[實用新型]一種三自由度踝關節輔助運動外骨骼

無效

• 申請號: 200920123910.3
• 申請日: 2009-06-29
• 公開（公告）號: CN201422989Y
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 張煜;張佳帆;楊燦軍;楊寅;余暉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本實用新型涉及三自由度踝關節輔助運動外骨骼，具體說是一種具有三自由度，可實現對人體踝關節背屈/跖屈、內翻/外翻和內旋/外旋三自由度運動的輔助醫療裝置。

背景技術

外骨骼技術是一種新型的人機智能系統控制技術，可廣泛應用于機器人的主從控制，肢殘病人的醫療康復輔助器械。對于癱瘓、肢殘病人傳統的康復手段需理療師“手把手”進行，消耗了大量的時間與體力，并且無法保證充足的訓練時間和足夠的訓練強度。現有的一些踝關節外骨骼大多只有單個自由度，無法滿足訓練多樣性的要求。而本實用新型具有三自由度可實現踝關節所有的運動形式，并且可記錄訓練參數(運動軌跡、速度、強度，時間等)，使訓練過程定性定量，從而可得到客觀定量的康復評價指標，利于治療方案的確定和改進，并且可開展對患者神經康復規律的深入研究。

發明內容

本實用新型的目的是設計一種具有三個自由度的可穿戴式柔性外骨骼踝關節輔助康復運動醫療設備。

本實用新型的三自由度踝關節輔助運動外骨骼，包括腳底板，固定在腳底板前端的第一支架，固定在腳底板后端的第二支架，依次同軸疊置的上圓環、環形齒輪和下圓環，上、下圓環通過兩個帶軸的連接件固定成相對于環形齒輪轉動的整體，第一支架和第二支架分別通過軸承與兩個連接件的軸連接，兩個連接件的軸在X方向同軸，在環形齒輪上固定有兩個帶軸的U形連接塊，兩個小腿板支架的一端分別通過軸承與兩個U形連接塊的軸連接，兩個U形連接塊的軸在Y軸方向同軸，兩個小腿板支架的另一端與小腿板橫梁相連，小腿板與小腿板橫梁固定，X軸電機與第一諧波減速器相連并固定在第二支架上，Y軸電機與第二諧波減速器相連并固定在第一U形連接塊上，Z軸電機及減速箱通過Z軸電機支架固定在上圓環上，Z軸電機轉軸上固定有齒輪，齒輪與環形齒輪嚙合，在第一連接件的軸和第一U形連接塊的軸上分別安裝有角度傳感器。

本實用新型通過對X軸電機、Y軸電機和Z軸電機的旋轉角度控制，可實現外骨骼輔助患者實現踝關節背屈/跖屈、內翻/外翻和內旋/外旋三個自由度的分別運動及環繞的協同運動。這種結構與現有的踝關節外骨骼相比，擁有更多自由度的運動并且實現了環繞這一協同運動，其結構新穎，輕便靈巧，便于穿戴，控制方便，可以作為人體踝關節肌肉萎縮或者殘疾人士的醫療康復輔助器械。

附圖說明

圖1是三自由度踝關節輔助運動外骨骼結構示意圖；

圖2是三自由度踝關節輔助運動外骨骼結構俯視圖；

圖3是上、下圓環和環形齒輪連接示意圖。

具體實施方式

以下結合結構附圖進一步說明本實用新型。

參照附圖，本實用新型的三自由度踝關節輔助運動外骨骼，包括腳底板1，固定在腳底板前端的第一支架2，固定在腳底板后端的第二支架9，依次同軸疊置的上圓環14、環形齒輪7和下圓環13，上、下圓環14、13通過兩個帶軸的連接件15、18固定成相對于環形齒輪7轉動的整體，第一支架2和第二支架9分別通過軸承與兩個連接件15、18的軸連接，兩個連接件15、18的軸在X方向同軸，在環形齒輪7上固定有兩個帶軸的U形連接塊16、20，兩個小腿板支架5、6的一端分別通過軸承與兩個U形連接塊16、20的軸連接，兩個U形連接塊16、20的軸在Y軸方向同軸，兩個小腿板支架5、6的另一端與小腿板橫梁21相連，小腿板4與小腿板橫梁21固定，X軸電機19與第一諧波減速器8相連并固定在第二支架9上，Y軸電機17與第二諧波減速器3相連并固定在第一U形連接塊16上，Z軸電機及減速箱10通過Z軸電機支架11固定在上圓環14上，Z軸電機轉軸上固定有齒輪12，齒輪12與環形齒輪7嚙合，在第一連接件15的軸和第一U形連接塊20的軸上分別安裝有角度傳感器。

康復訓練時，將三自由度踝關節輔助運動外骨骼穿戴于患者的踝關節上，患者小腿固定于小腿板上，患者腳部固定于腳底板上，X軸電機將旋轉運動傳遞給第一諧波減速器，第一諧波減速器將旋轉運動傳遞給兩個連接件，由于兩個連接件固定在上、下圓環上，因此可實現腳底板相對于環形齒輪的X軸旋轉，即踝關節X軸方向的旋轉。

Y軸電機將旋轉運動傳遞給第二諧波減速器，第二諧波減速器將旋轉運動傳遞給兩個U形連接塊，由于兩個U形連接塊固定在環形齒輪上，因此可實現環形齒輪相對于小腿板的Y軸旋轉，即踝關節Y軸方向的旋轉。

Z軸電機將旋轉運動傳遞給齒輪，由于齒輪與環形齒輪嚙合，因此實現環形齒輪相對于上、下圓環的Z軸旋轉，即即踝關節Z軸方向的旋轉。

三自由度踝關節輔助運動外骨骼有三個自由度，通過安裝在連接件軸和U形連接塊軸上的角度傳感器獲取患者踝關節運動角度參數，對X軸電機、Y軸電機和Z軸電機的旋轉進行角度控制，可實現踝關節外骨骼腳底板相對于小腿板X軸、Y軸和Z軸旋轉角度的伺服控制，帶動患者進行踝關節的背屈/跖屈、內翻/外翻和內旋/外旋康復訓練。