CN105287123A - 一种康复轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种康复轮椅，所述康复轮椅具有助起装置，所述助起装置具有至少一个单自由度的六杆机构用以控制连接在所述六杆机构上的靠背按照指定轨迹往复运动从而向使用者施以帮助起坐的助力。本发明提供的康复轮椅通过采用助起装置，可帮助腰部力量较弱的使用者起立或坐下，同时可以辅助起坐训练，从而进行腰部康复锻炼。采用单自由度的六杆机构，简化了机械结构，节约了成本。另外通过模拟人体运动轨迹，使得产品更加人性化，便于使用。

Description

一种康复轮椅
技术领域
本发明涉及康复轮椅领域，尤其涉及康复轮椅领域。
背景技术
目前，电动助行康复轮椅发展已经比较成熟。人们希望赋予康复轮椅更多的功能以方便使用。对于行动不便的老年人或腰部受损需要锻炼的病人，长期坐在康复轮椅上不利于健康，但是由于他们的体能较差，起坐较为困难。目前大多数的助行康复轮椅并没有辅助起坐的功能。尤其是对于需要通过起坐训练来进行腰部康复训练的病人，并没有相应的辅助锻炼康复轮椅。
中国专利CN101828995A公布了一种带有起坐机构的电动助行康复轮椅，通过采用升降机调整座椅的高度来实现人体重心的提升，从而使使用者能够站起来。但是在使用过程中由于使用者的上身躯体固定在靠背上，在起立的过程中由于座椅的限制上身仍处于竖直状态，不符合人体起立运动的自然轨迹，使用者主要是靠座椅被动地站起，难以达到锻炼的效果。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供一种康复轮椅，所述康复轮椅具有助起装置，用以辅助使用者站起或坐下，所述助起装置具有至少一个单自由度的六杆机构和连接在所述六杆机构上的靠背，所述六杆机构通过控制其中一杆转动进行伸缩，以推动所述靠背按照指定轨迹往复运动从而向使用者施以帮助起坐的助力。
根据一个优选的实施方式，所述指定轨迹模拟人体起立时的背部运动轨迹。因此使用者在进行起坐训练时既可以自主站起或坐下，也可以在靠背的提供助力的辅助下进行起坐运动。一方面可以帮助腰部力量不足的使用者起坐，另一方面还能辅助使用者进行锻炼。
根据一个优选的实施方式，所述康复轮椅具有用以驱动所述助起装置和/或所述康复轮椅的主动轮的电机。
根据一个优选的实施方式，所述六杆机构的六个杆按照第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第一杆的顺序依次可旋转连接，其中所述第三杆与所述第六杆的中部可旋转连接，从而使得所述六杆机构在伸展态下，形成两个顶角相连的四边形结构。只需固定一杆，控制另一杆的运动即控制其他四杆的运动，将主动杆规则的圆周运动转换为从动杆不规则轨迹的运动，从而简化了康复轮椅的机械结构。
根据一个优选的实施方式，所述第一杆和第二杆的长度均大于所述第四杆和第五杆的长度。使得所述六杆机构从收拢态向伸展态运动时所述靠背沿人体起立时的背部运动轨迹运动。所述六杆机构从伸展态向收拢态运动时所述靠背沿人体坐下时的背部运动轨迹运动。
优选的，所述第二杆和第三杆的长度之和大于所述第一杆和第六杆的长度之和。所述第四杆的长度大于所述第五杆的长度。
通过设置合适的六个杆长度，使得靠背能够沿人体起坐时的背部运动轨迹往复运动，辅助使用者起坐时更加符合人体运动学特征，使用过程更加舒适，康复轮椅更具人性化。
根据一个优选的实施方式，所述第三杆的长度短于所述第一杆和所述第二杆的长度之和，且所述第六杆的长度短于所述第四杆和所述第五杆的长度之和，且所述第六杆位于所述第三杆与所述第四杆之间，使得所述第一杆与第六杆的连接端的运动轨迹可穿过所述第三杆和第四杆之间的空隙。从而使所述靠背具有较大的运动范围，也使得所述六杆机构在收拢态占有较小的体积，使康复轮椅结构更加紧凑。
根据一个优选的实施方式，所述六杆机构的第四杆为固定杆，所述第五杆为主动杆，所述第五杆在以第五杆与第四杆的连接端为中心做平面内旋转运动时带动所述第一杆、第二杆、第三杆和第六杆在收拢态与伸展态之间往复运动。
根据一个优选的实施方式，所述六个杆的长度之比为第一杆:第二杆:第三杆:第四杆:第五杆:第六杆＝4～6:4～6:4～6:2～3.5:1:2.5～4。
根据一个优选的实施方式，所述第五杆的长度为7cm～15cm。
根据一个优选的实施方式，所述第四杆固定在康复轮椅背部的支撑架上，或所述第四杆为康复轮椅支撑架的一部分。
根据一个优选的实施方式，所述第五杆的一端与第四杆连接，另一端通过传动链条与电机连接，以第五杆与第四杆的连接端为中心，以自身为半径在电机的驱动下进行旋转运动。
根据一个优选的实施方式，所述第五杆为固定在所述第四杆上的齿轮或滑轮。所述第六杆的一端与所述齿轮或所述滑轮的边缘可旋转连接，所述齿轮或所述滑轮在传动链条或传动带的带动下做旋转运动，从而带动与之相连的第六杆以及所述第一杆、第二杆和第三杆运动。
根据一个优选的实施方式，所述靠背固定于所述第一杆的与所述第二杆相连接的端部，所述六杆机构在收拢态时所述靠背位于所述康复轮椅的背部的支撑架处，便于使用者呈坐姿时倚靠。
根据一个优选的实施方式，所述靠背表面包裹有柔软的缓冲层，和/或所述靠背呈与人体背部形状相吻合的弧形面结构。一方面增加倚靠时的舒适性，另一方面在向使用者提供助力时使使用者背部受力更加均匀。
根据一个优选的实施方式，所述靠背上具有卡扣，用以使使用者与靠背可拆卸连接。通过卡扣将使用者与靠背连接，可防止使用者在起立或坐下的过程中重心不稳而摔倒。
根据一个优选的实施方式，其中所述靠背与所述第一杆的端部之间可拆卸连接，以便根据需要调节靠背的相对位置或更换靠背。通过调节靠背的相对位置或者更换不同类型的靠背可使康复轮椅能够适应不同身材的使用者的需要。
根据一个优选的实施方式，所述康复轮椅具有与所述康复轮椅的车架之间弹性连接的脚踏板。弹性的脚踏板使使用者在站起或坐下的过程中能缓慢的触地。
一般的轮椅为使乘坐更为舒适，脚踏板的位置设于使用者呈坐姿时双脚自然垂下时的位置，而脚踏板往往距离地面有一定的距离以避开障碍物。使用者起立时需将身体向前移动，双脚接触地面，往往使得双腿呈倾斜状态不能更好的施力，增加了站起时的难度，同理在往下坐时也会由于坐垫位置相对靠后而比坐在普通座椅上的难度增加。对于进行起坐训练的使用者来说增加了不必要的程序，使起立和坐下的练习过程不能够连续进行，使用者的背部不能很好的与靠背接触。通过弹性连接，在起立或坐下的过程中，由于使用者的腿部对脚踏板有力的作用，使得弹性连接部位伸长或收缩，使用者的脚逐渐贴近地面或离开地面。使用者不需要将脚从脚踏板移开便可直接起立或坐下，使用者起立后也可直接离开脚踏板行走。使得在康复轮椅的起坐更贴近在普通椅子上的起坐，符合人体正常起坐的身体运动规律，使康复轮椅更具人性化。
本发明提供的康复轮椅通过采用助起装置，可帮助腰部力量较弱的使用者起立或坐下，同时可以辅助起坐训练，从而进行腰部康复锻炼。采用单自由度的六杆机构，简化了机械结构，节约了成本。另外通过模拟人体运动轨迹，使得产品更加人性化，便于使用。
附图说明
图1是本发明实施例1康复轮椅处于收拢态的结构示意图；
图2是本发明实施例1康复轮椅处于伸展态时的结构示意图；
图3是本发明实施例1康复轮椅的后视图；
图4是本发明实施例1助起装置的结构简图；和
图5是本发明实施例2康复轮椅的结构示意图。
附图标记列表
主动轮1靠背9第六杆13f
车架2背部传感器9a支撑架14
从动轮3卡扣10挡板15
脚踏板4保护外壳11电机16
脚部传感器4a把手12手动轮17
脚踏板连接器5六杆机构13手刹18
坐垫6第一杆13a电池19
坐垫传感器6a第二杆13b离合器20
扶手7第三杆13c传动链条21
扶手传感器7a第四杆13d终端支撑架22
离合器按钮8第五杆13e
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
实施例1
图1是本发明的康复轮椅处于收拢态的结构示意图，图2是本发明的康复轮椅处于伸展态时的结构示意图，图3是本发明的康复轮椅的后视图。如图所示，本发明的康复轮椅包括：主动轮1、车架2、从动轮3、脚踏板4、脚踏板连接器5、坐垫6、扶手7、离合器按钮8、靠背9、卡扣10、保护外壳11、把手12、六杆机构13、支撑架14、挡板15、电机16、手动轮17、手刹18、电池19和离合器20。其中主动轮1用以驱动整个康复轮椅移动，从动轮3为方向控制轮。脚踏板连接器5为弹性连接器。把手12便于从康复轮椅的后方控制其移动。康复轮椅的助起装置包括靠背9和两套六杆机构13，两套六杆机构13对称设置与康复轮椅背部的支撑架14上。电机16用以向助起装置和主动轮1提供驱动力。手动轮17和手刹18用以在手动状态下控制康复轮椅的运动状态。离合器开关8位于扶手下方的车架上，面向使用者的身体侧面。离合器开关8用以康复轮椅的主动轮为机动状态、手动状态及站起或坐下的切换。
图4是本实施例助起装置的结构简图，如图所示，六杆机构13包括六根杆：第一杆13a、第二杆13b、第三杆13c、第四杆13d、第五杆13e、第六杆13f，这六个杆依次首尾连接，该连接为可旋转连接，其中第三杆13c的中部与所述第六杆13f的中部可旋转连接，从而使得所述六杆机构13在伸展态下，形成两个顶角相连的四边形结构，靠背9固定在第一杆13a的端部，该端部还连接有第二杆13b。六根杆中只要固定其中任意一根，旋转另外的任意一根将其作为主动杆，其他四根都会随之进行旋转运动，且这四根的旋转状态可根据主动杆的旋转状态唯一确定，因此该六杆机构13为单自由度六杆机构13。通过使用这种单自由度的六杆机构13，只需控制其中一杆的运动即可将规则的圆周运动转换为具有所需不规则轨迹的运动，从而简化了康复轮椅的机械结构。特别是人体起立时重心的变化为不规则的上凹形曲线，类似于抛物线。只需合理设计六杆机构13中各杆的长度，选择合适的固定杆和主动杆，即可使其中一个两杆连接端沿着所需的运动轨迹运动。
根据本发明的一个优选实施方式，所述六杆机构13的第四杆13d为固定杆，其固定在康复轮椅背部的支撑架14上，或是作为康复轮椅支撑架的一部分起支撑作用。述第五杆13e为主动杆。第五杆13e的一端与第四杆13d连接，另一端通过传动链条与电机16连接。在第五杆13e以其与第四杆13d的连接端为中心，以自身为半径在电机16的驱动下进行旋转运动时，可带动所述第一杆13a、第二杆13b、第三杆13c和第六杆13f在收拢态与伸展态之间往复运动。
六杆机构13在收拢态时，靠背9靠近康复轮椅背部的支撑架14，便于使用者呈坐姿时倚靠。六杆机构13呈伸展态时，靠背9被六杆机构13推离支撑架14，处于康复轮椅的斜上方，与呈站立态的使用者背部相贴合。因此电机16驱动第五杆13e运动即驱动了靠背9的运动。
所述第一杆13a和第二杆13b的长度均大于所述第四杆13d和第五杆13e的长度。特别是所述第二杆13b和第三杆13c的长度之和大于所述第一杆13a和第六杆13f的长度之和，所述第四杆13d的长度大于所述第五杆13e的长度。使得所述六杆机构13从收拢态向伸展态运动时，连接在第一杆13a与第二杆13b连接端的靠背9沿着上凹形曲线运动，基本符合人体起立时的背部运动轨迹。因此助起装置符合人体运动学特征，使用过程更加舒适，更具人性化。
另外所述第三杆13c的长度短于所述第一杆13a和第二杆13b的长度之和，且所述第六杆13f的长度短于所述第四杆13d和第五杆13e的长度之和，且所述第六杆13f位于所述第三杆13c与所述第四杆13d之间，使得所述第一杆13a与第六杆13f的连接端的运动轨迹可穿过所述第三杆13c和第四杆13d之间的空隙。因此，在收拢态，第二杆13b能尽量向第四杆13d靠拢，第一杆13a能尽可能地向后插入保护外壳11中，使靠背9在收拢态时处在坐姿的使用者倚靠较舒适的位置。这就使得六根杆的长度不需太大即可使靠背9具有较大的运动范围，也使得所述六杆机构13在收拢态占有较小的体积，康复轮椅结构更加紧凑。
本发明的康复轮椅可以具有多个型号，每个型号的六杆机构大小不同，以适应不同身高体型的使用者。所述六个杆长度之比为：第一杆13a:第二杆13b:第三杆13c:第四杆13d:第五杆13e:第六杆13f＝4～6:4～6:4～6:2～3.5:1:2.5～4。其中所述第五杆13e的长度为7cm～15cm。比如可设置第五杆13e长度为7cm、9cm、11cm、13cm四种型号的六杆机构，以适应不同身高的使用者。
优选的，所述第五杆13e的长度为8～11cm，所述六个杆长度之比为：第一杆13a:第二杆13b:第三杆13c:第四杆13d:第五杆13e:第六杆13f＝5～5.5:5～5.7:5～:2～3.5:1:2.5～4。
更优选的，所述第五杆13e的长度为9～10cm，所述六个杆的长度之比为：第一杆13a:第二杆13b:第三杆13c:第四杆13d:第五杆13e:第六杆13f＝5:5:5:2.5:1:3。
第三杆13c与第六杆13f的交叉点分别将两杆分为两段。其中对于第三杆13c，以第三杆13c与第二杆13b的连接端到交叉点为第一区段，交叉点到第三杆13c与第四杆13d的连接端为第二区段，第一区段与第二区段的长度之比为1～1.5:1。优选的，第一区段与第二区段的长度之比为1～1.2:1。
对于第六杆13f，以第六杆13f与第五杆13e的连接端到交叉点为第三区段，交叉点到第六杆13f与第一杆13a的连接端为第四区段，第三区段与第四区段的长度之比为1:1.5～2.5。优选的，第三区段与第四区段的长度之比为1～2。
靠背9上的卡扣10与使用者的身体可拆卸连接。例如康复轮椅的靠背9配套有至少一根弹性带，弹性带的两端带有与靠背9上的卡扣10相配合的装置，通过弹性带与靠背9的卡扣10连接可将使用者的上躯固定在靠背9上，防止使用者在起立或坐下过程中因重心不稳而摔倒。另外还可以作为康复轮椅行动时的安全带，防止使用者由于紧急刹车而向前栽倒。弹性带使得使用者身体具有一定的活动余地，使用更加舒适。
脚踏板连接器5一方面可以让使用者站起或坐下过程更为舒适，另一方面也可作为腿部练习装置。弹性连接为脚踏板4提供了一定的活动范围，脚踏板连接器5需要在一定力的作用下才能伸展开。因此使用者坐在康复轮椅上可双脚踏在脚踏板4上进行蹬腿练习，以提升腿部或膝盖力量。
电机16电池19等位于康复轮椅后方靠下的位置，即两个主动轮1之间，使得整个康复轮椅的重心靠近后下方，以在使用者站立时能够使康复轮椅保持平衡，防止翻倒。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做了进一步的限定。
助起装置具有靠背和一个六杆机构，六杆机构位于康复轮椅背部的支撑架的中间位置。六杆机构13中第五杆13e为固定在所述第四杆13d上的滑轮，第六杆13f的一端可旋转地固定在滑轮的边缘。滑轮中心与第六杆13f固定处的位置即为第五杆13e的长度。电机16通过控制滑轮的转动从而控制其他四杆的运动。
本发明的康复轮椅还配套有作为控制端的智能终端设备，智能终端设备通过有线或无线方式与康复轮椅连接，用以控制助起装置和康复轮椅的运动状态。该智能终端设备可以是与康复轮椅配套的控制器，或安装有对康复轮椅进行控制的程序或软件的手机、平板电脑等智能设备。
智能终端设备通过控制六杆机构13的伸缩速度及状态来控制助起装置的起坐状态、起坐速度和/或起坐运动范围等，通过控制主动轮1的前旋、后旋和速度来控制康复轮椅的运动状态，以及通过从动轮3的旋转角度来控制康复轮椅的运动方向等。智能终端设备通过内置的程序或软件可设定助起装置的运动以向使用者提供特定的起坐辅助模式。例如通过设定起坐次数和起坐速度来为使用者定制合适的训练计划。
靠背9呈与人体背部形状相吻合的弧形面结构，上面包裹有一层柔软的海绵层，人体倚靠时更为舒适。
靠背9与六杆机构13的连接为可拆卸连接，可根据需要选择适合使用者身材的靠背9。或者靠背9上与六杆机构13为可相对移动的连接，例如靠背9上具有滑槽，六杆机构13端部具有与之配合的滑块，通过锁定机构进行固定。对于不同身高的使用者，可调整六杆机构13的滑块在靠背9中滑槽的位置，通过锁定机构进行固定，从而调整获得适合高度的靠背9。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上做了进一步的限定。
如图5所示，康复轮椅包括：主动轮1、车架2、从动轮3、脚踏板4、脚踏板连接器5、坐垫6、扶手7、离合器按钮8、靠背9、卡扣10、保护外壳11、把手12、六杆机构13、支撑架14、挡板15、电机16、手动轮17、手刹18、电池19、离合器20、传动链条21、终端支撑架22和传感器组件。其中终端支撑架22用以放置智能终端设备或者用作置物架，传动链条21用以将电机16的驱动力传递给六杆机构13。
传感器组件包括：脚部传感器4a、坐垫传感器6a、扶手传感器7a和背部传感器9a，分别置于脚踏板4、坐垫6、扶手7和靠背9中，用以感应使用者的生理状态。通过传感器将使用者的生理信息传递给智能终端设备进行分析处理，获得使用者的健康状况信息。
根据本发明的一个优选实施方式，传感器组件为力学传感器。脚部传感器4a、坐垫传感器6a、扶手传感器7a和背部传感器9a分别用以感应使用者在起立或坐下过程中脚部、臀部、手部和背部与康复轮椅的脚踏板4、坐垫6、扶手7和靠背9之间的力作用。各个力学传感器将及检测到的力学信号传递给智能终端设备进行存储和处理。特别是在起坐康复训练过程中，通过监控记录使用者起坐过程中身体与康复轮椅之间力作用的变化，利用智能终端设备的特定程序或软件科学地分析出使用者的康复状态，从而根据该状态数据适时调整使用者的康复训练计划，使得康复轮椅的使用更加智能化。例如，使用者在多次训练后，起立时背部与靠背9之间及手部与扶手7之间的力作用减弱，说明使用者的腰部力量逐渐增强，对靠背9和扶手7的依赖性减弱，那么就通过智能终端设备进行调控，加快使用者的起坐训练时的速度和/或减小靠背9的运动范围，使得在起立运动的后期靠背9离开使用者的背部而没有向使用者提供助力。另外智能终端设备也通过网络与专家知识库连接。智能终端设备将使用者的使用该康复轮椅过程中检测的力学信号或康复状态数据传递给专家知识库，专家知识库通过分析处理后向智能终端设备提供更科学合理的康复训练计划。使用者接收后可采用该康复训练计划进行康复训练。
该智能终端设备还具有导航功能，通过显示屏上的地图向使用者提供位置信息、路线信息等，使使用者能快速方便地到达目的地。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种康复轮椅，其特征在于，所述康复轮椅具有助起装置，所述助起装置具有至少一个单自由度的六杆机构(13)和连接在所述六杆机构(13)上的靠背(9)，所述六杆机构(13)通过控制其中一杆转动进行伸缩，以推动所述靠背(9)按照指定轨迹往复运动从而向使用者施以帮助起坐的助力。
2.如权利要求1所述的康复轮椅，其特征在于，所述六杆机构(13)的六个杆按照第一杆(13a)、第二杆(13b)、第三杆(13c)、第四杆(13d)、第五杆(13e)、第六杆(13f)、第一杆(13a)的顺序依次可旋转连接，其中所述第三杆(13c)与所述第六杆(13f)的中部可旋转连接，从而使得所述六杆机构(13)在伸展态下，形成两个顶角相连的四边形结构。
3.如权利要求2所述的康复轮椅，其特征在于，所述第一杆(13a)和所述第二杆(13b)的长度均大于所述第四杆(13d)和所述第五杆(13e)(13e)的长度，使得所述六杆机构(13)从收拢态向伸展态运动以及所述六杆机构(13)从伸展态向收拢态运动时所述靠背(9)能够沿人体起坐时的背部运动轨迹往复运动。
4.如权利要求2所述的康复轮椅，其特征在于，所述第三杆(13c)的长度短于所述第一杆(13a)和所述第二杆(13b)的长度之和，且所述第六杆(13f)的长度短于所述第四杆(13d)和所述第五杆(13e)的长度之和，且所述第六杆(13f)位于所述第三杆(13c)与所述第四杆(13d)之间，从而使得所述第一杆(13a)与所述第六杆(13f)的连接端的运动轨迹可穿过所述第三杆(13c)和所述第四杆(13d)之间的空隙。
5.如权利要求3或4所述的康复轮椅，其特征在于，所述六杆机构(13)的第四杆(13d)为固定杆，所述第五杆(13e)为主动杆，所述第五杆(13e)在以第五杆(13e)与第四杆(13d)的连接端为中心做平面内旋转运动时带动所述第一杆(13a)、第二杆(13b)、第三杆(13c)和第六杆(13f)在收拢态与伸展态之间往复运动。
6.如权利要求5所述的康复轮椅，其特征在于，所述靠背(9)固定于所述第一杆(13a)与所述第二杆(13b)相连接的端部，所述六杆机构(13)在收拢态时所述靠背(9)位于所述康复轮椅的背部的支撑架(14)处。
7.如权利要求6所述的康复轮椅，其特征在于，所述靠背(9)与所述第一杆(13a)的端部可拆卸地连接以便根据需要调节所述靠背(9)的相对位置或更换所述靠背(9)。
8.如权利要求7所述的康复轮椅，其特征在于，所述靠背(9)上具有用以使使用者与所述靠背(9)可拆卸连接的卡扣(10)。
9.如权利要求1所述的康复轮椅，其特征在于，所述康复轮椅还具有用以驱动所述助起装置和/或所述康复轮椅的主动轮(1)的电机(16)。
10.如权利要求1所述的康复轮椅，其特征在于，所述康复轮椅还具有与所述康复轮椅的车架(2)弹性连接的脚踏板(4)。
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