一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置

1.本发明涉及下肢康复器械领域，涉及一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置。


背景技术：

2.脑卒中在临床上定义为急性局灶性的一种神经功能受损综合征，可归因于中枢神经系统的血管损伤（梗死、出血）。
3.在近几年的研究中，国内外对于踝关节的研究更加深入，对于踝关节的运动分析也更深入，根据踝关节的运动特点，已经有不同的功能和特点的机器人和外骨骼被研制出来。由于单独作用于踝关节的康复外骨骼的研究成果还没有很多。
4.现阶段的踝关节康复外骨骼的发展方向是：轻量化、结构简单化、易操作化、舒适化。但是很多研究成果仅针对于单独的某一个自由度，还有一些结构复杂且操作困难，导致居家使用的操作难度大，器械重量大，后期维护费用高等问题。并且大多为不可变刚度结构，在运动时不能保持。
5.当人体运动功能受到损伤后，恢复运动功能的过程中需要进行必要的运动辅助患者康复。但是，身体的不同部位所承受的压力不同，因此训练康复的强度也有所不同。踝关节的康复训练承受的压力较大，所以运动康复训练强度也较高。在踝关节训练方面，与原有的运动康复训练措施相比，踝关节康复外骨骼具有效率高且稳定性能好，能够进行多次重复训练等优点。
6.目前，全国范围内的踝关节外骨骼机器人研究成果中，大多数研究的机械结构都比较复杂，缺少一定的适应性和舒适性；并且针对使用者的舒适程度设计也有待于提高。针对这些问题，本文设计了一款具有二自由度的康复机器人结构。该机器人能够完成踝关节的内翻/外翻和背屈/跖屈运动。


技术实现要素：

7.针对当下踝关节康复装置的研究背景，本专利的目的在于提供一种可以满足踝关节康复运动的柔性踝关节康复装置，采用一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，运用支撑踝关节康复装置设计的相关理论知识：人体踝关节的相关基础理论，刚度可变原理，顺应脚踝部位康复装置发展趋势。
8.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，包括刚度可变机构（ⅰ）、滚珠丝杠移动机构（ⅱ）、康复装置支撑机构（ⅲ），其特征在于刚度可变机构（ⅰ）通过螺栓连接固定在滚珠丝杠移动机构（ⅱ）上。
9.所述的刚度可变机构（ⅰ），包括上刚性连接板（6）、下刚性连接板（1）、柔性铰链（3）、上铰链支座（4）、下铰链支座（2）、深沟球轴承（5）、电动机1（7）、足底支撑板（8）、踝关节对准架（9）、定位块（10），所述的刚度可变机构（ⅰ）中，深沟球轴承（5）安装在上刚性连接板（6）上的轴承座上，轴承上安装电动机1（7）的输出轴，上刚性连接板（6）通过销轴连接的方
式与上铰链支座（4）连接，柔性铰链（3）与上刚性连接板（6）、下刚性连接板（1）通过螺钉连接的方式连接，下铰链支座（2）与下刚性连接板（1）通过销轴连接的方式连接，下刚性连接板（1）的另一端通过螺钉连接的方式与足底支撑板（8）连接。所述的滚珠丝杠移动机构（ⅱ）包含滚珠丝杠支撑架（15）、导轨滑块（16）、滚珠丝杠（12）、电动机2（11），滚珠丝杠（12）安装于平行滚珠丝杠支撑架（15）斜面一侧，可带动导轨滑块（16）沿斜边移动。所述的康复机构支撑机构（ⅲ）包括装置底座（19）、电源（18）、可升降支撑腿（17）、腿部固定套（13），电源（18）通过螺栓连接的方式固定在底板上，腿部固定套（13）通过可伸缩杆固定在座椅边缘。
10.脚踝康复装置采用电动机驱动的方式，电动机1（7）输出轴安装在深沟球轴承（5）内圈，使刚度可变机构（ⅰ）产生使脚踝屈曲的辅助力，选取脚踝与小腿自然放置状态为0
°
，即足底与小腿成直角的状态，该装置可达到脚踝屈曲的范围可达到-25
°‑
35
°
，完全符合日常踝关节康复需求，电动机2（11）用于滚珠丝杠的转动，以实现刚度可变机构（ⅰ）的上下移动。
11.本发明的有益效果是：
12.1.本发明可满足踝关节柔性康复的需求；
13.2.本发明在实现刚度可变的基础上，包含了膝关节的移动自由度；
14.3.本装置结构较为简单，可提供舒适性较强的康复过程。
附图说明
15.图1 为本发明的三维结构图
16.图2 为本发明的主视图
17.图3 为本发明的侧视图
18.图4 为本发明所述刚度可变结构的主视图
19.图5 为本发明所述刚度可变机构的侧视图
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，包括刚度可变机构（ⅰ）、滚珠丝杠移动机构（ⅱ）、康复装置支撑机构（ⅲ），其特征在于刚度可变机构（ⅰ）通过螺栓连接固定在滚珠丝杠移动机构（ⅱ）上。
21.所述的刚度可变机构（ⅰ），包括上刚性连接板（6）、下刚性连接板（1）、柔性铰链（3）、上铰链支座（4）、下铰链支座（2）、深沟球轴承（5）、电动机1（7）、足底支撑板（8）、踝关节对准架（9）、定位块（10），所述的刚度可变机构（ⅰ）中，深沟球轴承（5）安装在上刚性连接板（6）上的轴承座上，轴承上安装电动机1（7）的输出轴，上刚性连接板（6）通过销轴连接的方式与上铰链支座（4）连接，柔性铰链（3）与上刚性连接板（6）、下刚性连接板（1）通过螺钉连接的方式紧固，下铰链支座（2）与下刚性连接板（1）通过销轴连接的方式连接，下刚性连接板（1）的另一端通过螺钉连接的方式与足底支撑板（8）连接。所述的滚珠丝杠移动机构（ⅱ）包含滚珠丝杠支撑架（15）、导轨滑块（16）、滚珠丝杠（12）、电动机2（11），滚珠丝杠（12）安装与平行滚珠丝杠支撑架（15）斜边一侧，可带动导轨滑块（16）沿斜边移动。所述的康复机构支撑机构（ⅲ）包括装置底座（19）、电源（18）、可升降支撑腿（17）、腿部固定套（13），电源（18）通过螺栓连接的方式固定在底板上，腿部固定套（13）通过可伸缩杆固定在座椅边缘。
22.上述整个康复装置，如图2所示，将脚部和小腿自然放置的状态视为0
°
，即脚部与小腿成直角状态。为使空间分配更具合理性、并考虑机构应具有的间接性，脚踝康复装置采用电动机驱动的方式，电动机1（7）输出轴安装在深沟球轴承（5）内圈，使刚度可变机构（ⅰ）产生使脚踝屈曲的辅助力，选取脚踝与小腿自然放置状态为0
°
，即足底与小腿成直角的状态，该装置可达到脚踝屈曲的范围可达到-25
°
~35
°
，完全符合日常踝关节康复需求。
23.因该装置在滚珠丝杠（12）运动时，涉及膝关节的从属运动，所以在座位边缘设置柔性的腿部固定套（13），该腿部固定套（13）底部有可伸缩的套筒，可满足不同腿长，不同角度的固定功能。


技术特征：
1.一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，包括刚度可变机构（ⅰ）、滚珠丝杠移动机构（ⅱ）、康复装置支撑机构（ⅲ），所述刚度可变机构（ⅰ）通过螺栓连接固定在滚珠丝杠移动机构（ⅱ）上。2.根据权力要求1所述的一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，其特征在于，所述的刚度可变机构（ⅰ），包括上刚性连接板（6）、下刚性连接板（1）、柔性铰链（3）、上铰链支座（4）、下铰链支座（2）、深沟球轴承（5）、电动机1（7）、足底支撑板（8）、踝关节对准架（9）、定位块（10），所述的刚度可变机构（ⅰ）中，深沟球轴承（5）安装在上刚性连接板（6）的轴承座上，轴承上安装电动机1（7）的输出轴，上刚性连接板（6）通过销轴连接的方式与上铰链支座（4）连接，柔性铰链（3）与上刚性连接板（6）、下刚性连接板（1）通过螺钉连接的方式连接，下铰链支座（2）与下刚性连接板（1）通过销轴连接的方式连接，下刚性连接板（1）的另一端通过螺钉连接的方式与足底支撑板（8）连接。3.根据权利要求1所述的一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，其特征在于，所述的滚珠丝杠移动机构（ⅱ）包含滚珠丝杠支撑架（15）、导轨滑块（16）、滚珠丝杠（12）、电动机2（11），滚珠丝杠（12）安装于平行滚珠丝杠支撑架（15）斜面一侧，可带动导轨滑块（16）沿斜边移动。4.根据权利要求1所述的一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，其中所述的康复机构支撑机构（ⅲ）包括装置底座（19）、电源（18）、可升降支撑腿（17）、腿部固定套（13），电源（18）通过螺栓连接的方式固定在底板上，腿部固定套（13）通过可伸缩杆固定在座椅边缘。

技术总结
一种基于铰链结构的新型刚度可变踝关节康复装置，涉及下肢康复器械领域。本发明针对当前踝关节康复装置踝关节康复运动角度较小，并因柔性不足，导致康复舒适性不足、康复运动角度较小引起的康复效果不显著的问题，提出了一种可满足踝关节内翻/外翻、背屈/拓屈两自由度的柔性踝关节康复装置的机械结构。运用人体踝关节的相关基础理论，刚度可变原理，在刚度可变结构上运用新式的铰链结构，实现刚度可变，同时简化机械结构，可实现可达到脚踝屈曲的范围可达到-25


技术研发人员：王沫楠 王紫键 李鹏程 许家亨
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2023.07.01
技术公布日：2023/10/5