一种并联式脚踝康复机器人转让专利
申请号 : CN202010309348.4
文献号 : CN111513982B
文献日 : 2021-07-30
发明人 : 陈子明 , 赵坤 , 严文江 , 翟玉洁 , 潘泓 , 罗健高 , 李嘉明 , 王铭崧 , 张泽坤
申请人 : 燕山大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种并联式脚踝康复机器人,其特征在于:其包括定平台、动平台以及设置在所述动平台和定平台之间的三个并列的运动分支,每一个运动分支分别设置有一个驱动装置,所述每一个运动分支的顶端和底端分别与所述动平台和所述定平台转动连接,三个运动分支的结构相同,均为转动副‑球铰副‑转动副RSR结构;
所述定平台和动平台分别设置有三个转动副,定平台的三个转动副分别为第一转动副、第二转动副和第三转动副,动平台的三个转动副分别为第四转动副、第五转动副和第六转动副,其中第一转动副与第四转动副的位置相对应,第二转动副与第五转动副的位置相对应,第三转动副与第六转动副的位置相对应,三个所述运动分支的第一球副的球心平面为第一平面,六个转动副均相对于第一平面对称,所述动平台设置有脚踏板,所述脚踏板位于第一平面的下方,且平行于第一平面和动平台的平面,每一个运动分支分别包括第一连杆、第二连杆和第一球副,所述第一连杆的第一端与所述定平台转动连接,所述第一连杆的第二端与所述第一球副的第一端连接,所述第一球副的第二端与所述第二连杆的第一端连接,所述第二连杆的第二端与所述动平台连接;
第一转动副与第二转动副相互垂直,第二转动副与第三转动副相互垂直,第一转动副与第三转动副相互平行;
第四转动副与第五转动副相互垂直,第五转动副与第六转动副相互垂直,第四转动副与第六转动副相互平行。
2.根据权利要求1所述的并联式脚踝康复机器人,其特征在于:第一转动副的纵向中轴线与第二转动副的横向中轴线之间的垂直距离等于第二转动副的纵向中轴线与第三转动副横向中轴线之间的垂直距离,第一转动副的横向中轴线与第二转动副的纵向中轴线之间的垂直距离等于第二转动副的横向中轴线与第三转动副纵向中轴线之间的垂直距离。
3.根据权利要求1所述的并联式脚踝康复机器人,其特征在于:第四转动副的纵向中轴线与第五转动副的横向中轴线之间的垂直距离等于第五转动副的纵向中轴线与第六转动副横向中轴线之间的垂直距离,第四转动副的横向中轴线与第五转动副的纵向中轴线之间的垂直距离等于第五转动副的横向中轴线与第六转动副纵向中轴线之间的垂直距离。
4.根据权利要求1所述的并联式脚踝康复机器人,其特征在于:所述驱动装置包括伺服电机、电机支架和联轴器,每一个运动分支设置有一个伺服电机,所述伺服电机借助于电机支架和联轴器进行安装,伺服电机的运动量代表该分支的输出量。
5.根据权利要求1所述的并联式脚踝康复机器人,其特征在于:所述第一连杆和第二连杆均为弧形,所述第一连杆和第二连杆的长度相等。
6.根据权利要求4所述的并联式脚踝康复机器人,其特征在于:还包括监测系统,所述监测系统包括角位移传感器、限位开关和力传感器,所述角位移传感器安装在各个转动副的位置处,所述限位开关分布在各转动副极限位置处,所述力传感器安装在所述脚踏板上,所述脚踏板上设有外部连接组件,所述外部连接组件能安装加热装置或按摩装置。
7.根据权利要求6所述的并联式脚踝康复机器人,其特征在于:所述脚踏板借助于连杆与所述动平台连接,所述脚踏板的连杆的长度能够调节,通过调整连杆长度实现不同脚踝高度的人在康复训练过程中踝关节中心和机器人实际转动中心重合,或通过机器人自身的上升下降进行调节。
说明书 :
一种并联式脚踝康复机器人
技术领域
背景技术
每年有许多人因为运动损伤、中风、踝关节疾病等原因导致踝关节受损,失去正常运动能
力。在治疗脚踝损伤疾病的中后期常常采用治疗师对患者脚踝进行按摩,在这种物理治疗
过程中需要患者和治疗师一对一的进行康复训练,虽然这种治疗方式对患者的康复起到了
重要的作用,但是随着患者数量的增多,理疗师的人数严重缺乏,其次这种康复方式费时费
力效率较低,训练过程缺乏趣味性,并且不能够实时记录患者各种训练康复参数,从而难以
定量的对患者进行康复效果评估。
踝关节康复训练的要求,训练模式不符合人体结构需求,容易对患者造成二次损伤。
发明内容
轴线高度方向的调节,使得本装置的运动更加符合人体踝关节的运动特点,达到更好的康
复效果。
所述每一个运动分支的顶端和底端分别与所述动平台和所述定平台转动连接,三个运动分
支的结构相同,均为转动副‑球铰副‑转动副RSR结构;
六转动副,其中第一转动副与第四转动副的位置相对应,第二转动副与第五转动副的位置
相对应,第三转动副与第六转动副的位置相对应,三个所述运动分支的第一球副的球心平
面为第一平面,六个转动副均相对于第一平面对称,所述动平台设置有脚踏板,所述脚踏板
位于第一平面的下方,且平行于第一平面和动平台的平面,三个所述运动分支结构相同,每
一个运动分支分别包括第一连杆、第二连杆和第一球副,所述第一连杆的第一端与所述定
平台转动连接,所述第一连杆的第二端与所述第一球副的第一端连接,所述第二球副的第
二端与所述第二连杆的第一端连接,所述第二连杆的第二端与所述动平台连接。
中轴线与第二转动副的纵向中轴线之间的垂直距离等于第二转动副的横向中轴线与第三
转动副纵向中轴线之间的垂直距离。
中轴线与第五转动副的纵向中轴线之间的垂直距离等于第五转动副的横向中轴线与第六
转动副纵向中轴线之间的垂直距离。
该分支的输出量。
置处,所述力传感器安装在所述脚踏板上,所述脚踏板上设有外部连接组件,所述外部连接
组件能安装加热装置或按摩装置。
实际转动中心重合,或通过机器人自身的上升下降进行调节。
运动,还可以实现转动轴线高度方向的调节,使得本装置的运动更加符合人体踝关节的运
动特点,达到更好的康复效果。
能需求,不仅可以广泛应用于医院、诊所、康复机构等医疗机构,还能用于家庭的居家保健。
克服了传统对称并联机构控制复杂,强耦合性等缺点。
附图说明
杆;32‑第一球副;33‑第二连杆;34‑第一平面;41‑伺服电机;42‑电机支架;43‑联轴器。
具体实施方式
别指出,不必按比例绘制附图。
或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图,对本申请的实施例进行描述。
2之间三个并列的运动分支3和三个驱动装置4。三个运动分支3均为转动副‑球铰副‑转动副
RSR结构。
第一转动副11与第四转动副21的位置相对应,第二转动副12与第五转动副22的位置相对
应,第三转动副13与第六转动副33的位置相对应,它们都相对于第一平面34对称。其中,第
一平面34为通过三个运动分支的第一球副32的球心平面。动平台2上的脚踏板24位于第一
平面34的下方,且平行于第一平面34。
转动副22与第六转动副23相互垂直,第四转动副21与第六转动副23相互平行。
过第一球副32连接。定平台1上的三个转动副的轴线与定平台1的安装平面平行,动平台2上
的三个转动副的轴线与动平台2的安装平面平行。各运动分支3的第一连杆31与第二连杆33
的长度相同。
垂直距离等于第二转动副12的纵向中轴线L52与第三转动副横向中轴线L61之间的垂直距
离,第一转动副11的横向中轴线L41与第二转动副12的纵向中轴线L52之间的垂直距离等于
第二转动副12的横向中轴线L51与第三转动副纵向中轴线L62之间的垂直距离。
垂直距离等于第五转动副22的纵向中轴线L21与第六转动副横向中轴线L32之间的垂直距
离,第四转动副21的横向中轴线L12与第五转动副22的纵向中轴线L21之间的垂直距离等于
第五转动副22的横向中轴线L22与第六转动副纵向中轴线L31之间的垂直距离。
出量。
动副极限位置处,力传感器安装在脚踏板上。通过这些传感器的布置,既能保证机器人的信
息智能化,还加强了机器人的整体安全稳定性。在成本可控的基础上,可采用机电采集系统
以更加直观的了解训练者的生理反馈。
24在动平台框架里面且处于框架下方;在运动过程中保证脚不会被动平台框架及其他构件
所干涉,动平台框架的大小能适合90%以上的人的脚的尺寸,针对不同大小的脚所对应的安
全保护设施也能进行相应的调整到最合适的状态,在另一个实施例中,脚踏板上设有外部
连接组件,能安装相应的固定保护设施使得机构更加可靠和舒适;也能安装加热装置或按
摩装置,以丰富康复机器人的功能;此外,根据不同人群需要,可在脚踏板上添加其他相应
结构以丰富整个机器人的功能。
具体实施例
转动副‑球铰副‑转动副RSR结构,三个运动分支的两端均分别连接定平台1和动平台2,由相
应的驱动装置4驱动,进而实现动平台2的升降、侧倾和俯仰运动三个自由度的运动。本发明
装置具有三个自由度不仅可以较好的实现人体踝关节的旋前/旋后,内翻/外翻运动,还可
以实现转动轴线高度方向的调节,使得本装置的运动更加符合人体踝关节的运动特点,达
到更好的康复效果;本装置可广泛应用于医院、家庭、康复机构等医疗机构。
人体踝关节的旋前/旋后,内翻/外翻运动,达到康复效果。
旋前/旋后,内翻/外翻运动。当给定所需的多种关节运动速度及范围,可通过同时控制多个
相应的电机以实现相应的运动。与此同时,通过采集的各种运动反馈信号对机构的运动进
行实时调整以达到最好的康复训练效果。如需进行主动训练,将各个驱动电机解除锁死使
得电机均为随动件即可。
装球副的位置平面与第一平面34平行。
可以实现转动轴线高度方向的调节,使得本装置的运动更加符合人体踝关节的运动特点,
达到更好的康复效果。
其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进
行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方
案的范围。