[发明专利]一种踝关节康复装置

说明书

技术领域

本发明涉及康复医疗器械领域，特别涉及一种用于对踝关节创伤后的患者进行康复训练治疗的冗余驱动的踝关节康复装置。

背景技术

踝关节是人体主要承重结构之一，在人体站立和行走时承担着身体全部的重量。特别是奔跑、跳跃和身体负重的时候，踝关节承受着巨大的载荷和冲击，故其关节损伤或扭伤在日常生活中最为常见。踝关节损伤后，一旦得不到合理的治疗和恢复将形成创伤性关节炎，会造成踝关节长期疼瘸、功能障碍等症状，从而影响工作和生活。相关临床医学证明，正确的、科学的踝关节康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用，不仅能够维持关节活动度、防止关节挛缩和粘连，而且能够明显提高患者运动功能的最终康复程度。

现有的踝关节康复训练装置通常只有1到2个自由度，功能少，康复训练模式单一。为实现踝关节多个自由度的复杂运动，美国新泽西州的大学的Girone等研制出6自由度基于气动伺服系统控制的Stewart机构的Rutgers Ankle踝关节康复系统，但该装置存在着机构复杂，自由度数多以及需要配置独立气源等缺点。另外踝关节康复时，可忽略其微小的移动自由度。为此，戴建生和赵铁石提出了具有被动约束支链的三和四个自由度3-SPS/S，3-SPS/SP踝关节康复并联机构。中国专利申请号200810052248.7的专利文件中也公开了一种三自由度3-RSS/S踝关节康复并联机构。但上述两种机构存在同样一个问题，即机构与踝关节的转动中心没有相互重合，导致小腿跟随踝关节一起进行运动，降低了患者训练时的舒适度。为解决并联机构工作空间内存在奇异的问题，英国伦敦国王学院的Saglia等提出了二自由度3-SPS/U冗余驱动踝关节康复机构，但也存在转动中心不相重合的问题。另外，奥克兰大学Tsoi等也提出了一种三自由度冗余驱动4-UPS/S踝关节康复机器人，虽然能够实现以踝关节为转动中心的康复训练，但患者的下肢会受到其他方向的作用力，影响康复效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有冗余驱动特性的三自由度3-RUS/RRR踝关节康复装置，该装置可实现踝关节背屈/跖屈，内翻/外翻，内旋/外旋等三个方向的转动；可根据不同的患者调整平台到转动中心的距离，使机构与踝关节的转动中心相重合；采用了冗余驱动布置方案，在消除工作空间内奇异和避免额外杆件之间干涉的同时，还具有上下两个平台实现可重构特性，增加系统的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种踝关节康复装置，包括基座、动平台、主动支链和约束支链；所述基座包括底座和支撑平台，所述支撑平台通过支撑杆固定在底座上；所述底座上固设有第四电机，所述支撑平台上固设有第一电机、第二电机和第三电机；所述约束支链可转动的设置在基座上，所述约束支链包括承重平台、左支撑连杆、右支撑连杆和弧形连杆，所述承重平台的两端固设有左支撑连杆和右支撑连杆，所述左支撑连杆和右支撑连杆呈匹配对称设置，所述左支撑连杆的上端和右支撑连杆的上端分别通过转动副与弧形连杆的两端连接，所述承重平台套设在支撑杆上，所述承重平台与第四电机的转轴锥齿轮啮合；所述主动支链包括第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链为并列的RUS支链；所述弧形连杆的中间通过转动副与动平台连接，所述第一主动支链的上端、第二主动支链的上端和第三主动支链的上端分别通过球面副与动平台连接，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链上还分别设有虎克副，所述第一主动支链的下端、第二主动支链的下端和第三主动支链的下端分别与所述第一电机、第二电机和第三电机的转轴连接。

进一步地，所述动平台包括上平台和下平台，所述下平台通过螺旋机构与上平台连接。

进一步地，所述第一主动支链包括依次连接的第一轴承座、第一连杆A、第一U型连接件A、第一连杆B、第一U型连接件B和第一连杆C；所述第一轴承座与下平台固接，所述第一连杆C与第一电机连接；所述第一U型连接件A、第一连杆B、第一连杆A和第一轴承座组成复合球面副，所述第一U型连接件B、第一连杆B和第一连杆C组成虎克副，所述第一连杆C与第一电机组成转动副。

进一步地，所述第二主动支链包括依次连接的第二轴承座、第二连杆A、第二U型连接件A、第二连杆B、第二U型连接件B和第二连杆C；所述第二轴承座与下平台固接，所述第二连杆C与第二电机连接；所述第二U型连接件A与第二连杆B、第二连杆A、第二轴承座组成复合球面副，所述第二U型连接件B与第二连杆B、第二连杆C组成虎克副，所述第二连杆C与第二电机组成转动副。