CN104095736B - 基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，具有一轮椅车架，轮椅车架上面装设有站立机构、平躺机构、下肢训练机构，轮椅车架下面装设行驶机构，站立机构和下肢训练机构分别与轮椅车架转动连接、平躺机构与站立机构之间转动连接，用于患者实现站立、平躺、坐姿下的主动训练、被动训练、减重训练和平衡训练，轮椅车架上面还装设轮椅车控制及虚拟现实训练机构，轮椅车控制及虚拟现实训练机构分别控制连接站立机构、平躺机构、下肢训练机构、行驶机构，实现行驶和基于虚拟现实的坐姿、站立、平躺的多姿态下肢训练。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能电动轮椅车，尤其涉及一种基于虚拟现实的下肢训练轮椅车。
背景技术
我国现有脑卒中患者约900万人，大约75％脑卒中患者在发病后会留下不同程度的后遗症，在众多的后遗症中，以偏瘫发生率最高，在偏瘫的康复中，又以肢体功能的康复最为困难对病人的日常生活能力影响较大。医学理论和临床医学证明，科学的康复训练对脑卒中偏瘫患者的肢体功能康复起着无比重要的作用。
CPM关节恢复器临床常用于各种原因所致的肢体活动功能障碍，肌肉痉挛，关节僵直，肌腱和韧带粘连，以及剧烈运动后的放松活动等。对患者术后患肢的静脉回流，减轻肿胀，防止下肢深静脉血栓形成，提高肌力和关节活动度，减轻周围组织粘连有着十分重要的意义。但市场现有的产品训练模式单一，训练过程没有趣味性，训练效果不佳。如果能够在训练过程中提供多种形式的信息反馈，充分发挥患者的主观能动性，并根据患者状态给予暗示或建议等，将会使康复效果得到很大提高。因此研究者们设计了基于虚拟现实的康复训练系统，以激发患者进行康复训练的兴趣。也没有将CPM机与别的康复器械结合起来，产品的实用性十分局限。
发明内容
本发明是要提供一种基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，通过虚拟现实的人机交互系统，实现患者的多种下肢功能训练。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，具有一轮椅车架，轮椅车架上面装设有站立机构、平躺机构、下肢训练机构，轮椅车架下面装设行驶机构，站立机构和下肢训练机构分别与轮椅车架转动连接、平躺机构与站立机构之间转动连接，用于患者实现站立、平躺、坐姿下的主动训练、被动训练、减重训练和平衡训练，其特点是：轮椅车架上面还装设轮椅车控制及虚拟现实训练机构，轮椅车控制及虚拟现实训练机构分别控制连接站立机构、平躺机构、下肢训练机构、行驶机构，实现行驶和基于虚拟现实的坐姿、站立、平躺的多姿态下肢训练。
下肢训练机构包括：左、右托腿架，左、右踏脚，左、右抬腿电机，左、右踏脚延长电机，左、右托腿架分别与轮椅车架转动连接，左、右踏脚分别与左、右托腿架滑动链接，左、右抬腿电机的两端分别与轮椅车架和左、右托腿架转动连接，左、右踏脚延长电机的两端分别与左、右托腿架和左、右踏脚转动连接。
平躺机构包括：坐垫，靠背，起背电机，左、右托腿架和左、右抬腿电机，坐垫与轮椅车架转动连接，靠背与坐垫转动连接，起背电机的两端分别与靠背和坐垫转动连接。
站立机构包括：坐垫，站立电机，左、右托腿架，左、右踏脚，左、右踏脚延长电机，坐垫与轮椅车架转动连接，站立电机的两端分别与轮椅车架和坐垫转动连接。
轮椅控制及虚拟现实训练系统包括：坐姿、站姿转换控制器，坐姿、平躺转换控制器，下肢训练控制器，压力传感器，虚拟现实人机交互触屏显示器，主控制模块,蓝牙模块, 其中，虚拟现实人机交互触屏显示器用于患者选择姿态转换或下肢训练模式，并通过主控制模块将患者的请求转换为相应的控制命令信号传至各姿态转换机构或下肢训练机构，从而带动患者进行姿态转换或下肢训练，训练过程中，安装在踏脚处的压力传感器实时采集其运动状态，将运动状态信号通过蓝牙模块传输至主控制模块，显示于虚拟现实人机交互触屏显示器上，帮助护理人员掌握患者的训练情况。
本发明的有益效果是：
1. 根据人体腿部屈曲和伸展时膝盖到脚底长度会增加的特点，坐姿到站立及坐姿到平躺转换过程中轮椅踏脚会有一定延长，使患者在姿态转换时更加舒适。
2. 下肢训练包括多种模式：站立、坐姿和平躺状态下的主动训练、被动训练、减重训练，站立状态下还设有平衡训练模式，全方位满足各种下肢功能障碍患者的下肢功能训练。
3. 本专利大大减小现有康复训练产品的体积，增大其使用范围；将轮椅与康复训练设备结合，增加其实用性；基于虚拟现实和人机交互技术，一方面使枯燥的康复训练充满趣味性。对肢体功能障碍患者的康复具有积极的促进作用。
附图说明
图1是基于虚拟现实的下肢训练轮椅车立体示意图；
图2是站立训练状态示意图；
图3是平躺训练状态示意图；
图4是平躺、站立下肢训练机构原理图；
图5是下肢训练压力传感器示意图；
图6是轮椅控制及虚拟现实系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的一种基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，由轮椅车架、站立机构、平躺机构、下肢训练机构、行驶机构、轮椅车控制及虚拟现实训练机构。
立机构、平躺机构、下肢训练机构、平躺机构分别与轮椅车架链接，并分别与轮椅车控制及虚拟现实训练系统链接，实现行驶和基于虚拟现实的坐姿、站立、平躺的多姿态下肢训练功能。
训练模式包括站立、平躺、坐姿下的主动训练、被动训练、减重训练和平衡训练等，在踏板处安装压力传感器，训练路径进行捕捉，记录患者的训练状态。结合虚拟现实游戏，使患者有身临其境质感，增强肢体功能障碍患者的康复兴趣，实现对脑卒中患者进行康复训练功能。在非训练时，本发明可以用作为普通电动轮椅，增加其实用性。
如图1至图5所示，基于虚拟现实的下肢训练轮椅车包括后万向轮1，轮椅车间2，坐垫3，靠背4，虚拟现实人机交互触屏显示器5，行驶控制手柄6，左、右托腿架7，左、右踏脚8，前驱动轮9，主控制模块10，起背电机11，蓄电池12，站立电机13，左、右抬腿电机14，左、右踏脚延长电机15，压力传感器16，传感器控制板17，踏板面18等。
如图1所示，站立机构和下肢训练机构分别与轮椅车架转动连接，平躺机构与站立机构转动连接，平躺机构与站立机构转动连接，行驶机构由后万向轮1，轮椅车间2，行驶控制手柄6，主控制模块10组成，实现轮椅车行驶控制。
如图1和图5所示，轮椅车控制和虚拟现实下肢训练系统包括虚拟现实人机交互触屏显示器5，主控制模块10，压力传感器16，传感器控制板17，踏板面18。主控制模块10固定在靠背4上，虚拟现实人机交互触屏显示器5固定在坐垫3上，不使用时可以收拢于靠背4后侧。压力传感器16和传感器控制板17固定于左、右踏脚8处，踏板面18装覆在左、右踏脚8上。
如图4所示，站立、平躺和下肢训练机构包括：轮椅车架2，坐垫3，靠背4，左、右托腿架7，左、右踏脚8，起背电机11，站立过程中站立电机13左、右抬腿电机14和左、右踏脚延长电机15。坐垫3和左、右托腿架7分别与轮椅车架2转动连接于F和E，左、右踏脚8与左、右托腿架7滑动连接，靠背4与坐垫3转动连接于I，起背电机11的两端分别与靠背4和坐垫3转动连接J和H，站立电机13的两端分别与轮椅车架2和坐垫3转动连接于K和G，左、右抬腿电机14的两端分别与轮椅车架2和左、右托腿架7转动连接于C和B，左、右踏脚延长电机15的两端分别与左、右托腿架7和左、右踏脚8转动连接于D和A。平躺过程中起背电机11和左、右抬腿电机14协同运动，分别实现靠背和托脚架的放平。站立过程中站立电机13，起背电机11，左、右踏脚延长电机15同时运动实现站立和踏脚延长功能。下肢训练时，左、右抬腿电机14和左、右踏脚延长电机15协同运作，可实现膝关节的屈曲和伸展以及模拟骑脚踏车等运动或结合轮椅姿态转换进行平衡训练等。
如图6所示，轮椅控制及虚拟现实训练机构包括压力传感器16，虚拟现实人机交互触屏显示器5，主控制模块10，姿态转换机构，下肢训机构，蓝牙模块组成。主控制模块10主要负责调配各个系统模块协同工作，其运作由控制软件决定，用户通过虚拟现实人机交互触屏显示器5选择下肢训练方式。命令被传送给主控制模块10, 主控制模块10将请求转化为相应的控制命令传送至相应的执行机构，即姿态转换机构或下肢训练机构，从而带动患者进行姿态转换或下肢训练。训练过程中，安装在踏脚处的压力传感器16实时采集其运动状态，将运动状态信号通过蓝牙模块传输至主控制模块10，显示于虚拟现实人机交互触屏显示器5上，帮助护理人员掌握患者的训练情况。
Claims (3)
1.一种基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，具有一轮椅车架，轮椅车架上面装设有站立机构、平躺机构、下肢训练机构，轮椅车架下面装设行驶机构，站立机构和下肢训练机构分别与轮椅车架转动连接、平躺机构与站立机构之间转动连接，用于患者实现站立、平躺、坐姿下的主动训练、被动训练、减重训练和平衡训练，其特征在于：所述轮椅车架上面还装设轮椅车控制及虚拟现实训练机构，轮椅车控制及虚拟现实训练机构分别控制连接站立机构、平躺机构、下肢训练机构、行驶机构，实现行驶和基于虚拟现实的坐姿、站立、平躺的多姿态下肢训练；所述轮椅控制及虚拟现实训练机构包括：坐姿、站姿转换控制器，坐姿、平躺转换控制器，下肢训练控制器，压力传感器(16)，传感器控制板（17）、虚拟现实人机交互触屏显示器(5)，主控制模块(10),蓝牙模块, 其中，主控制模块（10）固定在靠背（4）上，虚拟现实人机交互触屏显示器（5）固定在坐垫（3）上，不使用时，收拢于靠背（4）后侧；压力传感器（16）和传感器控制板（17）固定于左、右踏脚（8）处，踏板面（18）装覆在左、右踏脚（8）上；所述虚拟现实人机交互触屏显示器(5)用于患者选择姿态转换或下肢训练模式，并通过主控制模块(10)将患者的请求转换为相应的控制命令信号传至各姿态转换机构或下肢训练机构，从而带动患者进行姿态转换或下肢训练，训练过程中，安装在踏脚处的压力传感器(16)实时采集其运动状态，将运动状态信号通过蓝牙模块传输至主控制模块(10)，显示于虚拟现实人机交互触屏显示器(5)上，帮助护理人员掌握患者的训练情况；所述下肢训练机构包括：左、右托腿架(7)，左、右踏脚(8)，左、右抬腿电机(14)，左、右踏脚延长电机(15)，左、右托腿架(7)分别与轮椅车架(2)转动连接，左、右踏脚(8)分别与左、右托腿架(7)滑动链接，左、右抬腿电机(14)的两端分别与轮椅车架(2)和左、右托腿架(7)转动连接，左、右踏脚延长电机(15)的两端分别与左、右托腿架(7)和左、右踏脚(8)转动连接。
2.根据权利要求1所述的基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，其特征在于：所述平躺机构包括：坐垫(3)，靠背(4)，起背电机(11)，左、右托腿架(7)和左、右抬腿电机(14)，坐垫(3)与轮椅车架(2)转动连接，靠背(4)与坐垫(3)转动连接，起背电机(11)的两端分别与靠背(4)和坐垫(3)转动连接。
3.根据权利要求1所述的基于多体位电动轮椅车的下肢康复训练系统，其特征在于：所述站立机构包括：坐垫(3)，站立电机(13)，左、右托腿架(7)，左、右踏脚(8)，左、右踏脚延长电机(15)，坐垫(3)与轮椅车架(2)转动连接，站立电机(11)的两端分别与轮椅车架(2)和坐垫(3)转动连接。
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