CN105853142B - 集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置，该装置包括：支撑机构、训练机构和检测部分；支撑机构包括底座、支撑架、脚踏板支承座和脚踏板；训练机构包括内翻/外翻运动平台、背屈/跖屈运动平台和内旋/外旋运动平台；检测部分由安装于单个平台上三个扭矩传感器和三个安装在用于传动动力的电机上的编码器构成。本发明可实现对人体踝关节三自由度的康复训练；可用于模拟治疗师操作手法，为患者提供被动训练，也可用于医生指定条件下患者自主运动训练；通过力矩传感器与编码器，可以获取训练过程中患者的力矩、运动位置信息，集成了康复训练和患者运动信息检测功能，为康复评价系统提供依据。

Description

集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置。
背景技术
我国老龄化问题日益严重，而中风偏瘫又是老年人中的高发病，因此针对老年人偏瘫后的康复治疗显得尤为重要。偏瘫患者踝背屈障碍由于在步行摆动相中不能克服足下垂，从而严重影响其步行能力的恢复，因此踝关节的康复对偏瘫患者的整体性康复有着极其重要的意义。
对于偏瘫患者的传统康复手段需理疗师手把手进行，消耗了大量的时间与体力，并且无法保证充足的训练时间和足够的训练强度。现有的踝关节康复设备多以患者被动训练为主，训练模式单一，不能为患者提供主动训练平台，且现有踝关节康复设备缺少患者训练运动数据检测，无法检测患者的训练过程中的状态变化，限制了踝关节训练装置的灵活性。
发明内容
为了解决现有技术存在的传统踝关节偏瘫康复工作量大、效率低下和普通康复设备训练不全面、训练模式单一，缺少患者训练运动数据检测的不足，本发明提供一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置，为患者训练提供患者被动和主动训练平台，同时客观检测与监测患者运动状态，为医生后续治疗提供客观依据。
其技术方案为：
一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置，包括支撑机构、训练机构和检测部分；
支撑机构包括支撑板1、底板2、患侧背屈/跖屈支撑板4、患侧内翻/外翻支撑板13、患侧脚踏板6、健侧背屈/跖屈支撑板21、健侧内翻/外翻支撑板19、健侧脚踏板 24；
所述训练机构包括：患侧内旋/外旋运动平台、健侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台、健侧背屈/跖屈运动平台、患侧内翻/外翻运动平台和健侧内翻/外翻运动平台；所述患侧内旋/外旋运动平台包括患侧第一电机8，患侧蜗轮蜗杆传动部分9；所述健侧内旋/外旋运动平台包括健侧第一电机14，健侧蜗轮蜗杆传动部分15；所述患侧背屈/跖屈运动平台包括患侧第二电机3，患侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分5；所述健侧背屈/跖屈运动平台包括健侧第二电机18，健侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分23；所述患侧内翻/外翻运动平台包括患侧第三电机12，患侧齿轮组传动部分7；所述健侧内翻/外翻运动平台包括健侧第三电机18 ，健侧齿轮组传动部分22。
所述检测部分包括患侧单轴扭矩传感器10、患侧两轴扭矩传感器11、健侧单轴扭矩传感器16、健侧两轴扭矩传感器17和6个安装于电机后部的编码器。所述健侧内旋 /外旋运动平台包括第一电机，第一蜗轮蜗杆传动部分；所述患侧内旋/外旋运动平台包括第二电机，第二蜗轮蜗杆传动部分；所述健侧背屈/跖屈运动平台包括第三电机，第一齿轮组传动部分6；所述患侧背屈/跖屈运动平台包括第四电机，第三齿轮组传动部分；所述健侧内翻/外翻运动平台包括第五电机，第二齿轮组传动部分；所述患侧内翻/外翻运动平台包括第六电机，第四齿轮组传动部分；所述健侧内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，带动患侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动；或者，患侧内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，带动健侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动，实现内旋 /外旋训练；所述健侧背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，带动患侧背屈/跖屈运动平台绕额状轴转动；或者，患侧背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，带动健侧背屈 /跖屈运动平台绕额状轴转动，实现背屈/跖屈训练；所述健侧内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，带动患侧内翻/外翻运动平台绕矢状轴转动；或者，患侧内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，带动健侧内翻/外翻运动平台绕矢状轴转动，实现内翻/外翻训练。
进一步，健侧通过内旋/外旋、背屈/跖屈和内翻/外翻运动平台主动绕垂直轴转动，传感器通过检测健侧的力矩及转动的位置，控制患侧内旋/外旋、背屈/跖屈和内翻/外翻运动平台转动到相同的位置；
进一步，所述第一单轴扭矩传感器、第一两轴扭矩传感器与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置；第二单轴扭矩传感器、第二两轴扭矩传感器与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置，用于医生后续的针对性诊断。
进一步，装置的旋转中心和人体踝关节的旋转中心重合，可以高度模拟治疗师操作手法，同时为患者提供主动式训练方式，允许具有一定运动能力的患者自行进行力量、灵活度等训练。
一种集成康复训练及运动状态检测的关节训练装置，训练步骤如下：
被训者首先将脚板放置于脚踏板上并固定；
实施被训者被动训练时，健侧内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，带动患侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动；或者，患侧内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，带动健侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动，实现内旋/外旋训练；所述健侧背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，带动患侧背屈/跖屈运动平台绕额状轴转动；或者，患侧背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，带动健侧背屈/跖屈运动平台绕额状轴转动，实现背屈/跖屈训练；所述健侧内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，带动患侧内翻/ 外翻运动平台绕矢状轴转动；或者，患侧内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，带动健侧内翻/外翻运动平台绕矢状轴转动，实现内翻/外翻训练通过控制三个电机的不同运动实现踝关节在3自由度空间训练的不同组合；
实施被训者主动训练时，电机工作在力矩模式下：被训者主动作背屈跖屈、内翻外翻和内旋外旋动作，经过扭矩传感器和同步带传动反向带动电机旋转，电机输出固定力矩，提供被训者训练所需固定阻尼；
健侧单轴扭矩传感器16、健侧两轴扭矩传感器17与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置；患侧单轴扭矩传感器10、患侧两轴扭矩传感器11与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置。
本发明提供的集成康复训练及运动状态检测的关节康复训练装置，运用三层嵌套式的运动平台，实现踝关节在3自由度空间训练，实现对人体踝关节背屈/拓屈、内翻 /外翻和内旋/外旋三自由度的康复训练，同时通过力矩传感器与编码器的应用，获取训练过程中患者的力矩、运动位置等信息，集成了康复训练和信息检测功能，为康复评价系统提供依据。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
其一，运用三层嵌套式的运动平台，实现踝关节在3自由度空间训练；其二，集成康复训练及运动状态检测，能有效地评定康复训练的进度和效果；其三，装置的旋转中心和人体踝关节的旋转中心重合，可以高度模拟人体踝关节的康复训练过程；其四，所述踝关节康复训练装置适用于偏瘫早、中、晚期患者，适应性强。
附图说明
图1为本发明一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置的结构示意图；图中：其中，1、支撑板；2、底板；3、患侧第二电机；4、患侧背屈跖屈支撑板；5、患侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分；6、患侧脚踏板；7、患侧齿轮组传动部分；8、患侧第一电机；9、患侧蜗轮蜗杆传动部分；10、患侧单轴扭矩传感器；11、患侧两轴扭矩传感器；12、患侧第三电机；13、患侧内翻/外翻支撑板；14、健侧第一电机；15、健侧蜗轮蜗杆传动部分；16、健侧单轴扭矩传感器；17、健侧两轴扭矩传感器；18、健侧第三电机 ；19、健侧内翻/外翻支撑板；20、健侧第二电机 ；21、健侧背屈跖屈支撑板；22、健侧齿轮组传动部分；23、健侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分；24、健侧脚踏板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
参照图1，本发明实施例的一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置，包括：支撑机构、训练机构和检测部分；
支撑机构包括支撑板1、底板2、患侧背屈/跖屈支撑板4、患侧内翻/外翻支撑板12、患侧脚踏板6、健侧背屈/跖屈支撑板13、健侧内翻/外翻支撑板19、健侧脚踏板 24；训练机构包括患侧内旋/外旋运动平台、健侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台、健侧背屈/跖屈运动平台、患侧内翻/外翻运动平台和健侧内翻/外翻运动平台；检测部分包括患侧单轴扭矩传感器10、患侧两轴扭矩传感器11、健侧单轴扭矩传感器16、健侧两轴扭矩传感器17和6个安装于电机后部的编码器。底板2连接于支撑板1的上方；
作为进一步改进，该集成康复训练及运动状态检测的关节康复训练装置，其特征在于，所述患侧内旋/外旋运动平台包括相连接的患侧第一电机8和患侧蜗轮蜗杆传动部分9；所述健侧内旋/外旋运动平台包括健侧第一电机14和健侧蜗杆传动部分15；所述患侧背屈/跖屈运动平台包括相连接的患侧第二电机3和患侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分5；所述健侧背屈/跖屈运动平台包括相连接的健侧第二电机18和健侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分23；所述患侧内翻/外翻运动平台包括相连接的患侧第三电机12和患侧齿轮组传动部分7；所述健侧内翻/外翻运动平台包括相连接的健侧第三电机20和健侧齿轮组传动部分22；所述健侧通过内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，传感器通过检测健侧的力矩及转动的位置，带动患侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动到相同的位置；所述健侧通过背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，传感器通过检测健侧的力矩及转动的位置，带动患侧背屈/跖屈运动平台绕额状轴转动到相同的位置；所述健侧通过内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，传感器通过检测健侧的力矩及转动的位置，带动患侧内翻/外翻运动平台绕矢状轴转动到相同的位置。
患侧第一电机8、患侧蜗轮蜗杆传动部分9、患侧单轴扭矩传感器10、患侧两轴扭矩传感器11、患侧背屈/跖屈支撑板4、患侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分5、患侧齿轮组传动部分7和患侧脚踏板6依次连接，患侧单轴扭矩传感器10连接于底板2；
健侧第一电机14、健侧蜗轮蜗杆传动部分15、健侧单轴扭矩传感器16、健侧两轴扭矩传感器17、健侧背屈/跖屈支撑板21、健侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分23、健侧齿轮组传动部分22和健侧脚踏板24依次连接，健侧单轴扭矩传感器16连接于底板2；
该装置的旋转中心和人体踝关节的旋转中心重合，可以高度模拟治疗师操作手法，同时为患者提供主动式训练方式，允许具有一定运动能力的患者自行进行力量、灵活度等训练。
使用本发明的一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置进行康复训练时，被训者首先将脚板放置于脚踏板上并固定。
实施被训者被动训练时，健侧内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，带动患侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动；或者，患侧内旋/外旋运动平台主动绕垂直轴转动，带动健侧内旋/外旋运动平台绕垂直轴转动，实现内旋/外旋训练；所述健侧背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，带动患侧背屈/跖屈运动平台绕额状轴转动；或者，患侧背屈/跖屈运动平台主动绕额状轴转动，带动健侧背屈/跖屈运动平台绕额状轴转动，实现背屈/跖屈训练；所述健侧内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，带动患侧内翻/ 外翻运动平台绕矢状轴转动；或者，患侧内翻/外翻运动平台主动绕矢状轴转动，带动健侧内翻/外翻运动平台绕矢状轴转动，实现内翻/外翻训练通过控制三个电机的不同运动可实现踝关节在3自由度空间训练的不同组合。
健侧脚踏板通过健侧内旋/外旋运动平台、健侧背屈/跖屈运动平台和健侧内翻/外翻运动平台，实现三个自由度运动，患侧脚踏板通过患侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台和患侧内翻/外翻运动平台，实现三个自由度运动；
训练时，患者的健侧主动带动健侧脚踏板24绕垂直轴转动，第一健侧单轴扭矩传感器16、第一健侧两轴扭矩传感器17与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置；传感器通过检测健侧的力矩及转动的位置，控制患侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台和内翻/外翻运动平台运动，带动患侧脚踏板6转动到相同的位置；第一单轴扭矩传感器16、第一两轴扭矩传感器17与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置；第二患侧单轴扭矩传感器1、第二患侧两轴扭矩传感器11 与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置，用于医生后续的针对性诊断；
患侧内旋/外旋运动平台、健侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台、健侧背屈/跖屈运动平台、患侧内翻/外翻运动平台和健侧内翻/外翻运动平台装置的旋转中心和人体踝关节的旋转中心重合。
实施被训者主动训练时，电机工作在力矩模式下：被训者主动作背屈跖屈、内翻外翻和内旋外旋动作，经过扭矩传感器和同步带传动反向带动电机旋转，电机输出固定力矩，可以提供被训者训练所需固定阻尼。
健侧单轴扭矩传感器16、健侧两轴扭矩传感器17与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置；患侧单轴扭矩传感器10、患侧两轴扭矩传感器11与3个编码器检测踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种集成康复训练及运动状态检测的踝关节康复训练装置，其特征在于：包括支撑机构、训练机构和检测部分；
所述支撑机构包括支撑板(1)、底板(2)、患侧背屈/跖屈支撑板(4)、患侧内翻/外翻支撑板(13)、患侧脚踏板(6)、健侧背屈/跖屈支撑板(21)、健侧内翻/外翻支撑板(19)、健侧脚踏板(24)，所述底板(2)连接于所述支撑板(1)的上方；
所述训练机构包括：患侧内旋/外旋运动平台、健侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台、健侧背屈/跖屈运动平台、患侧内翻/外翻运动平台和健侧内翻/外翻运动平台；所述患侧内旋/外旋运动平台包括相连接的患侧第一电机(8)和患侧蜗轮蜗杆传动部分(9)；所述健侧内旋/外旋运动平台包括相连接的健侧第一电机(14)和健侧蜗轮蜗杆传动部分(15)；所述患侧背屈/跖屈运动平台包括相连接的患侧第二电机(3)和患侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分(5)；所述健侧背屈/跖屈运动平台包括相连接的健侧第二电机(20 )和健侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分(23)；所述患侧内翻/外翻运动平台包括相连接的患侧第三电机(12)和患侧齿轮组传动部分(7)；所述健侧内翻/外翻运动平台包括相连接的健侧第三电机(18 )和健侧齿轮组传动部分(22)；
所述检测部分包括患侧单轴扭矩传感器(10)、患侧两轴扭矩传感器(11)、健侧单轴扭矩传感器(16)、健侧两轴扭矩传感器(17)和6个分别安装于所述健侧第一电机(14)、所述健侧第二电机(20 )、所述健侧第三电机(18 )、所述患侧第一电机(8)、所述患侧第二电机(3)和所述患侧第三电机(12)后部的编码器；
所述患侧第一电机(8)、所述患侧蜗轮蜗杆传动部分(9)、所述患侧单轴扭矩传感器(10)、所述患侧两轴扭矩传感器(11)、所述患侧背屈/跖屈支撑板(4)、所述患侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分(5)、所述患侧齿轮组传动部分(7)和所述患侧脚踏板(6)依次连接，所述患侧单轴扭矩传感器(10)连接于所述底板(2)；
所述健侧第一电机(14)、所述健侧蜗轮蜗杆传动部分(15)、所述健侧单轴扭矩传感器(16)、健侧两轴扭矩传感器(17)、健侧背屈/跖屈支撑板(21)、健侧齿轮组与蜗轮蜗杆组合传动部分(23)、健侧齿轮组传动部分(22)和健侧脚踏板(24)依次连接，健侧单轴扭矩传感器(16)连接于所述底板(2)；
所述健侧脚踏板通过所述健侧内旋/外旋运动平台、所述健侧背屈/跖屈运动平台和健侧内翻/外翻运动平台，实现三个自由度运动，所述患侧脚踏板通过所述患侧内旋/外旋运动平台、所述患侧背屈/跖屈运动平台和患侧内翻/外翻运动平台，实现三个自由度运动；
训练时，患者的健侧主动带动所述健侧脚踏板(24)转动，所述健侧单轴扭矩传感器(16)、健侧两轴扭矩传感器(17)与3个分别安装于所述健侧第一电机(14)、所述健侧第二电机(20 )和所述健侧第三电机(18 )后部的编码器检测健侧踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置；控制所述患侧内旋/外旋运动平台、所述患侧背屈/跖屈运动平台和所述患侧内翻/外翻运动平台运动，带动所述患侧脚踏板(6)转动到相同的位置；所述患侧单轴扭矩传感器(1)、患侧两轴扭矩传感器(11)与3个分别安装于所述患侧第一电机(8)、所述患侧第二电机(3)和所述患侧第三电机(12)后部的编码器检测患侧踝关节在做外旋和内旋训练、背屈和跖屈训练、内翻和外翻训练时的力矩和位置，用于医生后续的针对性诊断；
所述患侧内旋/外旋运动平台、健侧内旋/外旋运动平台、患侧背屈/跖屈运动平台、健侧背屈/跖屈运动平台、患侧内翻/外翻运动平台和健侧内翻/外翻运动平台的旋转中心和人体踝关节的旋转中心重合。
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