一種六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可穿戴式腳踝康復醫療機器人，屬于康復醫療機器人領域。
【背景技術】
[0002]腳踝扭傷是一種十分常見的體育傷病，當腳踝或足部因為翻轉、扭傷或受到過大外力時，踝關節周圍的韌帶也會受到過度拉伸或被撕裂。當扭傷嚴重時，在康復的過程需要進行腳踝靈活性訓練，即讓踝關節在一定范圍內進行運動。目前，在中國腳踝康復訓練主要靠醫師用手對患者腳踝部位以一定的方向和速度反復轉動，醫療的過程也主要由醫師的經驗來把握。然而，醫師數量有限而患者較多時便不易使所有患者都得到及時的康復訓練，此時如果借助醫療機械進行康復便有很大希望提高康復的效率和效果。隨著醫療機械的不斷發展，很多研究者利用機械學、力學、電磁學、機器人學等學科的研究成果，結合醫學理論設計出新的康復訓練方法。康復醫療機器人作為一種自動化康復醫療設備可以幫助患者進行科學而有效的康復訓練來恢復其損傷部位的運動機能。目前國內針對腳踝康復的已有一些專利成果，而這些成果均有一定地局限性，如能夠運動的自由度較少、模擬醫師治療過程能力不足、固定不夠平穩、穿戴不夠舒適等。
【發明內容】
[0003]發明主要針對于腳踝扭傷患者，并基于六自由度并聯機構，結合機器人學、人體運動學、人機工程學等理論進行機械設計，提出一種具有多自由度訓練方向、多模態訓練形式、穿戴式的腳踝康復醫療機器人。
[0004]為了達到上述目的，本發明提出方案如下:
[0005]本發明六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人的機械結構包括上平臺(定平臺)、下平臺(動平臺)、底座、缸(氣動缸、液壓缸或電動缸)。上平臺由中心套筒和外側剛性結構固連而組成，通過穿戴固定在患者腿部；下平臺與鞋固定相連，通過穿戴固定患者的腳部；六個缸分別通過虎克鉸和球鉸與上、下平臺相連接；底座上端的長槽與上平臺周圍的滑塊滑動連接，底座中心的凸臺與下平臺中心底部以球鉸連接；六個缸的伸縮由計算機系統通過人機操作界面進行控制。可以實現的效果有:可使腳踝向各個方向轉動、可穿戴(固定患者腿部和腳部)、可根據患者的腿長調整下平臺高度。本發明主要組成部分及各組成部分功能如下:
[0006]1)上平臺(定平臺):將患者腿部通過穿戴與醫療機器人固定。
[0007]2)下平臺(動平臺):與患者扭傷腳所穿的鞋固定相連，通過穿戴固定患者的扭傷腳。
[0008]3)底座:調整上平臺的高度來適合患者的腿長；通過一個球鉸連接限制下平臺只能圍繞球鉸轉動。
[0009]4)缸(氣動缸、液壓缸或電動缸):以六個虎克鉸與上平臺連接，以六個球鉸與下平臺連接，通過活塞桿的伸縮控制下平臺相對于上平臺的運動。
[0010]5)計算機控制與采集系統:由計算機系統通過人機操作界面對六個缸的活塞桿的伸縮運動進行控制與采集，進一步對下平臺的運動進行控制與采集。
【附圖說明】
[0011]圖1:本發明的結構示意圖。
[0012]圖2:本發明上/下平臺的虎克鉸/球鉸分布示意圖。
[0013]圖3:本發明的實物模擬圖。
[0014]圖4、圖5:本發明的使用模擬圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的說明。
[0016]本發明具體方案:
[0017]上平臺由中心套筒和外側剛性結構固連而組成，套筒的材質柔軟而有彈性，通過穿戴固定在患者腿部，底座邊緣有三條垂直向上伸展的條狀固定模塊，所述固定模塊的上部具有凹槽，剛性結構的外端有三個滑塊嵌于固定模塊上部的三個凹槽，使上平臺可以上下滑動，以調整上平臺的高度，并可以通過螺釘將上平臺固定于某一高度上。上平臺的頂部與六個(三對)缸的缸筒一端各以一個虎克鉸連接，上平臺中三對虎克鉸的位置以120°旋轉對稱分布，每對虎克鉸的位置相對上平臺中心約有30°的夾角。
[0018]下平臺與六個(三對)缸的活塞桿一端各以一個球鉸連接，下平臺中三對球鉸的位置以120°旋轉對稱分布，每對虎克鉸的位置相對下平臺中心約有30°的夾角。下平臺與鞋固定相連，通過穿戴固定患者的腳部。
[0019]底座中心有一凸臺，該凸臺與下平臺中心底部以球鉸連接；所述底座上端的長槽與上平臺周圍的滑塊滑動連接，根據患者的腿長可調整上平臺的高度，并可以通過螺釘將上平臺與底座固定。
[0020]對于六個缸，每個缸的兩端分別與一個球鉸和一個虎克鉸相連。具體來說如附圖中圖2所示，缸1與球鉸1和虎克鉸1相連，缸2與球鉸2和虎克鉸2相連，缸，3與球鉸3和虎克鉸3相連，缸，4與球鉸4和虎克鉸4相連，缸，5與球鉸5和虎克鉸5相連，缸，6與球鉸6和虎克鉸6相連。
[0021]計算機控制與采集系統，可用于控制所述六套缸的伸縮，并且可采集記錄缸的運動過程，將采集到的運動過程信息存檔到數據庫文件中，之后能夠根據所述數據庫文件控制缸的伸縮，從而復現缸的運動過程。
[0022]六個缸的伸縮由計算機系統通過人機操作界面進行控制，可以完成對缸的伸縮的主動加載控制(直接控制缸的運動來使患者腳踝轉動)、被動加載信息采集(醫師對患者腳踝進行轉動時，計算機記錄每個缸的運動過程)、對采集的信息進行主動復現控制(復現所記錄的每個缸的運動過程以模擬醫師的治療過程)。
[0023]本發明工作原理如下:
[0024]使用本發明時，先將患者腿部從套筒中伸入固定在腿部，調節上平臺的高度將患者穿戴的鞋固定在下平臺上，位置調整合適之后，通過螺釘將上平臺和底座固定。由醫師根據腳踝康復醫療過程轉動患者腳踝，醫療機器人的6個缸保持隨動狀態，并通過計算機采集并存儲每個缸的運動過程。將整個過程采集完畢之后，根據采集到的信息對6個缸進行主動加載，復現下平臺的轉動過程，實現對醫師康復醫療過程的模擬。通過調節缸的加載頻率可以調節醫療過中轉動速度的快慢。再次使用時，可以直接根據已存檔的文件直接進行康復醫療。
【主權項】
1.一種六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人，其特征在于:該機器人包括上平臺、下平臺、底座、六套缸和計算機控制與采集系統，其中 上平臺由中心套筒和外側剛性結構固連而組成，套筒的材質柔軟而有彈性，套在患者腿部并固定； 下平臺與患者的鞋固定相連，從而固定患者的腳部； 底座中心設置有一個凸臺，該凸臺與下平臺中心底部以球鉸連接；所述底座邊緣有三條垂直向上伸展的條狀固定模塊，所述固定模塊的上部具有凹槽，所述上平臺的剛性結構外端有三個滑塊，每個滑塊嵌入一個所述凹槽，使得上平臺可以上下滑動，從而調整上平臺的高度，調整完畢后使用螺釘將上平臺固定于某一高度上； 每套缸的缸筒的一端通過虎克鉸與上平臺連接，每套缸的活塞桿的另一端分別通過球鉸與下平臺連接，通過活塞桿的伸縮控制下平臺相對于上平臺的運動。 計算機控制與采集系統，可用于控制所述六套缸的伸縮，并且可采集記錄缸的運動過程，將采集到的運動過程信息存檔到數據庫文件中，之后能夠根據所述數據庫文件控制缸的伸縮，從而復現缸的運動過程。2.根據權利要求1所述的六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人，其特征在于:上平臺的頂部與六套缸的缸筒一端各以一個虎克鉸連接，六個虎克鉸分成三對，每對虎克鉸相對上平臺中心間隔30°夾角，三對虎克鉸的位置以120°旋轉對稱分布。3.根據權利要求1-2任一項所述的六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人，其特征在于:所述下平臺與六套缸的活塞桿的一端各以一個球鉸連接，六個球鉸分成三對，每對球鉸相對下平臺中心間隔30°夾角，三對球鉸的位置以120°旋轉對稱分布。4.根據權利要求1-3任一項所述的六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人，其中所述缸是氣動缸、液壓缸或電動缸。5.根據權利要求1所述的腳踝康復醫療機器人，其特征在于:在醫生根據腳踝康復醫療過程轉動患者腳踝時，所述六套缸保持隨動狀態，所述計算機控制與采集系統采集并存儲每套缸的運動過程。在所述腳踝康復醫療過程完成后，所述計算機控制與采集系統根據存儲的運動過程控制三套缸的運動，復現下平臺的轉動過程。6.根據權利要求5所述的腳踝康復醫療機器人，其中在復現下平臺的轉動過程時，所述計算機控制與采集系統可以調節轉動速度的快慢。
【專利摘要】本發明公開了一種六自由度可穿戴式腳踝康復醫療機器人，包括上平臺、下平臺、底座、缸。上平臺由中心套筒和外側剛性結構固連而組成，通過穿戴固定在患者腿部；下平臺與鞋固定相連，通過穿戴固定患者的腳部；六個缸分別通過虎克鉸和球鉸與上、下平臺相連接；底座上端的長槽與上平臺周圍的滑塊滑動連接，底座中心的凸臺與下平臺中心底部以球鉸連接；六個缸的伸縮由計算機系統通過人機操作界面進行控制。該機器人可使腳踝向各個方向轉動、可穿戴、可根據患者的腿長調整下平臺高度，有利于患者腳踝康復。
【IPC分類】A61H1/02
【公開號】CN105250113
【申請號】CN201510405101
【發明人】楊熾夫
【申請人】哈爾濱天愈康復醫療機器人有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月10日