專利名稱：一種三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼，具體說是一種具有三 自由度，可實現(xiàn)對人體踝關(guān)節(jié)背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻和內(nèi)旋/外旋三自由度運 動的輔助醫(yī)療裝置。
背景技術(shù)：
外骨骼技術(shù)是一種新型的人機智能系統(tǒng)控制技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于機器人 的主從控制，肢殘病人的醫(yī)療康復(fù)輔助器械。對于癱瘓、肢殘病人傳統(tǒng)的康 復(fù)手段需理療師"手把手"進行，消耗了大量的時間與體力，并且無法保證充 足的訓(xùn)練時間和足夠的訓(xùn)練強度?，F(xiàn)有的一些踝關(guān)節(jié)外骨骼大多只有單個自 由度，無法滿足訓(xùn)練多樣性的要求。而本實用新型具有三自由度可實現(xiàn)踝關(guān) 節(jié)所有的運動形式，并且可記錄訓(xùn)練參數(shù)(運動軌跡、速度、強度，時間等)， 使訓(xùn)練過程定性定量，從而可得到客觀定量的康復(fù)評價指標(biāo)，利于治療方案 的確定和改進，并且可開展對患者神經(jīng)康復(fù)規(guī)律的深入研究。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設(shè)計一種具有三個自由度的可穿戴式柔性外骨骼 踝關(guān)節(jié)輔助康復(fù)運動醫(yī)療設(shè)備。
本實用新型的三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼，包括腳底板，固定在腳 底板前端的第一支架，固定在腳底板后端的第二支架，依次同軸疊置的上圓 環(huán)、環(huán)形齒輪和下圓環(huán)，上、下圓環(huán)通過兩個帶軸的連接件固定成相對于環(huán) 形齒輪轉(zhuǎn)動的整體，第一支架和第二支架分別通過軸承與兩個連接件的軸連
接，兩個連接件的軸在x方向同軸，在環(huán)形齒輪上固定有兩個帶軸的u形 連接塊，兩個小腿板支架的一端分別通過軸承與兩個u形連接塊的軸連接，
兩個U形連接塊的軸在Y軸方向同軸，兩個小腿板支架的另一端與小腿板 橫梁相連，小腿板與小腿板橫梁固定，X軸電機與第一諧波減速器相連并固 定在第二支架上，Y軸電機與第二諧波減速器相連并固定在第一 U形連接塊 上，Z軸電機及減速箱通過Z軸電機支架固定在上圓環(huán)上，Z軸電機轉(zhuǎn)軸上 固定有齒輪，齒輪與環(huán)形齒輪嚙合，在第一連接件的軸和第一U形連接塊的 軸上分別安裝有角度傳感器。
本實用新型通過對X軸電機、Y軸電機和Z軸電機的旋轉(zhuǎn)角度控制，可實
現(xiàn)外骨骼輔助患者實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻和內(nèi)旋/外旋三個自由度的分別運動及環(huán)繞的協(xié)同運動。這種結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的踝關(guān)節(jié)外骨骼相比，擁有更多自 由度的運動并且實現(xiàn)了環(huán)繞這一協(xié)同運動，其結(jié)構(gòu)新穎，輕便靈巧，便于穿戴， 控制方便，可以作為人體踝關(guān)節(jié)肌肉萎縮或者殘疾人士的醫(yī)療康復(fù)輔助器械。

圖1是三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖3是上、下圓環(huán)和環(huán)形齒輪連接示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合結(jié)構(gòu)附圖進一步說明本實用新型。
參照附圖，本實用新型的三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼，包括腳底板 1，固定在腳底板前端的第一支架2，固定在腳底板后端的第二支架9，依次 同軸疊置的上圓環(huán)14、環(huán)形齒輪7和下圓環(huán)13，上、下圓環(huán)14、 13通過兩 個帶軸的連接件15、 18固定成相對于環(huán)形齒輪7轉(zhuǎn)動的整體，第一支架2 和第二支架9分別通過軸承與兩個連接件15、 18的軸連接，兩個連接件15、 18的軸在X方向同軸，在環(huán)形齒輪7上固定有兩個帶軸的U形連接塊16、 20，兩個小腿板支架5、 6的一端分別通過軸承與兩個U形連接塊16、 20 的軸連接，兩個U形連接塊16、 20的軸在Y軸方向同軸，兩個小腿板支架 5、 6的另一端與小腿板橫梁21相連，小腿板4與小腿板橫梁21固定，X軸 電機19與第一諧波減速器8相連并固定在第二支架9上，Y軸電機17與第 二諧波減速器3相連并固定在第一 U形連接塊16上，Z軸電機及減速箱10 通過Z軸電機支架ll固定在上圓環(huán)14上，Z軸電機轉(zhuǎn)軸上固定有齒輪12， 齒輪12與環(huán)形齒輪7嚙合，在第一連接件15的軸和第一 U形連接塊20的 軸上分別安裝有角度傳感器。
康復(fù)訓(xùn)練時，將三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼穿戴于患者的踝關(guān)節(jié) 上，患者小腿固定于小腿板上，患者腳部固定于腳底板上，X軸電機將旋轉(zhuǎn) 運動傳遞給第一諧波減速器，第一諧波減速器將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給兩個連接 件，由于兩個連接件固定在上、下圓環(huán)上，因此可實現(xiàn)腳底板相對于環(huán)形齒 輪的X軸旋轉(zhuǎn)，即踝關(guān)節(jié)X軸方向的旋轉(zhuǎn)。
Y軸電機將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給第二諧波減速器，第二諧波減速器將旋轉(zhuǎn)運 動傳遞給兩個U形連接塊，由于兩個U形連接塊固定在環(huán)形齒輪上，因此 可實現(xiàn)環(huán)形齒輪相對于小腿板的Y軸旋轉(zhuǎn)，即踝關(guān)節(jié)Y軸方向的旋轉(zhuǎn)。
Z軸電機將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給齒輪，由于齒輪與環(huán)形齒輪嚙合，因此實現(xiàn)環(huán)形齒輪相對于上、下圓環(huán)的z軸旋轉(zhuǎn)，即即踝關(guān)節(jié)z軸方向的旋轉(zhuǎn)。
三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼有三個自由度，通過安裝在連接件軸和
u形連接塊軸上的角度傳感器獲取患者踝關(guān)節(jié)運動角度參數(shù)，對X軸電機、 Y軸電機和Z軸電機的旋轉(zhuǎn)進行角度控制，可實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)外骨骼腳底板相對 于小腿板X軸、Y軸和Z軸旋轉(zhuǎn)角度的伺服控制，帶動患者進行踝關(guān)節(jié)的 背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻和內(nèi)旋/外旋康復(fù)訓(xùn)練。
權(quán)利要求1.一種三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼，其特征在于包括腳底板(1)，固定在腳底板前端的第一支架(2)，固定在腳底板后端的第二支架(9)，依次同軸疊置的上圓環(huán)(14)、環(huán)形齒輪(7)和下圓環(huán)(13)，上、下圓環(huán)(14、13)通過兩個帶軸的連接件(15、18)固定成相對于環(huán)形齒輪(7)轉(zhuǎn)動的整體，第一支架(2)和第二支架(9)分別通過軸承與兩個連接件(15、18)的軸連接，兩個連接件(15、18)的軸在X方向同軸，在環(huán)形齒輪(7)上固定有兩個帶軸的U形連接塊(16、20)，兩個小腿板支架(5、6)的一端分別通過軸承與兩個U形連接塊(16、20)的軸連接，兩個U形連接塊(16、20)的軸在Y軸方向同軸，兩個小腿板支架(5、6)的另一端與小腿板橫梁(21)相連，小腿板(4)與小腿板橫梁(21)固定，X軸電機(19)與第一諧波減速器(8)相連并固定在第二支架(9)上，Y軸電機(17)與第二諧波減速器(3)相連并固定在第一U形連接塊(16)上，Z軸電機及減速箱(10)通過Z軸電機支架(11)固定在上圓環(huán)(14)上，Z軸電機轉(zhuǎn)軸上固定有齒輪(12)，齒輪(12)與環(huán)形齒輪(7)嚙合，在第一連接件(15)的軸和第一U形連接塊(20)的軸上分別安裝有角度傳感器。
專利摘要本實用新型的三自由度踝關(guān)節(jié)輔助運動外骨骼，包括腳底板(1)，固定在腳底板前端的第一支架(2)，固定在腳底板后端的第二支架(9)，依次同軸疊置的上圓環(huán)(14)、環(huán)形齒輪(7)和下圓環(huán)(13)，上、下圓環(huán)(14、13)通過兩個帶軸的連接件(15、18)固定成相對于環(huán)形齒輪(7)轉(zhuǎn)動的整體，第一支架(2)和第二支架(9)分別通過軸承與兩個連接件(15、18)的軸連接，兩個連接件(15、18)的軸在X方向同軸，在環(huán)形齒輪(7)上固定有兩個帶軸的U形連接塊(16、20)，兩個小腿板支架(5、6)的一端分別通過軸承與兩個U形連接塊(16、20)的軸連接，兩個U形連接塊(16、20)的軸在Y軸方向同軸，兩個小腿板支架(5、6)的另一端與小腿板橫梁(21)相連，小腿板(4)與小腿板橫梁(21)固定。
文檔編號A61H1/00GK201422989SQ200920123910
公開日2010年3月17日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者暉 余, 煜 張, 張佳帆, 寅 楊, 楊燦軍 申請人:浙江大學(xué)