并联式主动/被动踝关节康复训练装置

摘要

本发明涉及一种并联式主动/被动踝关节康复训练装置，主要由下底板、固定平台、动平台及三条均布支链组成，每条支链均由电机支架、驱动电机、牙嵌式离合器、固定平台转动副、两用弹性转动副、动平台转动副（或动平台球副）、动平台连杆及固定平台连杆组成；动平台可实现三自由度转动，其转动中心与人体踝关节转动中心重合，在踝关节康复训练的过程中，可帮助人体踝关节实现背伸/趾曲、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动。通过离合器与两用弹性转动副配合使用，可实现踝关节主动、被动或半主动式康复训练。本发明可以更准确的帮助踝关节进行康复训练，并可以满足不同程度患者的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种踝关节康复训练装置，用于帮助踝关节进行主动、被 动或半主动式康复训练。

背景技术

踝关节扭伤是骨科临床常见的运动损伤，如果治疗不及时或不彻底， 容易导致踝关节韧带过度松弛，关节不稳，易引起反复扭伤，造成踝 关节功能障碍等后遗症，严重的将影响行走功能。目前，国内外已有 多家机构开展了踝关节康复训练装置的的研制与实验工作，并取得了 一定的进展。在踝关节康复的过程中，康复训练装置是否能够完全模 拟人体踝关节的运动规律以及能够适应不同程度的患者进行相应的康 复治疗，对于患者踝关节的恢复效果有着实际的意义。

根据人体解剖学可知，踝运动的方式是由距骨体滑车关节面的形状所 决定的，能够实现人体踝关节背伸/趾曲、内翻/外翻、内旋/外旋三种 运动。为了满足踝关节康复训练的需求，本发明设计了一种并联式主 动/被动踝关节康复训练装置，动平台为三个转动自由度，且转动中心 与康复训练时人体踝关节的转动中心相重合，可完全模拟踝关节的运 动规律，并通过离合器与两用弹性转动副配合使用，实现踝关节的被 动、主动和半主动式康复训练，满足不同程度患者的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于人体踝关节康复训练的装置。

本发明的技术方案：

如图3所示为本发明方案1，一种并联式主动/被动踝关节康复训练装置 ，由下底座1、固定平台16、第一动平台14、第一运动支链A、第二运 动支链B和第三运动支链C组成；所述三条运动支链均布在固定平台周 围，下底座1与固定平台16相固连，第一动平台14上固定有第一脚部定 位块9、第一绑缚块10和第二绑缚块11，第一绑缚块10与第一绑缚带1 2的一端相连，第二绑缚块11与第二绑缚带13的一端相连，患者脚部通 过脚跟与第一脚部定位块9接触定位，第一绑缚带12和第二绑缚带13用 来绑缚患者脚部；

所述第一运动支链A由电机支架2，驱动电机3，牙嵌式离合器4，固定 平台转动副5，固定平台连杆6，动平台第一连杆7，动平台转动副8和 两用弹性转动副15组成；其中：动平台第一连杆7通过动平台转动副8 与第一动平台14 相连，固定平台连杆6通过固定平台转动副5与固定平台16相连，动平 台第一连杆7通过两用弹性转动副15与固定平台连杆6相连；

所述两用弹性转动副15由与固定平台连杆6一端相固连的一端开有卡簧 槽26，另一端固定有第一弹簧固定块27的第一阶梯轴25，与动平台第 一连杆7一端相固连的一端固定有第二弹簧固定块30，中部开有通孔3 1的第三阶梯轴29，弹簧32，卡簧33组成；其中：第一阶梯轴25穿过弹 簧32和第三阶梯轴通孔31，一端通过卡簧33固定在卡簧槽26中轴向定 位，当弹簧两端均不与第一弹簧固定块27和第二弹簧固定块30相连时 ，此时两用弹性转动副为普通转动副，当弹簧两端分别与第一弹簧固 定块27和第二弹簧固定块30相连时，此时两用弹性转动副为弹性转动 副；

所述牙嵌式离合器4由与固定平台连杆6一端相固连的第二阶梯轴28， 离合器定盘34，离合器动盘37，导向轴35，定位螺钉36组成；其中： 离合器定盘34与第二阶梯轴28一端相固连，导向轴35与第二阶梯轴28 轴线重合，离合器动盘37与导向轴35周向固定，且可沿导向轴35的轴 向运动，当离合器接合时，定位螺钉36与导向轴35固连，对离合器动 盘37轴向定位，当去掉定位螺钉36时，离合器动盘37可沿导向轴35向 下运动，此时离合器分离；

所述驱动电机3与导向轴35一端相固连，可通过导向轴35带动离合器动 盘37转动；驱动电机3通过电机支架2固定在下底座1上；

所述第二运动支链B和第三运动支链C与第一运动支链A结构相同；

所述第一运动支链A、第二运动支链B和第三运动支链C中所有转动副的 轴线交于一点O，为人体踝关节转动中心；

如图4所示，为本发明方案2，一种并联式主动/被动踝关节康复训练装 置，由下底座1、固定平台16、第二动平台20、第四运动支链D、第五 运动支链E和第六运动支链F组成；所述三条运动支链均布在固定平台 周围，下底座1与固定平台16相固连，第二动平台20上固定有第二脚部 定位块24、第三绑缚块21和第四绑缚块22，第三绑缚块21与第三绑缚 带19的一端相连，第四绑缚块22与第四绑缚带23的一端相连，患者脚 部通过脚跟与第二脚部定位块24接触定位，第三绑缚带19和第四绑缚 带23用来绑缚患者脚部；

所述第四运动支链D由电机支架2，驱动电机3，牙嵌式离合器4，固定 平台转动副5，固定平台连杆6，动平台第二连杆17，动平台球副18和 两用弹性转动副15组成；其中：动平台第二连杆17通过动平台球副18 与第二动平台20 相连，固定平台连杆6通过固定平台转动副5与固定平台16相连，动平 台第二连杆17通过两用弹性转动副15与固定平台连杆6相连；

所述两用弹性转动副15由与固定平台连杆6一端相固连的一端开有卡簧 槽26，另一端固定有第一弹簧固定块27的第一阶梯轴25，与动平台第 二连杆17一端相固连的一端固定有第二弹簧固定块30，中部开有通孔 31的第三阶梯轴29，弹簧32，卡簧33组成；其中：第一阶梯轴25穿过 弹簧32和第三阶梯轴通孔31，一端通过卡簧33固定在卡簧槽26中轴向 定位，当弹簧两端均不与第一弹簧固定块27和第二弹簧固定块30相连 时，此时两用弹性转动副为普通转动副，当弹簧两端分别与第一弹簧 固定块27和第二弹簧固定块30相连时，此时两用弹性转动副为弹性转 动副；

所述牙嵌式离合器4由与固定平台连杆6一端相固连的第二阶梯轴28， 离合器定盘34，离合器动盘37，导向轴35，定位螺钉36组成；其中： 离合器定盘34与第二阶梯轴28一端相固连，导向轴35与第二阶梯轴28 轴线重合，离合器动盘37与导向轴35周向固定，且可沿导向轴35的轴 向运动，当离合器接合时，定位螺钉36与导向轴35固连，对离合器动 盘37轴向定位，当去掉定位螺钉36时，离合器动盘37可沿导向轴35向 下运动，此时离合器分离；

所述驱动电机3与导向轴35一端相固连，可通过导向轴35带动离合器动 盘37转动；驱动电机3通过电机支架2固定在下底座1上；

所述第五运动支链E和第六运动支链F与第四运动支链D结构相同；

所述第四运动支链D、第五运动支链E和第六运动支链F中所有转动副的 轴线交于一点O，为人体踝关节转动中心。

有益效果

本发明的踝关节康复训练装置由下底座、固定平台、动平台和三条运 动支链构成，采用3-RRR或3-RRS型并联机构，动平台可实现三自由度 转动，所有转动副的轴线交与一点，与康复训练过程中人体踝关节转 动中心重合，可更准确的帮助患者进行踝关节康复训练，而不会因动 平台偏离转动中心或自由度数目与人体踝关节的自由度数目不匹配而 对患者造成其他不利影响；三条支链中两用弹性转动副与离合器配合 使用，可实现踝关节主动、被动或半主动式康复训练，满足不同需求 患者的使用。

附图说明

图1为本发明方案1机构原理图。

图2为本发明方案2机构原理图。

图3为本发明方案1结构示意图。

图4为本发明方案2结构示意图。

图5为固定平台第一连杆结构示意图。

图6为动平台第一连杆结构示意图。

图7为动平台第二连杆结构示意图。

图8为弹性转动副装配关系图。

图9为牙嵌式离合器示意图。

图中，A-第一运动支链，B-第二运动支链，C-第三运动支链，D第四运 动支链，E-第五运动支链，F-第六运动支链，1-下底板，2-电机支架 ，3-驱动电机，4-牙嵌式离合器，5-固定平台转动副，6-固定平台连 杆，7-动平台第一连杆，8-动平台转动副，9-第一脚部定位块，10-第 一绑缚块，11-第二绑缚块，12-第一绑缚带，13-第二绑缚带，14-第 一动平台，15-两用弹性转动副，16-固定平台，17-动平台第二连杆， 18-动平台球副，19-第三绑缚带，20-第二动平台，21-第三绑缚块， 22-第四绑缚块，23-第四绑缚带，24-第二脚部定位块，25-第一阶梯 轴，26-第一阶梯轴卡簧槽，27-第一弹簧固定块，28-第二阶梯轴，2 9-第三阶梯轴，30-第二弹簧固定块，31-第三阶梯轴通孔，32-弹簧， 33-卡簧，34-离合器动盘，35-导向轴，36-定位螺钉，37-离合器动盘 。

具体实施方式

本发明一种并联式主动/被动踝关节康复训练装置，方案1采用3-RRR型 并联机构，由下底座1、固定平台16、第一动平台14和三条运动支链构 成；方案2采用3-RRS型并联机构，由下底座1、固定平台16、第二动平 台20和三条运动支链构成。在康复训练时，患者脚部放置在动平台上 ，由脚部定位块进行定位，并通过绑缚带对脚部进行绑缚固定。

实施方式一：

本发明实施方式一为被动式踝关节康复训练装置。此时方案1与方案2 中三条支链中的两用弹性转动副均为普通转动副，三条支链中离合器 相接合，通过电机驱动固定平台转动副运动，此时由动平台带动人体 踝关节实现背伸/趾曲、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动。这适用于人 体踝关节完全或几乎不能自主实现三种运动的情况。

实施方式二：

本发明实施方式二为主动式踝关节康复训练装置。此时方案1与方案2 中三条支链中的两用弹性转动副均为弹性转动副，三条支链中离合器 相分离，此时由人体踝关节驱动动平台运动，并在弹性转动副的作用 下，使人体踝关节受到一定的弹性约束力，这适用于人体踝关节已经 基本但不能完全实现背伸/趾曲、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动的情 况。

实施方式三：

本发明实施方式三为半主动式踝关节康复训练装置。根据人体踝关节 背伸/趾曲、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动能力的恢复情况，选择三 条支链中的一条支链或两条支链的两用弹性转动副为弹性转动副，且 离合器相分离，另外两条支链或一条支链的离合器相接合，驱动电机 驱动相应固定平台转动副主动运动，同时两用弹性转动副为普通转动 副，通过离合器与弹性转动副的配合，根据患者的需要对人体踝关节 背伸/趾曲、内翻/外翻、内旋/外旋三种运动中恢复较差的运动功能提 供较多的被动训练，而对恢复较好的运动功能提供较多的主动训练。