專利名稱：下肢康復訓練機器人踝關節(jié)裝置的制作方法
下肢康復訓練機器人踝關節(jié)裝置技術領域
本發(fā)明公開了一種下肢康復訓練機器人的踝關節(jié)裝置，屬于醫(yī)療設備領域。
技術背景
下肢癱患者的康復治療方式已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工物理治療方式轉(zhuǎn)變?yōu)楫斍昂w多 學科多技術的自動化治療。機器人技術和康復醫(yī)學相結合是機器人應用的主要領域之一。 現(xiàn)有的踝關節(jié)康復裝置存在以下不足(1)單獨的固定式安裝的踝關節(jié)康復裝置使整個下 肢的牽引運動軌跡單一，下肢運動空間受限；( 對于足部力/力矩數(shù)據(jù)采集的傳感器成本 較高或沒有安裝力/力矩傳感器，使得康復訓練缺乏科學的定量的參考依據(jù)；C3)現(xiàn)有的包 含踝關節(jié)的下肢康復訓練裝置的結構尺寸較大。主要原因是要同時考慮多種傳感器安裝和 關節(jié)驅(qū)動設計方案；(4)現(xiàn)有的康復訓練裝置沒有充分的考慮患者下肢的多重保護，若出 現(xiàn)機械或控制故障存在對患者下肢的二次傷害隱患。
因此，發(fā)明一種結構簡單，尺寸小巧，成本低廉，安全性高的踝關節(jié)康復訓練裝置 用于下肢康復訓練機器人有著極其重要的現(xiàn)實應用意義。
本發(fā)明的目的就在于提供一種可用于串聯(lián)結構的下肢康復機器人的、安全性高成 本低的可進行力/力矩采集的踝關節(jié)裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的踝關節(jié)裝置結合附圖公開的結構方案如下
1、三重安全保護設計方案。第一重保護為軟件限位，即通過控制器設定帶有編碼 器的電機的運動極限位置，實現(xiàn)踝關節(jié)在正常運動范圍內(nèi)運動。第二重保護為電氣限位，即 由行程開關在極限位置產(chǎn)生信號來控制踝關節(jié)的極限運動范圍。第三重保護為機械限位， 即由機械限位銷和踝關節(jié)內(nèi)外護板孔的配合來限定踝關節(jié)的極限運動范圍。
2、踝關節(jié)采用了非電機直接驅(qū)動的設計方案，減小了踝關節(jié)機構的軸向尺寸。電 機放置在下面由足部踏板和底蓋構成的箱體內(nèi)，便于足部整體外包裝，通過同步帶輪和同 步帶輪來傳遞運動，帶動踝關節(jié)運動，踝關節(jié)內(nèi)外護板內(nèi)設計有同步帶張緊輪。
3、可調(diào)整同步帶輪機構在同步帶的徑向壓力下向左側移動，四個調(diào)整螺栓壓在踝 關節(jié)內(nèi)外護板的內(nèi)壁上，通過側面的相應位置的四個通孔可以方便的調(diào)節(jié)螺栓的旋入長 度，從而實現(xiàn)張緊同步帶的功能。
4、腳踏板支架和踝關節(jié)內(nèi)外護板用螺栓固定安裝，一端通過傳感器套在腳踏板上 下兩面分別安裝有圓柱形壓力傳感器。上傳感器用螺栓通過傳感器套的通孔和腳踏板連接 并預緊傳感器，下傳感器和帶外螺紋的旋塞用螺栓固定后，和帶內(nèi)螺紋的傳感器套旋合并 預緊傳感器。
5、腳踏板通過A、B兩部位和踏板支架連接，并可繞B部位的銷軸做相對于踏板支 架的上下轉(zhuǎn)動，使上下兩傳感器分別產(chǎn)生壓力信號，實現(xiàn)足部力/力矩的測量功能。
本發(fā)明的踝關節(jié)裝置具備以下特點
1、本踝關節(jié)裝置設計了軟件、電氣、機械三重安全防護，有很高的安全可靠性。
2、踝關節(jié)采用電機非直接驅(qū)動，比電機直驅(qū)串聯(lián)機器人關節(jié)結構的軸向尺寸小， 并且電機置于足部箱體內(nèi)，整體結構緊湊，便于外包裝。
3、通過機械結構的設計使得足部踏板可以和踝關節(jié)支架做相對轉(zhuǎn)動，用兩個壓力 傳感器實現(xiàn)了足部正反雙向扭矩的數(shù)據(jù)采集，和采用扭矩傳感器的方案比較，成本和結構 尺寸上都有很大優(yōu)勢。


1、下肢康復訓練機器人的踝關節(jié)裝置內(nèi)部結構等軸測圖
2、下肢康復訓練機器人的踝關節(jié)裝置外形等軸測圖
3、下肢康復訓練機器人的踝關節(jié)腳踏板等軸測圖具體實施方式
由控制器接收編碼器12反饋信號實現(xiàn)對電機13速度和轉(zhuǎn)動角度的閉環(huán)控制，從 而限定踝關節(jié)在正常范圍內(nèi)運動。若是控制電路或控制程序執(zhí)行出現(xiàn)故障，使電機失去控 制或飛車后，當踝關節(jié)運動到極限位置后，首先由限位銷1碰觸行程開關2，產(chǎn)生信號來切 斷電機13的電源電路，若是行程開關2同時也出現(xiàn)故障，則由限位銷1卡在踝關節(jié)內(nèi)外護 板18、4孔內(nèi)強制制動，以保護踝關節(jié)不受二次損傷。
把人的足部放在固定在踏板19的鞋套內(nèi)，當進行被動訓練時，由機械裝置帶動足 部運動，向上運動時，傳感器7受壓產(chǎn)生測量信號，向下運動時傳感器9受壓產(chǎn)生測量信號。 當進行主動/阻抗訓練時，足部對機械裝置施加力來實現(xiàn)踝關節(jié)的運動，向下運動時，傳感 器7受壓產(chǎn)生測量信號，向上運動時傳感器9受壓產(chǎn)生測量信號。
權利要求
1.本踝關節(jié)裝置適用于串聯(lián)結構的下肢康復訓練機器人，其特征在于具有軟件控制 電機(13)啟停、行程開關(2)通斷電機(13)、機械限位銷⑴限位的三重防護功能。
2.踝關節(jié)采用電機非直驅(qū)方案，其特征在于電機(1 放置在由足部踏板(19)和底 蓋(11)構成的箱體內(nèi)，通過同步帶輪(3、1幻來傳遞運動，內(nèi)有同步帶張緊輪(5)。
3.由兩個壓力傳感器來實現(xiàn)足部力/力矩的測量，其特征在于腳踏板支架(14)和踏 板(19)通過傳感器套(6、8)固定并預緊上壓力傳感器(7)，傳感器套(8)和帶外螺紋的旋 塞(10)固定下傳感器(9)，和帶內(nèi)螺紋的傳感器套(8)旋合并預緊傳感器(9)。
4.根據(jù)權利3所述的傳感器的固定并預緊方案，其特征在于踏板(19)通過A、B兩部 位和踏板支架(14)連接，并可繞B部位的銷軸做相對于踏板支架(14)的雙向轉(zhuǎn)動，使傳感 器(7、9)分別產(chǎn)生壓力信號，實現(xiàn)足部力/力矩的測量功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于串聯(lián)結構的下肢康復訓練機器人的踝關節(jié)裝置，屬于康復醫(yī)療設備領域。本發(fā)明踝關節(jié)裝置實現(xiàn)了三重安全防護即軟件控制電機13的速度和運動位置范圍、行程開關2和機械限位銷1也都限定了踝關節(jié)電機13的安全極限運動范圍。踝關節(jié)電機13置于足部箱體11和19內(nèi)，通過同步帶輪3和15傳遞運動，并有同步帶張緊機構16。踝關節(jié)支架14固定在踝關節(jié)內(nèi)外護板4和18上，足部踏板19可以繞踝關節(jié)支架14的B位置的銷軸做相對轉(zhuǎn)動，通過壓力傳感器7和9實現(xiàn)了足部正反雙向扭矩的數(shù)據(jù)測量。傳感器套6、8和10可分別預緊上下兩傳感器7和9。
文檔編號A61H1/02GK102028607SQ201110001338
公開日2011年4月27日 申請日期2011年1月1日 優(yōu)先權日2011年1月1日
發(fā)明者侯增廣, 史小華, 徐震, 李亮, 楊雪, 王洪波, 胡國清, 袁林 申請人:燕山大學