[發明專利]并聯式多自由度假肢外骨骼踝關節

無效

• 申請號: 200810034002.7
• 申請日: 2008-02-28
• 公開（公告）號: CN101234045A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 殷躍紅;范淵杰;郭朝;曹志;印松
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61F2/66
• 分類號: A61F2/66;A61H1/00;A61H3/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種康復工程技術領域的裝置，具體是一種并聯式多自由度假肢外骨骼踝關節。

背景技術

近年來，由于交通事故、體育事故、工傷、戰爭等意外事故和人口老齡化造成的肢體殘疾人的數量呈逐年增長趨勢。在共建和諧社會的進程中，殘疾人的身體身心健康得到了全社會的廣泛關注，目前對病人進行康復訓練的醫療設備的類型已有很多種。針對下肢殘疾和癱瘓病人，傳統的康復工具有拐杖、輪椅和假肢，這三種類型均為被動式的康復設備，病人使用不夠方便，有時還需其他人幫助，假肢也得到了應用，但是在病人身上安裝假肢首先需要截肢，許多患者從心理上難以接收。外骨骼假肢突破了傳統康復工具的一般思路，將機器人主動控制技術和假肢“助走”技術相結合，通過設計靈巧的外骨骼假肢，佩戴于肢體殘疾人身上進行步態康復訓練。

目前在人體下肢步行外骨骼設計中，均采用串聯機構構成髖關節、膝關節和踝關節。由于串聯機構具有誤差積累和放大效應，使得外骨骼假肢控制不穩定，甚至產生隨機振動，不利于病人康復訓練，達不到人體下肢正常步態行走的目的。同時，從生理學和人體康復醫學的角度來看，人體下肢髖關節具有三個自由度，能在三個面上活動，實現前屈、后伸、外展、內收、內旋和外旋六種動作；膝關節除了前伸、后屈的單自由度轉動外，和小腿結合還可以實現內旋、外旋運動；踝關節具有兩個自由度，可實現背屈、跖屈、內翻、外翻運動，明顯，串聯機構一般為單自由度機構，很難滿足人體如此復雜的運動要求。因此，為了實現對外骨骼假肢的穩定性控制，從仿生學上角度達到人體關節多運動動作的目的，設計多自由度的單關節外骨骼機構極具發展前景。

并聯機構形式多樣，一般3自由度并聯機構包括3-RPS并聯機構，即由3個運動鏈同時將運動平臺聯到機架，每個分支由一個轉動副R，一個移動副P和一個球面副S組成串聯運動鏈。一般情況，中間的移動副的軸線可以不與下面的轉動副的軸線正交，機構的3個基面轉動副的軸線是關于中心呈切向分布的，上下平臺是兩個等邊三角形。分析3-RPS并聯機構的特點可知，通過改變三驅動桿的桿長，動平臺可實現繞x軸和y軸的轉動，同時還能實現沿z軸的平移，該機構的轉動中心位于動平臺上。并聯機構以其特有的特點和優勢已在工業生產中有一定的應用，但在機器人領域還鮮有應用。

經對現有技術文獻的檢索發現，中國發明專利申請號為200410053695.6，專利名稱為“一種可穿戴式的下肢步行外骨骼”，該外骨骼是由腰部支撐、髖部四桿機構、膝蓋四桿機構、腳踝四桿機構和足底支撐依次串連構成，均由液壓缸驅動機構運動，不可避免該串聯式外骨骼機構具有以上分析的很多缺點，同時由于采用液壓缸驅動，需要提供液壓源，機構定位精度不高，在實際運用中很難達到穩定控制的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種并聯式多自由度假肢外骨骼踝關節，使其將并聯機構引入外骨骼關節設計中，并用于患者進行關節康復訓練，該并聯關節不僅完全實現踝關節兩個自由度轉動的要求，而且控制技術成熟，機構簡單，實現方便。

本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括：上平臺、下平臺、足底支撐板、第一主動支鏈導桿、第二主動支鏈導桿、第三主動支鏈導桿、仿人腿外套，其中：第一主動支鏈導桿、第二主動支鏈導桿、第三主動支鏈導桿的一端均與上平臺活動連接，第一主動支鏈導桿、第二主動支鏈導桿、第三主動支鏈導桿的另一端均與下平臺活動連接，足底支撐板由其兩邊的擋板和下平臺固定連接，仿人腿外套與上平臺固定連接。