CN101268981B - 步态训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述的步态训练系统，它包括床体、床体与人体双脚相对应的一侧设置有辅助人体进行下肢步态训练的椭圆机，椭圆机由与床体连接的第四电机驱动，第四电机运动状态由测量控制系统控制。本发明所述的步态训练系统，能够使人体在平躺、站立、斜躺等任何的角度进行下肢步态训练，能够有效地帮助人体进行积极主动地康复。更重要的是，本发明提供的主动康复方式，通过椭圆机带动人体下肢进行步态训练，通过智能的测量控制系统，既能达到康复训练的目的，又能有效防止二次受伤。同时，本发明可通过外部绑扎带，协助高度瘫痪的人进行下肢康复训练。

Description

步态训练系统

技术领域

本发明涉及康复器材领域使用的下肢康复器械，特别是一种针对由于脊髓创伤、卒中等各种原因造成下肢不能行走的人进行行走训练和测试应用的步态训练系统。

背景技术

目前针对由于创伤、卒中、脊髓等各种原因造成下肢不能行走的人需要进行步态行走训练，从而帮助使用者维持下肢的正常运动，一方面为了保持肌肉的活性，另一方面还需要适当刺激肌肉以促进恢复。目前市场上的下肢步态训练康复器材主要是椭圆机，由于其设计为站立式训练，往往只有那些能够自行站立的使用者才能进行该项训练。此外，现有的椭圆机，都是像普通健身用自行车一样，都是由使用者自行发力，椭圆机被动旋转，从而实现步态训练。在这样的情况下，对于那些下肢完全瘫痪、或者基本丧失运动能力，以及那些全身瘫痪的人群，现有的椭圆机无法适用，因此只能采用由第三人人工推拿、按摩等方式维持人体训练。这样实际上需要一个专人来照顾患者，而且人力也并不能够模仿人的行走运动，相对真正的步态训练而言，由于运动量太小，运动方式简单，实际上使得康复效果大大折扣。在电机旋转运动的控制领域，已经有一些较为成熟的控制系统，可以应用在本发明所述的步态训练器中。本发明所述的控制电机运动的测量控制系统已经为名称为直流电机作为测力装置的测量控制方法及其实现装置(申请号为200710133369.X)的中国专利所公开。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术的不足，提供了一种能够有效进行康复训练的步态训练系统。

技术方案：本发明所述的步态训练系统，它包括床体、床体与人体双脚相对应的位置设有辅助人体进行下肢步态训练的椭圆机，椭圆机由与床体连接的第四电机驱动，第四电机运动状态由测量控制系统控制。

本发明中控制直流电机的测量控制系统，可以采用电机控制领域常用的控制方式实现。

研究表明，下肢承受力量的不同，对下肢的肌肉神经进行恢复性刺激的强度也不同，因而不同的康复阶段，应当使用不同强度的康复方式。本发明为了使人体不仅能够在平躺状态下进行步态训练，也能在0度水平到90度垂直之间的任意角度选择适合自己承受能力的运动角度，设计了一种可以旋转的床体。所述床体包括床架以及与床架活动连接的旋转架，从而使旋转架可以与床架之间形成使用者所需要的夹角。旋转架上与人体背部对应一面设有床垫，床垫与椭圆机间设有连杆，连杆两端分别和床垫以及椭圆机的脚踏活动连接，连杆与人体膝盖弯曲相对应的位置设有活动节。这样，当椭圆机运动时，脚踏部分模仿人的步态运动，连杆之间的活动节能够伴随人腿部膝盖的弯曲而自然弯曲。连杆与床垫活动连接，可以配合人体大腿关节的运动。必要时，也可以将人的腿部与连杆用绑扎带固定起来。

本发明中，优选地，连杆以活动节两侧的两段为可调节长短的伸缩节，伸缩节由外套筒和内立柱构成可伸缩的结构，外套筒上设有伸缩调节螺母。由此，使用者可以根据各自腿部和身长比例的不同，调节到适合自己的长度。

本发明中，优选地，所述床架上设有第一推杆电机，第一推杆电机通过第一推杆控制床架与旋转架之间的旋转角度。因此可以不需要人力，通过第一推杆电机控制第一推杆将旋转架角度调整到使用者需要的与水平床体呈0度到90度之间的任意夹角位置并固定下来。由此，第一推杆电机、床架以及旋转架构成了一个站立系统，使用者可以在该站立系统的辅助下模仿人体站立的姿势。

优选地，旋转架上设有第二推杆电机，第二推杆电机通过第二推杆的长度调节控制床垫的具体位置。由此，床垫在旋转架上的具体位置也可以配合连杆的伸缩，满足不同身高的使用者的需要。

本发明中，优选地，所述床架分为上、下支撑架，上、下支撑架之间通过升降架连接，下支撑架上设有第三推杆电机，第三推杆电机通过第三推杆控制升降架的起落。由此，床体的高度可以自由调节，在旋转架竖直到90度的时候，将上支撑架调高，以配合人体站立时的训练。由此，通过上、下支撑架、升降架以及第三推杆电机构成升降系统，控制整个床体的升降。

本发明中，所述上支撑架通过转轴与旋转架旋转连接。

本发明中，旋转架两侧设有用于固定绑扎带的固定杆，对于那些没有完全知觉的人，可以使用绑扎带对人体进行固定，以防止在倾斜角度进行步态训练是，人体下滑造成损伤。对于下肢知觉较弱的人，也可以在椭圆机的脚踏上设置用于固定人脚的绑扎带，从而使脚踏能够带动人的双脚运动。

本发明中，测量控制系统包括运算控制电路和判断信号输入模块，测量控制系统包括测量电路、运算控制电路和判断信号输入模块，其中运算控制电路分别与所述第四电机和测量电路连接，判断信号输入模块与运算控制电路连接；安装在第四电机上的编码器以及判断信号输入模块直接传输信号到运算控制电路，第四电机通过测量电路将信号传输到运算控制电路。由此，可以实现本发明所需要的通过椭圆机带动人体进行主动训练，由该测量控制系统控制的椭圆机，一方面可以根据外部的设定，确定转速，时间等基本参数，带动人体进行下肢步态训练；更重要的是，本发明所述的步态训练系统在人体训练发生痉挛或僵直时，能智能的停止转动，然后进行反转等运动，从而有效防止了使用者因为康复器材的原因发生二次损伤。

本发明中，优选地，所述第四电机为调速电机，其输出轴一端切槽直接通过皮带连接椭圆机的皮带轮，由此简化了部件设计，降低了出错率。

有益效果：本发明所述的步态训练系统，能够使人体在平躺、站立、斜躺等任何的角度进行下肢步态训练，能够有效地帮助人体进行积极主动地康复。更重要的是，本发明提供的主动康复方式，通过椭圆机带动人体下肢进行步态训练，通过智能的测量控制系统，既能达到康复训练的目的，又能有效防止二次受伤。同时，本发明可通过外部绑扎带，协助高度瘫痪的人进行下肢康复训练。

附图说明

图1为本发明实施方式的结构图。

图2为本发明实施方式的垂直状态结构图。

图3为本发明实施方式的倾斜状态结构图。

图4为本发明实施方式的平放状态结构图。

图5为本发明实施方式中测量控制系统示意图。

图6为本发明测量控制系统一种实施方式的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做更进一步的解释。

图1为本发明实施方式的结构图。本发明一种实施方式所述步态训练系统，其机电部分包括床体，在床体与人体双脚相对应的一侧设置有辅助人体进行下肢步态训练的椭圆机1。椭圆机1由与床体连接的第四电机2驱动。所述第四电机2为调速电机，其输出轴一端切槽直接通过皮带连接椭圆机1的皮带轮。所述床体包括床架以及与床架活动连接的旋转架3。床架分为上支撑架12、下支撑架13，上、下支撑架12、13之间通过升降架14连接。上支撑架12一侧通过转轴与旋转架3旋转连接，所述旋转架3可以通过第一推杆8控制其绕转轴旋转的旋转角度。第一推杆8由与床架的上支撑架12相连的第一推杆电机9控制运动。旋转架3上与人体背部对应一面设有床垫4，床垫4与椭圆机1间设有四根连杆5，每根连杆5的两端分别通过连杆转轴和床垫4以及椭圆机1的脚踏6活动连接，从而使得每两根连杆5分别通过转轴安装在椭圆机脚踏部分的两侧，脚踏6的前方与椭圆机1的输出转轴相连。椭圆机的脚踏下方床架的下支撑架13上设有用于控制脚踏6行进的轨道18。连杆5与人体膝盖弯曲相对应的位置设有活动节7。当椭圆机1工作时，带动脚踏6前端以其旋转轨迹运动，脚踏6后端与轨道18滑动连接，从而模仿人行走的步态，同时脚踏6与连杆5旋转连接，使得连杆5能够与人腿部的自然弯曲配合，实现下肢步态综合训练。连杆5为以活动节7为连接处，分为两节，每节设置未可调节长短的伸缩节，伸缩节由外套筒和内立柱构成可伸缩的结构，外套筒设有伸缩调节螺母。旋转架3两侧设有用于固定绑扎带的固定杆17。对于下肢知觉较弱的人，也可以在椭圆机1的脚踏6上设置用于固定人脚的绑扎带，从而使脚踏6能够带动人的双脚进行地步态训练。由此，椭圆机1、第四电机2、连杆5以及轨道18构成模仿人体进行步态训练的步态轨道系统。

本发明实施方式中，第一、第二、第三推杆电机均为普通的推杆电机即可以实现电机的自动控制。

图2为本发明实施方式的垂直状态结构图。如图2所示，下支撑架13上设有第三推杆电机16，第三推杆电机16通过第三推杆15控制升降架14的起落。旋转架3上设有第二推杆电机11，第二推杆电机11通过第二推杆10控制床垫4的位置，上支撑架12上还可以设有有助于床垫4移动的滑动角钢(图中未示出)。当第一推杆电机9、第三推杆电机16分别控制第一推杆8以及第三推杆15伸长到最长时，升降架14张开到最大，此时上、下支撑架12、13之间的距离最大，同时旋转架3为90度垂直位置，使用者可以倚靠在床垫4上进行步态训练。

图3为本发明实施方式的倾斜状态结构图。如图3所示，当第一推杆电机9、第三推杆电机16分别控制第一推杆8以及第三推杆15伸长到一定位置时，升降架14张开，上、下支撑架12、13之间的距离变大，同时旋转架3为45度位置，使用者可以平躺在床垫4上进行步态训练。

图4为本发明实施方式的平放状态结构图。如图4所示，当第一推杆电机9(图中不可见)、第三推杆电机16分别控制第一推杆8以及第三推杆15(图中不可见)完全收缩时，升降架14紧缩，上、下支撑架12、13之间的距离最短，同时旋转架3为0度水平位置，使用者可以平躺在床垫4上进行步态训练。

图5为本发明实施方式中测量控制系统示意图。图6为本发明测量控制系统一种实施方式的电路图。如图5所示，本发明实施方式中控制第四电机2运动状态的测量控制系统包括安装在第四电机2上的编码器52、测量电路53、运算控制电路54时钟电路56及判断信号输入器55，其中运算控制电路54由数字电路集成芯片MEGA88替代。如图6所示，本实施方式中，第四电机2采用调速电机，其输出轴一端切槽直接通过皮带连接椭圆机的皮带轮。调速电机2的一极通过电阻R19、电阻R21与地线连接，电阻R19与电阻R21之间A点引出电压正信号并传送到集成芯片MEGA88的引脚PC2；调速电机2另一极通过测量电路53与集成芯片MEGA88的引脚PC0相连。编码器52安装在调速电机2上，感应调速电机2的转速信号，并分别与集成芯片MEGA88的引脚PC2、PC3及PC4相连，其中编码器52的引脚2还通过电阻R4与VCC相连。时钟电路56分别与集成芯片MEGA88的引脚PB6、PB7相连。判断信号输入器55分别与集成芯片MEGA88的引脚PD0、PD1相连。

其中测量电路53将调速电机2电压、电流信号转化并传送给集成芯片MEGA88。如图6所示，集成芯片MEGA88的引脚PC0依次与电阻R16、R17、R8、R20、R24及地线串联MEGA88的引脚PC0与电阻R16为C点的电流信号；调速电机2另一极连接在电阻R17与R8之间，并与R1及地线连接；R20与R24之间B点引出电压负信号并传送到集成芯片MEGA88的引脚PC3；电阻R17与R8引出线路通过电容C11与地线相连；电阻R16与R17引出线路通过电容C12与地线相连；二极管D3与电容C12并联，防止非正常电流烧坏该测量控制实现装置。

其中时钟电路56根据集成芯片MEGA88脉冲信号计算工作时间。如图6所示，电容C7串联在集成芯片MEGA88的引脚PB6与地线之间；电容C8串联在集成芯片MEGA88的引脚PB7与地线之间；晶振X1串联在集成芯片MEGA88的引脚PB6与引脚PB7之间。

根据A点、B点电压v、C点电流i、电机转速n以及数字芯片时钟时间t，可以测量出调速电机外部作用力的数值。将该作用力数值与判断信号输入器55输入的数值比较，根据比较结果调整电机的工作状态。

在本发明所述的步态训练系统中，使用者通过判断信号输入器选定的工作模式，可以控制电机带动椭圆机的脚踏板以每分钟十圈的速度旋转。同时数字电路集成芯片实时测量电机在使用者踩踏时施加给调速电机的作用力：当检测到的作用力在设定力值范围内发生的变化，本装置可以根据使用者的用力状况减缓或增加电机转速，以提高康复效果；当使用者腿部出现痉挛或者僵直等不良状况时，即检测的作用力超出了设定范围时，本装置可以控制调速电机停止转动、反向转动或减慢转动速度，以达到保护使用者身体安全的目的。

本发明的实施方式提供一种能供训练者从平躺状态一直到站立状态等不同体位情况下的步态训练，本发明可以使训练者从完全被动训练到助力训练到主动训练，本发明同时具有同步智能测试系统，能确保训练者安全可靠的训练。

本发明提供了一种步态训练系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种步态训练系统，其特征在于，它包括床体、床体与人体双脚相对应的位置设有辅助人体进行下肢步态训练的椭圆机(1)，椭圆机(1)由与床体连接的第四电机(2)驱动，第四电机(2)的运动状态由测量控制系统控制；所述床体包括床架以及与床架活动连接的旋转架(3)；旋转架(3)与人体背部对应一面设有床垫(4)，床垫(4)与椭圆机(1)之间设有连杆(5)；连杆(5)两端分别和床垫(4)以及椭圆机(1)的脚踏(6)活动连接，椭圆机的脚踏下方床架的下支撑架(13)上设有用于控制脚踏(6)行进的轨道(18)，连杆(5)与人体膝盖弯曲相对应的位置设有活动节(7)。

2.根据权利要求1所述的步态训练系统，其特征在于，连杆(5)为可调节长短的伸缩节。

3.根据权利要求1所述的步态训练系统，其特征在于，所述床架上设有第一推杆电机(9)，第一推杆电机(9)通过第一推杆(8)控制床架与旋转架(3)之间的旋转角度。

4.根据权利要求1或3所述的步态训练系统，其特征在于，旋转架(3)上设有第二推杆电机(11)，第二推杆电机(11)通过第二推杆(10)控制床垫(4)的位置。

5.根据权利要求1所述的步态训练系统，其特征在于，所述床架分为上支撑架(12)和下支撑架(13)，上支撑架(12)和下支撑架(13)之间通过升降架(14)连接，下支撑架(13)上设有第三推杆电机(16)，第三推杆电机(16)通过第三推杆(15)控制升降架(14)的起落。

6.根据权利要求5所述的步态训练系统，其特征在于，上支撑架(12)与旋转架(3)旋转连接。

7.根据权利要求1所述的步态训练系统，其特征在于，旋转架(3)两侧设有用于固定绑扎带的固定杆(17)。

8.根据权利要求1所述的步态训练系统，其特征在于，测量控制系统包括测量电路(53)、运算控制电路(54)和判断信号输入模块(55)，其中运算控制电路(54)分别与所述第四电机(2)以及测量电路(53)连接；判断信号输入模块(55)与运算控制电路(54)连接；安装在第四电机(2)上的编码器(52)以及判断信号输入模块(55)直接传输信号到运算控制电路(54)，第四电机(2)通过测量电路(53)将信号传输到运算控制电路(54)。

9.根据权利要求1所述的步态训练系统，其特征在于，所述第四电机(2)为调速电机，其输出轴一端切槽直接通过皮带连接椭圆机的皮带轮。

Images