踝关节步态辅助机器人.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202311179865.4(22)申请日 2023.09.13(71)申请人 浙江工业大学地址 310014 浙江省杭州市下城区朝晖六区潮王路18号(72)发明人 蔡世波毛文杰师凯洲范冰飞都明宇鲍官军(74)专利代理机构 杭州斯可睿专利事务所有限公司 33241专利代理师 王利强(51)Int.Cl.A61H 1/02(2006.01)(54)发明名称一种踝关节步态辅助机器人(57)摘要一种踝关节步态辅助机器人，包括矢状面主驱动机构、冠状面落地行走机构和小腿穿戴绑缚装置，所述小腿穿戴绑缚装置通过。

2、螺栓螺母固定在矢状面主驱动机构上方，所述冠状面落地行走机构位于矢状面主驱动机构下方，所述矢状面主驱动机构的脚托输出连接杆与冠状面落地行走机构的快速锁紧结构相连接。本发明作为轻便通用的踝关节康复运动辅助设备，在跖屈背屈基础上辅以落地行走功能；为方便落地行走并与其他下肢训练设备配合使用，配备有柔性落地鞋底模式。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 117122491 A2023.11.28CN 117122491 A1.一种踝关节步态辅助机器人，其特征在于，所述机器人包括矢状面主驱动机构、冠状面落地行走机构和小腿穿戴绑缚装置，所述小腿穿戴绑缚装置固定在矢状面主驱动机构上方，所述冠状面落地行走机。

3、构位于矢状面主驱动机构下方，所述矢状面主驱动机构的脚托输出连接杆与冠状面落地行走机构的快速锁紧结构相连接。2.如权利要求1所述的一种踝关节步态辅助机器人，其特征在于，所述冠状面落地行走机构包括快速锁紧结构、防滑鞋垫、自适应弹簧和足部绑缚装置，所述快速锁紧结构由锁紧套和胶头螺栓螺母组成，快速锁紧机构与脚托输出连接杆相连，为下肢提供跖屈背屈运动的驱动力；所述防滑鞋垫由压力传感器与硅胶鞋垫组成，能提供落地行走时前脚掌弯曲的舒适性；所述自适应弹簧与快速锁紧机构配合可以调整对齐踝关节旋转中心；所述足部绑缚装置用于脚掌与冠状面落地行走机构贴合。3.如权利要求1或2所述的一种踝关节步态辅助机器人，其特征在于。

4、，所述矢状面主驱动机构包括电机、摩擦扭矩限制器、脚托输出连接杆、脚托输出从动连接杆、U型横架和一体式轴承座，所述电机安装在电机安装支架上，其输出轴与限扭器夹圈和摩擦扭矩限制器相连；所述摩擦扭矩限制器用于传动和限制踝关节扭矩输出；所述脚托输出连接杆一端连接摩擦扭矩限制器，另一端与冠状面落地行走结构相连，提供跖屈背屈运动的驱动力；所述脚托输出从动连接杆一端连接一体式轴承座，另一端与冠状面落地行走结构相连，与脚托输出连接杆保持同心；所述U型横架用于连接轴承座支架和电机安装支架；所述一体式轴承座用于安装脚托输出连接从动辅助杆，并与轴承座支架相连。4.如权利要求2所述的一种踝关节步态辅助机器人，其特征在。

5、于，所述快速锁紧结构安装在自适应弹簧上，对称分布在冠状面落地行走机构两侧；自适应弹簧安装在防滑鞋底上，输出连接杆、脚托输出从动连接杆穿过快速锁紧机构用胶头螺栓螺母锁紧。5.如权利要求1或2所述的一种踝关节步态辅助机器人，其特征在于，所述小腿穿戴绑缚装置包括小腿护具、小腿穿戴外部框架和小腿护具支架，所述小腿护具为一个开口空心圆柱，两个可伸缩锁紧绑带连接于其开口处，通过调节绑带松紧使小腿护具与小腿贴合；所述小腿穿戴外部框架包括两侧固定片和上下U型连接片，所述小腿护具支架将小腿护具和小腿穿戴外部框架连接在一起。6.如权利要求1或2所述的一种踝关节步态辅助机器人，其特征在于，所述防滑鞋垫采用硅胶足压鞋。

6、垫，足部绑缚装置采用足部绑带。7.如权利要求1或2所述的一种踝关节步态辅助机器人，其特征在于，所述冠状面落地行走机构还包括柔性脚托软垫，所述柔性脚托软垫两侧设置有凸起结构，将脚部与两侧机械结构隔开，形成一个安全的穿戴空间；所述防滑鞋底与柔性脚托软垫相连接，足部绑缚装置通过管状铆钉安装在柔性脚托软垫上。权利要求书1/1 页2CN 117122491 A2一种踝关节步态辅助机器人技术领域0001本发明涉及机器人、医疗康复及医疗器械等技术领域，具体地说，涉及一种踝关节步态辅助的康复机器人，适用于下肢踝关节运动功能障碍患者尤其是脑卒中偏瘫患者的踝关节步态辅助康复。背景技术0002目前脑卒中发病率提高且。

7、发病年龄有年轻化趋势，脑卒中患者发病后有极大概率导致踝关节运动功能障碍。足内翻、下垂等踝关节异常状态易导致患者站立及步行困难，在行走过程出现典型的画圈步态，严重影响患者的康复训练及日常生活活动。传统的肢体运动功能康复治疗过程需要专业的康复治疗师从旁一对一辅助，而且其治疗效果多取决于治疗师的技术与经验，这导致康复训练过程中成本高、一致性差、治疗师劳动强度大、康复效果评价主观性强等问题。康复机器人可以辅助解决上述问题，不仅可以满足大量患者的康复需求，节约人力成本，还可以针对患者个体条件的差异，通过调节训练模式与参数达到更理想的训练效果。0003现有的踝关节康复机器人大多采用坐姿方式进行康复训练，无。

8、法对患者在康复过程中下肢各关节运动的整体性，较难实现对下肢的系统性训练。发明内容0004为了克服现有康复机器人技术的不足，本发明提供了一种踝关节步态辅助机器人，作为轻便通用的踝关节康复运动辅助设备，在跖屈背屈基础上辅以落地行走功能。为方便落地行走并与其他下肢训练设备配合使用，配备有柔性落地鞋底模式。0005为了解决上述技术缺陷，本发明提供的技术方案如下：0006一种踝关节步态辅助机器人，包括矢状面主驱动机构、冠状面落地行走机构和小腿穿戴绑缚装置，所述小腿穿戴绑缚装置固定在矢状面主驱动机构上方，所述冠状面落地行走机构位于矢状面主驱动机构下方，所述矢状面主驱动机构的脚托输出连接杆与冠状面落地行走机。

9、构的快速锁紧结构相连接。0007进一步，所述冠状面落地行走机构包括快速锁紧结构、防滑鞋垫、自适应弹簧和足部绑缚装置，所述快速锁紧结构由锁紧套和胶头螺栓螺母组成，快速锁紧机构与脚托输出连接杆相连，为下肢提供跖屈背屈运动的驱动力；所述防滑鞋垫由压力传感器与硅胶鞋垫组成，能提供落地行走时前脚掌弯曲的舒适性；所述自适应弹簧与快速锁紧机构配合可以调整对齐踝关节旋转中心；所述足部绑缚装置用于脚掌与冠状面落地行走机构贴合，保证行走过程中的舒适性和安全性。0008再进一步，所述矢状面主驱动机构包括电机、摩擦扭矩限制器、脚托输出连接杆、脚托输出从动连接杆、U型横架和一体式轴承座，所述电机安装在电机安装支架上，其。

10、输出轴与限扭器夹圈和摩擦扭矩限制器相连；所述摩擦扭矩限制器用于传动和限制踝关节扭矩输出；所述脚托输出连接杆一端连接摩擦扭矩限制器，另一端与冠状面落地行走结构相连，说明书1/4 页3CN 117122491 A3提供跖屈背屈运动的驱动力；所述脚托输出从动连接杆一端连接一体式轴承座，另一端与冠状面落地行走结构相连，与脚托输出连接杆保持同心；所述U型横架用于连接轴承座支架和电机安装支架；所述一体式轴承座用于安装脚托输出连接从动辅助杆，并与轴承座支架相连。0009优选的，所述快速锁紧结构安装在自适应弹簧上，对称分布在冠状面落地行走机构两侧；自适应弹簧安装在防滑鞋底上，输出连接杆、脚托输出从动连接杆穿过。

11、快速锁紧机构用胶头螺栓螺母锁紧。0010再进一步，所述小腿穿戴绑缚装置包括小腿护具、小腿穿戴外部框架和小腿护具支架，所述小腿护具为一个开口空心圆柱，两个可伸缩锁紧绑带连接于其开口处，通过调节绑带松紧使小腿护具与小腿贴合；，所述小腿穿戴外部框架包括两侧固定片和上下U型连接片；，所述小腿护具支架将小腿护具和小腿穿戴外部框架连接在一起。0011优选的，所述防滑鞋垫采用硅胶足压鞋垫，足部绑缚装置采用足部绑带。0012进一步，所述冠状面落地行走机构还包括柔性脚托软垫，所述柔性脚托软垫两侧设置有凸起结构，将脚部与两侧机械结构隔开，形成一个安全的穿戴空间；所述防滑鞋底与柔性脚托软垫相连接，足部绑缚装置通过管。

12、状铆钉安装在柔性脚托软垫上。0013与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：0014(1)冠状面落地行走机构设计有自适应弹簧结构，可以克服患者落地行走的过程中踝关节上下浮动的问题，自动对齐患者的踝关节旋转中心，提高穿戴的舒适性；0015(2)电机的输出轴与限扭器夹圈、摩擦扭矩限制器连接后，再输出扭矩。当扭矩超出设定值时，扭矩限制器与限扭器夹圈之间发生滑动，无法将更大的扭矩传递至患者的踝关节处，从而防止意外过运动情况损害患者肢体。0016(3)通过控制电机的旋转，进而控制脚托输出连接杆和脚托输出连接从动杆的角度，实现冠状面落地行走机构的摆动，从而引导患者的足部模拟出背屈、跖屈两种运行状态。附图说。

13、明0017图1为本实施例康复机器人的结构示意图；0018图2为小腿穿戴绑缚装置的结构示意图；0019图3为矢状面主驱动机构的结构示意图；0020图4为冠状面落地行走机构的结构示意图；0021图5为图4中弹簧自适应的结构示意图；0022图6为图3中限扭器夹圈的结构示意图。0023图中，1小腿穿戴绑缚装置，2矢状面主驱动机构，3冠状面落地行走装置，101小腿护具，102a上U型连接片，102b下U型连接片，103两侧固定片，104绑带，105小腿护具支架，201电机，202限扭器夹圈，203摩擦扭矩限制器，204电机安装支架，205脚托输出连接杆，206U型横架，207轴承座支架，208一体式轴承。

14、座，209脚托输出从动连接杆，301胶头螺栓螺母，302快速锁紧结构，303防滑鞋底，304弹簧自适应机构，305足部绑带，306柔性脚托软垫。说明书2/4 页4CN 117122491 A4具体实施方式0024为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。0025在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有。

15、特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。0026在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。0027参照图1图4，一种踝关节康复机器人，包括小腿穿戴绑缚装置1、矢状面主驱动机构2和冠状面落地行走装置3，所述小腿穿戴绑缚装置1固定在矢状面主驱动机构2上方，所述冠状面落地行走机构3位于矢状面主驱动机构2下方，所述矢状。

16、面主驱动机构2的脚托输出连接杆与冠状面落地行走机构3的快速锁紧结构相连接。0028参照图2，本实施例中，小腿穿戴绑缚装置1包括小腿护具101、小腿穿戴外部框架和小腿护具支架105，小腿穿戴外部框架包括上U型连接片102a和下U型连接片102b，小腿护具101安装在小腿护具支架105上，绑带104安装在小腿护具101上，两侧固定片103安装在小腿护具支架两侧，上、下U型连接片102a、102b安装在两侧固定片103外侧，上、下U型连接片102a、102b中部与小腿护具支架105用螺栓螺母固定。0029参照图3，本实施例中，矢状面主驱动机构2包括电机201、摩擦扭矩限制器203、脚托输出连接杆20。

17、5、脚托输出从动连接杆209、U型横架206和一体式轴承座208，电机201安装在电机安装支架204上，其输出轴与限扭器夹圈202和摩擦扭矩限制器203相连。脚托输出连接杆205一端连接摩擦扭矩限制器203，另一端与冠状面落地行走结构3相连，脚托输出从动连接杆209一端连接一体式轴承座208，另一端与冠状面落地行走结构3相连，与脚托输出连接杆205保持同心。轴承座支架207和电机安装支架204固定在U型横架206的两端。0030参照图4，本实施例中，冠状面落地行走机构3包括快速锁紧结构302、防滑鞋垫303、自适应弹簧304和足部绑缚装置305，快速锁紧结构302安装在自适应弹簧304上，对称。

18、分布在冠状面落地行走机构两侧3。自适应弹簧安装在防滑鞋底303上，防滑鞋底303与柔性脚托软垫306相连接，足部绑缚装置305通过管状铆钉安装在柔性脚托软垫306上，脚托输出连接杆205、脚托输出从动连接杆209穿过快速锁紧结构302，用胶头螺栓螺母301锁紧。所述柔性脚托两侧设置有凸起结构，将脚部与两侧机械结构隔开，形成一个安全的穿戴空间。0031所述防滑鞋垫303采用硅胶足压鞋垫，足部绑缚装置305采用足部绑带。0032本实施例的康复机器人，其工作过程如下：00331)患者处于坐姿，穿戴上踝关节康复机器人后，通过足部和小腿绑缚装置对患者的下肢进行固定。00342)启动电机，向足部调整为水平。

19、状态，即回到初始状态，等待进行康复训练。00353)通过不同的康复场景，选择对应的运动轨迹对患者下肢进行跖屈、背屈动作训说明书3/4 页5CN 117122491 A5练；或连接上外部牵引装置，进行落地行走训练。训练结束后可按上述操作步骤逆序操作将患者载运至座椅/轮椅上。0036总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书4/4 页6CN 117122491 A6图1说明书附图1/4 页7CN 117122491 A7图2图3说明书附图2/4 页8CN 117122491 A8图4图5说明书附图3/4 页9CN 117122491 A9图6说明书附图4/4 页10CN 117122491 A10。