專利名稱：一種帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置，屬于運動 康復(fù)器械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一組近乎完美的步態(tài)，允許人類能夠輕松的、長時間的進行步行運動，
Rancho Los Amigos gait analysis committee根據(jù)人類步態(tài)的關(guān)節(jié)角度和足底受力 的特點，將人類步態(tài)分為8個相位，檢測步態(tài)相位的方法已經(jīng)出現(xiàn)了很多，但
通常會存在以下問題設(shè)備龐大、不能長期穿戴、代價高昂、適用人群不廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可在步行訓(xùn)練時穿戴的具 有踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置。
本發(fā)明的帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置，包括小腿固定機
構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)和足底壓力測量機構(gòu)
小腿固定機構(gòu)包括長度可調(diào)的小腿綁帶和內(nèi)、外側(cè)兩塊小腿夾板，小腿綁 帶的一端與一塊小腿夾板的外側(cè)固定，另一端為長度調(diào)節(jié)自由端，在兩塊小腿 夾板的內(nèi)表面分別粘附有彈性襯墊；
踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)包括電機、工字形連接件、踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件和由第 一支撐桿、第二支撐桿以及一字形螺栓螺母組合構(gòu)成的高度可調(diào)的支撐桿，踝 關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件的兩面分別與外側(cè)小腿夾板和工字形連接件固定，電機外殼與 工字形連接件固連，電機軸上的法蘭與第一支撐桿的一面固定，第一支撐桿的 另一面設(shè)有軸，該軸通過滾動軸承與踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件構(gòu)成踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副，第 二支撐桿的端部與足底壓力測量鞋固連；
踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)包括踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件、法蘭形連接件、n形連接件、
角度傳感器和由第三支撐桿、第四支撐桿以及一字形螺栓螺母組合構(gòu)成的高度 可調(diào)的支撐桿，
踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件的兩面分別與內(nèi)側(cè)小腿夾板和n形連接件開口端固定，法 蘭形連接件與n形連接件的底面固連，角度傳感器殼體與法蘭形連接件固定，第 三支撐桿的一面設(shè)有盲孔，角度傳感器的轉(zhuǎn)動軸與該盲孔構(gòu)成型面連接，第三 支撐桿的另一面設(shè)有軸，該軸通過滾動軸承與踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件構(gòu)成踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副，第四支撐桿的與足底壓力測量鞋固連；
足底壓力測量機構(gòu)包括鞋、四個壓力傳感器，四個壓力傳感器分別位于大 腳趾、第1跖骨、第3—5跖骨和足跟部的位置。
為了保證踝關(guān)節(jié)在正常的角度范圍內(nèi)活動，可在踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件和踝關(guān) 節(jié)第二轉(zhuǎn)動件上分別設(shè)置機械限位凸塊。
使用時，使用者將本發(fā)明穿戴在腳上，利用綁帶綁住小腿，根據(jù)踝關(guān)節(jié)位 置調(diào)節(jié)支撐桿長度，踝關(guān)節(jié)角度轉(zhuǎn)動的范圍是根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫中正常人踝關(guān)節(jié) 運動范圍設(shè)定，依靠踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動塊的機械限位和踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)以及控制 機構(gòu)的電氣限位實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)角度雙重限位和保護。
對于足下垂病人，需使用踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能，當(dāng)病人進行減重步行訓(xùn) 練，在下肢從支撐相末期(即只有腳尖觸地)，向擺動相初期轉(zhuǎn)換時，踝關(guān)節(jié)跖 屈角最大，位于足底的4個壓力傳感器測得的壓力值都為0，足下垂病人因為背 屈的能力不足，導(dǎo)致足尖在地上拖曳現(xiàn)象的產(chǎn)生，造成踝關(guān)節(jié)受損，此時，電 機帶動踝關(guān)節(jié)背屈一定角度，保護踝關(guān)節(jié)并鍛煉背屈能力，在擺動相末期向支 撐態(tài)初期轉(zhuǎn)換時，足下垂病人的前腳掌著地，比較激烈的沖擊地面，傷害足部， 此時，穿著本發(fā)明，踝關(guān)節(jié)呈一定的背屈角，后腳跟著地，保護足部安全著地， 并且當(dāng)位于腳后跟的壓力傳感器檢測到壓力信號時，電機停止工作，直至在下 肢從支撐相末期(即只有腳尖觸地)，向擺動相初期轉(zhuǎn)換時，電機再開始工作。 對于一般病人，可以不使用踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能，在步行訓(xùn)練時，數(shù)據(jù)采集 卡定時采集足底壓力傳感器的壓力信號和角度傳感器的角度信號，計算機現(xiàn)場 顯示足底4個部位隨步行變化的壓力值和踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度值，直接給使用者 視覺反饋，使訓(xùn)練生動。壓力信號經(jīng)過上位機的模糊邏輯算法，區(qū)分各個時期 的步態(tài)相位，供醫(yī)生或訓(xùn)練師參考，根據(jù)正常步態(tài)，評價恢復(fù)的程度，并為后 續(xù)訓(xùn)練方法的改進提供依據(jù)。
本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能，對于行走 能力有缺陷的病人或者步態(tài)有一定畸形的正常人，穿戴本發(fā)明裝置步行訓(xùn)練時， 可以增強背屈能力，檢測行走時的步態(tài)相位信息，為康復(fù)訓(xùn)練提供客觀科學(xué)的 評價和訓(xùn)練策略的參考。


圖1是帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是四個壓力傳感器在鞋上的分布示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
參照圖1，本發(fā)明的帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置，包括小 腿固定機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)和足底壓力測量機構(gòu) 小腿固定機構(gòu)包括長度可調(diào)的小腿綁帶1和內(nèi)、外側(cè)兩塊小腿夾板16-1、
16-2，小腿綁帶1的一端與一塊小腿夾板的外側(cè)固定，另一端為長度調(diào)節(jié)自由 端，在兩塊小腿夾板的內(nèi)表面分別粘附有彈性襯墊17，這樣，利用小腿綁帶綁 緊小腿，讓使用者感覺柔軟舒適。
踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)包括電機2、工字形連接件3、踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件4和 由第一支撐桿5、第二支撐桿7以及一字形螺栓螺母組合6構(gòu)成的高度可調(diào)的支 撐桿，踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件4的兩面分別與外側(cè)小腿夾板16-2和工字形連接件3 的一端固連，電機2外殼與工字形連接件3的另一端固連，電機2轉(zhuǎn)動軸上的 法蘭與第一支撐桿5的一面固定，第一支撐桿5的另一面設(shè)有軸，該軸通過滾 動軸承與踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件4構(gòu)成踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副，第二支撐桿7的端部與足底 壓力測量鞋8固連。這樣，小腿固定機構(gòu)，踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)和足底壓力測 量機構(gòu)依次串行連接，可實現(xiàn)電機對踝關(guān)節(jié)背屈角度和跖屈角度的控制。
踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)包括踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件15、法蘭形連接件14、 n形連
接件12、角度傳感器13和由第三支撐桿11、第四支撐桿9以及一字形螺栓螺 母組合10構(gòu)成的高度可調(diào)的支撐桿，踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件15的兩面分別與內(nèi)側(cè) 小腿夾板16-1和n形連接件12開口端固定，法蘭形連接件14與n形連接件12 的底面固連，角度傳感器13殼體與法蘭形連接件14固定，第三支撐桿11的一 面設(shè)有盲孔，角度傳感器13的轉(zhuǎn)動軸與該盲孔構(gòu)成型面連接，第三支撐桿11 的另一面設(shè)有軸,該軸通過滾動軸承與踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件15構(gòu)成踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副， 第四支撐桿9的與足底壓力測量鞋8固連。這樣，小腿固定機構(gòu)，踝關(guān)節(jié)角度 測量機構(gòu)和足底壓力測量鞋依次串行連接，可以實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)在背屈角度和跖屈
x足底壓力測量機構(gòu)包括足底壓力測量鞋8、四個壓力傳感器18、 19、 20、 21，四個壓力傳感器18、 19、 20、 21分別位于大腳趾、第1跖骨、第3—5跖 骨和足跟部的位置(見圖2)。
根據(jù)人類步態(tài)8個相位對應(yīng)的足底各部位的壓力模型，在模糊邏輯算法中 建立模糊推理規(guī)則庫，利用模糊產(chǎn)生器將4個位置定時測得的壓力值映射到輸入空間的模糊集合，去模糊化后解出隸屬度值，對應(yīng)得出下肢該時刻所處的相 位。
為了在病人訓(xùn)練時保護使用者的踝關(guān)節(jié)，在踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的背屈和跖屈 方向上均設(shè)有機械限位，角度參考正常人踝關(guān)節(jié)運動角度。踝關(guān)節(jié)角度測量機 構(gòu)在線測量踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度反饋給控制機構(gòu)，在角度超出限定后，角度控制機 構(gòu)實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)角度恢復(fù)到初始位置。若病人進行減重行走，在下肢從支撐相末 期(即只有腳尖觸地)，向擺動相初期轉(zhuǎn)換時，踝關(guān)節(jié)跖屈角最大，位于足底的
4個壓力傳感器測得的壓力值都為0，電機工作，帶動踝關(guān)節(jié)背屈一定角度，保 護踝關(guān)節(jié)并鍛煉背屈能力，在擺動相末期向支撐態(tài)初期轉(zhuǎn)換時，由于在前一狀 態(tài)踝關(guān)節(jié)呈一定的背屈角，后腳跟著地，保護足部安全著地，并且當(dāng)位于腳后 跟的壓力傳感器檢測到壓力信號時，電機停止工作，直至在下肢從支撐相末期 (即只有腳尖觸地)，向擺動相初期轉(zhuǎn)換時，電機再開始工作，實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)角度 自矯正。
權(quán)利要求
1.一種帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置，其特征是包括小腿固定機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)和足底壓力測量機構(gòu)小腿固定機構(gòu)包括長度可調(diào)的小腿綁帶(1)和內(nèi)、外側(cè)兩塊小腿夾板(16-1、16-2)，小腿綁帶(1)的一端與一塊小腿夾板的外側(cè)固定，另一端為長度調(diào)節(jié)自由端，在兩塊小腿夾板的內(nèi)表面分別粘附有彈性襯墊(17)；踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)包括電機(2)、工字形連接件(3)、踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件(4)和由第一支撐桿(5)、第二支撐桿(7)以及一字形螺栓螺母組合(6)構(gòu)成的高度可調(diào)的支撐桿，踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件(4)的兩面分別與外側(cè)小腿夾板(16-2)和工字形連接件(3)的一端固連，電機(2)外殼與工字形連接件(3)的另一端固連，電機(2)轉(zhuǎn)動軸上的法蘭與第一支撐桿(5)的一面固定，第一支撐桿(5)的另一面設(shè)有軸，該軸通過滾動軸承與踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件(4)構(gòu)成踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副，第二支撐桿(7)的端部與足底壓力測量鞋(8)固連；踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)包括踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件(15)、法蘭形連接件(14)、∏形連接件(12)、角度傳感器(13)和由第三支撐桿(11)、第四支撐桿(9)以及一字形螺栓螺母組合(10)構(gòu)成的高度可調(diào)的支撐桿，踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件(15)的兩面分別與內(nèi)側(cè)小腿夾板(16-1)和∏形連接件(12)開口端固定，法蘭形連接件(14)與∏形連接件(12)的底面固連，角度傳感器(13)殼體與法蘭形連接件(14)固定，第三支撐桿(11)的一面設(shè)有盲孔，角度傳感器(13)的轉(zhuǎn)動軸與該盲孔構(gòu)成型面連接，第三支撐桿(11)的另一面設(shè)有軸，該軸通過滾動軸承與踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件(15)構(gòu)成踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副，第四支撐桿(9)的與足底壓力測量鞋(8)固連；足底壓力測量機構(gòu)包括足底壓力測量鞋(8)、四個壓力傳感器(18)(19)(20)(21)，四個壓力傳感器(18)(19)(20)(21)分別位于大腳趾、第1跖骨、第3-5跖骨和足跟部的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置，其 特征是在踝關(guān)節(jié)第一轉(zhuǎn)動件(4)和踝關(guān)節(jié)第二轉(zhuǎn)動件(15)上分別設(shè)有機械限 位凸塊。
全文摘要
本發(fā)明公開的帶踝關(guān)節(jié)角度自矯正功能的步態(tài)相位檢測裝置，包括小腿固定機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度控制機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)角度測量機構(gòu)和足底壓力測量鞋。對于足下垂病人，本發(fā)明可以根據(jù)足底壓力信號控制踝關(guān)節(jié)電機轉(zhuǎn)角，在病人進行減重步行訓(xùn)練時，調(diào)整踝關(guān)節(jié)角度，防止由于足下垂產(chǎn)生的拖曳和沖擊對腳造成傷害，并增強足下垂病人的背屈能力，由壓力傳感器和角度傳感器定時采集足底壓力信號和踝關(guān)節(jié)角度信號，經(jīng)過上位機的模糊邏輯算法實現(xiàn)平滑、柔順的檢測步態(tài)相位。對于行走能力有缺陷的病人或者步態(tài)有一定畸形的正常人，可以穿著本發(fā)明行走，檢測行走時的步態(tài)相位信息，科學(xué)的評價步態(tài)恢復(fù)程度，優(yōu)化步態(tài)訓(xùn)練策略。
文檔編號A61H1/00GK101548925SQ20091009817
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者暉 余, 寅 楊, 楊燦軍, 昱 耿, 鄧美英 申請人:浙江大學(xué)