[发明专利]并联式多自由度假肢外骨骼踝关节

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种康复工程技术领域的装置，具体是一种并联式多自由度假肢外骨骼踝关节。

背景技术

近年来，由于交通事故、体育事故、工伤、战争等意外事故和人口老龄化造成的肢体残疾人的数量呈逐年增长趋势。在共建和谐社会的进程中，残疾人的身体身心健康得到了全社会的广泛关注，目前对病人进行康复训练的医疗设备的类型已有很多种。针对下肢残疾和瘫痪病人，传统的康复工具有拐杖、轮椅和假肢，这三种类型均为被动式的康复设备，病人使用不够方便，有时还需其他人帮助，假肢也得到了应用，但是在病人身上安装假肢首先需要截肢，许多患者从心理上难以接收。外骨骼假肢突破了传统康复工具的一般思路，将机器人主动控制技术和假肢“助走”技术相结合，通过设计灵巧的外骨骼假肢，佩戴于肢体残疾人身上进行步态康复训练。

目前在人体下肢步行外骨骼设计中，均采用串联机构构成髋关节、膝关节和踝关节。由于串联机构具有误差积累和放大效应，使得外骨骼假肢控制不稳定，甚至产生随机振动，不利于病人康复训练，达不到人体下肢正常步态行走的目的。同时，从生理学和人体康复医学的角度来看，人体下肢髋关节具有三个自由度，能在三个面上活动，实现前屈、后伸、外展、内收、内旋和外旋六种动作；膝关节除了前伸、后屈的单自由度转动外，和小腿结合还可以实现内旋、外旋运动；踝关节具有两个自由度，可实现背屈、跖屈、内翻、外翻运动，明显，串联机构一般为单自由度机构，很难满足人体如此复杂的运动要求。因此，为了实现对外骨骼假肢的稳定性控制，从仿生学上角度达到人体关节多运动动作的目的，设计多自由度的单关节外骨骼机构极具发展前景。

并联机构形式多样，一般3自由度并联机构包括3-RPS并联机构，即由3个运动链同时将运动平台联到机架，每个分支由一个转动副R，一个移动副P和一个球面副S组成串联运动链。一般情况，中间的移动副的轴线可以不与下面的转动副的轴线正交，机构的3个基面转动副的轴线是关于中心呈切向分布的，上下平台是两个等边三角形。分析3-RPS并联机构的特点可知，通过改变三驱动杆的杆长，动平台可实现绕x轴和y轴的转动，同时还能实现沿z轴的平移，该机构的转动中心位于动平台上。并联机构以其特有的特点和优势已在工业生产中有一定的应用，但在机器人领域还鲜有应用。

经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利申请号为200410053695.6，专利名称为“一种可穿戴式的下肢步行外骨骼”，该外骨骼是由腰部支撑、髋部四杆机构、膝盖四杆机构、脚踝四杆机构和足底支撑依次串连构成，均由液压缸驱动机构运动，不可避免该串联式外骨骼机构具有以上分析的很多缺点，同时由于采用液压缸驱动，需要提供液压源，机构定位精度不高，在实际运用中很难达到稳定控制的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种并联式多自由度假肢外骨骼踝关节，使其将并联机构引入外骨骼关节设计中，并用于患者进行关节康复训练，该并联关节不仅完全实现踝关节两个自由度转动的要求，而且控制技术成熟，机构简单，实现方便。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：上平台、下平台、足底支撑板、第一主动支链导杆、第二主动支链导杆、第三主动支链导杆、仿人腿外套，其中：第一主动支链导杆、第二主动支链导杆、第三主动支链导杆的一端均与上平台活动连接，第一主动支链导杆、第二主动支链导杆、第三主动支链导杆的另一端均与下平台活动连接，足底支撑板由其两边的挡板和下平台固定连接，仿人腿外套与上平台固定连接。