多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)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(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其包括兩平行設(shè)置的機(jī)座，兩分別沿冠狀軸水平支撐在兩機(jī)座上部的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，兩分別固連在兩轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)設(shè)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(dòng)導(dǎo)軌，一沿矢狀軸滾動(dòng)設(shè)置在兩滾動(dòng)導(dǎo)軌上部的腳板，以及一水平固連在其中一側(cè)機(jī)座上的驅(qū)動(dòng)器；腳板的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸，水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在兩滾動(dòng)導(dǎo)軌之間；驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與位于該機(jī)座上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)力連接。本發(fā)明可以自適應(yīng)踝關(guān)節(jié)的內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋和沿矢狀軸前后移動(dòng)的三類耦合運(yùn)動(dòng)，在保證患者康復(fù)運(yùn)動(dòng)安全性的同時(shí)，還能提高康復(fù)療效。
【專利說(shuō)明】多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能仿生康復(fù)設(shè)備，具體涉及一種基于仿生學(xué)的主、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合適應(yīng)于踝關(guān)節(jié)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國(guó)腦卒中(中風(fēng))的發(fā)病率正以每年近9%的速度上升，是我國(guó)影響范圍最大的疾病。中風(fēng)的致殘率很高，它會(huì)使患者喪失勞動(dòng)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(cè)肌肉痙攣/攣縮，引起患者踝關(guān)節(jié)功能性障礙，比如足下垂或內(nèi)外翻癥狀，這會(huì)嚴(yán)重影響患者正常行走。目前市場(chǎng)上廣泛存在的踝關(guān)節(jié)的康復(fù)設(shè)備、矯形器或外骨骼都是使踝關(guān)節(jié)進(jìn)行跖屈/背屈的單一運(yùn)動(dòng)，而依據(jù)人體生物解剖學(xué)，踝關(guān)節(jié)在做跖屈/背屈運(yùn)動(dòng)時(shí)，并不是單自由度的運(yùn)動(dòng)，而是會(huì)耦合著其他五個(gè)自由度(內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋、三個(gè)直線位移)的運(yùn)動(dòng)。其中最主要的是同時(shí)伴隨著在冠狀面的內(nèi)/外翻運(yùn)動(dòng)(7° )、沿矢狀軸的直線運(yùn)動(dòng)(12mm)和水平面的內(nèi)/外旋運(yùn)動(dòng)(J.6° )。另外，如果強(qiáng)制做單一方向運(yùn)動(dòng)的話，也是對(duì)踝關(guān)節(jié)的再次損傷，而且舒適性、安全性、適應(yīng)性及康復(fù)效果都很差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于仿生學(xué)的主、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合適應(yīng)于踝關(guān)節(jié)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，該動(dòng)力外骨骼包括:兩平行設(shè)置的機(jī)座，兩分別沿冠狀軸水平支撐在兩所述機(jī)座上部的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，兩分別固連在兩所述轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)設(shè)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(dòng)導(dǎo)軌，一沿矢狀軸滾動(dòng)設(shè)置在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌上部的腳板，以及一水平固連在其中一側(cè)所述機(jī)座上的驅(qū)動(dòng)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(guān)于垂直軸對(duì)稱；所述腳板的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌之間；所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與位于該機(jī)座上的所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)力連接。
[0005]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)一軸承支撐在所述機(jī)座上部。
[0006]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述弧形軌道通過(guò)一弧形軌道固定件與所述屈伸連接件固連。
[0007]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述滑塊通過(guò)一滑塊固定件與所述L型連接件固連。
[0008]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌的兩端之間分別設(shè)置有一擋塊，以使兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌與兩所述擋塊圍成一滑槽，所述水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在所述滑槽內(nèi)。
[0009]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸通過(guò)減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明與市場(chǎng)上現(xiàn)有的設(shè)備相比，其基于踝關(guān)節(jié)解剖學(xué)和運(yùn)動(dòng)耦合特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，是一種主、被動(dòng)相結(jié)合的多自由度醫(yī)療器械。在康復(fù)運(yùn)動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)動(dòng)力外骨骼帶動(dòng)踝關(guān)節(jié)進(jìn)行跖屈/背屈運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于踝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在運(yùn)動(dòng)的耦合性，動(dòng)力外骨骼可被動(dòng)地分別在冠狀面繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)、在水平面繞水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿矢狀軸前后移動(dòng)，分別自適應(yīng)內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋運(yùn)動(dòng)及沿矢狀軸的的直線運(yùn)動(dòng)，解決動(dòng)力外骨骼和踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸線重合的問(wèn)題，從而增大踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)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(fù)運(yùn)動(dòng)安全性的同時(shí)，還能提高康復(fù)療效。2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)具有相互獨(dú)立性，即運(yùn)動(dòng)可獨(dú)立發(fā)生，也可同時(shí)發(fā)生，且運(yùn)動(dòng)無(wú)先后順序。因此，本發(fā)明可適應(yīng)不同程度的病患使用，使用中具有廣泛性。由此可見(jiàn)，本發(fā)明能夠?yàn)榛颊咛峁┛祻?fù)和助力、代償，而且保證舒適、安全，可以廣泛的使用在踩關(guān)節(jié)康復(fù)上。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 以下結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0012]圖1是本發(fā)明動(dòng)力外骨骼的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明腳板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明動(dòng)力外骨骼的內(nèi)/外翻耦合運(yùn)動(dòng)工作圖；
[0015]圖4是本發(fā)明動(dòng)力外骨骼的內(nèi)/外旋及沿矢狀軸前后移動(dòng)的兩類耦合運(yùn)動(dòng)工作圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]圖1、圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明提供的動(dòng)力外骨骼100，該動(dòng)力外骨骼100包括兩平行設(shè)置的機(jī)座1，每一機(jī)座I的上部均通過(guò)軸承2沿冠狀軸(X軸)水平支撐一轉(zhuǎn)動(dòng)軸3。每一轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)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(dòng)設(shè)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(guān)于垂直軸(Z軸)對(duì)稱。每一 L型連接件9的下端均固連一滾動(dòng)導(dǎo)軌10，且兩滾動(dòng)導(dǎo)軌10沿矢狀軸(Y軸)平行間隔設(shè)置。在兩滾動(dòng)導(dǎo)軌10的兩端之間分別設(shè)置有一擋塊11，以使兩滾動(dòng)導(dǎo)軌10與兩擋塊11圍成一滑槽。在兩滾動(dòng)導(dǎo)軌10的上部沿矢狀軸滾動(dòng)設(shè)置一腳板12，且腳板12的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸13，該水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸13轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在兩滾動(dòng)導(dǎo)軌10與兩擋塊11圍成的滑槽內(nèi)。在其中一機(jī)座I的外側(cè)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器支架14水平固連一驅(qū)動(dòng)器15，驅(qū)動(dòng)器15的輸出軸通過(guò)減速裝置16和聯(lián)軸器17與位于該機(jī)座I上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸3動(dòng)力連接。
[0018]本發(fā)明使用時(shí)，在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)之前，將患者的腳通過(guò)綁帶固定于腳板12上，動(dòng)力外骨骼100自調(diào)節(jié)適應(yīng)踝關(guān)節(jié)的足下垂或內(nèi)/外翻的病理特征，使踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)中心和動(dòng)力外骨骼100的轉(zhuǎn)動(dòng)中心(O點(diǎn))重合。踝關(guān)節(jié)根據(jù)自身結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可驅(qū)動(dòng)相應(yīng)零部件分別調(diào)節(jié)動(dòng)力外骨骼100使其適應(yīng)于踝關(guān)節(jié)的病理特征，具體過(guò)程如下述:踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)滑塊7經(jīng)過(guò)滑塊固定件8使得L型連接件9繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)L型連接件9經(jīng)過(guò)滾動(dòng)導(dǎo)軌10和腳板12調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)在冠狀面(XOZ平面)的內(nèi)/外翻運(yùn)動(dòng)；此外，踝關(guān)節(jié)可驅(qū)動(dòng)腳板12通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸13在兩滾動(dòng)滑軌10之間轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)在水平面(Χ0Υ平面)的內(nèi)/外旋運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)腳板12沿滾動(dòng)滑軌10做直線運(yùn)動(dòng)，完成沿矢狀軸的位移量。需要說(shuō)明的是，動(dòng)力外骨骼100實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)具有相互獨(dú)立性，即運(yùn)動(dòng)可獨(dú)立發(fā)生，也可同時(shí)發(fā)生，且運(yùn)動(dòng)無(wú)先后順序。因此，該動(dòng)力外骨骼100可適應(yīng)不同程度的病患使用，使用中具有廣泛性。
[0019]在康復(fù)運(yùn)動(dòng)中，如圖3所示，驅(qū)動(dòng)器15驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸3帶動(dòng)弧形軌道6，踝關(guān)節(jié)通過(guò)滑塊7使得L型連接件9繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)完成跖屈/背屈運(yùn)動(dòng)，同時(shí)動(dòng)坐標(biāo)系XOZ中的OX軸繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)到OXi軸位置，實(shí)現(xiàn)在XOZ平面繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力外骨骼100自適應(yīng)踝關(guān)節(jié)的內(nèi)/外翻耦合運(yùn)動(dòng)。
[0020]如圖4所示，腳板12通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸13帶動(dòng)L型連接件9繞(V點(diǎn)(O'點(diǎn)為O點(diǎn)在XOY平面上的投影)轉(zhuǎn)動(dòng)或沿滾動(dòng)軌道10直線移動(dòng)，動(dòng)坐標(biāo)軸O' X、0' Y分別繞O'點(diǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)到O" X"位置、O" Y"位置，動(dòng)力外骨骼100自適應(yīng)踝關(guān)節(jié)的內(nèi)/外旋和沿矢狀軸如后移動(dòng)的兩類f禹合運(yùn)動(dòng)。
[0021]上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、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(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外 。
【權(quán)利要求】
1.一種多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，該動(dòng)力外骨骼包括: 兩平行設(shè)置的機(jī)座， 兩分別沿冠狀軸水平支撐在兩所述機(jī)座上部的轉(zhuǎn)動(dòng)軸， 兩分別固連在兩所述轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)設(shè)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(dòng)導(dǎo)軌， 一沿矢狀軸滾動(dòng)設(shè)置在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌上部的腳板，以及 一水平固連在其中一側(cè)所述機(jī)座上的驅(qū)動(dòng)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(guān)于垂直軸對(duì)稱；所述腳板的底部具有一水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌之間；所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與位于該機(jī)座上的所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)力連接。
2.如權(quán)利要求1所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)一軸承支撐在所述機(jī)座上部。
3.如權(quán)利要求1所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述弧形軌道通過(guò)一弧形軌道固定件與所述屈伸連接件固連。
4.如權(quán)利要求2所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述弧形軌道通過(guò)一弧形軌道固定件與所述屈伸連接件固連。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述滑塊通過(guò)一滑塊固定件與所述L型連接件固連。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌的兩端之間分別設(shè)置有一擋塊，以使兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌與兩所述擋塊圍成一滑槽，所述水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在所述滑槽內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，在兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌的兩端之間分別設(shè)置有一擋塊，以使兩所述滾動(dòng)導(dǎo)軌與兩所述擋塊圍成一滑槽，所述水平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在所述滑槽內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸通過(guò)減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。
9.如權(quán)利要求5所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸通過(guò)減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。
10.如權(quán)利要求6所述的多自由度的踝關(guān)節(jié)動(dòng)力外骨骼，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸通過(guò)減速裝置和聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。
【文檔編號(hào)】A63B23/08GK103976848SQ201410208291
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】仝美娟, 周志浩, 王啟寧, 王龍 申請(qǐng)人:北京大學(xué)