本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種用于踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練治療的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

自上個(gè)世紀(jì)90年代起，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)開始探索將機(jī)器人技術(shù)引入到中樞神經(jīng)損傷患者的康復(fù)訓(xùn)練中，并紛紛研制和開發(fā)出各種用于上肢、下肢或者關(guān)節(jié)康復(fù)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，如mit-manus、handy1、biodexsystem4等。

踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人也是研究熱點(diǎn)之一。例如，為實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)更為復(fù)雜的康復(fù)運(yùn)動訓(xùn)練課，agrawal等開發(fā)了具有2自由度的踝足矯形器，并通過伺服控制來到達(dá)合適的位姿。同時(shí)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)也用在了踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中。如美國新澤西州的大學(xué)的girone等研制出6自由度基于氣動伺服系統(tǒng)控制的stewart機(jī)構(gòu)的rutgersankle踝關(guān)節(jié)康復(fù)系統(tǒng)，但該裝置存在著機(jī)構(gòu)復(fù)雜，自由度數(shù)多以及需要配置獨(dú)立氣源等缺點(diǎn)。另外踝關(guān)節(jié)康復(fù)時(shí)，可忽略其微小的移動自由度。為此，戴建生和趙鐵石提出了具有被動約束支鏈的三和四個(gè)自由度3-sps/s，3-sps/sp踝關(guān)節(jié)康復(fù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。類似的，liu提出了一種三自由度3-rss/s踝關(guān)節(jié)康復(fù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。但以上被動約束支鏈含有球鉸s的機(jī)構(gòu)存在一個(gè)缺點(diǎn)，即機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心與踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心無法相互重合。為解決并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間內(nèi)存在奇異的問題，英國倫敦國王學(xué)院的saglia等提出了二自由度3-sps/u冗余驅(qū)動踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)構(gòu)。奧克蘭大學(xué)tsoi等還提出了一種生物融合式的4-ups/s踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)以踝關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動中心的康復(fù)訓(xùn)練，但患者的下肢會受到其他方向的作用力，影響康復(fù)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置所存在的問題，本發(fā)明的目標(biāo)旨在設(shè)計(jì)一種具有冗余驅(qū)動特性的三自由度4-rus/rrr并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)背屈/跖屈，內(nèi)翻/外翻，內(nèi)旋/外旋等三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動；可根據(jù)不同的患者的足部尺寸調(diào)整平臺到轉(zhuǎn)動中心的距離，使機(jī)構(gòu)與踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心相重合；采用了4條rus支鏈冗余驅(qū)動布置方案，以保證機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動性能。

本發(fā)明提出的一種并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置，其特征在于：包括基座、動平臺、約束支鏈和主動支鏈；所述基座包括底座和支撐平臺，所述支撐平臺通過支撐桿固定在底座上；所述支撐平臺上固設(shè)有第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)和第四電機(jī)；所述動平臺包括上動平臺和下動平臺，所述上動平臺通過墊片與下動平臺固接，所述下動平臺固設(shè)有第一軸承座、第二軸承座、第三軸承座和第四軸承座；所述約束支鏈可轉(zhuǎn)動的設(shè)置在基座上，所述約束支鏈包括承重平臺、左支撐連桿、右支撐連桿和弧形連桿；所述弧形連桿通過轉(zhuǎn)動副與所述下動平臺連接；所述承重平臺通過轉(zhuǎn)動副與所述支撐桿連接；所述承重平臺的兩端固設(shè)有左支撐連桿和右支撐連桿，所述左支撐連桿和右支撐連桿呈匹配對稱布置，所述左支撐連桿的上端和右支撐連桿的上端分別通過轉(zhuǎn)動副與所述弧形連桿的兩端連接；所述主動支鏈包括第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈和第四主動支鏈；所述第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈和第四主動支鏈結(jié)構(gòu)相同；所述每條主動支鏈均包括連桿a、u型連接件a、連桿b、u型連接件b和連桿c；所述連桿a、u型連接件a和連桿b組成虎克副；所述連桿b、u型連接件b和連桿c組成另一個(gè)虎克副；在所述第一主動支鏈中，所述連桿a通過轉(zhuǎn)動副與所述第一軸承座連接，所述連桿c與所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c與所述第一電機(jī)組成轉(zhuǎn)動副；在所述第二主動支鏈中，所述連桿a通過轉(zhuǎn)動副與所述第二軸承座連接，所述連桿c與所述第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c與所述第二電機(jī)組成轉(zhuǎn)動副；在所述第三主動支鏈中，所述連桿a通過轉(zhuǎn)動副與所述第三軸承座連接，所述連桿c與所述第三電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c與所述第三電機(jī)組成轉(zhuǎn)動副；在所述第四主動支鏈中，所述連桿a通過轉(zhuǎn)動副與所述第四軸承座連接，所述連桿c與所述第四電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c與所述第四電機(jī)組成轉(zhuǎn)動副。

所述第一主動支鏈和第三主動支鏈的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同；所述第二主動支鏈和第四主動支鏈的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同。

所述第一電機(jī)和第三電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，且水平錯(cuò)開布置；所述第二電機(jī)和第四電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，且水平錯(cuò)開布置；所述第一電機(jī)和第三電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸線與所述第二電機(jī)和第四電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸線相互垂直，且高低錯(cuò)開布置。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明裝置與作者已授權(quán)專利(授權(quán)號為zl201310421566.7)中所提出的踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置一樣，均采用了rrr約束支鏈，但兩種發(fā)明裝置采用的冗余驅(qū)動布置方式卻是不同的。在本發(fā)明中，冗余驅(qū)動是通過增加一條rus主動支鏈實(shí)現(xiàn)的，并采用了電機(jī)布置的新型方案。由此帶來的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明的驅(qū)動布置省去了錐齒輪結(jié)構(gòu)，從而降低整個(gè)裝置的制造難度以及成本；采用的冗余驅(qū)動布置方案不僅保證了康復(fù)裝置具有優(yōu)良的運(yùn)動性能，同時(shí)還具有更加簡潔和緊湊的結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的總體結(jié)構(gòu)主視圖；

圖3為本發(fā)明并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的約束支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的主動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的基座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明并聯(lián)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的基座的俯視圖；

圖中各標(biāo)記如下：1底座，1-1支撐桿，1-2支撐平臺，2-1第一電機(jī)，2-2第二電機(jī)，2-3第三電機(jī)，2-4第四電機(jī)，3承重平臺，4弧形連桿，5-1左支撐連桿，5-2右支撐連桿，6上動平臺，7下動平臺，8墊片，9-1第一軸承座，9-2第二軸承座，9-3第三軸承座，9-4第四軸承座，10連桿a，11u型連接件a，12連桿b，13u型連接件b，14連桿c，ⅰ第一主動支鏈，ⅱ第二主動支鏈，ⅲ第三主動支鏈，ⅳ第四主動支鏈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作以詳細(xì)描述。

本發(fā)明提出的一種踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置如圖1、2所示，包括基座、動平臺、約束支鏈和主動支鏈。

所述基座包括底座1和支撐平臺1-2，所述支撐平臺1-2通過支撐桿1-1固定在底座1上；所述支撐平臺1-2上固設(shè)有第一電機(jī)2-1、第二電機(jī)2-2、第三電機(jī)2-3和第四電機(jī)2-4。

所述動平臺包括上動平臺6和下動平臺7，所述上動平臺6通過墊片8與下動平臺7固接；所示下動平臺7固設(shè)有第一軸承座9-1、第二軸承座9-2、第三軸承座9-3和第四軸承座9-4。

所述約束支鏈如圖3所示，包括承重平臺3、弧形連桿4、左支撐連桿5-1和右支撐連桿5-2；所述承重平臺3通過轉(zhuǎn)動副與所述支撐桿1-1連接；所述弧形連桿4通過轉(zhuǎn)動副與所述下動平臺7連接；所述承重平臺3的兩端固設(shè)有左支撐連桿5-1和右支撐連桿5-2，所述左支撐連桿5-1和右支撐連桿5-2呈匹配對稱布置；所述左支撐連桿5-1的上端和右支撐連桿5-2的上端分別通過轉(zhuǎn)動副與弧形連桿4的兩端連接。

所述主動支鏈包括第一主動支鏈ⅰ、第二主動支鏈ⅱ、第三主動支鏈ⅲ和第四主動支鏈ⅳ；所述第一主動支鏈ⅰ、第二主動支鏈ⅱ、第三主動支鏈ⅲ和第四主動支鏈ⅳ結(jié)構(gòu)相同；所述每條主動支鏈均包括連桿a10、u型連接件a11、連桿b12、u型連接件b13和連桿c14；如圖4所示，所述連桿a10、u型連接件a11和連桿b12組成虎克副；所述連桿b12、u型連接件b13和連桿c14組成另一個(gè)虎克副。

在所述第一主動支鏈ⅰ中，所述連桿a10通過轉(zhuǎn)動副與所述第一軸承座9-1連接，所述連桿c14與所述第一電機(jī)2-1的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c14與所述第一電機(jī)2-1組成轉(zhuǎn)動副；在所述第二主動支鏈ⅱ中，所述連桿a10通過轉(zhuǎn)動副與所述第二軸承座9-2連接，所述連桿c14與所述第二電機(jī)2-2的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c14與所述第二電機(jī)2-2組成轉(zhuǎn)動副；在所述第三主動支鏈ⅲ中，所述連桿a10通過轉(zhuǎn)動副與所述第三軸承座9-3連接，所述連桿c14與所述第三電機(jī)2-3的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c14與所述第三電機(jī)2-3組成轉(zhuǎn)動副；在所述第四主動支鏈ⅳ中，所述連桿a10通過轉(zhuǎn)動副與所述第四軸承座9-4連接，所述連桿c14與所述第四電機(jī)2-4的轉(zhuǎn)軸固接，所述連桿c14與所述第四電機(jī)2-4組成轉(zhuǎn)動副。

所述第一主動支鏈ⅰ和第三主動支鏈ⅲ的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同；所述第二主動支鏈ⅱ和第四主動支鏈ⅳ的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)相同。

如圖5和圖6所示，所述第一電機(jī)2-1和第三電機(jī)2-3的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，且水平錯(cuò)開布置；所述第二電機(jī)2-2和第四電機(jī)2-4的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，且水平錯(cuò)開布置；所述第一電機(jī)2-1和第三電機(jī)2-3的轉(zhuǎn)軸軸線與所述第二電機(jī)2-2和第四電機(jī)2-4的轉(zhuǎn)軸軸線相互垂直，且高低錯(cuò)開布置。

當(dāng)使用本發(fā)明裝置對患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，首先需將患者的足部通過綁帶固定在上動平臺6上，并盡可能保證踝骨對準(zhǔn)弧形連桿4和支撐連桿5-1、5-2的轉(zhuǎn)動副的軸線上；另外，還可通過安裝不同數(shù)量的墊片8改變上動平臺6與下動平臺7的相對距離，以調(diào)整足底到機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動中心的距離，從而保證踝關(guān)節(jié)與機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心相重合。在約束支鏈和主動支鏈的共同作用下，該裝置可以實(shí)現(xiàn)如圖3所示的x軸、y軸和z軸三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動，即踝關(guān)節(jié)的背屈/跖屈，內(nèi)翻/外翻，內(nèi)旋/外旋三個(gè)方向，能夠有效地對踝關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)各種類型的康復(fù)運(yùn)動訓(xùn)練。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。