[發明專利]一種踝關節康復機器人的尺寸參數確定方法

在審

• 申請號: 202010078191.9
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111096871A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 陳國強;楚子鑫;康件麗
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;B25J11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種踝關節康復機器人的尺寸參數確定方法，所述康復機器人采用3?PRS并聯機構，確定尺寸參數時，采用最優化方法，以所述康復機器人的體積最小為優化目標，目標函數為所述康復機器人的最小外接圓柱體的體積，所述最小外接圓柱體的軸線與所述3?PRS并聯機構的立柱平行。通過最優化方法確定尺寸參數，從而在保證功能的前提下減小康復機器人的體積。本發明對于踝關節康復機器人的快速設計、分析優化，促進其在醫療康復領域的廣泛應用，具有重要的實用價值。

技術領域

本發明涉及輔助醫療康復訓練機器人領域，特別是一種踝關節康復機器人的尺寸參數確定方法。

背景技術

康復機器人作為醫療機器人的一個重要分支，它的研究貫穿了康復醫學、生物力學、機械學、機械力學、電子學、材料學、計算機科學以及機器人學等諸多領域，已經成為了機器人領域的一個研究熱點。目前，康復機器人已經廣泛地應用到康復護理、假肢和康復治療等方面，這不僅促進了康復醫學的發展，也帶動了相關領域的新技術的開發。

踝關節扭傷較常見，多由間接外力所致。如行走時踏入凹處使踝關節突然內翻、內收，即可損傷外側副韌帶，嚴重者，可使踝關節骨折。治療不及時或不徹底，日后會反復扭傷，以致影響關節功能。目前針對踝關節的康復訓練，大都是請專業治療師來指定康復方案，但由于患者相對于治療師的比例越來越高，這就造成了治療師的數量不足、工作強度大、無法很好掌握患者康復信息等問題。踝關節康復治療的重復性和單調性使得機器人成為人工操作的一個有吸引力的替代品。此外，與治療相關的傳感器數據可以被收集并處理成有用的信息，以幫助治療師更客觀地評估和治療損傷。因此，踝關節康復機器人的需求應運而生，利用康復機器人來代替治療師對患者進行踝關節不同角度的康復訓練（尤其是被動康復訓練）就顯得尤為迫切了。然而，現有的踝關節康復訓練設備結構過于復雜，工作空間小，成本較高，設計方法通用性不強。

發明內容

為了克服現有的踝關節康復訓練設備結構過于復雜、工作空間小、成本較高、設計方法通用性不強等問題，本發明提供了一種踝關節康復機器人的尺寸參數確定方法，通過最優化方法確定尺寸參數，從而在保證功能的前提下減小康復機器人的體積。本發明對于踝關節康復機器人的快速設計、分析優化，促進其在醫療康復領域的廣泛應用，具有重要的學術意義與實用價值。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下所描述：

一種踝關節康復機器人的尺寸參數確定方法，所述康復機器人采用3-PRS并聯機構，確定尺寸參數時，采用最優化方法，以所述康復機器人的體積最小為優化目標，

目標函數為所述康復機器人的最小外接圓柱體的體積，所述最小外接圓柱體的軸線與所述3-PRS并聯機構的立柱平行。

進一步，所述最小外接圓柱體指的是所述康復機器人工作狀態下的最小外接圓柱體。

再進一步， 最優化時，所述康復機器人的兩個旋轉自由度必須滿足跖屈/背屈運動和內翻/外翻運動的范圍要求；即兩個旋轉自由度的范圍分別不小于跖屈/背屈運動和內翻/外翻運動的范圍。

更進一步，所述最小外接圓柱體的半徑確定方法是：將所述康復機器人在所有可能位姿下所有組成部件在水平面投影，以投影的最小外接圓半徑作為最小外接圓柱體的半徑。

本發明具有的有益效果是：

(1)本發明的踝關節康復機器人采用3-PRS并聯結構，剛度質量比大，動態性能優越，運動精度高。

(2)本發明提供的尺寸參數確定方法，在保證有較大工作空間的基礎上，縮小了機構的占用空間，減小機構重量，縮減成本，便于存放和搬運。

(3)本發明提供的尺寸參數確定方法，通用性強，可以應用到其他類似康復訓練設備的優化設計。

附圖說明

圖1為踝關節運動示意圖；