CN104887457B - 一种康复训练装置及其训练支架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种康复训练装置及其训练支架，康复训练装置包括训练支架，训练支架包括肢体固定架，康复训练装置还包括具有扭矩输出端的驱动机构，肢体固定架上设置有至少两个分别用于单独与所述扭矩输出端可拆传动连接的扭矩传递结构，使用时各扭矩传递结构的轴线分别与相应待训练肢体的关节的对应自由度的轴线重合。本发明解决了现有技术中在需要多个自由度转动时需设置多个驱动而导致整个康复训练装置结构复杂、成本较高的问题。

Description

一种康复训练装置及其训练支架

技术领域

本发明涉及一种康复训练装置及其训练支架。

背景技术

脑卒中或者中风是一种突发性脑血管循环障碍性疾病，脑卒中通常造成部分运动功能障碍，中风患者尤其是占有很大比例的偏瘫患者，给家庭和社会带来沉重的负担，如何对偏瘫病人进行有效的康复治疗，恢复或者基本恢复偏瘫患者的运动机能是一项长期而艰巨的任务。

为了实现运动机能的恢复，就必需对肌肉进行重新训练，传统的康复治疗手段，主要以治疗医师的单对单手动治疗为主，这种康复方式，治疗效果不明显，治疗周期比较长，不仅治疗师的劳动量较大，同时也耗费患者精力，增加医务人员负担。为了改变这一现状，利用辅助器械即康复训练装置来实现对肌肉的训练便显得尤为重要，现有的一种康复训练装置如中国专利CN101596139A公开的“三自由度踝关节辅助运动外骨骼”，该外骨骼是一种针对脚踝关节进行恢复训练的康复训练装置，人体各关节处分别有不同个数的自由度，为了实现对各自由度的康复训练，就需要康复训练装置也分别能够提供与之对应的自由度个数，比如说脚踝关节有三个自由度即背屈/跖屈、内翻/外翻和内旋/外旋，为此上述外骨骼包括用于固定脚部的脚底板即肢体固定架，脚底板的前端设置有第一支架，脚底板的后端设置有第二支架，第一支架、第二支架上依次同轴叠置的上圆环、环形齿轮和下圆环，上、下圆环通过两个带轴的连接件固定成相对于环形齿轮转动的整体，第一支架和第二支架通过轴承和两个连接件的轴连接，两个连接件的轴在X方向同轴，环形齿轮上固定有第一U形连接块和第二U形连接块，两个U形连接块上分别设置有小腿板支架，两个U形连接块的轴在Y轴方向同轴。第二支架上设置有X轴电机，第一U形连接块上设置有Y轴电机，上圆环上设置有Z轴电机。

康复训练时，将上述外骨骼穿戴于患者的踝关节上，患者小腿固定于小腿板上，患者脚部固定于脚底板上，X轴电机可以带动脚底板绕环形齿轮的X轴旋转，即踝关节绕X轴方向旋转；Y轴电机可以带动环形齿轮绕Y轴旋转，即踝关节绕Y轴方向旋转；Z轴电机可带动环形齿轮绕Z轴旋转，即踝关节绕Z轴方向旋转。通过三个电机分别带动踝关节绕各轴旋转，从而实现对踝关节各自由度的康复训练。现有的这种康复训练装置存在的问题在于：为了实现待训练关节（即踝关节）能够绕各轴转动，就需设置与自由度个数一一对应的电机，同时也得将整个外骨骼的架体设置成较为复杂的结构，这就导致整个装置制作成本较高，售价也较高，普通消费者根本无力承担，此外复杂的结构也导致整个装置易出现问题，维修频率较高；还有就是，一个电机工作时，需要带动另外两个电机和相应的骨架运动，这样就导致电机的额外负载较高，额外耗能较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种康复训练装置，以解决现有技术中在需要多个自由度转动时需设置多个驱动而导致整个康复训练装置结构复杂、成本较高的问题；本发明的目的还在于提供一种该康复训练装置中使用的训练支架。

为了解决上述问题，本发明中训练支架的技术方案为：

训练支架，包括肢体固定架，肢体固定架上设置有至少两个分别用于单独与相应驱动机构的扭矩输出端可拆传动连接的扭矩传递结构，使用时各扭矩传递结构的轴线分别与相应待训练肢体的关节的对应自由度的轴线重合。

所述扭矩传递结构为与所述驱动机构的扭矩输出端止转插装或套装的传动轴或传动轴孔。

所述肢体固定架为脚掌固定架，脚掌固定架包括脚底撑板和设置于脚底撑板后端的脚踝围板，所述扭矩传递结构分别为设置于脚底撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于脚踝围板后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于脚踝围板左侧和/或右侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构。

所述肢体固定架为手掌固定架，手掌固定架包括手掌撑板，所述扭矩传递结构分别为设置于手掌撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于手掌撑板前端或后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于手掌撑板左侧和/或侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构。

本发明中康复训练装置的技术方案为：

康复训练装置，包括训练支架，训练支架包括肢体固定架，康复训练装置还包括具有扭矩输出端的驱动机构，肢体固定架上设置有至少两个分别用于单独与所述扭矩输出端可拆传动连接的扭矩传递结构，使用时各扭矩传递结构的轴线分别与相应待训练肢体的关节的对应自由度的轴线重合。

扭矩输出端与驱动机构的传动路径上设置有扭矩传感器。

所述扭矩传递结构为与所述驱动机构的扭矩输出端止转插装或套装的传动轴或传动轴孔。

所述肢体固定架为脚掌固定架，脚掌固定架包括脚底撑板和设置于脚底撑板后端的脚踝围板，所述扭矩传递结构分别为设置于脚底撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于脚踝围板后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于脚踝围板左侧和/或右侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构。

所述肢体固定架为手掌固定架，手掌固定架包括手掌撑板，所述扭矩传递结构分别为设置于手掌撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于手掌撑板前端或后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于手掌撑板左侧和/或侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构。

手掌撑板的左右两端设置有拇指固定耳。

本发明的有益效果为：使用时，各扭矩传递结构均可以单独与驱动机构的扭矩输出端传动连接，这样驱动机构就可以驱动肢体固定架绕某一方向进行单一自由度的康复训练，在该自由度康复训练结束后，拆掉对应扭矩输出端，然后使肢体固定架上另外一个扭矩传递结构与驱动机构的扭矩输出端相连而进行另外一个单一自由度的康复训练，通过各扭矩传递结构与扭矩输出端的可拆装配关系，通过一个驱动机构就能够实现各自由度的训练，同时也使得肢体固定架的结构变得简单，整个康复训练装置的结构简单、制作成本较低，同时驱动机构在工作时不需带动其它驱动机构运动，有利于降低驱动机构负载，减小能耗。

附图说明

图1是本发明中康复训练装置的实施例1的结构示意图；

图2是图1中肢体固定架的结构示意图；

图3是本发明中康复训练装置的实施例2中的肢体固定架的结构示意图；

图4是本发明中康复训练装置的实施例3中的肢体固定架的结构示意图；

图5是本发明中康复训练方法的全象限示意图。

具体实施方式

康复训练装置的实施例1如图1~2所示：包括训练支架7和一个具有扭矩输出端的驱动机构，驱动机构包括机构箱10及设置于机构箱中的控制器8、驱动电机2、扭矩传感器3、角度传感器4，驱动电机2为伺服电机，扭矩输出端5位于机构箱之外，扭矩传感器、角度传感器设置于驱动电机与扭矩输出端的传动路径上，驱动电机、控制器设置于机构箱的一个腔体中，扭矩传感器3、角度传感器4设置于机构箱的另外一个腔体中，康复训练装置还包括位于机构箱外部的与控制器相连的人机界面9。训练支架7包括肢体固定架，本实施例中肢体固定架为脚掌固定架，肢体固定架上设置有四个分别用于单独与扭矩输出端可拆传动连接的扭矩传递结构，使用时各扭矩传递结构的轴线分别与相应待训练肢体的关节的对应自由度的轴线重合，扭矩传递结构为与驱动机构的扭矩输出端止转插装的传动轴，传动轴插入到扭矩输出端的插孔中后通过可拆卸的紧固件固定，脚掌固定架包括脚底撑板16和设置于脚底撑板后端的脚踝围板14，四个扭矩传递结构分别为设置于脚底撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构15；设置于脚踝围板后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构13，另外两个为设置于脚踝围板左右两侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构12，之所以设置两个Y向扭矩传递结构，是因为考虑到左，右脚的缘故，两个Y向扭矩传递结构可以实现左、右脚的Y向自由度康复训练，这样一套康复训练装置就可以实现两个脚的康复训练，进一步的节省了康复训练装置的制作成本。

在本康复训练装置的其它实施例中：驱动电机、控制器、扭矩传感器和角度传感器还可以位于同一个腔体中；当然机构箱也可以不设；传动轴也可以不通过紧固件与扭矩输出端相连，比如说在传动轴上设置传动键槽，扭矩输出端上设置与传动键槽止转配合的传动键，传动轴上的传动键槽也可以不设，此时可以将传动轴设置成外方轴来实现传动轴与扭矩输出端的止转配合；传动轴也可以被传动轴孔代替，此时扭成输出端为轴结构，当然扭矩传递结构也可以不是轴、孔结构，比如说扭矩传递结构为与扭矩输出端可拆连接的螺栓连接结构；如果仅需满足一只脚的训练需求时，Y向扭矩传递结构也可以仅设置一个，此时扭矩传递结构与待训练肢体的关节的自由度个数一一对应。

本康复训练装置可以对左、右脚进行单自由度的全方面康复训练，而只需要一套驱动，同时更不需要将肢体固定架做成结构复杂的复合式肢体支架，整个肢体固定架结构也异常简单，大大降低了整个康复训练装置的制作成本，达到了普通家庭可以接受的目的，机构简化的同时，也大大降低了机构的故障率。

下面以对脚踝的康复训练为例对使用本康复训练装置的康复训练方法进行叙述，基于偏瘫病人进行康复训练基元运动时的运动速度、运动力度、运动幅度等指标的量化与评定，基员运动为：根据人体结构及运动特点，复杂的运动，可以分解为若干个单一部位、单一自由度、绕对应关节旋转的旋转运动，把这个最基本的单元称之为基元，把这个运动叫做基元运动。运动过程中，运动幅度的角位移的大小，以病肢关节为原点，肢体作伸运动为角位移的正方向，作屈运动为角位移的负方向，角位移的大小和方向就是运动方向；肢体作伸运动或伸运动趋势时，施力方向为力的正方向，肢体作屈运动或屈运动趋势时，施力方向为力的负方向，运动力度可以用转矩表征。运动速度为运动幅度与时间的比值，描述运动的快慢和方向，当需锻炼肢体处于任意位置时，设肢体静止时为运动速度的原点，设病肢体正方向运动，其运动速度为正值，设肢体负方向运动，其运动速度为负值。

如图5所示：本康复训练装置可以实现全象限的工作模式，图5中运动速度和运动力度分别作为X轴、Y轴，形成以O为原点的四象限平面坐标系；X轴正向表征康复训练时某一基元运动的伸运动速度，伸运动速度的最大值为A,X轴负向表征康复训练时某一基元运动的屈运动速度，屈运动速度的最大值为C，Y轴正向表征康复训练时某一基元运动的伸运动力度，伸运动力度的最大值为B，Y轴负向表征康复训练时某一基元运动的屈运动力度，屈运动力度的最大值为D，四象限中伸运动速度最大值和伸运动力度最大值的交点E、伸运动力度最大值和屈运动速度最大值的交点F、屈运动速度最大值和屈运动力度最大值的交点G、屈运动力度最大值和伸运动速度最大值的交点分别为H，基元运动康复训练的最大范围是矩形EFGH以及矩形EFGH以内的全象限空间。该全象限空间具体为以下八种康复训练运动模式：

O原点：

患者将病关节以下肢体与基元全象限运动康复训练装置紧固在一起，使患者可以主、被动地做该病关节基元运动，O原点表示患者没有施力、没有运动，基元全象限运动康复训练装置没有开始工作。

训练运动模式一、OA直线段：

OA直线段表示患者没有施力，患者肌肉处于完全松弛状态或者处于完全瘫痪状态，患者病关节基元被基元全象限运动康复训练装置带动做该病关节基元伸运动。

完全瘫痪的患者必须全神贯注病关节基元的伸运动，行使意念：我伸，我在施力，我自己施力产生了运动，意念与基元全象限运动康复训练装置同步。

训练运动模式二、第一象限：

粗略地，第一象限工作范围是近似矩形OAEB，康复训练时，患者同样必须全神贯注病关节基元的伸运动，行使意念：我施全力，我伸，病关节基元使尽全力做伸运动，当在一个运动力度量值下病关节可以全幅度顺畅地做伸运动时，基元全象限运动康复训练装置的力度逐渐增加，下一个周期开始，如此经过循序渐进周期性训练，病关节基元伸运动得以完全康复。

训练运动模式三、OB直线段：

基元训练器停在某个位置静止不动，病关节基元在此位置上施伸运动趋势的正向力；在该直线段可以进行静态正向力训练和评定。

训练运动模式四、第二象限：

第二象限工作范围是近似矩形OBFC，康复训练时，患者同样必须全神贯注病关节基元的屈运动，行使意念：我抵抗，我伸，病关节基元使尽全力施正向力，当在一个运动力度量值下，病关节可以全幅度稳定地被迫做屈运动时，逐渐增加基元全象限运动康复训练装置的力度，开始下一个周期，如此经过循序渐进周期性训练，病关节基元被屈运动得以完全康复。被屈运动为并关节基元逆势而做伸运动，但却因为力度不及而被迫反向做屈运动，病关节基元必需保证不突然失力、不突然失速，简单的说：病关节基元施正方向力却接受外来力做功被迫做稳定的屈运动，简称被屈运动。

训练运动模式五、OC直线段：

患者没有施力，患者肌肉处于完全松弛状态或者处于完全瘫痪状态，患者病关节基元被基元全象限运动康复训练装置带动做病关节基元屈运动；完全瘫痪的患者必须全神贯注病关节基元的屈运动，行意合一，完成该病关节基元屈运动的初步运动学习。

训练运动模式六、第三象限：

第三象限工作范围是近似矩形OCGD，康复训练时，患者同样必须全神贯注病关节基元的屈运动，行意合一，完成该病关节基元屈运动二段运动学习，使屈运动得以完全康复。

训练运动模式七、OD直线段：基元全象限运动康复训练装置停在某个位置静止不动，病关节基元在此位置上施屈运动趋势的反向伸力；在该直线段可以进行静态反向力训练和评定。

训练运动模式八、第四象限：第四象限工作范围是近似矩形ODHA，与第二象限相似，康复训练时，患者同样必须全神贯注病关节基元的伸运动，行使意念：我抵抗，我屈，病关节基元使尽全力施反向力，当在一个运动力度量值下病关节可以全幅度稳定地被迫做伸运动时，逐渐增加基元全象限运动康复训练装置的力度，开始下一个周期，如此经过循序渐进周期性训练，病关节基元被伸运动得以完全康复。被伸运动与被屈运动相反，为病关节基元施反方向力却接受外来力做功被迫做稳定的伸运动，简称被伸运动。

简单的就是说，针对每一个自由度都有伸运动和屈运动，在伸运动时和屈运动时均有四步，第一步，由于患者肌肉此时还不具有运动能力，即患者肌肉处于完全松弛状态或者处于完全瘫痪状态，所以此步骤中人不动，康复训练装置动，这样在得到初步运动学习后，扭矩传感器感测到有正向力产生，也就是运动不为零时可以进入第二步学习；第二步，人与康复训练装置一起运动，康复训练装置的运动方向与人体的运动方向相同，康复训练装置的力度可以逐渐增加，如此循序渐进周期性训练；第三步，康复训练装置不动，人动，此时人体对康复训练装置施加静态力，此时可以进行力训练和评定；第四步，人与康复训练装置一起运动，康复训练装置的运动方向与人体运动方向相反即被屈运动。这样分层次的逐级训练，有利于肌肉的逐渐恢复，另外可以采取全象限锻炼模式，进行全方位不遗漏的训练模式。本训练模式可产生以下技术效果1：高效，对肢体某个单一基元运动进行康复训练时，患者的该基元运动是唯一的肢体行为，行为和意念被一一对应的合二为一，这是一个自主而又面向唯一目标的运动学习的过程，自主而又专心致志是高效学习运动技能的必由之路，效率高了，患者的信心和劲头也就高了；2：全面，全方位、多功能的全象限运动康复工作模式由近端及远端地逐个对肢体单一基元进行全面的运动康复，全面的运动康复方法避免了运动缺损的遗漏和忽视；3，多元素的康复与评定量化指标，作为运动康复三要素的力度、运动幅度、运动速度的量化指标在康复和评定过程中均可以通过人机界面显示；4，边训练边评定，康复过程有的放矢，在运动康复过程中，同时显示运动力度、运动幅度、运动速度各要素的实时量值，通常与正常值比对，明确了康复目标，使康复过程有的放矢；5，降低了医务工作者的劳动强度，无论是OT康复师还是PT康复师都有不同程度的肢体劳损，及其代替了人，降低了医务工作者的劳动强度。

康复训练装置的实施例2如图3所示：康复训练装置的实施例2与实施例1不同的是，肢体固定架为手掌固定架，手掌固定架包括手掌撑板21，四个扭矩传递结构分别为设置于手掌撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构18、设置于手掌撑板前端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构22和设置于手掌撑板左右两侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构17、19，手掌撑板的左右两端设置有拇指固定耳20。Y向扭矩传递结构有两个也是为了实现对左、右手的康复训练，手掌的腕关节和脚踝关节一样均有三个方向的自由度，因此需设置X、Y和Z向扭矩传递结构。

康复训练装置的实施例3如图4所示：康复训练装置的实施例3与实施例1不同的是，肢体固定架为小臂固定架，小臂固定架包括摆臂25和设置于摆臂上的绑带26，使用时可以通过夹持器将小臂固定于摆臂上，摆臂上设置有两个扭矩传递结构23，两个扭矩传递结构可以实现对左、右小臂的锻炼，这是因为肘关节仅需两个自由度的康复训练。

训练支架的实施例如图1~3所示：训练支架的具体结构与上述各康复训练装置实施例中所述的训练支架相同，在此不再详述。

Claims (6)

1.训练支架，包括肢体固定架，其特征在于：肢体固定架上设置有至少三个分别用于单独与同一驱动机构的扭矩输出端可拆传动连接的扭矩传递结构，使用时各扭矩传递结构的轴线分别与相应待训练肢体的关节的对应自由度的轴线重合；存在以下两种情况：所述肢体固定架为脚掌固定架，脚掌固定架包括脚底撑板和设置于脚底撑板后端的脚踝围板，所述扭矩传递结构分别为设置于脚底撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于脚踝围板后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于脚踝围板左侧和/或右侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构；或者是，所述肢体固定架为手掌固定架，手掌固定架包括手掌撑板，所述扭矩传递结构分别为设置于手掌撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于手掌撑板前端或后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于手掌撑板左侧和/或侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构。

2.根据权利要求1所述的训练支架，其特征在于：所述扭矩传递结构为与所述驱动机构的扭矩输出端止转插装或套装的传动轴或传动轴孔。

3.康复训练装置，包括训练支架，训练支架包括肢体固定架，其特征在于：康复训练装置还包括具有扭矩输出端的驱动机构，肢体固定架上设置有至少三个分别用于单独与同一所述扭矩输出端可拆传动连接的扭矩传递结构，使用时各扭矩传递结构的轴线分别与相应待训练肢体的关节的对应自由度的轴线重合；存在以下两种情况：所述肢体固定架为脚掌固定架，脚掌固定架包括脚底撑板和设置于脚底撑板后端的脚踝围板，所述扭矩传递结构有至少三个，分别为设置于脚底撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于脚踝围板后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于脚踝围板左侧和/或右侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构；或者是，所述肢体固定架为手掌固定架，手掌固定架包括手掌撑板，所述扭矩传递结构有至少三个，分别为设置于手掌撑板下端的轴线沿上下方向延伸的Z向扭矩传递结构、设置于手掌撑板前端或后端的轴线沿前后方向延伸的X向扭矩传递结构和设置于手掌撑板左侧和/或侧的轴线沿左右方向延伸的Y向扭矩传递结构。

4.根据权利要求3所述的康复训练装置，其特征在于：扭矩输出端与驱动机构的传动路径上设置有扭矩传感器。

5.根据权利要求3所述的康复训练装置，其特征在于：所述扭矩传递结构为与所述驱动机构的扭矩输出端止转插装或套装的传动轴或传动轴孔。

6.根据权利要求3所述的康复训练装置，其特征在于：手掌撑板的左右两端设置有拇指固定耳。