚动轴承配合，实现转动副，两根踝关节连接杆（20）的一端都与转动销轴（19）固连，其中一根踝关节连接杆（20）固定有轴承挡块（21）；小腿固定机构包括L型连接板（3）、由大U型连接块（4）、小U型连接块（22）、宽度调节板（23）、两个小腿固定件（24）和小腿绑带（25）组成的小腿固定部分以及两根小腿支撑杆（26），L型连接板（3）一个面上有孔与固定在电机固定座（5）的销轴相连，实现L型连接板（3）通过销轴绕着电机固定座（5）转动，L型连接板（3）的另一个面与大U型连接块（4）端面固连，大U型连接块（4）开口端的两侧边和小U型连接块（22）开口端的两侧边均开有矩形槽，大U型连接块（4）开口端与小U型连接块（22）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（23）呈U型状，开口端宽度大于底面宽度，小U型连接块（22）的底面与宽度调节板（23）的底面固定，两个小腿固定件（24）的一端分别与小腿绑带（25）的两端相连，两个小腿固定件（24）的另一端均有开口槽，宽度调节板（23）开口端的两侧边分别伸入两个小腿固定件（24）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（26）的一端分别与两个小腿固定件（24）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（20）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（28）、角接触轴承套筒（29）、角接触轴承端盖（30）、垂直轴连接件（32）、垂直轴（33）和滚珠滚针轴承套筒（34），额状轴（28）由同轴线相连的块体（27）和中心轴（31）构成，额状轴（28）的块体与一根踝关节连接杆（20）固连，实现额状轴（28）与小腿支撑杆（26）形成矢状面旋转副，额状轴（28）的中心轴与角接触轴承套筒（29）内的角接触轴承配合组成额状面旋转副，角接触轴承端盖（30）的两端分别与垂直轴连接件（32）的一端及角接触轴承套筒（29）固连，垂直轴连接件（32）的另一端与垂直轴（33）的一个端面紧固，垂直轴（33）与滚珠滚针轴承套筒（34）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（36）、绑带固定件（37）和底板（38），底板（38）与滚珠滚针轴承套筒（34）固连，绑带固定件（37）与底板（38）固连，柔性绑带（36）固定在绑带固定件（37）上。