CN106075817A - 仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置，包括康复训练用自行车机构，所述康复训练用自行车机构设于横滚运动驱动机构上，所述横滚运动驱动机构设于底座的俯仰运动驱动机构上，所述俯仰运动驱动机构包括机架和俯仰驱动组件，所述横滚运动驱动机构包括支撑架和横滚驱动组件，所述康复训练用自行车机构包括于车架上设置的车把转向组件、车轮脚踏传动组件和车轮阻力加载组件。本发明通过训练康复者的平衡感知能力，来实现平衡协调功能障碍康复训练。

Description

仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置

技术领域

本发明涉及物理治疗辅助康复设备，具体为一种仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置。

背景技术

近年来，随着人口的老龄化，由中风、偏瘫等疾病引起平衡协调功能障碍病例呈现上升趋势。

现代医学理论认为，人体的平衡协调功能与本体的视觉及空间感知能力、中枢神经系统功能、主动肌与拮抗肌的协调能力、肌力与耐力等因素密切相关。大量的病例统计表明，平衡协调功能障碍的患者通常不能意识躯体的空间位置和姿态，并由此丧失合理的动作反应，比如出现动作分解、肌肉收缩和松弛不及时等现象。现代物理治疗学实践证明，通过物理训练可以重新启动被抑制的神经通路，逐步恢复或改善患者的平衡协调功能。物理训练可分为徒手的训练和借助器械的训练两种，其中，借助器械的训练通常会比徒手训练具有更快更好的治疗效果。

目前，借助器械训练的常用器材或设备有：滚筒、圆球、翘起板、弹簧床、自行车、登山器、PH—A平衡功能检测训练系统等。

借助自行车训练治疗平衡协调功能障碍的方式为，患者通过按一定的节律反复压踏脚蹬来锻炼腿脚关节肌肉，这对恢复自身的肌力与耐力以及关节的灵活性都有很好的效果。然而，出于安全性和方便性的考虑，现有的康复训练自行车通常是固定在地面上的，车体不存在侧倾和俯仰变化，故患者无法利用视觉、听觉、位置和姿态觉来锻炼自身的感知和反应能力。

根据平衡协调功能障碍康复训练的要求，“反馈—反应”是训练需要重点关注的内容，显然，目前的自行车训练无法达到该要求，因此其效果会大打折扣。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种可使自行车康复训练器材产生侧倾和俯仰动态变化的仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置，该装置可收集骑行状态信息并根据这些信息做出决策，给出康复者应有的操作。

能够解决上述技术问题的仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置，其技术方案包括康复训练用自行车机构，所不同的是所述康复训练用自行车机构设于横滚运动驱动机构上，所述横滚运动驱动机构设于底座的俯仰运动驱动机构上，其中：

1、所述俯仰运动驱动机构包括机架和俯仰驱动组件，所述机架通过左、右方向的水平转轴铰装于底座上并由俯仰绝对式编码器检测其转动角度和由俯仰增量式编码器检测其转动角速度，所述俯仰驱动组件于机架铰装点的前方或后方设于底座上，包括于机架左、右侧对称设置的丝杆螺母传动副，所述丝杆螺母传动副的丝杆竖直设置，左、右丝杆上的左、右俯仰从动齿轮均啮合中间的俯仰主动齿轮，所述俯仰主动齿轮的驱动为底座上安装的俯仰直流电机，丝杆螺母传动副的左、右螺母分别通过其上设置的滑块滑动安装于机架对应侧面上设置的前、后方向滑轨内或开设的前、后方向滑槽中。

2、所述横滚运动驱动机构包括支撑架和横滚驱动组件，所述支撑架的前、后轴端通过轴承结构安装于机架上，所述横滚驱动组件包括相啮合的扇形横滚从动齿轮和横滚主动齿轮，所述扇形横滚从动齿轮安装于支撑架的前方或后方轴端，所述横滚主动齿轮的驱动为机架上安装的横滚步进电机；所述机架上设有可调限制扇形横滚从动齿轮转动角度的限制件，所述支撑架上设有检测其横滚角度和横滚角速度的惯性测量单元(IMU)。

所述康复训练用自行车机构的一种结构形式包括于车架上设置的车把转向组件、车轮脚踏传动组件和车轮阻力加载组件，其中：

1、所述车把转向组件包括转动手把以及检测转动手把转动角速度的手把增量式传感器和检测转动手把转动角度的手把绝对式编码器，传感器将转角和转速反馈给装置的控制板，控制横滚步进电机调整车架的倾斜角以及倾角速度大小。

2、所述车轮脚踏传动组件包括脚踏和后车轮，所述脚踏单向带动的脚踏主动齿轮啮合中间传动齿轮，所述中间传动齿轮啮合与后车轮同轴的齿圈，车架上设有检测后车轮转速的车轮增量式编码器。

3、所述车轮阻力加载组件包括作用于后车轮上的刹车块，所述刹车块设于电磁铁的推杆上，所述推杆的伸缩量对应于刹车块对后车轮的阻力大小。

4、为便于康复者和医护工作者了解骑行姿态和及时采取应对措施，所述转动手把前方的车架上设有汇集骑行信息以及提示康复者应对措施的显示屏。

本发明的有益效果：

1、本发明仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置是在传统康复自行车的基础上，将自行车架设于一个可驱动俯仰和横滚运动的基座上，患者通过显示器上的提示信息了解车架的平衡状态，改变车把转角和车轮速度，将车把转角和车轮转速反馈给控制板，反过来通过电机驱动车架的横滚和俯仰运动。

2、本发明通过训练康复者的平衡感知能力，来实现康复者平衡协调功能障碍康复训练。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。

图2为图1实施方式中俯仰驱动组件的结构示意图。

图3为图1实施方式中车轮阻力加载组件的结构示意图。

图号标识：1、底座；2、机架；3、水平转轴；4、丝杆；5、螺母；6、滑块；7、滑轨；8、支撑架；9、轴承结构；10、扇形横滚从动齿轮；11、横滚主动齿轮；12、横滚步进电机；13、惯性测量单元；14、俯仰直流电机；15、俯仰绝对式编码器；16、俯仰从动齿轮；17、俯仰主动齿轮；18、限制件；19、转动手把；20、车架；21、手把增量式传感器；22、手把绝对式编码器；23、脚踏；24、后车轮；25、脚踏主动齿轮；26、中间传动齿轮；27、车轮增量式编码器；28、齿圈；29、刹车块；30、电磁铁；31、显示屏。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置，包括康复训练用自行车机构、横滚运动驱动机构和俯仰运动驱动机构。

所述俯仰运动驱动机构包括机架2和俯仰驱动组件，所述机架2中央底部的三角撑通过左、右方向的水平转轴3与轴座的组合结构安装于底座1上，所述底座1上设有通过齿轮传动副连接水平转轴3的俯仰绝对式编码器15和俯仰增量式编码器，用于分别检测机架2的前、后俯仰角度和俯仰角速度；所述俯仰驱动组件设于机架2后部的底座1上，包括于机架2两侧对称设置的左、右丝杆螺母传动副(丝杆4与螺母5的旋合件)，左、右丝杆4竖直设立，左、右丝杆4的底端分别安装左、右俯仰从动齿轮16，左、右俯仰从动齿轮16同时与中间的俯仰主动齿轮17啮合，所述俯仰主动齿轮17由薄饼式俯仰直流电机14驱动，左、右螺母5上分别设有相对的滑块6，左、右滑块6分别滑动配合在机架2左、右侧面上设置的左、右滑轨7内，所述滑轨7的朝向为前、后方向，如图1、图2所示。

所述俯仰运动驱动机构模拟真实道路情况下康复训练用自行车机构的俯仰变化。

所述横滚运动驱动机构包括支撑架8和横滚驱动组件，所述支撑架8设于机架2的前、后架体之间，支撑架8的前、后轴端通过轴承结构9安装于机架2的前、后架体上；所述横滚驱动组件包括相啮合的扇形横滚从动齿轮10和横滚主动齿轮11，所述扇形横滚从动齿轮10安装于支撑架8的前轴端，所述横滚主动齿轮11安装于机架2上设置的横滚步进电机12的输出轴上，机架2的前架体上设有限制扇形横滚从动齿轮10转动幅度的限制件18(采用可调节横向距离的档杆)，所述支撑架8上设有检测扇形横滚从动齿轮10转动角度和角速度的惯性测量单元13，如图1所示。

所述横滚运动驱动机构模拟康复训练用自行车机构的倾倒运动，来锻炼康复者的平衡感知能力。

所述康复训练用自行车机构包括固定于支撑架8上的车架20和于车架20上设置的车把转向组件、车轮脚踏传动组件、车轮阻力加载组件和显示屏31，如图1所示。

所述车把转向组件包括安装于车架20前叉位(无前车轮)的转动手把19，前叉位上设有通过齿轮传动检测检测转动手把19转动角速度的手把增量式传感器21，以及检测转动手把19转动角度的手把绝对式编码器22，如图1所示。

所述车轮脚踏传动组件包括车架20中部的脚踏23和后叉位的后车轮24，所述脚踏23通过棘轮件单向带动脚踏主动齿轮25，所述脚踏主动齿轮25啮合中间传动齿轮26，所述中间传动齿轮26啮合后车轮24轮圈侧部的齿圈28，车架20的后叉位上设有通过齿轮传动检测后车轮24转速的车轮增量式编码器27，如图1所示。

所述车轮阻力加载组件包括从后车轮24后方作用于后车轮24后侧下部的刹车块29，所述刹车块29设于电磁铁30向前伸出的推杆上，所述电磁铁30设于支撑架8上，电磁铁30推杆的伸缩量对应于刹车块29对后车轮24的接触量，即阻力的大小，如图3所示。

当车架20的俯仰角大于零时，说明车架20在模拟上坡路况，调节电磁铁30加大后车轮24的阻力，当模拟下坡时，调节电磁铁30减小后车轮24的阻力。

所示显示屏31通过车架20前叉位的伸出杆设于转动手把19前方，显示屏31汇集有骑行的姿态信息(横滚角、俯仰角、横滚角速度、俯仰角速度、车把转角、车把转角速度等)以及提示采取的应对措施(转动车把所要偏转的方向和大小、脚踏23驱动后车轮24的速度等)，如图1所示。

Claims (2)

1.仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置，包括康复训练用自行车机构，其特征在于：所述康复训练用自行车机构设于横滚运动驱动机构上，所述横滚运动驱动机构设于底座(1)的俯仰运动驱动机构上，其中

①、所述俯仰运动驱动机构包括机架(2)和俯仰驱动组件，所述机架(2)通过左、右方向的水平转轴(3)铰装于底座(1)上并由俯仰绝对式编码器(15)检测其转动角度和由俯仰增量式编码器检测其转动角速度，所述俯仰驱动组件于机架(2)铰装点的前方或后方设于底座(1)上，包括于机架(2)左、右侧对称设置的丝杆螺母传动副，所述丝杆螺母传动副的丝杆(4)竖直设置，左、右丝杆(4)上的左、右俯仰从动齿轮(16)均啮合中间的俯仰主动齿轮(17)，所述俯仰主动齿轮(17)的驱动为底座(1)上安装的俯仰直流电机(14)，丝杆螺母传动副的左、右螺母(5)分别通过其上设置的滑块(6)滑动安装于机架(2)对应侧面上设置的前、后方向滑轨(7)内或开设的前、后方向滑槽中；

②、所述横滚运动驱动机构包括支撑架(8)和横滚驱动组件，所述支撑架(8)的前、后轴端通过轴承结构(9)安装于机架(2)上，所述横滚驱动组件包括相啮合的扇形横滚从动齿轮(10)和横滚主动齿轮(11)，所述扇形横滚从动齿轮(10)安装于支撑架(8)的前方或后方轴端，所述横滚主动齿轮(11)的驱动为机架(2)上安装的横滚步进电机(12)；所述机架(2)上设有限制扇形横滚从动齿轮(10)转动角度的限制件(18)，所述支撑架(8)上设有检测其横滚角度和横滚角速度的惯性测量单元(13)。

2.根据权利要求1所述的仿真自行车式平衡协调功能障碍康复训练装置，其特征在于：所述康复训练用自行车机构包括于车架(20)上设置的车把转向组件、车轮脚踏传动组件和车轮阻力加载组件，其中

①、所述车把转向组件包括转动手把(19)以及检测转动手把(19)转动角速度和转动角度的手把增量式传感器(21)和手把绝对式编码器(22)，传感器将转角和转速反馈给装置的控制板，控制横滚步进电机(12)调整车架(20)的倾斜角大小；

②、所述车轮脚踏传动组件包括脚踏(23)和后车轮(24)，所述脚踏(23)单向带动的脚踏主动齿轮(25)啮合中间传动齿轮(26)，所述中间传动齿轮(26)啮合与后车轮(24)同轴的齿圈(28)，车架(20)上设有检测后车轮(24)转速的车轮增量式编码器(27)；

③、所述车轮阻力加载组件包括作用于后车轮(24)上的刹车块(29)，所述刹车块(29)设于电磁铁(30)的推杆上，所述推杆的伸缩量对应于刹车块(29)对后车轮(24)的阻力大小；

④、所述转动手把(19)前方的车架(20)上设有汇集骑行信息以及提示应对措施的显示屏(31)。