下肢康复训练机器人踝关节装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102028607A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102028607A(43)申请公布日2011.04.27(21)申请号201110001338.5(22)申请日2011.01.01(71)申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街438号(72)发明人王洪波史小华胡国清袁林侯增广徐震李亮杨雪(51)Int.Cl.A61H1/02(2006.01)A63B23/08(2006.01)A63B21/00(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图3页(54)发明名称下肢康复训练机器人踝关节装置(57)摘要本发明公开了一种适用于串联结构的下肢康复训练机器人的踝关节装置，属于康复医疗设备领域。本发明踝关节装置实现了三重安全防护即软件控制电机13的速度和运动位置范围、行程开关2和机械限位销1也都限定了踝关节电机13的安全极限运动范围。踝关节电机13置于足部箱体11和19内，通过同步带轮3和15传递运动，并有同步带张紧机构16。踝关节支架14固定在踝关节内外护板4和18上，足部踏板19可以绕踝关节支架14的B位置的销轴做相对转动，通过压力传感器7和9实现了足部正反双向扭矩的数据测量。传感器套6、8和10可分别预紧上下两传感器7和9。CN102867ACCNN110202860702028609A权利要求书1/1页1.本踝关节装置适用于串联结构的下肢康复训练机器人，其特征在于：具有软件控制电机(13)启停、行程开关(2)通断电机(13)、机械限位销(1)限位的三重防护功能。2.踝关节采用电机非直驱方案，其特征在于：电机(13)放置在由足部踏板(19)和底盖(11)构成的箱体内，通过同步带轮(3、15)来传递运动，内有同步带张紧轮(5)。3.由两个压力传感器来实现足部力/力矩的测量，其特征在于：脚踏板支架(14)和踏板(19)通过传感器套(6、8)固定并预紧上压力传感器(7)，传感器套(8)和带外螺纹的旋塞(10)固定下传感器(9)，和带内螺纹的传感器套(8)旋合并预紧传感器(9)。4.根据权利3所述的传感器的固定并预紧方案，其特征在于：踏板(19)通过A、B两部位和踏板支架(14)连接，并可绕B部位的销轴做相对于踏板支架(14)的双向转动，使传感器(7、9)分别产生压力信号，实现足部力/力矩的测量功能。2CCNN110202860702028609A说明书1/2页下肢康复训练机器人踝关节装置技术领域[0001]本发明公开了一种下肢康复训练机器人的踝关节装置，属于医疗设备领域。背景技术[0002]下肢瘫患者的康复治疗方式已经从传统的人工物理治疗方式转变为当前涵盖多学科多技术的自动化治疗。机器人技术和康复医学相结合是机器人应用的主要领域之一。现有的踝关节康复装置存在以下不足：(1)单独的固定式安装的踝关节康复装置使整个下肢的牵引运动轨迹单一，下肢运动空间受限；(2)对于足部力/力矩数据采集的传感器成本较高或没有安装力/力矩传感器，使得康复训练缺乏科学的定量的参考依据；(3)现有的包含踝关节的下肢康复训练装置的结构尺寸较大。主要原因是要同时考虑多种传感器安装和关节驱动设计方案；(4)现有的康复训练装置没有充分的考虑患者下肢的多重保护，若出现机械或控制故障存在对患者下肢的二次伤害隐患。[0003]因此，发明一种结构简单，尺寸小巧，成本低廉，安全性高的踝关节康复训练装置用于下肢康复训练机器人有着极其重要的现实应用意义。[0004]本发明的目的就在于提供一种可用于串联结构的下肢康复机器人的、安全性高成本低的可进行力/力矩采集的踝关节装置。发明内容[0005]本发明的踝关节装置结合附图公开的结构方案如下：[0006]1、三重安全保护设计方案。第一重保护为软件限位，即通过控制器设定带有编码器的电机的运动极限位置，实现踝关节在正常运动范围内运动。第二重保护为电气限位，即由行程开关在极限位置产生信号来控制踝关节的极限运动范围。第三重保护为机械限位，即由机械限位销和踝关节内外护板孔的配合来限定踝关节的极限运动范围。[0007]2、踝关节采用了非电机直接驱动的设计方案，减小了踝关节机构的轴向尺寸。电机放置在下面由足部踏板和底盖构成的箱体内，便于足部整体外包装，通过同步带轮和同步带轮来传递运动，带动踝关节运动，踝关节内外护板内设计有同步带张紧轮。[0008]3、可调整同步带轮机构在同步带的径向压力下向左侧移动，四个调整螺栓压在踝关节内外护板的内壁上，通过侧面的相应位置的四个通孔可以方便的调节螺栓的旋入长度，从而实现张紧同步带的功能。[0009]4、脚踏板支架和踝关节内外护板用螺栓固定安装，一端通过传感器套在脚踏板上下两面分别安装有圆柱形压力传感器。上传感器用螺栓通过传感器套的通孔和脚踏板连