【踝关节康复训练装置的结构设计案例分析2300字】

踝关节康复训练装置的结构设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u31973踝关节康复训练装置的结构设计案例分析 1155751.1踝关节康复训练装置设计需求分析 1313321.1.1现有装置分析 1168971.1.2结构设计需求 1166481.1.2结构设计规划 2323281.2踝关节康复训练装置结构设计 391451.2.1背屈跖屈结构设计 3141521.2.2内翻外翻结构设计 3242361.2.3外展内收结构设计 4146531.2.4运动轨迹结构设计 447391.2.5底座 51.1踝关节康复训练装置设计需求分析1.1.1现有装置分析对目前市场比较常见且具有一定代表性的踝关节康复训练装置（上文表1.1所示）进行分析，可以发现，现有装置大多具备背屈跖屈功能，具备外翻内翻功能的装置所占比例较小。并且在装置进行康复运动时，不论是进行背屈跖屈运动还是外翻内翻运动，其运动轴均是参照矢量标准面进行的单一方向运动。从人体踝部关节肌肉的角度出发，控制踝关节运动的大多数肌肉在对某一方向进行运动作用时，都同时伴随其他方向上的运动，如胫前肌控制背屈的同时伴随内翻与内收，腓肠肌与腓短肌控制外翻的同时伴随跖屈与外展，也就是说踝关节发生的运动大多都是复合运动。由此来看，市面踝关节康复训练装置的运动轨迹规划方式是不充分的，且具有较大的改进空间。1.1.2结构设计需求在进行结构设计之前应对装置的结构需求进行整理分析，从而根据结构设计需求进行装置合理的结构设计，结构设计需求主要包含以下几点：1）运动范围踝关节康复训练装置需要规划其合理的运动范围，其运动范围应在人体踝关节的运动范围之内，以此来保证康复训练装置的安全性。2）运动轨迹应在人体踝关节生理结构及其运动机理的基础上进行装置的运动轨迹设计，应突破传统三个正交标准旋转轴的运动轨迹，选择一条更符合人体踝部关节肌肉复合运动机理的运动轨迹。3）功能规划踝关节康复训练装置应具有结构简单、结构坚固等特点。本装置的使用定位在踝关节康复训练前期，为踝关节活动受限患者做被动牵伸训练，所以结构设计时所设计结构应具备牵伸训练的功能。1.1.2结构设计规划由现有装置分析可知市面踝关节康复训练装置中具备外翻内翻功能的装置所占比例较小，并且其运动轨迹均是参照矢量标准面进行的单一方向运动，而人体踝关节发生的运动大多都是复合运动。本文在此基础上以胫前肌、腓肠肌与腓短肌的肌肉关节作用规律与原理，进行了踝关节康复训练装置的运动轨迹规划。大致运动轨迹规划如框架图1.1所示。图1.1踝关节康复训练装置结构框架图1.2踝关节康复训练装置结构设计踝关节康复训练装置的结构主要包括背屈跖屈结构、内翻外翻结构、外展内收结构、运动轨迹控制结构以及装置底座五大部分，如图1.2所示。下文将对各部件的设计进行分析。图1.2踝关节康复训练装置结构图1.2.1背屈跖屈结构设计背屈跖屈结构设计主要为了实现装置在踝关节背屈跖屈方向上分运动的功能。背屈跖屈结构安装在外展内收结构上，并且与内翻外翻结构相连，如图1.3所示。零件4与零件5和连接件2相互配合，将其固定在支架上，从而实现背屈跖屈方向上的运动。连接件1与踩板是固定关系，连接件2与连接件1相连，从而实现背屈跖屈运动对踩板的传动。1.2.2内翻外翻结构设计内翻外翻结构设计为该装置的主要运动方向，该结构设计主要为了实现装置在踝关节内翻外翻方向上运动的功能。传动方式选用锥齿轮传动，选用直齿圆锥齿轮，该种类齿轮适用于传递两相交轴之间的运动和动力，并适用于轻载低速的应用场合[52]。内翻外翻结构通过连接件1与支架和背屈跖屈结构相连，与外展内收结构通过支架相连。连接件1与锥齿轮2之间的配合方式是锥齿轮2中心的半圆孔洞与连接件1进行过盈配合。锥齿轮2与固定在支架上的锥齿轮1相互作用从而实现内翻外翻方向上的运动，并通过连接件1将内翻外翻运动传动到踩板上。1.2.3外展内收结构设计外展内收结构设计主要为了实现装置在踝关节外展内收方向上分运动的功能。外展内收结构与背屈跖屈结构和内翻外翻结构都是由支架作为载体相连接的。支架底部的连杆采用过渡配合安装于底座孔洞之中，从而实现装置外展内收方向上的运动，并通过背屈跖屈结构对踩板实现外展内收运动的传动。1.2.4运动轨迹结构设计由踝关节运动机理及现有装置分析、结构设计需求、结构设计规划可知，市面踝关节康复训练装置的运动轨迹规划方式是不充分的，仍具有较大的改进空间，并且缺乏对内翻外翻方向上的设计研究。而踝关节的运动是复合运动，用单一矢量参考面上的运动对其进行概括是不充分的，通过对胫前肌、腓肠肌与腓短肌的肌肉关节作用规律与原理的研究发现，胫前肌控制背屈的同时伴随内翻与内收，腓肠肌与腓短肌控制外翻的同时伴随跖屈与外展，也就是说，在进行运动轨迹规划的时候我们在实现一个方向上的主运动时，应伴随另外两个方向上的分运动。由于相关文献较少，为规划运动时各个角度的选用，对三名在校大学生进行了踝关节内翻外翻时各个方向上的角度测量，测量工具为医用骨头关节尺，将测量结果归纳整理。为了方便装置设计开发，将数据进行了整数化处理，运动角度规划如表1.1所示。装置的运动方式规划为：装置在内翻时伴随背屈、内收，在外翻时伴随跖屈、外展。表1.1自制踝关节康复训练装置运动范围运动类型运动范围/（°）内翻0.0-30.0外翻0.0-30.0跖屈0.0-25.0背屈0.0-25.0外展0.0-20.0内收0.0-20.0在装置中，实现运动轨迹控制的主要为零件3，对装置使用角度进行控制的为零件1、零件2与弹簧的组合结构。零件1与连接件1前端的小孔进行过盈安装，实现方向控制对踩板的传动。并通过弹簧件在结构里的辅助实现调整使用角度时零件2与零件3的固定功能。1.2.5底座本课题设计的踝关节康复训练装置为便携可移动式，即患者需要使用该装置时可以对装置进行摆放位置的搬运。在进行康复训练时，足部被固定在装置踩板上，而该装置可以被稳定的放置在地面上。底座是该踝关