[發明專利]踝關節機械阻抗檢測裝置

有效

• 申請號: 201810116352.1
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108354608B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 龐牧野;孫成;熊仁杰;曹雨陽;向馗
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107;A61B5/00;B25J19/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;萬仲達

一種踝關節機械阻抗檢測裝置，包括激振組件；激振組件包括激振電機和激振軸，激振軸吊裝在框架頂部一側,激振電機裝在框架上，激振軸由激振電機驅動；踏板組件包括踏板軸，踏板軸吊裝在框架頂部另一側，兩個懸臂上端固定吊裝在踏板軸和激振軸上，兩個懸臂下端安裝在底板兩側；彈性組件包括第一圓盤，第一圓盤固定套在踏板軸上，第二圓盤可自轉地套在踏板軸外端上，扭簧套裝在踏板軸上且扭簧兩端分別與第一圓盤和第二圓盤相連；驅動組件包括驅動軸，驅動軸與踏板軸同軸吊裝在框架上，驅動軸一端固定插裝在第二圓盤內，驅動軸另一端裝有同步輪，驅動電機裝在框架上，驅動電機輸出端通過同步帶與同步輪傳動連接。適用于踝關節機械阻抗檢測。

技術領域

本發明涉及一種踝關節檢測裝置，特別涉及一種踝關節機械阻抗檢測裝置。

背景技術

踝關節的機械阻抗是踝關節機械剛度、阻尼及慣性量的統稱，它是一種從時變角度到時變力矩的映射。踝關節機械阻抗特征與肌肉的力學特性和神經調節有關，可用于人體踝關節健康狀況的評價，也可作為機器人踝關節設計時的性能指標。

踝關節在被動和主動狀態下的機械阻抗特征又有明顯不同。被動機械阻抗是人體小腿肌肉處于放松狀態下，踝關節所表現出的角度與力矩的關系；主動機械阻抗是人體小腿肌肉主動激活時，踝關節所展現出的角度與力矩的關系；這樣，測量時，只需測出踝關節的角度變化和力矩變化即可。研究表明踝關節機械阻抗模型能近似成一個二階系統模型，然而模型的參數因個體的差異并不具有普遍適用性。目前，為滿足對踝關節機械阻抗的檢測要求，現有的踝關節機械阻抗檢測裝置大多結構復雜且成本高。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種踝關節機械阻抗檢測裝置。

為了實現以上目的，本發明提供的一種踝關節機械阻抗檢測裝置，包括：框架、驅動組件、彈性組件、踏板組件和激振組件；其中，所述激振組件包括激振電機和激振軸，所述激振軸可自轉地吊裝在所述框架的頂部一側,所述激振電機安裝在所述框架上對應所述激振軸的位置，所述激振軸由所述激振電機驅動；所述踏板組件包括一塊底板、兩個懸臂和一根踏板軸，所述踏板軸可自轉地吊裝在所述框架的頂部另一側，所述兩個懸臂的上端分別固定吊裝在所述踏板軸和所述激振軸上，所述兩個懸臂的下端分別安裝在所述底板的兩側；所述彈性組件包括第一圓盤、扭簧和第二圓盤，所述第一圓盤固定套裝在所述踏板軸上，所述第二圓盤可自轉地套裝在所述踏板軸的外端上，所述扭簧套裝在所述踏板軸上且所述扭簧的兩端分別與所述第一圓盤和所述第二圓盤相連；所述驅動組件包括驅動電機、同步帶、同步輪和驅動軸，所述驅動軸可自轉地吊裝在所述框架的頂部對應所述踏板軸外端的位置，且所述驅動軸與所述踏板軸同軸布置，所述驅動軸的一端固定插裝在所述第二圓盤內，所述驅動軸的另一端裝有所述同步輪，所述驅動電機安裝在所述框架上，所述驅動電機的輸出端通過所述同步帶與所述同步輪傳動連接。

本裝置首先由驅動電機通過同步帶和同步輪帶動驅動軸轉動，再由驅動軸通過彈性組件帶動底板旋轉至預設角度后鎖定其位置，以便于之后的擾動檢測，此時，可測出激振軸或踏板軸的轉動角度，再通過該轉動角度和扭簧的彈性模量即可測算出力矩；然后由激振電機通過激振軸為底板提供擾動力矩，該擾動力矩可由激振電機的控制器輸出的實時電流、電壓和轉速信息來獲取，同時可測出激振軸或踏板軸的轉動角度，由此可見，本裝置完全可滿足對踝關節機械阻抗的檢測要求，且結構簡單，成本低且操作方便簡單。另外，彈性組件的使用，為踝關節提供了一個大范圍的靜態輸出力矩，大幅減小了提供隨機擾動所需的力矩負擔。而且，驅動電機與激振電機的配合使用降低了測量對電機性能的要求，降低了成本。

在上述方案中，所述激振軸上安裝有用于測量所述激振軸轉動角度的第一盤式編碼器。加設的第一盤式編碼器方便了測量激振軸的轉動角度。

在上述方案中，所述驅動軸上安裝有用于測量所述驅動軸轉動角度的第二盤式編碼器。加設的第二盤式編碼器方便了測量驅動軸的轉動角度。