一种踝关节康复机器人的制作方法

1.本实用新型属于医疗康复器械技术领域，具体涉及一种踝关节康复机器人。


背景技术：

2.踝关节的扭伤是骨科临床一种非常常见的肌肉骨骼系统运动的损伤类型，人体在直立行走、打篮球、跳跃等剧烈运动时，踝关节处的压力增大，稍有不慎，将会产生扭伤。扭伤患者由于未及时治疗或者治疗不当，使得韧带松弛，反复扭伤，长时间处于扭伤状态不仅使得患者难以忍受疼痛，而且身心也备受煎熬，更甚者，长期扭伤未得到及时治疗，将会使得患者错过最佳治疗时机，踝关节坏死。
3.随着机器人的技术的发展，踝关节康复机器人代替医师对患者进行康复训练逐渐在临床治疗中得到认可。机器人可以实时根据患者的恢复情况调整康复训练的强度，不仅可以将医师从繁杂的劳动强度中解放出来，同时适度的有规律的康复训练可以使踝关节达到快速恢复的效果。
4.目前，踝关节康复机器人普遍存在机构复杂、自由度不足且成本花费大、寻找患肢中心差等问题。如何提供一种机构紧凑、自由度多、成本低及可以准确的满足踝关节损伤患者的康复的需求等的踝关节康复机器人，是一个急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种踝关节康复机器人，从而克服现有技术的不足。
6.为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：一种踝关节康复机器人，包括脚支撑机构、踝关节转动机构、曲柄滑块机构、液压系统和框架，所述脚支撑机构设置多个驱动部，所述踝关节转动机构包括数量与所述驱动部相应的多个液压机构，每个所述液压机构与对应的所述多个驱动部相铰接，所述踝关节转动机构与框架转动连接于一绕定点，所述曲柄滑块机构固定于框架上且与所述踝关节转动机构相连，驱动所述脚支撑机构和踝关节转动机构整体绕所述绕定点转动；所述液压系统与所述踝关节转动机构的液压机构相连，驱动多个液压机构依次动作，进而带动踝关节至少三个自由度动作。
7.在一优选实施例中，所述脚支撑机构包括脚踏板和用于固定脚趾和带动脚趾屈伸的脚趾屈伸机构，所述脚趾屈伸机构设置于脚踏板的前端。
8.在一优选实施例中，所述脚踏板包括动平台、和松紧度可调的第一束缚带、第二束缚带及多个所述驱动部，所述第一束缚带和第二束缚带在动平台的长度方向前后设置，且每个束缚带的两端分别连接在动平台宽度方向的两侧，所述驱动部由动平台的底部向下延伸形成。
9.在一优选实施例中，所述脚趾屈伸机构包括第一液压缸、牵拉架和支撑板，所述第一液压缸固定于支撑板上，所述牵拉架固定于所述第一液压缸的伸缩杆上，所述支撑板与脚踏板固定连接。
10.在一优选实施例中，所述踝关节转动机构还包括底板，所述多个液压机构设置于所述底板上，每个所述液压机构包括第二液压缸，所述第二液压缸的伸缩杆与脚支撑机构的驱动部相铰接，所述底板与框架转动连接于所述绕定点。
11.在一优选实施例中，所述第二液压缸的伸缩杆与脚支撑机构的驱动部通过球铰副相铰接，所述球铰副包括形成于第二液压缸的伸缩杆顶部的球体和设置于所述驱动部的且与球体相配合的球槽座。
12.在一优选实施例中，所述曲柄滑块机构包括第一驱动电机、曲柄和连杆，所述第一驱动电机与框架固定连接且与曲柄的一端转动副连接，所述曲柄的另一端与连杆的一端转动副连接，所述连杆的另一端与踝关节转动机构相连。
13.在一优选实施例中，所述液压系统包括油路块、多个电磁换向阀、液压泵、油箱和第二驱动电机，所述第二驱动电机固定于油箱上且与所述液压泵相连，所述液压泵与油箱相连通且通过管道与油路块相连，所述油路块还与油箱及对应的液压机构相连，多个所述电磁换向阀设置于油路块上。
14.在一优选实施例中，所述机器人还包括电源盒，所述电源盒与液压系统和曲柄滑块机构相连。
15.在一优选实施例中，所述曲柄滑块机构中，长度ab 长度bc≥长度ac，其中，所述长度ab为曲柄的长度，所述长度bc为连杆的长度，所述长度ac为连杆与踝关节转动机构的连接点与曲柄与第一驱动电机的连接点之间的距离。
16.与现有技术相比较，本实用新型的有益效果至少在于：
17.1、本实用新型采用液压与电动相结合的方式，使得康复训练过程更加顺滑，大大提高了患者使用的舒适性，具有制造成本低，运动精确，响应速度快，便于携带运输，且康复训练形式灵活多变等优点。
18.2、本实用新型采用复合运动，使得康复训练运动轨迹更加精确，康复训练更加灵活多变。
19.3、本实用新型具有被动、助力和主动三种康复训练模式，根据受损患肢恢复状况，结合该康复机器人可提供背伸/趾屈、内翻/外翻、内旋/外旋三种自由度的康复运动的特点，可对恢复差的运动功能进行适量的被动训练，对恢复较为良好的运动功能进行对应的主动训练。
20.4、本实用新型采用两条束缚带，实现了快速穿戴，实用性高。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本实用新型一实施方式中踝关节康复机器人的整体装配图；
23.图2是本实用新型一实施方式中踝关节康复机器人的脚踏板的结构示意图；
24.图3是本实用新型一实施方式中踝关节康复机器人的脚趾屈伸机构的结构示意图；
25.图4是本实用新型一实施方式中踝关节康复机器人的踝关节转动机构的结构示意图
26.图5是本实用新型一实施方式中踝关节康复机器人的曲柄滑块机构的结构示意图
27.图6是本实用新型一实施方式中踝关节康复机器人的液压系统的结构示意图。
28.附图标记：
29.1、框架，2、脚支撑机构，21、脚踏板，211、动平台，212、第一束缚带，213、第二束缚带，214、驱动部，2141、球槽座，22、脚趾屈伸机构，221、第一液压缸，222、牵拉架，2221、脚趾固定部，223、支撑板，3、踝关节转动机构，31、底板，32、液压机构，321、第二液压缸，3211、球体，4、曲柄滑块机构，41、第一驱动电机，42、曲柄，43、连杆，5、液压系统，51、油路块，52、电磁换向阀，53、液压泵，54、油箱，55、第二驱动电机，56、梅花型联轴器，6、电源盒，q、绕定点。
具体实施方式
30.通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本实用新型。本文中揭示本实用新型的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本实用新型的示范性，本实用新型可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本实用新型的代表性基础。
31.如图1所示，本实用新型所揭示的一种踝关节康复机器人，包括框架1、脚支撑机构2、踝关节转动机构3、曲柄滑块机构4、液压系统5和电源盒6，其中，踝关节转动机构3与脚支撑机构2相连，曲柄滑块机构4与踝关节转动机构3相连，驱动踝关节转动机构3与脚支撑机构2整体绕一绕定点q转动，对踝关节转动机构3进行电动驱动，液压系统5与踝关节转动机构3相连，对踝关节转动机构3的转动进行液压驱动，采用液压与电动相结合的方式，驱动踝关节转动机构3进行复合运动。
32.具体地，结合图2和图3所示，脚支撑机构2包括脚踏板21和脚趾屈伸机构22，其中，脚踏板21用于固定患肢，使得踝关节转动中心和机器人的空间定点重合，机器人带动足部进行背伸/趾屈、内翻/外翻、内旋/外旋三种自由度的康复运动。脚踏板21具体包括动平台211、第一束缚带212、第二束缚带213及多个驱动部214，其中，第一束缚带212和第二束缚带213在动平台211的长度方向前后设置，且每个束缚带的两端分别连接在动平台211宽度方向的两侧，动平台211上设置有束缚带孔(图未示)，配合可调节松紧度的第一束缚带212、第二束缚带213固定患肢。驱动部214由动平台211的底部向下延伸形成，用于与踝关节转动机构3配合连接，本实施例中，设置4个驱动部214，4个驱动部214分别分布在动平台211底部的4个边角上。使用时，当患者将患肢依脚踏板21的提示图放置，用第一束缚带212和第二束缚带213进行固定，保证患肢可正常随康复机器人运动即可。
33.脚趾屈伸机构22固定于脚踏板21的前端，用于对患者的脚趾进行固定及对脚趾进行屈伸康复训练。脚趾屈伸机构22具体包括第一液压缸221、牵拉架222和支撑板223，其中，第一液压缸221通过焊接基座与支撑板223螺栓固定连接，牵拉架222焊接固定于第一液压缸221的伸缩杆上，牵拉架222靠近脚踏板21的一端设置有多个脚趾固定部2221，如设置5个脚趾固定部2221，用于固定患者的脚趾，支撑板223与脚踏板21焊接固定。工作时，当患者将患肢固定好后，用牵拉架222将患肢的脚趾进行固定，由第一液压缸221往复运动完成脚趾
的屈伸这一康复训练动作。在现有的踝关节康复机器人中很少涉及有脚趾屈伸机构22，事实上在踝关节康复训练中脚趾的屈伸对患者的康复有着很大的影响。
34.结合图4所示，踝关节转动机构3设置于动平台211的下方，用于驱动脚踏板21带动足部进行背伸/趾屈、内翻/外翻、内旋/外旋三种康复运动。踝关节转动机构3具体包括底板31和设置于底板31上的多个液压机构32，本实施例中，液压机构32设置与动平台211上的驱动部214数量相同的四个液压机构32，四个液压机构32规格相同，每个液压机构32包括第二液压缸321，其中，第二液压缸321通过基座焊接在底板31上，第二液压缸321的伸缩杆通过球铰副与动平台211上的驱动部214相铰接。具体地，球铰副包括球体3211和球槽座2141，其中，球体3211形成于第二液压缸321的伸缩杆顶部，球槽座2141设置于驱动部214上且与球体3211相配合，驱动部214安装有球替紧定螺钉(图未示)，调节球体3211紧定螺钉松紧可改变球铰副的阻尼。每个第二液压缸321与液压系统5相连，在液压系统5的驱动下，四个第二液压缸321顺序伸缩，使得患肢可以在空间实现内旋/外旋，内翻/外翻的康复运动。另外，踝关节转动机构3的底板31与框架1还转动连接于上述绕定点q。踝关节转动机构3放置在框架1上，使得当患者穿戴康复机器人后，该装置具有足够强度的支撑力。
35.结合图5所示，曲柄滑块机构4与踝关节转动机构3相连，用于驱动踝关节转动机构3和脚支撑机构2整体绕绕定点q进行旋转动作，与踝关节转动机构3驱动踝关节动作形成复合运动，促进患肢的康复。本实施例中，曲柄滑块机构4包括第一驱动电机41、曲柄42和连杆43，其中，第一驱动电机41为永磁直流力矩电机，第一驱动电机41通过焊接基座与框架1螺栓固定连接，同时，第一驱动电机41的输出轴与曲柄42的一端转动副连接，曲柄42的另一端与连杆43的一端转动副连接，连杆43的另一端与踝关节转动机构3相连，具体可通过拨叉连接。本实用新型的曲柄滑块机构4采用三个转动副，具体是，曲柄42和第一驱动电机41的转动副、曲柄42和连杆43的转动副、连杆43和踝关节转动机构3拨叉连接。确保当第一驱动电机41正常工作时带动曲柄42同轴转动，带动连杆43运动，连杆43以拨叉的连接方式进行力的传递，使得脚支撑机构2、踝关节转动机构3整体绕绕定点q转动。达到患肢绕绕定点q转动，活动踝关节的目的。优选地，在曲柄滑块机构4中，长度ab 长度bc≥长度ac，其中，所述长度ab为曲柄42的长度，曲柄42做主动杆，所述长度bc为连杆43的长度，所述长度ac为连杆43与踝关节转动机构3的连接点与曲柄42与第一驱动电机41的连接点之间的距离。
36.液压系统5与踝关节转动机构3的液压机构32相连，驱动多个液压机构32依次动作，进而带动踝关节至少三个自由度动作，为本实用新型的动力源部分。结合图6所示，液压系统5具体包括油路块51、多个电磁换向阀52、液压泵53、油箱54和第二驱动电机55，其中，第二驱动电机55通过焊接基座与油箱54螺栓固定连接，且通过梅花型联轴器56与液压泵53相连，液压泵53的吸油口直接插入油箱54中，高压油口通过管道与油路块51相连，油路块51与油箱54管道连接，多个电磁换向阀52设置于油路块51上。油路块51起着将五个规格相同的电磁换向阀52集中安装的作用。油路块51是液压系统的大脑，对整个液压系统5的控制至关重要。
37.电源盒6与油箱54螺栓连接，控制第一驱动电机41、第二驱动电机55和电磁换向阀52。使得电磁换向阀52顺序动作，从而控制第二液压缸321按照顺序依次动作，实现踝关节的转动。
38.本实用新型采用四个球铰副，踝关节转动机构3的四个第二液压缸321由电磁换向
阀52控制，电源盒6按顺序依次使电磁换向阀52动作，控制第二液压缸321动作，实现脚踏板21在空间的各种轨迹运动，达到患肢康复训练。
39.本实用新型踝关节康复机器人采用液压与电动结合的方式，制造成本低，运动精确，响应速度快，便于携带运输，且康复训练形式灵活多变、康复训练过程更加顺滑，大大提高了患者使用的舒适性。另外，适用人群范围广，无论孩子、青年、老年人、是患者还是平时关节拉伸的普通人群都可以使用；不用寻找踝关节中心，解决了传统设计中患肢中心和装置匹配的问题。适应不同尺寸大小的脚，通过第一束缚带212和第二束缚带213束缚患肢，实现了快速穿戴，实用性高，避免患者踝关节转动中心与机器人空间定点错位而对患者造成二次伤害，实现人机相容。本实用新型踝关节康复机器人具有被动、助力和主动三种康复训练模式，根据受损患肢恢复状况，结合该康复机器人可提供背伸/趾屈、内翻/外翻、内旋/外旋三种康复运动的特点，可对恢复差的运动功能进行适量的被动训练，对恢复较为良好的运动功能进行对应的主动训练。本实用新型踝关节康复机器人采用复合运动，使得康复训练运动轨迹更加精确，康复训练更加灵活多变。
40.本实用新型的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本实用新型，本实用新型的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本实用新型的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
41.在本实用新型案中标题及章节的使用不意味着限制本实用新型；每一章节可应用于本实用新型的任何方面、实施例或特征。
42.除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
43.尽管已参考说明性实施例描述了本实用新型，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本实用新型的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本实用新型的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本实用新型的教示。因此，本文并不打算将本实用新型限制于用于执行本实用新型的所揭示特定实施例，而是打算使本实用新型将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。