[发明专利]一种柔性踝关节康复机器人系统

说明书

本发明公开了一种柔性踝关节康复机器人系统，执行模块通过鲍登线经小腿模块与脚部模块连接，小腿模块与脚部模块之间设置有测量鲍登线传输力的拉力模块；小腿模块上设置有小腿部陀螺仪，脚部模块上设置有脚部陀螺仪和压力鞋垫，压力鞋垫上设置有脚跟压力传感器和脚掌压力传感器，小腿部陀螺仪与脚部陀螺仪分别布置于用户小腿的正面和脚面上；压力鞋垫位于脚部模块内部，通过上位机向执行模块发送控制指令并接收传感反馈信息；执行模块将力矩通过鲍登线经小腿模块传递至脚部模块进而辅助踝关节运动；小脚部陀螺仪与脚部陀螺仪相互配合用于检测踝关节运动信息。本发明质量轻，达到针对足下垂与足内翻异常步态用户的步态训练功能。

技术领域

本发明属于医用康复训练设备技术领域，具体涉及一种柔性踝关节康复机器人系统。

背景技术

随着中国老龄化社会到来，脑卒中患者越来越多。脑卒中发病急，病死率高，是世界上最重要的致死性疾病之一，卒中的死亡率也有随年龄增长而上升的趋势。由于一直缺乏有效的治疗措施，脑卒中患者，往往在中风之后，一侧的肢体就会偏瘫。患侧下肢抗重力肌力弱，负重能力减弱，因此更多地依赖健侧下肢负重，表现为患侧单肢支撑期缩短，以至于形成一种不对称的步态。

在人体正常行走过程中，主要是由踝关节、膝关节和髋关节提供能量，其中又以踝关节做功占主要部分，因此，在卒中患者的步态康复中踝关节的康复十分重要。

踝关节康复主要有物理治疗，踝足矫形器和踝关节康复机器人等，传统的物理治疗主要依靠治疗师的经验，难以满足高强度、重复性训练的要求。踝足矫形器是一种外用在踝关节上的矫形塑料装置，这种设备会限制行走过程中的正常推进以及步态适应性的减弱。为了自动地、动态地促进脚踝的运动，近年来，人们发明了动力脚踝外骨骼，可以让步态异常的中风患者能够正常行走。但是刚性康复机器人比较笨重，舒适性差，不可避免地给穿戴者的下肢增加了大量的重量，导致缓慢而低效的步态。

卒中患者的异常步态康复中踝关节康复十分重要。目前，大多数踝关节康复机器人主要执行背屈和跖屈辅助足下垂患者，缺少足内翻矫正机构。卒中患者不仅具有足下垂还具有足内翻特征，因此亟需开展具有背屈辅助功能和内翻矫正机构的踝关节康复机器人的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性踝关节康复机器人系统，针对中风患者存在异常步态，患侧预承重期延长且存在足下垂与内翻异常步态，摆动期因足下垂造成足拖地现象，同时，刚性康复机器人大重量、缓慢低效的步态。因此，柔性的康复机器人质量轻，通过鲍登线的提拉实现患侧的辅助运动，经过重复步态行走训练最终实现用户的步态康复。

本发明采用以下技术方案：

一种柔性踝关节康复机器人系统，包括执行模块，执行模块通过鲍登线经小腿模块与脚部模块连接，小腿模块包裹在用户小腿上，小腿模块与脚部模块之间设置有拉力模块，拉力模块用于测量鲍登线的传输力；小腿模块上设置有小腿部陀螺仪，脚部模块上设置有脚部陀螺仪和压力鞋垫，压力鞋垫上设置有脚跟压力传感器和脚掌压力传感器，小腿部陀螺仪与脚部陀螺仪分别布置于用户小腿的正面和脚面上，用于检测踝关节转动角度；压力鞋垫位于脚部模块内部并为执行模块提供辅助信号，执行模块与上位机连接，通过上位机向执行模块发送控制指令并接收传感反馈信息；执行模块将力矩通过鲍登线经小腿模块传递至脚部模块进而辅助踝关节运动；小脚部陀螺仪与脚部陀螺仪相互配合用于检测踝关节运动信息。

具体的，执行模块包括底板，底板上设置有电机驱动机构、限位机构、预紧机构、电机驱动器、直流电源和单片机，鲍登线经电机驱动机构依次连接限位机构和预紧机构后与脚部模块连接，单片机通过电机驱动器控制电机驱动机构产生力矩并接收限位机构与电机驱动机构传感信息，单片机和电机驱动器分别连接直流电源。

进一步的，电机驱动机构和限位机构之间以及限位机构和预紧机构之间均设置鲍登线的外软壳。