多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其包括兩平行設置的機座，兩分別沿冠狀軸水平支撐在兩機座上部的轉(zhuǎn)動軸，兩分別固連在兩轉(zhuǎn)動軸內(nèi)端且具有懸臂端的屈伸連接件，兩分別固連在兩屈伸連接件懸臂端上的弧形軌道，兩分別滑動設置在兩弧形軌道上的滑塊，兩上端分別固連在兩滑塊上的L型連接件，兩分別固連在兩L型連接件下端且沿矢狀軸平行間隔布置的滾動導軌，一沿矢狀軸滾動設置在兩滾動導軌上部的腳板，以及一水平固連在其中一側機座上的驅(qū)動器；腳板的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動軸，水平面轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動插設在兩滾動導軌之間；驅(qū)動器的輸出軸與位于該機座上的轉(zhuǎn)動軸動力連接。本發(fā)明可以自適應踝關節(jié)的內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋和沿矢狀軸前后移動的三類耦合運動，在保證患者康復運動安全性的同時，還能提高康復療效。
【專利說明】多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能仿生康復設備，具體涉及一種基于仿生學的主、被動運動相結合適應于踝關節(jié)解剖學結構的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼。
【背景技術】
[0002]目前，我國腦卒中(中風)的發(fā)病率正以每年近9%的速度上升，是我國影響范圍最大的疾病。中風的致殘率很高，它會使患者喪失勞動力、生活不能自理，其中患者踝部的主要外周表現(xiàn)為小腿后側肌肉痙攣/攣縮，引起患者踝關節(jié)功能性障礙，比如足下垂或內(nèi)外翻癥狀，這會嚴重影響患者正常行走。目前市場上廣泛存在的踝關節(jié)的康復設備、矯形器或外骨骼都是使踝關節(jié)進行跖屈/背屈的單一運動，而依據(jù)人體生物解剖學，踝關節(jié)在做跖屈/背屈運動時，并不是單自由度的運動，而是會耦合著其他五個自由度(內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋、三個直線位移)的運動。其中最主要的是同時伴隨著在冠狀面的內(nèi)/外翻運動(7° )、沿矢狀軸的直線運動(12mm)和水平面的內(nèi)/外旋運動(J.6° )。另外，如果強制做單一方向運動的話，也是對踝關節(jié)的再次損傷，而且舒適性、安全性、適應性及康復效果都很差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于仿生學的主、被動運動相結合適應于踝關節(jié)解剖學結構的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:一種多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，該動力外骨骼包括:兩平行設置的機座，兩分別沿冠狀軸水平支撐在兩所述機座上部的轉(zhuǎn)動軸，兩分別固連在兩所述轉(zhuǎn)動軸內(nèi)端且具有懸臂端的屈伸連接件，兩分別固連在兩所述屈伸連接件的懸臂端上的弧形軌道，兩分別滑動設置在兩弧形軌道上的滑塊，兩上端分別固連在兩所述滑塊上的L型連接件，兩分別固連在兩所述L型連接件下端且沿矢狀軸平行間隔布置的滾動導軌，一沿矢狀軸滾動設置在兩所述滾動導軌上部的腳板，以及一水平固連在其中一側所述機座上的驅(qū)動器；其中，兩所述屈伸連接件、兩所述弧形軌道、兩所述滑塊以及兩所述L型連接件均關于垂直軸對稱；所述腳板的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動軸，所述水平面轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動插設在兩所述滾動導軌之間；所述驅(qū)動器的輸出軸與位于該機座上的所述轉(zhuǎn)動軸動力連接。
[0005]在一個優(yōu)選的實施例中，所述轉(zhuǎn)動軸通過一軸承支撐在所述機座上部。
[0006]在一個優(yōu)選的實施例中，所述弧形軌道通過一弧形軌道固定件與所述屈伸連接件固連。
[0007]在一個優(yōu)選的實施例中，所述滑塊通過一滑塊固定件與所述L型連接件固連。
[0008]在一個優(yōu)選的實施例中，在兩所述滾動導軌的兩端之間分別設置有一擋塊，以使兩所述滾動導軌與兩所述擋塊圍成一滑槽，所述水平面轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動插設在所述滑槽內(nèi)。
[0009]在一個優(yōu)選的實施例中，所述驅(qū)動器的輸出軸通過減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動軸連接。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明與市場上現(xiàn)有的設備相比，其基于踝關節(jié)解剖學和運動耦合特點而設計，是一種主、被動相結合的多自由度醫(yī)療器械。在康復運動中，驅(qū)動器驅(qū)動動力外骨骼帶動踝關節(jié)進行跖屈/背屈運動時，由于踝關節(jié)在運動過程中存在運動的耦合性，動力外骨骼可被動地分別在冠狀面繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動、在水平面繞水平轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動和沿矢狀軸前后移動，分別自適應內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋運動及沿矢狀軸的的直線運動，解決動力外骨骼和踝關節(jié)運動軸線重合的問題，從而增大踝關節(jié)運動范圍，使比目魚肌和腓腸肌得到更大范圍的放松，在保證患者康復運動安全性的同時，還能提高康復療效。2、本發(fā)明實現(xiàn)的自適應運動具有相互獨立性，即運動可獨立發(fā)生，也可同時發(fā)生，且運動無先后順序。因此，本發(fā)明可適應不同程度的病患使用，使用中具有廣泛性。由此可見，本發(fā)明能夠為患者提供康復和助力、代償，而且保證舒適、安全，可以廣泛的使用在踩關節(jié)康復上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 以下結合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應該理解成對本發(fā)明的限制。
[0012]圖1是本發(fā)明動力外骨骼的整體結構示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明腳板的結構示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明動力外骨骼的內(nèi)/外翻耦合運動工作圖；
[0015]圖4是本發(fā)明動力外骨骼的內(nèi)/外旋及沿矢狀軸前后移動的兩類耦合運動工作圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0017]圖1、圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明提供的動力外骨骼100，該動力外骨骼100包括兩平行設置的機座1，每一機座I的上部均通過軸承2沿冠狀軸(X軸)水平支撐一轉(zhuǎn)動軸3。每一轉(zhuǎn)動軸3的內(nèi)端均固連一具有懸臂端的屈伸連接件4，每一屈伸連接件4的懸臂端上分別通過一弧形軌道固定件5固連一弧形軌道6，每一弧形軌道6上均滑動設置一滑塊7，每一滑塊7上均固連一滑塊固定件8，每一滑塊固定件8上均固連一 L型連接件9的上端，且兩屈伸連接件4、兩弧形軌道6、兩滑塊7以及兩L型連接件9均關于垂直軸(Z軸)對稱。每一 L型連接件9的下端均固連一滾動導軌10，且兩滾動導軌10沿矢狀軸(Y軸)平行間隔設置。在兩滾動導軌10的兩端之間分別設置有一擋塊11，以使兩滾動導軌10與兩擋塊11圍成一滑槽。在兩滾動導軌10的上部沿矢狀軸滾動設置一腳板12，且腳板12的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動軸13，該水平面轉(zhuǎn)動軸13轉(zhuǎn)動插設在兩滾動導軌10與兩擋塊11圍成的滑槽內(nèi)。在其中一機座I的外側通過驅(qū)動器支架14水平固連一驅(qū)動器15，驅(qū)動器15的輸出軸通過減速裝置16和聯(lián)軸器17與位于該機座I上的轉(zhuǎn)動軸3動力連接。
[0018]本發(fā)明使用時，在開始運動之前，將患者的腳通過綁帶固定于腳板12上，動力外骨骼100自調(diào)節(jié)適應踝關節(jié)的足下垂或內(nèi)/外翻的病理特征，使踝關節(jié)的運動中心和動力外骨骼100的轉(zhuǎn)動中心(O點)重合。踝關節(jié)根據(jù)自身結構的調(diào)整，可驅(qū)動相應零部件分別調(diào)節(jié)動力外骨骼100使其適應于踝關節(jié)的病理特征，具體過程如下述:踝關節(jié)驅(qū)動滑塊7經(jīng)過滑塊固定件8使得L型連接件9繞O點轉(zhuǎn)動，此時L型連接件9經(jīng)過滾動導軌10和腳板12調(diào)節(jié)踝關節(jié)在冠狀面(XOZ平面)的內(nèi)/外翻運動；此外，踝關節(jié)可驅(qū)動腳板12通過水平轉(zhuǎn)動軸13在兩滾動滑軌10之間轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)踝關節(jié)在水平面(Χ0Υ平面)的內(nèi)/外旋運動；同時，踝關節(jié)驅(qū)動腳板12沿滾動滑軌10做直線運動，完成沿矢狀軸的位移量。需要說明的是，動力外骨骼100實現(xiàn)的自適應運動具有相互獨立性，即運動可獨立發(fā)生，也可同時發(fā)生，且運動無先后順序。因此，該動力外骨骼100可適應不同程度的病患使用，使用中具有廣泛性。
[0019]在康復運動中，如圖3所示，驅(qū)動器15驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸3帶動弧形軌道6，踝關節(jié)通過滑塊7使得L型連接件9繞X軸轉(zhuǎn)動完成跖屈/背屈運動，同時動坐標系XOZ中的OX軸繞Y軸轉(zhuǎn)動到OXi軸位置，實現(xiàn)在XOZ平面繞O點轉(zhuǎn)動，動力外骨骼100自適應踝關節(jié)的內(nèi)/外翻耦合運動。
[0020]如圖4所示，腳板12通過水平轉(zhuǎn)動軸13帶動L型連接件9繞(V點(O'點為O點在XOY平面上的投影)轉(zhuǎn)動或沿滾動軌道10直線移動，動坐標軸O' X、0' Y分別繞O'點實時運動到O" X"位置、O" Y"位置，動力外骨骼100自適應踝關節(jié)的內(nèi)/外旋和沿矢狀軸如后移動的兩類f禹合運動。
[0021]上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結構、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外 。
【權利要求】
1.一種多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，該動力外骨骼包括: 兩平行設置的機座， 兩分別沿冠狀軸水平支撐在兩所述機座上部的轉(zhuǎn)動軸， 兩分別固連在兩所述轉(zhuǎn)動軸內(nèi)端且具有懸臂端的屈伸連接件， 兩分別固連在兩所述屈伸連接件的懸臂端上的弧形軌道， 兩分別滑動設置在兩弧形軌道上的滑塊， 兩上端分別固連在兩所述滑塊上的L型連接件， 兩分別固連在兩所述L型連接件下端且沿矢狀軸平行間隔布置的滾動導軌， 一沿矢狀軸滾動設置在兩所述滾動導軌上部的腳板，以及 一水平固連在其中一側所述機座上的驅(qū)動器； 其中，兩所述屈伸連接件、兩所述弧形軌道、兩所述滑塊以及兩所述L型連接件均關于垂直軸對稱；所述腳板的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動軸，所述水平面轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動插設在兩所述滾動導軌之間；所述驅(qū)動器的輸出軸與位于該機座上的所述轉(zhuǎn)動軸動力連接。
2.如權利要求1所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動軸通過一軸承支撐在所述機座上部。
3.如權利要求1所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述弧形軌道通過一弧形軌道固定件與所述屈伸連接件固連。
4.如權利要求2所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述弧形軌道通過一弧形軌道固定件與所述屈伸連接件固連。
5.如權利要求1或2或3或4所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述滑塊通過一滑塊固定件與所述L型連接件固連。
6.如權利要求1或2或3或4所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，在兩所述滾動導軌的兩端之間分別設置有一擋塊，以使兩所述滾動導軌與兩所述擋塊圍成一滑槽，所述水平面轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動插設在所述滑槽內(nèi)。
7.如權利要求5所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，在兩所述滾動導軌的兩端之間分別設置有一擋塊，以使兩所述滾動導軌與兩所述擋塊圍成一滑槽，所述水平面轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動插設在所述滑槽內(nèi)。
8.如權利要求1或2或3或4或7所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述驅(qū)動器的輸出軸通過減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動軸連接。
9.如權利要求5所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述驅(qū)動器的輸出軸通過減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動軸連接。
10.如權利要求6所述的多自由度的踝關節(jié)動力外骨骼，其特征在于，所述驅(qū)動器的輸出軸通過減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動軸連接。
【文檔編號】A63B23/08GK103976848SQ201410208291
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權日:2014年5月16日
【發(fā)明者】仝美娟, 周志浩, 王啟寧, 王龍 申請人:北京大學