[发明专利]一种膝关节三维运动检测及训练装置

权利要求书

1.一种膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，由大腿固定装置（1）、连接杆（2，3）和大腿支撑托（4）组成的大腿部分；由固定滑轨（5，6）、移动滑轨（7，8）、垂直滑轨（9，10）、连接杆（11，12）以及小腿支撑托（13）组成的小腿部分；大腿部分和小腿部分由两者之间的连接装置（14）连接；大腿部分固定大腿；小腿部分固定小腿，并与连接装置共同实现膝关节三维运动。

2.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，膝关节侧方固定及驱动的框架结构，固定大腿和驱动小腿的机械框架结构均位于膝关节的外侧，通过连接杆（2,3）连接到大腿支撑托（4）固定大腿、通过连接杆（11,12）连接到小腿支撑托（13）驱动小腿，避免了结构臃余对膝关节活动的限制，从而为膝关节全关节活动范围的三维运动提供了充足空间。

3.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，小腿部分的固定滑轨（5，6）与移动滑轨（7，8）的双滑轨框架设计;本设计结构轻便、稳定，运行安静，与单轨结构相比能够承受更大重量，减少磨损。

4.如权利要求3所述的双滑轨框架设计，其特征在于，固定滑轨（5，6）的滑块（15，16）与移动滑轨（7，8）的滑块（17，18）之间的连接采用螺钉（19）背向垂直交叉固定（亦可根据需要改变角度），使移动滑轨（7，8）能相对于固定滑轨（5，6）进行上下、内外滑动，从而可以驱动小腿上下、内外运动。

5.如权利要求3所述的双滑轨框架设计，其特征在于，两个移动滑轨（7，8）的非同步运动设计，两个移动滑轨（7，8）在移动时可以采用不同速度的内外滑动和上下移动，从而可以驱动小腿以膝关节为中心进行内外翻运动。

6.如权利要求5所述的两个移动滑轨（7，8）的非同步运动设计，其特征在于，为配合膝关节的内外翻运动，移动滑轨（7，8）的小腿支撑托（13）及连接杆（11，12）之间设置单平面旋转轴承（20，21），以消除移动滑轨（7，8）的非同步移动所引起的移动滑轨与小腿支撑托（13）所形成框架的扭转应力。

7.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，垂直滑轨（9，10）与两个移动滑轨（7，8）所在平面垂直，可借助固定于移动滑轨（7，8）末端的滑块（22，23）与垂直滑轨（9，10）之间的滑动带动小腿垂直于固定滑轨（5，6）所在平面进行小腿的前后运动。

8.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，无论是大腿部分还是小腿部分的大腿或小腿支撑托（4，13），均根据人体外形进行优化设计，需要时可为患者进行量身定制，最大程度固定大腿和小腿，又能避免局部应力集中所导致的压伤。

9.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，小腿部分支撑托（13）的旋转滑轨（24，25）设计，适应支撑托的外形，驱动小腿以矢状轴为中心进行旋转运动。

10.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，大腿部分和小腿部分由两者之间的连接装置（14）可以驱动小腿绕大腿进行屈伸运动。

11.如权利要求1所述的膝关节三维运动检测及训练装置，其特征在于，本发明所述所有滑轨均可由电机驱动和传感器感应，不仅能够驱动小腿实现三维运动训练，而且还可以检测膝关节三维运动的速度、距离和力。

12.以上内容不局限于膝关节的测试和训练，相同原理也可以用于全身其它关节，也可应用于外骨骼机器人的设计。