[发明专利]踝关节机械阻抗检测装置

说明书

一种踝关节机械阻抗检测装置，包括激振组件；激振组件包括激振电机和激振轴，激振轴吊装在框架顶部一侧,激振电机装在框架上，激振轴由激振电机驱动；踏板组件包括踏板轴，踏板轴吊装在框架顶部另一侧，两个悬臂上端固定吊装在踏板轴和激振轴上，两个悬臂下端安装在底板两侧；弹性组件包括第一圆盘，第一圆盘固定套在踏板轴上，第二圆盘可自转地套在踏板轴外端上，扭簧套装在踏板轴上且扭簧两端分别与第一圆盘和第二圆盘相连；驱动组件包括驱动轴，驱动轴与踏板轴同轴吊装在框架上，驱动轴一端固定插装在第二圆盘内，驱动轴另一端装有同步轮，驱动电机装在框架上，驱动电机输出端通过同步带与同步轮传动连接。适用于踝关节机械阻抗检测。

技术领域

本发明涉及一种踝关节检测装置，特别涉及一种踝关节机械阻抗检测装置。

背景技术

踝关节的机械阻抗是踝关节机械刚度、阻尼及惯性量的统称，它是一种从时变角度到时变力矩的映射。踝关节机械阻抗特征与肌肉的力学特性和神经调节有关，可用于人体踝关节健康状况的评价，也可作为机器人踝关节设计时的性能指标。

踝关节在被动和主动状态下的机械阻抗特征又有明显不同。被动机械阻抗是人体小腿肌肉处于放松状态下，踝关节所表现出的角度与力矩的关系；主动机械阻抗是人体小腿肌肉主动激活时，踝关节所展现出的角度与力矩的关系；这样，测量时，只需测出踝关节的角度变化和力矩变化即可。研究表明踝关节机械阻抗模型能近似成一个二阶系统模型，然而模型的参数因个体的差异并不具有普遍适用性。目前，为满足对踝关节机械阻抗的检测要求，现有的踝关节机械阻抗检测装置大多结构复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种踝关节机械阻抗检测装置。

为了实现以上目的，本发明提供的一种踝关节机械阻抗检测装置，包括：框架、驱动组件、弹性组件、踏板组件和激振组件；其中，所述激振组件包括激振电机和激振轴，所述激振轴可自转地吊装在所述框架的顶部一侧,所述激振电机安装在所述框架上对应所述激振轴的位置，所述激振轴由所述激振电机驱动；所述踏板组件包括一块底板、两个悬臂和一根踏板轴，所述踏板轴可自转地吊装在所述框架的顶部另一侧，所述两个悬臂的上端分别固定吊装在所述踏板轴和所述激振轴上，所述两个悬臂的下端分别安装在所述底板的两侧；所述弹性组件包括第一圆盘、扭簧和第二圆盘，所述第一圆盘固定套装在所述踏板轴上，所述第二圆盘可自转地套装在所述踏板轴的外端上，所述扭簧套装在所述踏板轴上且所述扭簧的两端分别与所述第一圆盘和所述第二圆盘相连；所述驱动组件包括驱动电机、同步带、同步轮和驱动轴，所述驱动轴可自转地吊装在所述框架的顶部对应所述踏板轴外端的位置，且所述驱动轴与所述踏板轴同轴布置，所述驱动轴的一端固定插装在所述第二圆盘内，所述驱动轴的另一端装有所述同步轮，所述驱动电机安装在所述框架上，所述驱动电机的输出端通过所述同步带与所述同步轮传动连接。

本装置首先由驱动电机通过同步带和同步轮带动驱动轴转动，再由驱动轴通过弹性组件带动底板旋转至预设角度后锁定其位置，以便于之后的扰动检测，此时，可测出激振轴或踏板轴的转动角度，再通过该转动角度和扭簧的弹性模量即可测算出力矩；然后由激振电机通过激振轴为底板提供扰动力矩，该扰动力矩可由激振电机的控制器输出的实时电流、电压和转速信息来获取，同时可测出激振轴或踏板轴的转动角度，由此可见，本装置完全可满足对踝关节机械阻抗的检测要求，且结构简单，成本低且操作方便简单。另外，弹性组件的使用，为踝关节提供了一个大范围的静态输出力矩，大幅减小了提供随机扰动所需的力矩负担。而且，驱动电机与激振电机的配合使用降低了测量对电机性能的要求，降低了成本。

在上述方案中，所述激振轴上安装有用于测量所述激振轴转动角度的第一盘式编码器。加设的第一盘式编码器方便了测量激振轴的转动角度。

在上述方案中，所述驱动轴上安装有用于测量所述驱动轴转动角度的第二盘式编码器。加设的第二盘式编码器方便了测量驱动轴的转动角度。