[发明专利]一种踝关节康复机器人的尺寸参数确定方法

说明书

本发明提供了一种踝关节康复机器人的尺寸参数确定方法，所述康复机器人采用3‑PRS并联机构，确定尺寸参数时，采用最优化方法，以所述康复机器人的体积最小为优化目标，目标函数为所述康复机器人的最小外接圆柱体的体积，所述最小外接圆柱体的轴线与所述3‑PRS并联机构的立柱平行。通过最优化方法确定尺寸参数，从而在保证功能的前提下减小康复机器人的体积。本发明对于踝关节康复机器人的快速设计、分析优化，促进其在医疗康复领域的广泛应用，具有重要的实用价值。

技术领域

本发明涉及辅助医疗康复训练机器人领域，特别是一种踝关节康复机器人的尺寸参数确定方法。

背景技术

康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了机器人领域的一个研究热点。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术的开发。

踝关节扭伤较常见，多由间接外力所致。如行走时踏入凹处使踝关节突然内翻、内收，即可损伤外侧副韧带，严重者，可使踝关节骨折。治疗不及时或不彻底，日后会反复扭伤，以致影响关节功能。目前针对踝关节的康复训练，大都是请专业治疗师来指定康复方案，但由于患者相对于治疗师的比例越来越高，这就造成了治疗师的数量不足、工作强度大、无法很好掌握患者康复信息等问题。踝关节康复治疗的重复性和单调性使得机器人成为人工操作的一个有吸引力的替代品。此外，与治疗相关的传感器数据可以被收集并处理成有用的信息，以帮助治疗师更客观地评估和治疗损伤。因此，踝关节康复机器人的需求应运而生，利用康复机器人来代替治疗师对患者进行踝关节不同角度的康复训练（尤其是被动康复训练）就显得尤为迫切了。然而，现有的踝关节康复训练设备结构过于复杂，工作空间小，成本较高，设计方法通用性不强。

发明内容

为了克服现有的踝关节康复训练设备结构过于复杂、工作空间小、成本较高、设计方法通用性不强等问题，本发明提供了一种踝关节康复机器人的尺寸参数确定方法，通过最优化方法确定尺寸参数，从而在保证功能的前提下减小康复机器人的体积。本发明对于踝关节康复机器人的快速设计、分析优化，促进其在医疗康复领域的广泛应用，具有重要的学术意义与实用价值。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下所描述：

一种踝关节康复机器人的尺寸参数确定方法，所述康复机器人采用3-PRS并联机构，确定尺寸参数时，采用最优化方法，以所述康复机器人的体积最小为优化目标，

目标函数为所述康复机器人的最小外接圆柱体的体积，所述最小外接圆柱体的轴线与所述3-PRS并联机构的立柱平行。

进一步，所述最小外接圆柱体指的是所述康复机器人工作状态下的最小外接圆柱体。

再进一步， 最优化时，所述康复机器人的两个旋转自由度必须满足跖屈/背屈运动和内翻/外翻运动的范围要求；即两个旋转自由度的范围分别不小于跖屈/背屈运动和内翻/外翻运动的范围。

更进一步，所述最小外接圆柱体的半径确定方法是：将所述康复机器人在所有可能位姿下所有组成部件在水平面投影，以投影的最小外接圆半径作为最小外接圆柱体的半径。

本发明具有的有益效果是：

(1)本发明的踝关节康复机器人采用3-PRS并联结构，刚度质量比大，动态性能优越，运动精度高。

(2)本发明提供的尺寸参数确定方法，在保证有较大工作空间的基础上，缩小了机构的占用空间，减小机构重量，缩减成本，便于存放和搬运。

(3)本发明提供的尺寸参数确定方法，通用性强，可以应用到其他类似康复训练设备的优化设计。

附图说明

图1为踝关节运动示意图；