[发明专利]一种新型含子闭链的四自由度踝关节康复并联机构

说明书

本发明为一种新型含子闭链的四自由度踝关节康复并联机构，包括静平台、动平台、输入伺服电机、一条闭环混联支链和两条UPS支链；并联机构的运动可视为动球心绕着定球心的球面运动以及动平台绕着动球心的球面运动的组合运动，用该组合运动去拟合踝关节的运动，以减小踝关节康复训练过程中产生的人机交互力；动平台前端的底部设有弧形导轨，闭环混联支链七号连杆上端与动平台的弧形导轨滑动连接形成移动副，闭环混联支链三号连杆下端和闭环混联支链六号连杆下端同时与闭环混联支链七号连杆下端铰接形成复合回转副，进而将动平台绕着动球心的球面运动解耦为一个复合回转副和移动副，使得机构运动学更加简单，降低了控制难度和配合精度。

技术领域

本发明属于康复器械技术领域，具体是一种新型含子闭链的四自由度踝关节康复并联机构。

背景技术

踝关节由胫距关节和距下关节组成，两个关节均具有一定的活动度，踝关节的运动可以视为由这两个关节运动组成的复杂运动。现有的踝关节康复机器人没有考虑胫距关节和距下关节的运动耦合，而是将踝关节的运动简单等效为球面运动，因而在康复时普遍存在机构运动与患者踝关节运动不一致的情况，导致康复训练时产生的人机交互力较大，容易引起患者不适，甚至会对患者造成二次伤害。

申请号为202010262298.9的专利申请公开了一种新型踝关节康复并联机构，该机构主要包括一条ABAA支链和两条UPU支链，三条支链各自提供一个约束力，其中ABAA支链提供沿双心线方向的约束力，两条UPU支链均提供一个过上虎克铰长轴轴线与下虎克铰长轴轴线交点，且平行于各自的上虎克铰的短轴轴线方向上的约束力，三个约束力线性无关，约束了动平台沿三个约束力方向的移动，机构整体表现为三个转动自由度，机构结构紧凑。该机构的缺点为：1、将踝关节等效为UR模型，认为距下关节的转动为定轴转动，与实际相差较大；2、为了保证机构能够完成广义球面运动，两条UPU支链中两个上虎克铰长轴的轴线需交于一点，该点与并联机构的定球心重合，两个下虎克铰长轴的轴线需要交于一点，该点与并联机构的动球心重合，这两个重合关系加大了机构的制造难度和装配难度，若加工和装配时不能保证该重合关系，机构整体的运动形式将发生极大改变，且这种配合需要机构本身具有极高的刚度，若运动过程中两条UPU支链有小幅形变，机构整体的运动形式也将发生极大变化，无法保证该机构按照预定的踝关节康复轨迹运动，容易对患者造成二次损伤。

申请号为201921527838.0的中国专利公开了一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构，该机构主要包含一条闭环支链和两条AABA支链，机构动球心的位置由闭环支链确定，动平台的位置和姿态由闭环支链和两条AABA支链共同确定，要求闭环支链和两条AABA支链之间具有较高的耦合程度，增加了控制难度；机构的支链全部由A型连杆和B型连杆组成，使得机构运动完全依靠A型连杆和B型连杆之间的配合产生约束，需要较高的配合精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，设计一种新型含子闭链的四自由度踝关节康复并联机构；该并联机构主要包含两条UPS支链和一条闭环混联支链，并联机构的运动可视为动球心绕着定球心的球面运动以及动平台绕着动球心的球面运动的组合运动，用该组合运动去拟合踝关节中的胫距关节和距下关节的运动，以减小踝关节康复训练过程中产生的人机交互力；通过对动平台绕着动球心的球面运动进行解耦，使得机构运动学更加简单，降低了控制难度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型含子闭链的四自由度踝关节康复并联机构，包括静平台、动平台和输入伺服电机；其特征在于，该机构还包括一条闭环混联支链和两条UPS支链；

所述静平台由底板和位于底板前端的竖直支架构成，竖直支架上部的左、右两侧对称设有静平台一号铰支座和静平台二号铰支座，底板中部的左、右两侧对称设有静平台三号铰支座和静平台四号铰支座；