CN101642403A - 一种运动康复训练装置的阻尼传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运动康复训练装置的阻尼传动机构，其包括有电机(1)、传动装置(2)、阻尼器(3)和肢体附着装置(4)，其特征在于：所述阻尼器(3)为电流变阻尼器，电机(1)通过传动装置(2)与电流变阻尼器转动轴相连，该电流变阻尼器转动轴两端分别连有肢体附着装置(4)。与现有技术相比，本发明的优点在于：应用本发明的运动康复训练装置控制精度高、阻尼幅度连续可调。

Description

一种运动康复训练装置的阻尼传动机构

技术领域

本发明涉及一种运动康复训练装置的阻尼传动机构。

背景技术

随着医学和电子技术的进步，康复治疗的手段和方法迅速发展。对于运动障碍患者，除早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。医学证明，在病损后前三个月内进行正确康复训练，神经、肌肉的功能大体上可得到恢复。考虑到专业护理人员的缺乏和医疗费用等问题，多数患者选择在家中自行训练。由于训练方法不够科学和训练量的不足，很多患者错过最佳恢复时间，逐渐丧失肢体的活动能力。这既给患者本身带来巨大痛苦，又给家人和社会造成很大负担。运动康复训练装置作为一种自动化康复医疗设备，它以医学理论为依据，由计算机控制，根据病人的实际情况调节运动参数，帮助患者进行科学而又有效的康复训练，可以使患者的运动机能得到更好的恢复。这种装置也可以作为健康人的体育运动训练器材。因此这种运动康复训练装置具有很好的市场前景。

阻尼传动机构是运动康复训练装置的基本部件，现有的运动康复训练装置的阻尼传动机构一般包括电机、传动装置、阻尼器和肢体附着装置，这里用的阻尼器一般就是普通的减速器，例如公告号为CN2568233(专利号为：ZL 02248200.8)的中国实用新型专利《综合体能运动健身器》中用到的气压缸阻尼器、油压缸阻尼器、弹簧阻尼器等，其结构复杂，阻尼控制精度不高。

又例如公告号为CN2468523(专利号为：ZL 01218646.5)的中国实用新型专利《健身运动器材的直接传动式阻尼传动机构》为提供一种结构简单、组配相对较容易的阻尼传动机构，它包括枢设于壳体内两端穿出壳体的驱动轴杆、固设于驱动轴杆上带动轮及阻尼结构；其特征在于所述的阻尼结构固定组设于与带动轮构成空间齿轮传动的连动杆上；连动杆底部形成与阻尼结构固接的传动部。但是这种直接传动式阻尼传动机构阻尼控制精度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种控制精度高、阻尼幅度连续可调的运动康复训练装置的阻尼传动机构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该运动康复训练器的阻尼传动机构，其包括有电机、传动装置、阻尼器和肢体附着装置，其特征在于：所述阻尼器为电流变阻尼器，电机通过传动装置与电流变阻尼器的转动轴相连，该电流变阻尼器的转动轴两端分别连有肢体附着装置。

电流变液(Electrorheological fluid，简称ERF)是由纳米至微米尺度的介电颗粒(分散相)与绝缘液体(连续相)混合而成的复杂胶体体系。未施加外电场时，电流变液呈现出牛顿流体的力学特性，在外加电场作用下(量级为kV/mm)，介电颗粒迅速链化，其等效粘度明显增大甚至转变为类固体，并呈现出非牛顿流体的力学特性；撤除电场后，流体又转变成原来的液态，从而满足在各种情况下所需要的刚度和阻尼力。由于电流变液阻尼器的优点在于其阻尼的大幅可调，通过对外界电场的控制，电流变液阻尼器能主动地避免系统的振动，明显地削弱传递力的幅值。电流变液阻尼器利用内部电流变液体的电流变效应，即剪切强度连续可调、快速响应(ms量级)和可逆转变的特性，通过便于控制的电场作为媒介来调控液体的粘度，从而达到调节系统阻尼的目的，它能根据实际环境变化，改变系统的阻尼值。

所述电流变阻尼器为套筒式电流变阻尼器或单片式电流变阻尼器或多片式旋转电流变阻尼器。

当所述电流变阻尼器为套筒式电流变阻尼器时，该套筒式电流变阻尼器的外壳内壁粘有第一绝缘层，该第一绝缘层上固定圆筒式定极板，该套简式电流变阻尼器的转动轴表面套有第二绝缘层，第二绝缘层上固定圆筒式动极板，该套筒式电流变阻尼器的转动轴通过轴承固定在电流变阻尼器的外壳上，电流变阻尼器内部空腔中充满电流变液，定极板与高压电源相连，动极板接地。

当所述电流变阻尼器为多极板式旋转电流变阻尼器，该多极板式旋转电流变阻尼器的转动轴表面套有第三绝缘层，圆环形动极板的圆环面垂直于转动轴轴向，等间距固定在转动轴上，阻尼器外壳内部粘有第四绝缘层，圆环形定极板平行于动极板，固定在外壳内壁的第四绝缘层上，电流变阻尼器内部空腔中充满电流变液，定极板与高压电源相连，动极板接地。

进一步改进，所述传动装置由互相啮合的蜗轮和蜗杆组成，其中蜗轮与电流变阻尼器的转动轴相连，蜗杆上有固定孔，固定螺栓通过固定孔将蜗杆与电机转动轴连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.利用电流变阻尼器代替普通阻尼器，充分利用电流变液的电致特性，把电流变特性的柔性接入、无极调速、动态调整、响应迅速、控制简单等优点引入阻尼器中。多功能的整合使本发明具有结构简单的优点。

2.采用主动控制，能够根据作用力力矩变化情况不同，快速准确提供适度的阻尼力，提高装置的安全性。

3.对力控制过程中的抖动和振动，电流变阻尼器能够被动进行补偿，从而提高控制精度。

4.电流变阻尼器采用套筒式或多极板式，有效空间利用率高，结构紧凑，加工与安装相对方便。

5.工作模式多样，由于电流变阻尼器的转动轴两端分别连有肢体附着装置，故可进行双侧和单侧的被动运动模式、主动助力运动模式、主动运动模式和抗阻运动模式等训练。

附图说明

图1为本发明的运动康复训练器阻尼传动机构的结构示意简化框图；

图2为本发明的传动装置结构示意图；

图3为本发明的套筒式电流变阻尼器结构示意图；

图4为本发明的多极板式电流变阻尼器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1，本发明的运动康复训练装置的阻尼传动机构包括电机1、传动装置2、电流变阻尼器3和肢体附着装置4构成。电机1通过传动装置2与电流变阻尼器转动轴相连，该电流变阻尼器转动轴两端分别与肢体附着装置4相连连。

这里电流变阻尼器可以为套筒式电流变阻尼器，也可以为单片式电流变阻尼器，还可以为多片式旋转电流变阻尼器。

对于套筒式电流变阻尼器，如图3，套筒式电流变阻尼器的外壳332内壁粘着第一绝缘层333，第一绝缘层333上固定圆筒式定极板334，套筒式电流变阻尼器的转动轴331表面套有第二绝缘层338，该第二绝缘层338上固定圆筒式动极板335，套筒式电流变阻尼器的转动轴通过轴承337固定在电流变阻尼器的外壳332上，与定极板间的优选间隙为小于1mm，套筒式电流变阻尼器内部空腔336中充满电流变液，定极板334与高压电源相连，动极板335接地。

对于多极板式电流变阻尼器，如图4，多极板式电流变阻尼器的转动轴341表面套有第三绝缘层348，圆环形动极板345的圆环面垂直于转动轴341轴向，等间距固定在转动轴341上，多极板式电流变阻尼器外壳342内部粘着第四绝缘层343，圆环形定极板344平行于动极板，固定在外壳内壁的第四绝缘层343上，每片定极板344与动极板345的优选间距为小于1mm，多极板式电流变阻尼器内部空腔346中充满电流变液，定极板344与高压电源相连，动极板345接地。

而传动装置包括蜗轮21和蜗杆22，如图2，蜗轮21的转动轴与电流变阻尼器的转动轴连接，蜗杆22上有固定孔23，固定螺栓24通过固定孔23将蜗杆与电机转动轴25连接。电机1带动蜗杆22转动，其上的蜗轮21产生与蜗杆22转动方向相垂直的转动，带动电流变阻尼器转动轴331(或341)旋转。

这样，应用本发明进行双侧运动训练时，具有如下四种运动训练模式：

第一种：双侧被动运动训练模式：

控制电机1的转速，电机输出力矩通过传动装置改变方向，传递给电流变阻尼器转动轴331(或341)。同时根据电机输出的变化，调节作用在电流变阻尼器3上的保护电压。此时，电流变阻尼器3起减速、减振作用，将电机输出力矩平稳传递给肢体附着装置4。调节电机1转速，使用者完全放松，由肢体附着装置4带动使用者的上肢或下肢进行往复运动。

第二种：双侧主动助力运动训练模式：

使用者不完全放松，对肢体附着装置4施加作用力，依据使用者的输出力矩，启动电机1，电机输出力矩通过传动装置改变方向，传递给电流变阻尼器转动轴331(或341)。同时根据电机输出的变化，调节作用在电流变阻尼器3上的保护电压，保证将电机输出力矩平稳传递给肢体附着装置4。在此过程中，随使用者的作用力力矩变化调节电机输出力矩，以保持肢体附着装置4的施加的力矩与使用者试图运动的力矩一致，帮助使用者进行上肢或下肢进行运动训练。

第三种：双侧主动运动训练模式

关闭电机，拔出固定螺栓24，断开蜗杆22与电机1之间的连接。不对电流变液阻尼器3施加电压，转动轴331(或341)可自由转动。此时使用者的作用力为训练驱动力，由上肢或下肢带动肢体附着装置4进行无阻尼往复运动。

第四种：双侧抗阻运动训练模式

关闭电机，拔出固定螺栓24，断开蜗杆22与电机1之间的连接。对电流变液阻尼器3施加电压，精确调节转动轴331(或341)转动时产生的阻尼大小。使用者的作用力为训练驱动力，由上肢或下载带动肢体附着装置进行有阻尼往复运动。

应用本发明进行单侧运动训练时，无需改动装置，自由选择左、右侧，可采用的训练模式与双侧运动训练模式相同。

Claims (4)

1、一种运动康复训练装置的阻尼传动机构，其包括有电机(1)、传动装置(2)、阻尼器(3)和肢体附着装置(4)，其特征在于：所述阻尼器(3)为电流变阻尼器，电机(1)通过传动装置(2)与电流变阻尼器的转动轴相连，该电流变阻尼器的转动轴两端分别连有肢体附着装置(4)。

2、根据权利要求1所述的运动康复训练装置的阻尼传动机构，其特征在于：所述电流变阻尼器(3)为套筒式电流变阻尼器，该套筒式电流变阻尼器的外壳(332)内壁粘有第一绝缘层(333)，该第一绝缘层(333)上固定圆筒式定极板(334)，该套筒式电流变阻尼器的转动轴(331)表面套有第二绝缘层(338)，该第二绝缘层(338)上固定圆筒式动极板(335)，该套筒式电流变阻尼器的转动轴通过轴承(337)固定在电流变阻尼器的外壳(332)上，电流变阻尼器内部空腔(336)中充满电流变液，定极板(334)与高压电源相连，动极板(335)接地。

3、根据权利要求1所述的运动康复训练装置的阻尼传动机构，其特征在于：所述电流变阻尼器(3)为多极板式旋转电流变阻尼器，该多极板式旋转电流变阻尼器的转动轴(341)表面套有第三绝缘层(348)，圆环形动极板(345)的圆环面垂直于转动轴(341)轴向，等间距固定在转动轴(341)上，阻尼器外壳(342)内部粘有第四绝缘层(343)，圆环形定极板(344)平行于动极板(345)，固定在外壳内壁的第四绝缘层(343)上，电流变阻尼器内部空腔(346)中充满电流变液，定极板(344)与高压电源相连，动极板(345)接地。

4、根据权利要求1～3任意一项权利要求所述的运动康复训练装置的阻尼传动机构，其特征在于：所述传动装置由互相啮合的蜗轮(21)和蜗杆(22)组成，其中蜗轮(21)与电流变阻尼器的转动轴相连，蜗杆(22)上有固定孔(23)，固定螺栓(24)通过固定孔(23)将蜗杆与电机转动轴(25)连接。

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