一種冗余驅動三自由度腳踝康復醫(yī)療機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及腳踝康復機器人，尤其是涉及基于并聯(lián)三自由度腳踝康復機器人。
【背景技術】
[0002]目前腳踝關節(jié)疾病、運動損傷和術后的康復與輔助治療需要多名理療醫(yī)師進行下肢康復訓練，效率低下，治療效果主觀性大，不能精確控制和記錄腳踝康復訓練參數，不利于治療方案的改進。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種冗余驅動三自由度腳踝康復機器人，用于腳踝關節(jié)疾病、運動損傷和術后的康復與輔助治療。冗余驅動三自由度腳踝康復機器人可以實現腳踝關節(jié)三個轉動自由度；可錄入醫(yī)生對病人康復時的腳踝康復運動軌跡，錄入的康復過程可以自動施加到腳踝關節(jié)，帶動腳踝關節(jié)運動。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:采用基于冗余驅動三自由度并聯(lián)機構的機器人實現腳踝康復訓練。該機器人包括機械部分和運動控制系統(tǒng)部分。冗余驅動三自由度腳踝康復機器人機械部分包括:腳踝驅動部分和腳部固定裝置兩部分。腳踝康復驅動部分由六套液壓伺服作動器、與作動器相匹配的六個伺服閥和鉸鏈、腳踝康復機器人下平臺、腳踝康復機器人動平臺、固定在下平臺上限制三個平動自由度的限位桿和連接限位桿與動平臺的球鉸組成；腳部固定部分包括一套可以調節(jié)大小的固定裝置。冗余驅動三自由度腳踝康復機器人運動控制部分；通過并聯(lián)機器人控制技術實現六套液壓伺服作動器協(xié)同工作控制腳踝康復機器人動平臺的三個旋轉自由度。
[0005]所說的并聯(lián)三自由度機構是指作動器數目為6個或者6個以上，且機構的自由度為3個轉動自由度。本發(fā)明與【背景技術】相比，具有的有益效果是:本發(fā)明用于腳踝關節(jié)疾病、運動損傷和術后的康復與輔助治療。冗余驅動三自由度腳踝康復機器人可以實現腳踝關節(jié)三個轉動自由度；可錄入醫(yī)生對病人康復時的腳踝康復運動軌跡，錄入的康復過程可以自動施加到腳踝關節(jié)，帶動腳踝關節(jié)運動。由于并聯(lián)機構剛度好，控制精度高，相應快等特點使得本發(fā)明具有更好的控制性能指標，可以廣泛應用于康復機構、醫(yī)院、家庭，對人們的腳踝康復具有重要作用。
【附圖說明】
[0006]圖1:本發(fā)明的結構原理圖。
[0007]圖2:腳踝損傷患者使用本發(fā)明進行康復的示意圖。
【具體實施方式】
[0008]如附圖1所示，冗余驅動三自由度腳踝康復機器人包括腳踝康復機器人下平臺
(I)、液壓伺服作動器I和與之匹配的伺服閥(3)、液壓伺服作動器2和與之匹配的伺服閥(4)、液壓伺服作動器3和與之匹配的伺服閥(5)、液壓伺服作動器4和與之匹配的伺服閥
(11)、液壓伺服作動器5和與之匹配的伺服閥(13)、液壓伺服作動器6和與之匹配的伺服閥
(12)、腳踝康復機器人動平臺(8)、六套連接液壓伺服作動器與腳踝康復機器人下平臺的下鉸鏈(2)、六套連接液壓伺服作動器與腳踝康復機器人動平臺的上鉸鏈(7)、固定在腳踝康復機器人下平臺上的限位桿￠)、連接限位桿與腳踝康復機器人動平臺的球鉸(10)、一套固定在動平臺上大小可以調節(jié)的腳部固定裝置(9)。
[0009]所說的并聯(lián)六自由度機構是指作動器數目為6個或6個以上，且作動器形式不限氣動、液壓、電動均可。機構的自由度為3個轉動自由度。本發(fā)明與【背景技術】相比，具有的有益效果是:本發(fā)明用于腳踝關節(jié)疾病、運動損傷和術后的康復與輔助治療?；诓⒙?lián)三自由度機構的腳踝康復機器人可以實現腳踝關節(jié)三個轉動自由度；運動控制系統(tǒng)可錄入醫(yī)生對病人康復時的腳踝康復運動軌跡，錄入的康復過程可以自動施加到腳踝關節(jié)，帶動腳踝關節(jié)運動。
[0010]本發(fā)明的工作原理如下:
[0011]本發(fā)明中6套液壓伺服作動器1、2、3、4、5、6(3、4、5、11、13、12)在控制系統(tǒng)的協(xié)同控制下，經過連接伺服作動器與動平臺的鉸鏈將力和位移傳遞給動平臺(8)，進一步動平臺將力與位移傳遞給固定在動平臺上的腳部固定裝置(9)，進而形成施加到需要對腳踝進行康復與輔助治療著的腳踝。
[0012]坐標系的定義:如圖所示，坐標原點定義在球鉸中心，X、Y、Z方向如圖所示。轉動方向滿足右手定則。
[0013]繞X軸的轉動的實現:
[0014]由附圖1可以看出由控制系統(tǒng)控制腳踝康復機器人實現繞X軸正轉動時，Y軸正向兩個液壓伺服作動器1、6 (3、12)縮短到所需長度，Y軸負方向四個伺服作動器2、3、4、5(4、5、11、13)伸長相應的長度；同樣的實現繞X軸負轉動時Y軸正向兩個液壓伺服作動器1、6(3,12)伸長到所需長度，￥軸負方向四個伺服作動器2、3、4、5(4、5、11、13)縮短相應的長度；
[0015]繞Y軸的轉動的實現:
[0016]由附圖1可以看出由控制系統(tǒng)控制腳踝康復機器人實現繞Y軸正轉動時，X軸正向三個液壓伺服作動器4、5、6 (11、13、12)伸長到所需長度，X軸負方向三個伺服作動器1、
2、3(3、4、5)縮短相應的長度；同樣的實現繞Y軸負轉動時X軸正向三個液壓伺服作動器4、5、6(11、13、12)縮短到所需長度，X軸負方向三個伺服作動器1、2、3(3、4、5)伸長相應的長度；
[0017]繞Z軸的轉動的實現:
[0018]由附圖1可以看出由控制系統(tǒng)控制腳踝康復機器人實現繞Z軸正轉動時，三個逆時針布置的液壓伺服作動器1、3、5(3、5、13)伸長到所需長度，三個順時針布置的液壓伺服作動器2、4、6(4、11、12)縮短到所需長度；同樣的實現繞Z軸負轉動時三個順時針布置的液壓伺服作動器2、4、6(4、11、12)伸長到所需長度，三個逆時針布置的液壓伺服作動器1、3、5(3、5、13)縮短到所需長度。
【主權項】
1.一種冗余驅動三自由度腳踝康復機器人，其特征在于:該機器人包括機械部分和運動控制系統(tǒng)，其中 機械部分包括:腳踝康復機器人下平臺(I)、六套伺服作動器和與之匹配的伺服閥、腳踝康復機器人動平臺(8)、六套連接伺服作動器與腳踝康復機器人下平臺的下鉸鏈(2)、六套連接伺服作動器與腳踝康復機器人動平臺的上鉸鏈(7)、固定在腳踝康復機器人下平臺上的限位桿￠)、連接限位桿與腳踝康復機器人動平臺的球鉸(10)、一套固定在動平臺上大小可以調節(jié)的腳部固定裝置(9)，通過所述機械部分的運動，實現腳踝關節(jié)三個轉動自由度。 運動控制系統(tǒng)用于通過并聯(lián)機器人控制技術控制六套伺服作動器協(xié)同工作，以實現腳踝康復機器人動平臺的三個旋轉自由度，記錄醫(yī)生使用該機器人對病人康復時的腳踝康復運動軌跡，并再現錄入的康復運動軌跡，將康復過程自動施加到腳踝關節(jié)。2.根據權利要求1所述的冗余驅動三自由度腳踝康復機器人，其特征在于:所述機械部分具有三個繞水平向轉動的自由度，液壓伺服作動器數目為6個或者6個以上。3.根據權利要求1-2任一項所述的冗余驅動三自由度腳踝康復機器人，其特征在于:所述伺服作動器是液壓伺服作動器、氣動伺服作動器或者電動伺服作動器。4.根據權利要求1-3任一項所述的冗余驅動三自由度腳踝康復機器人，其中伺服作動器布置形式為圓周均布，在下平臺上，相鄰兩個液壓伺服作動器呈V字型布置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冗余驅動三自由度腳踝康復機器人。該機器人包括機械部分和運動控制系統(tǒng)部分，機械部分包括腳踝驅動部分和腳部固定裝置兩部分，腳踝康復驅動部分包括六套液壓伺服作動器，通過并聯(lián)機器人控制技術實現六套液壓伺服作動器協(xié)同工作控制腳踝康復機器人動平臺的三個旋轉自由度。用于腳踝關節(jié)疾病、運動損傷和術后的康復與輔助治療。
【IPC分類】A61H1/02
【公開號】CN105030481
【申請?zhí)枴緾N201510404984
【發(fā)明人】楊熾夫
【申請人】哈爾濱天愈康復醫(yī)療機器人有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月10日