本發(fā)明屬于康復醫(yī)療器械，特別涉及一種混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人。

背景技術：

1、踝關節(jié)是人體重要的承重和運動關節(jié)，在人體的站立、行走中都起到了重要作用，腦卒中等疾病導致踝關節(jié)失去正常運動能力的人口數(shù)量龐大。許多研究肯定了康復治療師的工作，然而患者數(shù)量的增加和康復治療師的缺乏正在推動康復模式的轉(zhuǎn)變，需要改進解決方案，以便在治療多名患者的同時實現(xiàn)更快的康復。因此，針對傳統(tǒng)康復訓練存在的康復周期長，醫(yī)療資源緊張和治療費用昂貴等問題，開展踝關節(jié)康復機器人研制十分必要。

2、使用踝關節(jié)康復機器人輔助患者進行康復訓練時，將患者肢體與康復機器人綁縛在一起，為患者提供安全穩(wěn)定的支撐。此時，人體和康復機器人形成一個封閉運動鏈，由于人體踝關節(jié)具有轉(zhuǎn)動中心漂移的運動學特性，易導致人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心與康復機器人轉(zhuǎn)動中心難以實時重合，進而在人機連接界面會產(chǎn)生與康復訓練任務無關的約束力/力矩。當這種約束力/力矩與康復訓練任務需要的約束力/力矩疊加時，會顯著增加人機之間的約束強度，導致舒適性降低、康復訓練難以進行，甚至出現(xiàn)安全性問題，上述問題被稱為人機運動不相容問題。而現(xiàn)有的踝關節(jié)康復機器人中機器人的主動自由度，即用于踝關節(jié)康復的轉(zhuǎn)動自由度與被動自由度，即用于適應踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心位置變化的移動自由度之間存在耦合，這導致康復機器人驅(qū)動器產(chǎn)生的用來輔助人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力會引起人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心位置的變化，進行康復訓練時，患者需要控制下肢作為轉(zhuǎn)動支柱，同時控制踝關節(jié)作為轉(zhuǎn)動中心，從而可能導致新的安全問題。因此，提出一種混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，以克服現(xiàn)有踝關節(jié)康復機器人的缺陷。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其足部固連平臺相對小腿固連平臺具有六個自由度，即三個轉(zhuǎn)動自由度和三個移動自由度，足部固連平臺相對小腿固連平臺的姿態(tài)僅與足部固連平臺相對機架的姿態(tài)相關，足部固連平臺相對小腿固連平臺的位置僅與小腿固連平臺相對機架的位置相關，當進行康復訓練時，該踝關節(jié)康復機器人既可以輔助患者進行背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)收/外展康復訓練，又可以實現(xiàn)人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心與康復機器人轉(zhuǎn)動中心的實時重合，踝關節(jié)康復機器人的主動自由度與被動自由度解耦，康復機器人驅(qū)動器產(chǎn)生的用來輔助人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力不會引起人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心位置的變化，進行康復訓練時，患者無需控制下肢作為轉(zhuǎn)動支柱，同時無需控制踝關節(jié)作為轉(zhuǎn)動中心，避免對患者造成二次損傷。

2、本發(fā)明采用的技術方案是一種混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其包括直線型delta機構、2-sps/rrr并聯(lián)機構和機架，所述直線型delta機構與所述機架固定連接，且所述直線型delta機構包括靜平臺、第一p-(ss)2分支、第三p-(ss)2分支、重力平衡機構、小腿固連平臺和第二p-(ss)2分支，所述靜平臺設于所述機架的靜平臺安裝座上，所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支結構相同，且所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支、第三p-(ss)2分支以及重力平衡機構設于所述靜平臺與所述小腿固連平臺之間，所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支的第一端分別與所述靜平臺上的相對應的各分支導軌移動副連接，且所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支的第二端分別與所述小腿固連平臺上的相對應的各分支球窩基座球面副連接，所述重力平衡機構的中間處與所述靜平臺上的第一連接座通過兩個軸線重合的轉(zhuǎn)動副連接，且所述重力平衡機構的第一端與所述小腿固連平臺上的第二連接座通過兩個軸線重合的轉(zhuǎn)動副連接；所述2-sps/rrr并聯(lián)機構設于所述直線型delta機構的下方，且所述2-sps/rrr并聯(lián)機構包括第二電動推桿、第一電動推桿、上c形連桿、足部固連平臺和下c形連桿，所述第一電動推桿的第一端與所述足部固連平臺的第一端球面副連接，且所述第一電動推桿的第二端與所述機架上的第一上安裝座球面副連接，所述第二電動推桿的第一端與所述足部固連平臺的第二端球面副連接，且所述第二電動推桿的第二端與所述機架上的第二上安裝座球面副連接，所述上c形連桿的中間處與所述足部固連平臺的第三端轉(zhuǎn)動副連接，且所述上c形連桿的第一端與所述下c形連桿的第一端轉(zhuǎn)動副連接，所述上c形連桿的第二端與所述下c形連桿的第二端轉(zhuǎn)動副連接，且所述下c形連桿的中間處與所述機架中第一電機的輸出軸連接，所述上c形連桿、足部固連平臺以及下c形連桿的轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直且相交于一點；所述2-sps/rrr并聯(lián)機構中的第二電動推桿、第一電動推桿以及第一電機作為驅(qū)動副，能實現(xiàn)所述足部固連平臺相對于所述小腿固連平臺的三個轉(zhuǎn)動自由度，所述直線型delta機構作為被動柔順機構，在康復運動過程中，能實現(xiàn)所述足部固連平臺相對于所述小腿固連平臺的三個移動自由度，繼而實現(xiàn)混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人的六個自由度。

3、優(yōu)選地，所述機架包括第二上安裝座、第一上安裝座、靜平臺安裝座、第一電機和腳輪，所述機架的豎直機架上設有所述靜平臺安裝座，且所述靜平臺安裝座的上方設有所述第一上安裝座和第二上安裝座，所述機架的水平機架上設有限位開關，且所述第一電機設于所述機架中水平機架的底部，所述機架中水平機架底部的邊角處均布設有所述腳輪。

4、進一步地，所述靜平臺包括靜平臺安裝板、第一分支導軌、第三分支導軌、第一連接座和第二分支導軌，所述第一分支導軌、第二分支導軌以及第三分支導軌均布設于所述靜平臺安裝板與所述第一連接座之間，且所述第一分支導軌、第二分支導軌以及第三分支導軌的第一端分別與所述靜平臺安裝板固定連接，所述第一分支導軌、第二分支導軌以及第三分支導軌的第二端分別與所述第一連接座固定連接。

5、進一步地，所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支均包括第一連桿、第二連桿、球窩基座和分支滑塊，所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支上的分支滑塊分別滑動設于所述靜平臺中相對應的分支導軌上，且所述分支滑塊上設有所述球窩基座，所述球窩基座上設有第一下球窩和第二下球窩，且所述第一連桿的第一端與所述第一下球窩球面副連接，所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支上第一連桿的第二端分別與所述小腿固連平臺中相對應的分支球窩基座上的第一上球窩球面副連接，且所述第二連桿的第一端與所述第二下球窩球面副連接，所述第一p-(ss)2分支、第二p-(ss)2分支以及第三p-(ss)2分支上第二連桿的第二端分別與所述小腿固連平臺中相對應的分支球窩基座上的第二上球窩球面副連接，且所述第一連桿和第二連桿上的四個球頭中心點之間的連線構成平行四邊形。

6、進一步地，所述重力平衡機構包括第二連接板、剪叉單元、第一連接板、柔索和配重塊，所述第二連接板與所述第二連接座通過兩個軸線重合的轉(zhuǎn)動副連接，且所述第二連接板與所述剪叉單元的第一端轉(zhuǎn)動副連接，所述第一連接板與所述剪叉單元的中間處轉(zhuǎn)動副連接，且所述第一連接板與所述第一連接座通過兩個軸線重合的轉(zhuǎn)動副連接，所述柔索的第一端與所述剪叉單元的第二端固定連接，且所述柔索的第二端與所述配重塊連接。

7、優(yōu)選地，所述剪叉單元包括第一短連桿、第二短連桿、第一長連桿、第二長連桿、第三短連桿和第四短連桿，所述第一短連桿的第一端與所述第二短連桿的第一端轉(zhuǎn)動連接，且所述第一短連桿的第二端與所述第二長連桿的第一端轉(zhuǎn)動連接，所述第二長連桿的第二端與所述第三短連桿的第一端轉(zhuǎn)動連接，且所述第二短連桿的第二端與所述第一長連桿的第一端轉(zhuǎn)動連接，所述第一長連桿的第二端與所述第四短連桿的第一端轉(zhuǎn)動連接，且所述第四短連桿的第二端與所述第三短連桿的第二端轉(zhuǎn)動連接。

8、進一步地，所述小腿固連平臺包括第一分支球窩基座、小腿固連平臺板、小腿固連綁帶、第二連接座、第三分支球窩基座和第二分支球窩基座，所述第一分支球窩基座、第二分支球窩基座以及第三分支球窩基座均布設于所述小腿固連平臺板的底部，且所述第一分支球窩基座、第二分支球窩基座以及第三分支球窩基座上均設有第一上球窩和第二上球窩，所述第二連接座設于所述小腿固連平臺板底部的中間處，且所述小腿固連綁帶設于所述小腿固連平臺板頂部的中間處。

9、優(yōu)選地，所述上c形連桿第一端的轉(zhuǎn)動軸線與所述上c形連桿中間處的轉(zhuǎn)動軸線共面垂直，所述上c形連桿第二端的轉(zhuǎn)動軸線與所述上c形連桿中間處的轉(zhuǎn)動軸線共面垂直，且所述上c形連桿第一端的轉(zhuǎn)動軸線與所述上c形連桿第二端的轉(zhuǎn)動軸線同軸共線。

10、進一步地，所述足部固連平臺包括足部固連平臺軸、足跟擋板、足部固連綁帶、腳踏板、第一下安裝座和第二下安裝座，所述第一下安裝座和第二下安裝座分別設于所述腳踏板的第一端和第二端，且所述腳踏板的第三端設有所述足跟擋板，所述足跟擋板的一側(cè)設有所述足部固連平臺軸，所述足部固連綁帶設于所述腳踏板上，且所述第一下安裝座和第二下安裝座的中心連線異面垂直于所述足部固連平臺軸的中心軸線。

11、優(yōu)選地，所述下c形連桿第一端的轉(zhuǎn)動軸線與所述下c形連桿中間處的轉(zhuǎn)動軸線共面垂直，所述下c形連桿第二端的轉(zhuǎn)動軸線與所述下c形連桿中間處的轉(zhuǎn)動軸線共面垂直，且所述下c形連桿第一端的轉(zhuǎn)動軸線與所述下c形連桿第二端的轉(zhuǎn)動軸線同軸共線。

12、本發(fā)明的特點和有益效果是：

13、1、本發(fā)明提供的混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其足部固連平臺相對小腿固連平臺具有六個自由度，即三個轉(zhuǎn)動自由度和三個移動自由度。因此，當進行康復訓練時，該踝關節(jié)康復機器人既可以輔助患者進行背屈/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)收/外展康復訓練，又可以實現(xiàn)人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心與康復機器人轉(zhuǎn)動中心的實時重合。

14、2、本發(fā)明提供的混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其足部固連平臺相對小腿固連平臺的姿態(tài)僅與足部固連平臺相對機架的姿態(tài)相關，足部固連平臺相對小腿固連平臺的位置僅與小腿固連平臺相對機架的位置相關。因此，當進行康復訓練時，該踝關節(jié)康復機器人的主動自由度，即用于踝關節(jié)康復的轉(zhuǎn)動自由度與被動自由度，即用于適應踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心位置變化的移動自由度解耦，康復機器人驅(qū)動器產(chǎn)生的用來輔助人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力不會引起人體踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心位置的變化，進行康復訓練時，患者無需控制下肢作為轉(zhuǎn)動支柱，同時無需控制踝關節(jié)作為轉(zhuǎn)動中心，避免對患者造成二次損傷。

15、3、本發(fā)明提供的混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其機構分支對稱分布，三個p-(ss)2分支的結構相同，兩個sps分支的結構相同，易于制作和安裝，從而能降低制作成本和時間。

16、4、本發(fā)明提供的混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其腳踏板離地面距離近，重心較低，機構平穩(wěn)；其運動平穩(wěn)，強度高，運動空間大，可滿足踝關節(jié)運動所需較大空間。

17、5、本發(fā)明提供的混聯(lián)式人機相容型踝關節(jié)康復機器人，其具有部分解耦性，不同運動鏈之間不存在耦合，簡化了控制過程；自由度多，能滿足所有踝關節(jié)康復訓練要求。