专利名称：一种带跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种医疗用的康复机器人装置。
背景技术：
近年来，康复机器人对患者进行科学而又有效的康复训练的方式表现出了越来越 多的优势。及早开展康复训练不仅能够维持关节活动度、防止关节挛缩，而且能够明显提高 患者运动功能的最终恢复程度。其中被动运动训练是肢体运动功能康复训练疗法中的一种 基本方法。现有的有关步态康复机器人一般通过大腿、小腿摆动和脚踝的转动实现对人类步 态的模拟，忽略了人类脚部跖骨关节在步态中的作用。一组完美的步态，必须允许患者能够 轻松地、长时间进行步行运动。在约占整个步态周期的60-65%的下肢接触地面和承受重力 的时间即支撑时相里，跖骨关节起到了非常重要的作用。在支撑相时间里，人体重心从脚跟 移动到脚趾，足底力表现为为双突峰曲线。
发明内容
本发明的目的在于提供结构简单、成本低、并可在患者康复训练中使用的一种带 跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置。本发明的目的是这样实现的本发明一种带跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置，其特征是包括脚前板、后 脚板、电机和绳索，电机包括脚踝电机和跖骨电机，还包括编码器、接近开关、安装在后脚板 一侧的支撑板、安装在支撑板上的支撑头、安装在跖骨电机上的大滑轮、安装在脚前板下方 的绳索柱、连接绳索柱和脚踝电机的弹簧，脚踝电机和跖骨电机均位于后脚板的下方，脚踝 电机通过固定于后脚板底部的连接块连接后脚板，编码器分别安装在脚踝电机和跖骨电机 的高速端，跖骨电机的另一端安装大滑轮，绳索绕过绳索柱、支撑头和大滑轮。本发明的一种带跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置还可以包括所述的脚前板和后脚板周围分别安装防护框，在后脚板上方和后方分别安装脚面 绑带和脚跟挡板。本发明的优势在于更符合脚部的真实运动状态，从而达到更好的康复训练效果， 适应于各种人群，改变步态数据可以完成多种运动方式的训练。
图1是本发明整体机构的正视图；图2是本发明整体机构的俯视图；图3是支撑柱部分的正视图和左视图 ；图4是铰接的局部剖视图；图5是本发明的斜视图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 5，整个机构包括前脚板部分、后脚板部分、支撑柱、电机传动部分、信 号检测部分。前脚板由两部分焊接而成，在前脚板2的底部焊接有检测挡块19，与接近开关 18的距离小于一定范围时可以改变其输出信号电位。绳索柱1固定于前脚板前端，其左侧 端部探出并有凹槽用来连接绳索。绳索柱1和顶板15之间连接有弹簧17，为绳索提供预 紧力和前脚板返回运动的动力。前脚板周边固定着防护框3，以防止患者脚部探出前脚板。 同样后脚板9的周边也固定着防护框8。脚跟挡板20可在后脚板上前后滑动，用来适应不 同大小的脚。调整完毕后使用拧紧螺栓21便可固定于后脚板上。脚跟挡板上留有4个孔 用来固定绑带以绑住脚腕。脚面绑带5分为左右两个部分固定于两边的防护框8上。防护 框8提供7个固定孔，根据患者脚的大小不同，调整脚面绑带选择合适的孔固定。脚踝电机 10与后脚板底部的连接块铰接，从而可以带动后脚板转动。脚踝电机通过法兰固定在电机 座16上。电机座16固定于顶板15，进而固定于连接头14上。连接头14用来与步态康复 机器人连接。跖骨电机11通过电机座12和连接块13固定于连接头14上。大滑轮23固 定于跖骨电机的输出轴上，左端依靠小端盖23定位。编码器24分别安装在两个电机的高 速端，用来检测电机转速信号，并反馈到控制系统中。接近开关18通过固定于后脚板底部 的直角板33固定，与检测挡块19处于同一垂直面内。接近开关18用来反映前脚板和后脚 板是否处于同一平面上。如图3所示为支撑柱部分，焊接在后脚板的左侧。支撑头6焊接于支撑板7上，一 端有缺口。轴承轴28穿过支撑头6，右端用轴端挡圈定位。小滑轮25套在轴承26上。一 端缠绕在大滑轮22上的绳索4绕过小滑轮25连接到绳索柱1上，从而传递跖骨电机11的 动力带动前脚板转动。垫片27起到定位轴承的作用。支撑头顶部包裹有护罩29用来防止 绳索脱出。如图4所示，前脚板2与后脚板9铰接在一起。前脚板呈双凸字形，后脚板呈凹字 形。结合图1可以看出前脚板和后脚板接触部分的上半部为圆角、下半部为直角。这样前 脚板只可以由图1所示的位置逆时针转动，不可以顺时针转动。前脚板和后脚板重叠部分 有通孔。铰链轴30穿在通孔中，两端安装轴承31以减小转动摩擦。前脚板双凸块上的紧 定螺钉限制铰链轴于前脚板发生相对转动。孔用挡圈32起到定位作用。前脚板和后脚板通过铰链轴30和轴承31铰接在一起，铰链轴和前脚板有紧定螺 钉定位，前脚板与后脚板接触部分为上半部圆角、下半部直角，以达到一个方向限位的目 的。本发明工作时，上位机将预先给定的步态数据转变成控制信号控制脚踝电机和跖 骨电机的转动，进而带动患者脚部相对应关节的转动。当患者进行步态康复训练时，整个摆 动相和支撑相的早期(脚跟着地到跖骨着地)，跖骨电机和前脚板底部的预紧弹簧配合使 得前脚板和后脚板处于同一平面上。此阶段足底力主要集中在脚跟处。在支撑相中期(脚 跟离地到另一侧 脚跟着地)前脚板相对于地面保持水平，与后脚板发生相对转动且夹角由 180°变到极小值。角度变化值可以根据患者的实际情况改变，以适应不同人群。此阶段脚 跟处足底力变小，同时跖骨处足底力增大到极大值。在支撑相末期(至足趾离地前)前脚板由相对于地面的水平位置转变为与后脚板处于同一平面。与后脚板相对夹角由极小值变 为180°。此阶段人体重心由一侧足底转向另一侧足底，跖骨处足底力变小，另一侧脚跟处 足底力增大。整个步态周期中，脚踝电机带动后脚板绕电机中心转动，以改变步态周期中后 脚板与地面的夹角。 本发明用于步态康复训练中，可以进行跖骨关节和踝骨关节的运动。适应于多种人群。
权利要求
一种带跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置，其特征是包括脚前板、后脚板、电机和绳索，电机包括脚踝电机和跖骨电机，还包括编码器、接近开关、安装在后脚板一侧的支撑板、安装在支撑板上的支撑头、安装在跖骨电机上的大滑轮、安装在脚前板下方的绳索柱、连接绳索柱和脚踝电机的弹簧，脚踝电机和跖骨电机均位于后脚板的下方，脚踝电机通过固定于后脚板底部的连接块连接后脚板，编码器分别安装在脚踝电机和跖骨电机的高速端，跖骨电机的另一端安装大滑轮，绳索绕过绳索柱、支撑头和大滑轮。
2.根据权利要求1所述的一种带跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置，其特征是 所述的脚前板和后脚板周围分别安装防护框，在后脚板上方和后方分别安装脚面绑带和脚 跟挡板。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种带跖骨关节的步态康复机器人脚踏板装置。包括脚前板、后脚板、电机和绳索，电机包括脚踝电机和跖骨电机，还包括编码器、接近开关、安装在后脚板一侧的支撑板、安装在支撑板上的支撑头、安装在跖骨电机上的大滑轮、安装在脚前板下方的绳索柱、连接绳索柱和脚踝电机的弹簧，脚踝电机和跖骨电机均位于后脚板的下方，脚踝电机通过固定于后脚板底部的连接块连接后脚板，编码器分别安装在脚踝电机和跖骨电机的高速端，跖骨电机的另一端安装大滑轮，绳索绕过绳索柱、支撑头和大滑轮。本发明更符合脚部的真实运动状态，从而达到更好的康复训练效果，适应于各种人群，改变步态数据可以完成多种运动方式的训练。
文档编号A61H1/02GK101829005SQ20101017984
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者张立勋, 李旭, 邹宇鹏 申请人:哈尔滨工程大学