CN103027823A - 踝关节康复训练装置、控制系统及踝关节康复训练机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种踝关节康复训练装置，其包括支撑平台、第一回转平台、第一驱动器、第二回转平台及第二驱动器。支撑平台上相对地设置有两个支撑柱。第一回转平台为框架结构，其相对的两外侧各设置一个第一支撑架，所述两个第一支撑架和所述两个支撑柱对应活动配合，使第一回转平台可在水平面回转。第一驱动器和第一回转平台相连接，其驱动第一回转平台绕第一水平轴旋转。第二回转平台上设置有脚托盘，其绕垂直于第一水平轴的第二水平轴可旋转地设置于第一回转平台内。第二驱动器和第二回转平台相连接，其驱动第二回转平台绕第二水平轴旋转。所述踝关节康复训练装置整体结构简单，适合踝关节损伤患者进行康复治疗与人体平衡能力的测定。

Description

踝关节康复训练装置、控制系统及踝关节康复训练机

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，尤其涉及一种可实时测定人体平衡能力的踝关节康复训练装置、控制系统及踝关节康复训练机。

背景技术

踝关节损伤是一种常见的骨关节损伤，相关的临床医疗证明：踝关节康复训练可以加快受损组织的愈合，并有利于恢复相关韧带的本体感觉，加快患者的康复速度。

针对踝关节的康复训练，现有研究机构提出了各种踝关节康复装置。申请号为CN200810052248.7的中国专利申请提出一种踝关节康复机器人，患者的患肢置于这种踝关节康复机器人的脚踏板上，可随着其中动平台的倾斜而做内翻/外翻、内收/外展及背屈/跖屈等多自由度的康复运动。但是这种踝关节康复机器人的结构和控制系统比较复杂，而且并不能对患者的平衡能力进行实时的测定。2011年8月，美国东北大学设计出虚拟踝关节与人体平衡康复训练系统，这种系统中并列安放了两个踝关节康复装置，当双脚置于两个踝关节康复装置的平台上时，可动态地测得人体重心的位置，并根据人体重心的变化情况以及相关的参数，来测试人体的平衡功能；此外，患者还可以坐在外侧，将脚置于踝关节康复装置的平台上，进行踝关节功能康复训练。但是，这种踝关节康复系统只具有两个自由度，并不能有效地模拟人体受到外界干扰时所引起的重心变化，进而不能充分对人体平衡功能进行评估。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种踝关节康复训练装置，其包括：

支撑平台，其上相对地设置有两个支撑柱；

第一回转平台，其为框架结构，所述第一回转平台相对的两外侧各设置一个第一支撑架，所述两个第一支撑架和所述两个支撑柱对应活动配合，使所述第一回转平台可在水平面回转；

第一驱动器，其和所述第一回转平台相连接，所述第一驱动器驱动所述第一回转平台绕第一水平轴旋转；

第二回转平台，其上设置有脚托盘，所述第二回转平台绕第二水平轴可旋转地设置于所述第一回转平台内；及

第二驱动器，其和所述第二回转平台相连接，所述第二驱动器驱动所述第二回转平台绕所述第二水平轴旋转。

本发明一较佳实施方式中，所述两个支撑柱的顶面分别设置有同心等半径的弧形槽，所述两个第一支撑架朝向所述支撑柱的一侧分别设置有销钉，所述两个销钉和所述两个弧形槽对应配合且可相应地沿弧形槽滑动。

本发明一较佳实施方式中，所述第二水平轴垂直于所述第一水平轴。

本发明一较佳实施方式中，所述踝关节康复训练装置包括两个所述第一驱动器，所述两个第一驱动器对应地设置于所述两个第一支撑架，且分别同轴相对地于两侧和所述第一回转平台相连接。

本发明一较佳实施方式中，所述第一回转平台进一步设置有第二支撑架，所述第二支撑架设置于所述第二水平轴的延伸方向且位于所述第一回转平台的外侧，所述第二驱动器设置于所述第二支撑架上。

本发明一较佳实施方式中，所述两个第一驱动器为直流力矩电机，均通过第一旋转轴和第一联轴器连接于所述第一回转平台。

本发明一较佳实施方式中，所述第二驱动器为直流伺服电机，其通过第二旋转轴和第二联轴器连接于所述第二回转平台，并使所述第二回转平台绕所述第二水平轴可旋转地设置于所述第一回转平台内。

本发明提供上述踝关节康复训练装置的控制系统，其包括：

压力传感器，其设置于所述第二回转平台的脚托盘上；

加速度传感器，其设置于患者腰间；及

控制模块，其和所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述压力传感器及所述加速度传感器电连接；

所述压力传感器和所述加速度传感器实时测量患者的信息，并传送至所述控制模块，所述控制模块根据所述信息计算患者的重心轨迹和平衡信息，并控制所述第一驱动器和所述第二驱动器分别驱动所述第一回转平台和所述第二回转平台运动。

本发明一较佳实施方式中，所述控制系统进一步包括显示患者信息的显示仪，所述显示仪和所述控制模块电连接。

本发明还提供一种踝关节康复训练机，其包括：

两个踝关节康复训练装置，每一所述踝关节康复训练装置均包括：

支撑平台，其上相对地设置有两个支撑柱；

第一回转平台，其为框架结构，所述第一回转平台相对的两外侧各设置一个第一支撑架，所述两个第一支撑架和所述两个支撑柱对应活动配合，使所述第一回转平台可在水平面回转；

第一驱动器，其和所述第一回转平台相连接，所述第一驱动器驱动所述第一回转平台绕第一水平轴旋转；

第二回转平台，其上设置有脚托盘，所述第二回转平台绕第二水平轴可旋转地设置于所述第一回转平台内，所述第二水平轴垂直于所述第一水平轴；及

第二驱动器，其和所述第二回转平台相连接，所述第二驱动器驱动所述第二回转平台绕所述第二水平轴旋转；及

所述踝关节康复训练装置的控制系统，其包括：

压力传感器，其设置于所述第二回转平台的脚托盘上；

加速度传感器，其设置于患者腰间；及

控制模块，其和所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述压力传感器及所述加速度传感器电连接；

所述压力传感器和所述加速度传感器实时测量患者的信息，并传送至所述控制模块，所述控制模块根据所述信息解算患者的重心轨迹，并控制所述第一驱动器和所述第二驱动器调节患者的平衡。

本发明一较佳实施方式中，所述踝关节康复训练机包括底座，所述两个踝关节康复训练装置与患者的左右脚相对应地设置于所述底座。

本发明一较佳实施方式中，所述踝关节康复训练机进一步包括供患者扶持的扶手架，所述扶手架设置于所述底座上。

相较于现有技术，本发明提供的踝关节康复训练装置具有以下优点：其一、所述踝关节康复训练装置整体结构简单，结合踝关节康复机器人与人体平衡功能检测仪的优点进行改进，整体结构简单、易于控制，利用所述第一回转平台在水平面的回转，配合所述第一驱动器和所述第二驱动器，可以有效地带动踝关节在3个自由度进行相应的康复训练。其二、所述踝关节康复训练装置配合所述控制系统进行踝关节康复训练时，可以利用所述压力传感器和所述加速度传感器实时地感测患者的脚底压力信息和患者身体位置变化信息，并利用所述控制模块进行处理分析后控制所述第一驱动器和所述第二驱动器，根据患者的身体变化情况，采用辅助控制模式或阻抗控制模式做出相应的动作，协助患者的踝关节进行康复训练。其三、由所述踝关节康复训练装置和所述控制系统构成的所述踝关节康复训练机可以有效地模拟实际情况下患者足底位姿的变化，符合人体平衡测试、评估及医学研究的需求；可以较一般平衡测定仪更加真实地体验外界的干扰模拟，更加真实地测定人体的平衡能力；采用所述压力传感器和所述加速度传感器感测的信号进行融合，可以提高人体平衡能提的评估能力；便于维护，适于推广应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的踝关节康复训练装置的示意图。

图2为图1所示踝关节康复训练装置的分解示意图。

图3为本发明第二实施例提供的图1所示踝关节康复训练装置的控制系统的示意图。

图4为本发明第三实施例提供的踝关节康复训练机的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请一并参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种踝关节康复训练装置100，其包括支撑平台10、第一回转平台20、第一驱动器30、第二回转平台40及第二驱动器50。所述支撑平台10上相对地设置有两个支撑柱11，用于支撑所述第一回转平台20和所述第二回转平台40。所述第一回转平台20为框架结构，其相对的两外侧各设置一个第一支撑架21，所述两个第一支撑架21和所述两个支撑柱11对应活动配合，使所述第一回转平台20可在水平面回转。所述第一驱动器30和所述第一回转平台20相连接，所述第一驱动器30驱动所述第一回转平台20绕第一水平轴L1旋转。所述第二回转平台40上设置有脚托盘41，所述第二回转平台40绕第二水平轴L2可旋转地设置于所述第一回转平台20内。所述第二驱动器50和所述第二回转平台40相连接，所述第二驱动器50驱动所述第二回转平台40绕所述第二水平轴L2旋转。

本实施例中，所述支撑平台10为圆盘结构，所述两个支撑柱11相对地设置于所述支撑平台10的表面且靠近边缘处。所述两个支撑柱11的顶面分别设置有同心等半径的弧形槽111，即所述两个弧形槽111为同一圆形槽中相对的两段。

本实施例中，所述第一回转平台20为长方形框体结构，所述两个第一支撑架21相对地设置于所述第一回转平台20的长边的外侧。所述两个第一支撑架21朝向所述支撑柱的一侧分别设置有销钉211，所述两个销钉211和所述两个弧形槽111对应配合且可相应地沿弧形槽滑动；由此，所述第一回转平台20可在水平面回转，即所述第一回转平台20可绕所述两个弧形槽111所在的弧形槽的轴线旋转。

进一步地，所述第一回转平台20设置有第二支撑架23，所述第二支撑架23设置于所述第二水平轴L2的延伸方向，且位于所述第一回转平台20的外侧，本实施例中，所述第二支撑架23设置于所述第一回转平台20的短边的外侧。

本实施例中，所述踝关节康复训练装置100包括两个所述第一驱动器30，所述两个第一驱动器30对应地设置于所述两个第一支撑架21，且所述两个第一驱动器30分别同轴地于所述第一回转平台20相对的两侧和所述第一回转平台20相连接，由此，通过所述两个第一驱动器30，即可以驱动所述第一回转平台20绕所述第一水平轴L1旋转。

优选地，所述两个第一驱动器30为直流力矩电机，均通过第一旋转轴31和第一联轴器33连接于所述第一回转平台20。

本实施例中，所述第二回转平台40为长方体结构，所述脚托盘41设置于所述第二回转平台40的一个表面上。

本实施例中，所述第二驱动器50设置于所述第二支撑架23上。

优选地，所述第二驱动器50为直流伺服电机，其通过第二旋转轴51和第二联轴器53连接于所述第二回转平台40，并使所述第二回转平台40绕所述第二水平轴L2可旋转地设置于所述第一回转平台20内。

优选地，所述第二水平轴L2垂直于所述第一水平轴L1。

使用所述踝关节康复训练装置100时，患者可以坐姿或站姿将受损伤的脚放于所述脚托盘41，控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50，即可以利用所述第一回转平台20和所述第二回转平台40带动患者的脚做背屈/跖屈、内翻/外翻的康复训练运动；而通过控制所述第一回转平台20在水平面回转，则可以带动患者的脚做内收/外展的康复训练运动。可以理解的是，对于患者来说，此时属于被动的康复训练，可作为患者踝关节康复训练的初期阶段。

请参阅图3，本发明第二实施例提供所述踝关节康复训练装置100的控制系统200，其包括压力传感器60、加速度传感器70和控制模块80。所述压力传感器60设置于所述第二回转平台40的脚托盘41上(如图1和图2所示)，用于获取患者的足底压力信息。所述加速度传感器70设置于患者腰间，用于获取患者重心信息。所述控制模块80和所述第一驱动器30、所述第二驱动器50、所述压力传感器60及所述加速度传感器70电连接。所述压力传感器60和所述加速度传感器70实时测量患者的信息，并传送至所述控制模块80，所述控制模块80根据所述信息计算患者的重心轨迹和平衡信息，并控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50分别驱动所述第一回转平台20和所述第二回转平台40运动。

进一步地，所述控制系统200包括显示患者信息的显示仪90，所述显示仪90和所述控制模块80电连接。所述控制模块80对患者的信息进行处理后，通过所述显示仪90显示，提供患者或医护人员进行观察和参考。

利用所述控制系统200配合所述踝关节康复训练装置100时，患者同样可以坐姿或站姿将受损伤的脚放于所述脚托盘41并接触所述压力传感器60，同时将所述加速度传感器70放置于患者的腰间；所述压力传感器60实时感测患者的脚底压力信息并传送至所述控制模块80，所述加速度传感器70实时感测患者身体位置变化信息并传送至所述控制模块80；所述控制模块80对接收到的患者的脚底压力信息和患者身体位置变化信息进行处理分析，然后控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50根据患者的身体变化情况做出相应的动作，以协助患者的踝关节进行康复训练。

可以理解的是，利用所述控制系统200配合所述踝关节康复训练装置100时，所述控制系统200采用辅助控制模式，即主要是根据患者的主动意识(如患者主动控制踝关节动作)，协助患者通过自身意愿来进行康复。显然，可以作为踝关节恢复阶段的康复训练。

可以理解的是，所述控制模块80对接收到的患者的脚底压力信息和患者身体位置变化信息进行处理分析时，包括信号放大、整形、滤波、特征值提取等。

可以理解的是，在患者踝关节康复训练的后期，为了强化康复训练效果，利用所述控制系统200配合所述踝关节康复训练装置100时，所述控制系统200可以采用阻抗控制模式，即通过所述压力传感器60和所述加速度传感器70感测患者的脚底压力信息和身体位置变化信息，获致患者的运动意图，经过所述控制模块80处理分析后，控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50朝与患者踝关节动作方向相反的方向动作，以对患者踝关节施加一个阻力(阻力大小根据患者踝关节状况调节)，由此，可达到强化训练患者踝关节的效果，锻炼踝关节的相关肌肉，加快踝关节的康复。

可以理解的是，所述控制模块80可以根据处理分析结果控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50正转或反转。

请参阅图4，本发明第三实施例提供一种踝关节康复训练机300，其包括两个所述踝关节康复训练装置100和所述踝关节康复训练装置100的控制系统200。本实施例中，所述踝关节康复训练机300包括底座310和扶手架320。所述两个踝关节康复训练装置100与患者的左右脚相对应地设置于所述底座310；所述扶手架320设置于所述底座310上，用于供患者扶持，尤其是当患者以站姿使用所述踝关节康复训练装置100时。

可以理解的是，为便于患者扶持，所述扶手架320优选设置于对应患者腰间的高度，且可针对不同的患者可以调节高度。

本实施例中，所述显示仪90设置于所述底座310，且位于所述两个踝关节康复训练装置100之间，由此，患者在使用时，低头即可以观察获取相关信息。当然，并不局限于本实施例，所述显示仪90也可以设置于其他位置，比如设置于对应患者平视的位置。

使用所述踝关节康复训练机300时，患者可以坐姿或站姿将受损伤的脚放于所述脚托盘41并接触所述压力传感器60，同时将所述加速度传感器70放置于患者的腰间；采用站姿时，患者可以双手扶持所述扶手架320，以平衡身体。所述压力传感器60实时感测患者的脚底压力信息并传送至所述控制模块80，所述加速度传感器70实时感测患者身体位置变化信息并传送至所述控制模块80；所述控制模块80对接收到的患者的脚底压力信息和患者身体位置变化信息进行处理分析，然后控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50根据患者的身体变化情况做出相应的动作，以协助患者的踝关节进行康复训练。

可以理解的是，所述控制系统200可以根据患者踝关节的康复训练状况，相应地采用辅助控制模式或阻抗控制模式。

相较于现有技术，本发明提供的踝关节康复训练装置100具有以下优点：其一、所述踝关节康复训练装置100整体结构简单，结合踝关节康复机器人与人体平衡功能检测仪的优点进行改进，整体结构简单、易于控制，利用所述第一回转平台20在水平面的回转，配合所述第一驱动器30和所述第二驱动器50，可以有效地带动踝关节在3个自由度进行相应的康复训练。其二、所述踝关节康复训练装置100配合所述控制系统200进行踝关节康复训练时，可以利用所述压力传感器60和所述加速度传感器70实时地感测患者的脚底压力信息和患者身体位置变化信息，并利用所述控制模块80进行处理分析后控制所述第一驱动器30和所述第二驱动器50，根据患者的身体变化情况，采用辅助控制模式或阻抗控制模式做出相应的动作，协助患者的踝关节进行康复训练。其三、由所述踝关节康复训练装置100和所述控制系统200构成的所述踝关节康复训练机300可以有效地模拟实际情况下患者足底位姿的变化，符合人体平衡测试、评估及医学研究的需求；可以较一般平衡测定仪更加真实地体验外界的干扰模拟，更加真实地测定人体的平衡能力；采用所述压力传感器60和所述加速度传感器70感测的信号进行融合，可以提高人体平衡能提的评估能力；便于维护，适于推广应用。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或0饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种踝关节康复训练装置，其特征在于：所述踝关节康复训练装置包括：

支撑平台，其上相对地设置有两个支撑柱；

第一回转平台，其为框架结构，所述第一回转平台相对的两外侧各设置一个第一支撑架，所述两个第一支撑架和所述两个支撑柱对应活动配合，使所述第一回转平台可在水平面回转；

第一驱动器，其和所述第一回转平台相连接，所述第一驱动器驱动所述第一回转平台绕第一水平轴旋转；

第二回转平台，其上设置有脚托盘，所述第二回转平台绕第二水平轴可旋转地设置于所述第一回转平台内；及

第二驱动器，其和所述第二回转平台相连接，所述第二驱动器驱动所述第二回转平台绕所述第二水平轴旋转。

2.如权利要求1所述的踝关节康复训练装置，其特征在于，所述两个支撑柱的顶面分别设置有同心等半径的弧形槽，所述两个第一支撑架朝向所述支撑柱的一侧分别设置有销钉，所述两个销钉和所述两个弧形槽对应配合且可相应地沿弧形槽滑动。

3.如权利要求1所述的踝关节康复训练装置，其特征在于，所述第二水平轴垂直于所述第一水平轴。

4.如权利要求1所述的踝关节康复训练装置，其特征在于，所述踝关节康复训练装置包括两个所述第一驱动器，所述两个第一驱动器对应地设置于所述两个第一支撑架，且分别同轴相对地于两侧和所述第一回转平台相连接。

5.如权利要求1所述的踝关节康复训练装置，其特征在于，所述第一回转平台进一步设置有第二支撑架，所述第二支撑架设置于所述第二水平轴的延伸方向且位于所述第一回转平台的外侧，所述第二驱动器设置于所述第二支撑架上。

6.如权利要求1所述的踝关节康复训练装置，其特征在于，所述两个第一驱动器为直流力矩电机，均通过第一旋转轴和第一联轴器连接于所述第一回转平台。

7.如权利要求1所述的踝关节康复训练装置，其特征在于，所述第二驱动器为直流伺服电机，其通过第二旋转轴和第二联轴器连接于所述第二回转平台，并使所述第二回转平台绕所述第二水平轴可旋转地设置于所述第一回转平台内。

8.如权利要求1～7任一项所述踝关节康复训练装置的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

压力传感器，其设置于所述第二回转平台的脚托盘上；

加速度传感器，其设置于患者腰间；及

控制模块，其和所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述压力传感器及所述加速度传感器电连接；

所述压力传感器和所述加速度传感器实时测量患者的信息，并传送至所述控制模块，所述控制模块根据所述信息计算患者的重心轨迹和平衡信息，并控制所述第一驱动器和所述第二驱动器分别驱动所述第一回转平台和所述第二回转平台运动。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括显示患者信息的显示仪，所述显示仪和所述控制模块电连接。

10.一种踝关节康复训练机，其特征在于，所述踝关节康复训练器包括：

两个踝关节康复训练装置，每一所述踝关节康复训练装置均包括：

支撑平台，其上相对地设置有两个支撑柱；

第一回转平台，其为框架结构，所述第一回转平台相对的两外侧各设置一个第一支撑架，所述两个第一支撑架和所述两个支撑柱对应活动配合，使所述第一回转平台可在水平面回转；

第一驱动器，其和所述第一回转平台相连接，所述第一驱动器驱动所述第一回转平台绕第一水平轴旋转；

第二回转平台，其上设置有脚托盘，所述第二回转平台绕第二水平轴可旋转地设置于所述第一回转平台内，所述第二水平轴垂直于所述第一水平轴；及

第二驱动器，其和所述第二回转平台相连接，所述第二驱动器驱动所述第二回转平台绕所述第二水平轴旋转；及

所述踝关节康复训练装置的控制系统，其包括：

压力传感器，其设置于所述第二回转平台的脚托盘上；

加速度传感器，其设置于患者腰间；及

控制模块，其和所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述压力传感器及所述加速度传感器电连接；

所述压力传感器和所述加速度传感器实时测量患者的信息，并传送至所述控制模块，所述控制模块根据所述信息解算患者的重心轨迹，并控制所述第一驱动器和所述第二驱动器调节患者的平衡。

11.如权利要求10所述的踝关节康复训练机，其特征在于，所述踝关节康复训练机包括底座，所述两个踝关节康复训练装置与患者的左右脚相对应地设置于所述底座。

12.如权利要求11所述踝关节康复训练机，其特征在于，所述踝关节康复训练机进一步包括供患者扶持的扶手架，所述扶手架设置于所述底座上。

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