一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種腳踝康復(fù)機(jī)器人，尤其是涉及基于并聯(lián)腳踝康復(fù)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前腳踝關(guān)節(jié)疾病、運(yùn)動(dòng)損傷和術(shù)后的康復(fù)與輔助治療需要多名理療醫(yī)師進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練，效率低下，治療效果主觀(guān)性大，不能精確控制和記錄腳踝康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)，不利于治療方案的改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人，用于腳踝關(guān)節(jié)疾病、運(yùn)動(dòng)損傷和術(shù)后的康復(fù)與輔助治療?；谌杂啥炔⒙?lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)腳踝關(guān)節(jié)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；可錄入醫(yī)生對(duì)病人康復(fù)時(shí)的腳踝康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，錄入的康復(fù)過(guò)程可以自動(dòng)施加到腳踝關(guān)節(jié)，帶動(dòng)腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:采用一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人。該機(jī)器人包括機(jī)械部分和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)部分。基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人機(jī)械部分包括:腳踝驅(qū)動(dòng)部分和腳部固定裝置兩部分。腳踝康復(fù)驅(qū)動(dòng)部分由四套液壓伺服作動(dòng)器、與作動(dòng)器相匹配的四個(gè)伺服閥和鉸鏈、腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)、腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)、固定在下平臺(tái)上限制三個(gè)平動(dòng)自由度的限位桿和連接限位桿與動(dòng)平臺(tái)的球鉸組成；腳部固定部分包括一套可以調(diào)節(jié)大小的固定裝置。所述機(jī)械部分具有三個(gè)繞水平向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度?；谌杂啥炔⒙?lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制部分；通過(guò)并聯(lián)機(jī)器人控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)四套液壓伺服作動(dòng)器協(xié)同工作控制腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。
[0005]所說(shuō)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指作動(dòng)器數(shù)目為3?4個(gè)，且機(jī)構(gòu)的自由度為3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:本發(fā)明用于腳踝關(guān)節(jié)疾病、運(yùn)動(dòng)損傷和術(shù)后的康復(fù)與輔助治療?；谌杂啥炔⒙?lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)腳踝關(guān)節(jié)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；可錄入醫(yī)生對(duì)病人康復(fù)時(shí)的腳踝康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，錄入的康復(fù)過(guò)程可以自動(dòng)施加到腳踝關(guān)節(jié)，帶動(dòng)腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度好，控制精度高，相應(yīng)快等特點(diǎn)使得本發(fā)明具有更好的控制性能指標(biāo)，可以廣泛應(yīng)用于康復(fù)機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、家庭，對(duì)人們的腳踝康復(fù)具有重要作用。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0007]圖2:腳踝損傷患者使用本發(fā)明進(jìn)行康復(fù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如附圖1所示，基于并聯(lián)三自由度機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人包括腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)(I)、四套伺服作動(dòng)器和與之匹配的伺服閥(3)、腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)(8)、四套連接伺服作動(dòng)器與腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)的鉸鏈(2)、四套連接伺服作動(dòng)器與腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的鉸鏈(9)、固定在腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)上的限位桿(5)、連接限位桿與腳踝康復(fù)機(jī)器人上平臺(tái)的球鉸￠)、一套固定在動(dòng)平臺(tái)上大小可以調(diào)節(jié)的腳部固定裝置(7)。機(jī)械部分具有三個(gè)繞水平向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。所述伺服作動(dòng)器可以是液壓伺服作動(dòng)器、氣動(dòng)伺服作動(dòng)器或者電動(dòng)伺服作動(dòng)器。其中伺服作動(dòng)器與上、下平臺(tái)的連接點(diǎn)都以限位桿為中心呈中心對(duì)稱(chēng)布置，各個(gè)伺服作動(dòng)器均不和限位桿(5)在同一個(gè)平面內(nèi)。
[0009]所說(shuō)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指作動(dòng)器數(shù)目為3?4個(gè)，且機(jī)構(gòu)的自由度為3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:本發(fā)明用于腳踝關(guān)節(jié)疾病、運(yùn)動(dòng)損傷和術(shù)后的康復(fù)與輔助治療。基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)腳踝關(guān)節(jié)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；可錄入醫(yī)生對(duì)病人康復(fù)時(shí)的腳踝康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，錄入的康復(fù)過(guò)程可以自動(dòng)施加到腳踝關(guān)節(jié)，帶動(dòng)腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
[0010]本發(fā)明的工作原理如下:
[0011]本發(fā)明中液壓伺服作動(dòng)器1、2、3、4(3、4、10、11)經(jīng)過(guò)連接伺服作動(dòng)器與動(dòng)平臺(tái)的鉸鏈將力和位移傳遞給動(dòng)平臺(tái)(8)，進(jìn)一步動(dòng)平臺(tái)將力與位移傳遞給固定在動(dòng)平臺(tái)上的腳部固定裝置(7)，進(jìn)而形成施加到需要對(duì)腳踝進(jìn)行康復(fù)與輔助治療著的腳踝。
[0012]坐標(biāo)系的定義:如圖所示，坐標(biāo)原點(diǎn)定義在球鉸中心，X、Y、Z方向如圖所示。轉(zhuǎn)動(dòng)方向滿(mǎn)足右手定則。
[0013]繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn):
[0014]由附圖1可以看出由控制系統(tǒng)控制腳踝康復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)繞X軸正轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，Y軸正向兩個(gè)液壓伺服作動(dòng)器2、3 (4、10)縮短到所需長(zhǎng)度，Y軸負(fù)方向兩個(gè)伺服作動(dòng)器1、4(3、11)伸長(zhǎng)相應(yīng)的長(zhǎng)度；同樣的實(shí)現(xiàn)繞X軸負(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)Y軸負(fù)向兩個(gè)液壓伺服作動(dòng)器1、4(3、11)伸長(zhǎng)到所需長(zhǎng)度，Y軸正方向兩個(gè)伺服作動(dòng)器2、3 (4、10)縮短相應(yīng)的長(zhǎng)度；
[0015]繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn):
[0016]由附圖1可以看出由控制系統(tǒng)控制腳踝康復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)繞Y軸正轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，X軸正向兩個(gè)液壓伺服作動(dòng)器3、4(10、11)伸長(zhǎng)到所需長(zhǎng)度，X軸負(fù)方向兩個(gè)伺服作動(dòng)器1、2(3、4)縮短相應(yīng)的長(zhǎng)度；同樣的實(shí)現(xiàn)繞Y軸負(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)X軸正向兩個(gè)液壓伺服作動(dòng)器3、4(10、11)縮短到所需長(zhǎng)度，X軸負(fù)方向兩個(gè)伺服作動(dòng)器1、2(3、4)伸長(zhǎng)相應(yīng)的長(zhǎng)度；
[0017]繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn):
[0018]由附圖1可以看出由控制系統(tǒng)控制腳踝康復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)繞Z軸正轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，四個(gè)液壓伺服作動(dòng)器1、2、3、4(3、4、10、11)縮短到所需長(zhǎng)度；同樣的實(shí)現(xiàn)繞Z軸負(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)四個(gè)液壓伺服作動(dòng)器1、2、3、4(3、4、10、11)伸長(zhǎng)到所需長(zhǎng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)器人包括機(jī)械部分和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中 機(jī)械部分包括:腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)(I)、四套伺服作動(dòng)器和與之匹配的伺服閥、腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)(8)、四套連接伺服作動(dòng)器與腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)的下鉸鏈(2)、四套連接伺服作動(dòng)器與腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的上鉸鏈(9)、固定在腳踝康復(fù)機(jī)器人下平臺(tái)上的限位桿(5)、連接限位桿與腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的球鉸￠)、一套固定在動(dòng)平臺(tái)上大小可以調(diào)節(jié)的腳部固定裝置(7)，通過(guò)所述機(jī)械部分的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)腳踝關(guān)節(jié)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)用于通過(guò)并聯(lián)機(jī)器人控制技術(shù)控制四套伺服作動(dòng)器協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，記錄醫(yī)生使用該機(jī)器人對(duì)病人康復(fù)時(shí)的腳踝康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，并再現(xiàn)錄入的康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，將康復(fù)過(guò)程自動(dòng)施加到腳踝關(guān)節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度腳踝康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:所述機(jī)械部分具有三個(gè)繞水平向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，液壓伺服作動(dòng)器數(shù)目為3-4個(gè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度腳踝康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:所述伺服作動(dòng)器是液壓伺服作動(dòng)器、氣動(dòng)伺服作動(dòng)器或者電動(dòng)伺服作動(dòng)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度腳踝康復(fù)機(jī)器人，其中伺服作動(dòng)器與上、下平臺(tái)的連接點(diǎn)都以限位桿為中心呈中心對(duì)稱(chēng)布置，各個(gè)伺服作動(dòng)器均不和限位桿(5)在同一個(gè)平面內(nèi)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的腳踝康復(fù)機(jī)器人。該機(jī)器人包括機(jī)械部分和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)部分。機(jī)械部分包括腳踝驅(qū)動(dòng)部分和腳部固定裝置兩部分；運(yùn)動(dòng)控制部分通過(guò)并聯(lián)機(jī)器人控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)四套液壓伺服作動(dòng)器協(xié)同工作控制腳踝康復(fù)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。本發(fā)明用于腳踝關(guān)節(jié)疾病、運(yùn)動(dòng)損傷和術(shù)后的康復(fù)與輔助治療，可以實(shí)現(xiàn)腳踝關(guān)節(jié)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；可錄入醫(yī)生對(duì)病人康復(fù)時(shí)的腳踝康復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，錄入的康復(fù)過(guò)程可以自動(dòng)施加到腳踝關(guān)節(jié)，帶動(dòng)腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的最快康復(fù)。
【IPC分類(lèi)】A61H1/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105030479
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510404891
【發(fā)明人】楊熾夫
【申請(qǐng)人】哈爾濱天愈康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日