主被動式踝關節康復器制造技術

本發明專利技術的目的在于提供主被動式踝關節康復器，采用直角坐標形式，3個自由度分別實現踝關節的背伸/跖屈、內翻/外翻和內旋/外旋運動。各自由度分別由電動機驅動，可以實現踝關節單個自由度的運動，三個電動機聯動可以實現踝關節的復雜運動。在踝關節康復器踏板上裝有力傳感器，在康復過程中通過檢測踏板受力控制受訓者腳部運動從而實現主動和被動方式的訓練，同時可以進行受力安全保護，防止對受訓者產生二次傷害。本發明專利技術以簡單而可靠的結構實現踝關節單自由度和多自由度復合運動的康復訓練要求。力傳感器的采用使智能控制、效果評定、智能保護得以實現，保證了患者康復訓練的效果和安全性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種醫療保健器械，具體地說是踝關節康復器。
技術介紹
踝關節受傷在人們的日常生活中比較常見，在體育活動與平常的生活中都有可能發生踝關節損傷，踝關節的損傷不僅在身體上給患者帶來痛苦，還嚴重干擾了人們的正常生活，更嚴重的甚至影響了人們的心理健康。多數踝關節損傷患者在就醫過程中需要進行肢體康復訓練，防止肌肉萎縮，同時恢復踝關節功能。但是臨床上這種康復訓練多數依賴理療師對患者一對一的物理治療，方法單一且費時費力，同時缺乏量化和客觀的評價。現有的踝關節康復設備多采用并聯機構方式，該機構運動范圍小、控制復雜。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供可以實現踝關節三個自由度康復運動的主被動式踝關節康復器。本專利技術的目的是這樣實現的本專利技術主被動式踝關節康復器，其特征是包括腳踏板、矢狀軸機構、冠狀軸回轉機構、垂直軸回轉機構；矢狀軸機構包括矢狀軸電動機、矢狀軸支架、矢狀軸轉軸，腳踏板通過矢狀軸轉軸安裝在矢狀軸支架上，矢狀軸電動機安裝在矢狀軸支架上，并與矢狀軸轉軸相連，帶動腳踏板轉動，從而實現踝關節的跖屈與背伸；冠狀軸回轉機構包括冠狀軸電動機、冠狀軸支架、冠狀軸轉軸，冠狀軸支架通過冠狀軸轉軸連接矢狀軸支架，冠狀軸電動機安裝在冠狀軸支架上，并與冠狀軸轉軸相連，帶動矢狀軸支架轉動，從而實現踝關節的外翻和內翻；垂直軸回轉機構包括垂直軸電動機、垂直軸支架、垂直軸轉軸，垂直軸支架通過垂直軸轉軸與冠狀軸支架相連，垂直軸電動機安裝在垂直軸支架上，并與垂直軸轉軸相連，帶動冠狀軸支架轉動，從而實現踝關節的內收和外展。本專利技術還可以包括1、腳踏板的高度低于矢狀軸轉軸。2、矢狀軸轉軸、冠狀軸轉軸、垂直軸轉軸上分別設置限位裝置。3、采用雙ARM，包括主ARM和從ARM，在腳踏板腳掌位置左右分別放置I個力感知單元，腳后跟位置放置I個力感知單元，分別測量腳底不同位置對腳踏板的壓力，主ARM采集力感知單元信號、向從ARM發送控制指令并控制垂直軸電動機，從ARM控制矢狀軸電動機和冠狀軸電動機。本專利技術的優勢在于本專利技術以簡單而可靠的結構滿足了踝關節單自由度和多自由度復合運動的康復訓練要求。力傳感器的采用使智能控制、效果評定、智能保護得以實現。集多功能于一身，很好的結合了力和運動兩個因素。總體而言本專利技術以簡單可靠的結構設計和智能安全的使用方式，保證了患者康復訓練的效果和安全性。附圖說明圖1為本專利技術的軸測2為本專利技術的主視3為本專利技術的俯視4為主被動控制原理圖。具體實施例方式下面結合附圖舉例對本專利技術做更詳細地描述結合圖1 4，本專利技術包括腳踏板1、矢狀軸電動機2、矢狀軸支架3、矢狀軸轉軸4、冠狀軸轉軸5、冠狀軸電動機6、冠狀軸支架7、垂直軸轉軸8、底座9、垂直軸電動機10、控制盒11、力傳感器12。腳踏板I通過矢狀軸轉軸4安裝在矢狀軸支架3上，矢狀軸電動機2安裝在矢狀軸支架3上，通過鍵與腳踏板的轉動軸4連接，電動機轉動帶動腳踏板轉動，從而實現踝關節的跖屈與背伸的運動。為了保證人腳的踝關節與回轉軸同軸，腳踏板位于矢狀軸轉軸的下面。冠狀軸電動機6安裝在冠狀軸支架7上，通過鍵與冠狀軸轉軸5連接，電動機轉動帶動矢狀軸支架3、腳踏板I轉動，從而實現踝關節的外翻和內翻的運動。矢狀軸支架3、冠狀軸轉軸5和冠狀軸電動機6構成冠狀軸回轉機構。垂直軸電動機10安裝在垂直軸支架9上，通過鍵與垂直軸轉軸8連接，電動機轉動帶動垂直軸支架、冠狀軸繞z軸轉動，從而實現了踝關節的內收和外展的運動，冠狀軸支架7、垂直軸轉軸8和垂直軸電動機10構成垂直軸回轉機構。踝關節康復訓練器采用直角坐標形式，3個自由度分別實現踝關節的背伸/跖屈、內翻/外翻和內旋/外旋運動。各自由度分別由電動機驅動，可以實現踝關節單個自由度的運動，三個電動機聯動可以實現踝關節的復雜運動。在踝關節康復器踏板上裝有力傳感器12，其中力傳感器12在腳掌位置左右分別放置I個力感知單元(FSR)，腳后跟位置放置I個力感知單元(FSR)，分別測量腳底不同位置對腳踏板的壓力，通過力合成可得腳的受力方向和大小。在康復過程中通過檢測踏板受力控制受訓者腳部運動從而實現主動和被動方式的訓練，同時可以進行受力安全保護，防止對受訓者產生二次傷害。如圖4所示，本專利技術主要包括圖示幾部分，采用雙ARM控制方式。其中主ARM讀取控制按鈕信息，并根據功能和參數設定給從ARM發送控制指令，主ARM控制垂直軸電動機，從ARM控制矢狀軸和冠狀軸電動機，驅動電路驅動機械本體運動，實現康復訓練功能。康復過程中力傳感器信號由主ARM采集，垂直軸編碼器數據由主ARM進行采集，矢狀軸和冠狀軸編碼器數據由從ARM進行采集，實現對電動機的位置閉環控制。在控制上采用了雙ARM主從控制方式，進行運動的控制和軌跡的規劃，可以實時顯示速度、加速度以及力數據，便于進行人機互動和運動控制。為患者提供了主動模式和被動模式兩種訓練模式。兩種模式的使用過程中，均由主ARM實時顯示踝關節中心點的速度和加速度，以及力傳感器采集的力數據。并根據主動、被動模式調整運動。(一)主動模式。包括普通訓練、助力訓練和阻抗訓練。這種使用模式下，患者腳部主動運動。普通訓練模式下康復器隨動，通過力傳感器12采集的力數據判斷患者運動方向并實時跟隨。進行助力訓練時，主ARM得到力傳感器12數據后沿判定力方向運動，并通過加快運動速度實現助力運動。同理阻抗訓練時，根據判定的方向運動，對運動提供一定的阻力。(二)被動模式。這種使用模式下，運動的產生不是人主動參與，完全由電動機提供動力，輸出運動，患者腳部隨腳踏板I一起運動。根據控制面板按鈕設定運動范圍和速度進行康復訓練。本專利技術在安全防護上，采用了機械限位和程序限位雙重保護。機械結構方面，每個旋轉運動方向上，都有限位裝置，控制運動角度在安全范圍內。同時，通過預設程序控制電動機運動，使整個運動處于安全角度范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
主被動式踝關節康復器，其特征是：包括腳踏板、矢狀軸機構、冠狀軸回轉機構、垂直軸回轉機構；矢狀軸機構包括矢狀軸電動機、矢狀軸支架、矢狀軸轉軸，腳踏板通過矢狀軸轉軸安裝在矢狀軸支架上，矢狀軸電動機安裝在矢狀軸支架上,并與矢狀軸轉軸相連，帶動腳踏板轉動，從而實現踝關節的跖屈與背伸；冠狀軸回轉機構包括冠狀軸電動機、冠狀軸支架、冠狀軸轉軸，冠狀軸支架通過冠狀軸轉軸連接矢狀軸支架，冠狀軸電動機安裝在冠狀軸支架上，并與冠狀軸轉軸相連，帶動矢狀軸支架轉動，從而實現踝關節的外翻和內翻；垂直軸回轉機構包括垂直軸電動機、垂直軸支架、垂直軸轉軸，垂直軸支架通過垂直軸轉軸與冠狀軸支架相連，垂直軸電動機安裝在垂直軸支架上，并與垂直軸轉軸相連，帶動冠狀軸支架轉動，從而實現踝關節的內收和外展。

【技術特征摘要】
1.主被動式踝關節康復器，其特征是包括腳踏板、矢狀軸機構、冠狀軸回轉機構、垂直軸回轉機構；矢狀軸機構包括矢狀軸電動機、矢狀軸支架、矢狀軸轉軸，腳踏板通過矢狀軸轉軸安裝在矢狀軸支架上，矢狀軸電動機安裝在矢狀軸支架上，并與矢狀軸轉軸相連， 帶動腳踏板轉動，從而實現踝關節的跖屈與背伸；冠狀軸回轉機構包括冠狀軸電動機、冠狀軸支架、冠狀軸轉軸，冠狀軸支架通過冠狀軸轉軸連接矢狀軸支架，冠狀軸電動機安裝在冠狀軸支架上，并與冠狀軸轉軸相連，帶動矢狀軸支架轉動，從而實現踝關節的外翻和內翻； 垂直軸回轉機構包括垂直軸電動機、垂直軸支架、垂直軸轉軸，垂直軸支架通過垂直軸轉軸與冠狀軸支架相連，垂直軸電動機安裝在垂直軸支架上，并與垂直軸轉軸相連，帶動冠狀軸支架轉動，從而實現踝關節的內收和外展。2.根據權利要求1所述的主被動式踝關節康復器，其特征是腳踏板的高度低于矢狀...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王嵐，孟婧佳，張立勛，孫志強，初傳海，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：