[发明专利]一种踝足康复仪

摘要

本发明涉及一种踝足康复仪，其机械结构系统包括：根据人体工程学设计的类假肢固定装置；小腿后挡板、带有伺服电机和控制器的小腿前挡板、金属铰链、足穿戴部分、角度传感器、足传感部分、铰链、螺帽、螺杆、万向联轴器；所涉及的控制系统包括：基于人足部运动的路径规划系统；用于同外界环境交互的传感器系统；控制伺服电机的伺服控制系统；具体为包括足部运动规划模块，位置控制模块、速度控制模块、电流控制模块、位置采样模块，这些装置结合在一起，可以很好的进行工作。电机械控制机械携带方便，并且相对于控制气动肌肉要容易，并且稳定性和准确性要高得多。该踝足康复仪帮助步态有问题的患者行走，并且训练他们早日康复。

主权项

一种踝足康复仪，其特征在于：机械结构部件包括：小腿后挡板(1)、带有伺服电机(12)和控制器的小腿前挡板(3)、金属铰链(5)、足穿戴部分(9)、角度传感器(4)、足传感部分(11)、铰链(10)、螺帽(8)、螺杆(7)、万向联轴器(6)；机械连接关系为：小腿后挡板(1)以及带有伺服电机(12)和控制器的小腿前挡板(3)构成了小腿穿戴部分，通过金属铰链(5)与足穿戴部分(9)相连接，金属铰链(5)上固连有角度传感器(4)；在足穿戴部分(9)的底端，分别分布有一个或一个以上的力传感器，这构成了足传感部分，螺帽(8)和螺杆(7)构成一个丝杠螺纹副结构，足穿戴部分的两侧通过相应的铰链(10)与丝杠螺纹副结构中的螺帽(8)固连，螺杆通过万向联轴器(6)与小腿前挡板中的伺服电机(12)相连接；控制器中包括足部运动规划模块，位置控制模块、速度控制模块、电流控制模块、位置采样模块；足部运动规划模块指预先根据经验或实验数据设定好足部恢复指标，并组成的数据库，放入足部运动规划模块以供调用；位置控制模块指将足部运动规划模块内的足部恢复指标通过微分处理计算出理想中的足部恢复位置指标与实际足部恢复或移动的位置指标的差异；速度控制模块指当位置控制模块确定需要移动的位置并将其传给速度控制模块，由它通过微分处理计算将其分解成每一等分时间位 置所需要的平均速度，并结合恢复人本身的情况，决定需要移动的位置所需要的速度；电流控制模块指为了防止电流输出时对人体的伤害，设电流控制门限，在门限之内，为电流值正常，则驱动恢复踝足康复仪进行工作，如果在门限之外一次，则暂停踝足康复仪工作，再测，连续三次超过门限之外，则认为踝足康复仪可能产生故障，向踝足康复仪发出停止命令；位置采样模块，接受力传感器和角度传感器传来的信号，并发给位置控制模块或速度控制模块；连接关系：足部运动规划模块与位置采样模块和位置控制模块相连，位置控制模块与位置采样模块又与速度控制模块相连，同时，速度控制模块又和电流控制模块和踝足康复仪的伺服电机(12)相连，位置采样模块与传感器相连；控制器内的工作过程以及驱动踝足康复仪机械部分的关系：步骤一：当踝足康复仪开始工作时，位置采样模块通过力传感器和角度传感器将相关数据传给位置控制模块，同时，足部运动规划模块将设定好的相关恢复数据也传给位置控制模块，在位置控制模块进行对比分析，算出两者之间的差距，并将该差距传给速度控制模块；步骤二：速度控制模块将该差距换算成等分时间内的平均速度，并根据预先植入该模块的实际需要，确定实际需要的速度值，步骤三，当速度控制模块将实际需要的速度值作为电流形式输出给伺服电机之前，经过电流控制模块进行监测； 步骤四，在电流控制模块的门限值的约束下，如果符合门限值的要求，则可传给伺服电机驱动踝足康复仪进行位置移动，如果不符合门限值的要求，则不传给伺服电机，当电流控制模块三次监测电流都超过门限值的要求，则认为系统出现故障，停止进一步的操作；步骤五，踝足康复仪一旦进行位置移动，位置采样模块从传感器中得到相关数据，并以每一毫秒一次不间断的将相关数据发给速度控制模块，来调节位置移动的速度，此外，位置采样模块中的时钟开始记录发出次数，累计到设定次数后，将最后一次的采样结果在发给速度控制模块的同时，发给位置控制模块，用来进一步校正足部运动规划数据与位置采样数据之间的差距，如此循环往复，直到足部运动规划数据与位置采样数据之间的没有差距为止；机械工作过程：它通过金属铰链(5)与足穿戴部分(9)相连接，金属铰链(5)上固连有角度传感器(4)，角度传感器(4)可以实时检测人行走时小腿与足的角度和角速度；足穿戴部分(9)通过铰链(10)与螺帽(8)固连，螺帽(8)和螺杆(7)构成了一个丝杠螺纹副结构，该螺纹副结构可以把螺杆(7)的旋转运动转化成螺帽(8)的上下平移运动；螺杆(7)通过万向联轴器(6)与伺服电机(12)相连接；这样控制器可以控制伺服电机(12)的转动，伺服电动(12)的转动通过万向联轴器(6)转化为螺杆(7)的转动，螺杆(7)的转动通过螺杆(7)螺帽(8)的螺纹副转化为螺帽(8)的上下移动，从而达到控制目的。