CN106109182A

CN106109182A - 一种辅助站立的智能装置

Info

Publication number: CN106109182A
Application number: CN201610460110.5A
Authority: CN
Inventors: 朱立红; 张良; 赵萍; 雷新宇; 陈波芝; 宗成星
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: CN108578182B; CN106109182B; CN108578182A

Abstract

本发明涉及一种辅助站立的智能装置，所述装置包括设置在机架上的驱动单元、联动单元、座椅单元、数据采集单元和运动评估单元，其特征在于，所述联动单元在所述驱动单元的驱动下以曲柄摇杆联动的方式辅助所述座椅单元上的训练对象进行坐立运动，所述运动评估单元基于所述数据采集单元采集所述训练对象的相关运动数据评估所述训练对象的身体情况并实时调整所述训练对象的运动频率和运动时间，其中，所述联动单元包括至少一个曲柄摇杆机构，所述曲柄摇杆机构中的三角形连杆辅助所述训练对象的肩部按照拟合的肩部运动曲线进行坐立运动。本发明通过对训练对象的智能化辅助站立训练，保证康复效果的同时，提高了人体舒适度。

Description

一种辅助站立的智能装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种辅助站立的智能装置。

背景技术

目前，随着科技水平的提高，行动不便的病人希望通过医疗训练提高行动能力，例如站立和行走的能力，重新恢复健康。但是，目前市场上更多的辅助医疗装置是轮椅。轮椅只能提供坐姿的功能，久坐后行走能力会衰退，不利于病人的行走训练和康复。如何使病人得到较好的站立和行走训练，是目前需要解决的最大问题。

中国专利(CN 101947180A)公中辅助开了一种辅助站立训练器，包括底架、伸缩管、空心连接件、第一支杆、第二支杆、横梁，底架上有第一支杆、第二支杆，第二支杆外部套接有活动连接管，空心连接件一端与固定管固定连接，另一端与活动连接管铰接，固定管内部有伸缩管，伸缩管顶端的固定管内部有第一复位弹簧，伸缩管的外端有扶手，扶手上有安全带挂钩；第二支杆顶端的活动连接管内部有第二复位弹簧；横梁一端与第一支杆连接，另一端固定有膝顶板；驱动电机减速机的输出轴上有第一钢丝绳轮，空心连接件内有第二钢丝绳轮。虽然该专利能够使不方便行走人士得到较好的站立训练，但是训练形式比较单一。训练人士不能够了解自己的训练进度和康复情况，从而不能根据身体康复情况调整训练力度。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种辅助站立的智能装置，所述装置包括设置在机架上的驱动单元、联动单元、座椅单元、数据采集单元和运动评估单元，其特征在于，

所述联动单元在所述驱动单元的驱动下以曲柄摇杆联动的方式辅助所述座椅单元上的训练对象进行坐立运动，所述运动评估单元基于所述数据采集单元采集所述训练对象的相关运动数据评估所述训练对象的身体情况并实时调整所述训练对象的运动频率和运动时间，其中，

所述联动单元包括至少一个曲柄摇杆机构，所述曲柄摇杆机构中的三角形连杆辅助所述训练对象的肩部按照拟合的肩部运动曲线进行坐立运动。

根据一个优选实施方式，所述曲柄摇杆机构包括曲柄机构、三角形连杆机构、摇杆机构和靠背，所述三角形连杆机构的第一端点和第二端点分别与所述曲柄机构和所述摇杆机构连接，所述三角形连杆机构的第三端点与固定训练对象肩部的所述靠背连接以辅助所述训练对象的肩部按照坐立过程中的肩部运动曲线运动。

根据一个优选实施方式，至少两个所述曲柄摇杆机构以对称的方式设置在所述靠背的两端，所述靠背的至少一个端点与对应的所述三角形连杆机构的第三端点固定连接。

根据一个优选实施方式，所述靠背为矩形靠背，所述靠背的上方端点与相应的所述三角形连杆机构的第三端点固定连接，

所述靠背的下方端点与相应所述三角连杆机构的第三端点与第一端点之间的第三连杆上的对应固定点固定连接。

根据一个优选实施方式，所述数据采集单元采集所述训练对象的相关运动数据包括运动频率、运动时间、训练对象与踏板之间的压力数据和/或生理信息数据，所述生理信息数据包括身高、体重、心率、血压、呼吸频率和/或体温。

根据一个优选实施方式，所述数据采集单元至少包括设置于所述机架下端的踏板的至少一个压力传感器、设置于所述靠背的一个生理信息传感器和肩部运动曲线传感器。

根据一个优选实施方式，所述运动评估单元包括数据处理单元、评估单元和控制单元，所述数据处理单元对所述数据采集单元采集的运动相关数据进行有效数据筛选并将有效数据发送至所述评估单元，所述评估单元基于有效数据对所述训练对象的身体情况和肩部运动曲线进行评估，所述控制单元基于所述评估单元的评估结果调整所述训练对象的运动频率、运动时间和肩部运动曲线。

根据一个优选实施方式，所述靠背上设置有至少两个用于固定训练对象双肩的肩带和用于横向固定训练对象上部躯体的至少一个腰带，所述肩带和/或所述腰带设置有至少一个生理信息传感器和/或肩部运动曲线传感器。

根据一个优选实施方式，所述驱动单元包括电机、长轴中轴和二级链传动低速轮，所述电机通过一级链传动机构与长轴连接，长轴的两端分别通过所述二级链传动机构与对称的两个二级链传动低速轮连接，所述二级链传动低速轮通过所述中轴与所述曲柄机构的一端转动连接从而使所述联动单元基于所述驱动单元的传动力进行辅助运动。

根据一个优选实施方式，所述座椅单元包括靠垫、紧固机构、座椅支架和椅垫，其中，

所述座椅支架包括U型结构和与所述U型结构垂直连接为一体的条形结构，

所述座椅支架的条形结构部分通过所述紧固机构以可调整的方式固定在所述机架的竖管上，所述U型结构的两端分别设置有至少一个用于固定并调整所述椅垫的通孔，所述靠垫设置在所述条形结构的一端。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明根据人体正常运动数据来设计曲柄摇杆机构的参数，具有很强的适应性和科学性，更加符合人体运动状态，实现更佳医疗效果；

(2)本发明考虑到生产加工流程，标准化设计，简易方便，提高机器寿命，减少生成周期，降低成本，提供了一种低消费的康复医疗器械，拥有较为广阔的市场前景；

(3)本发明结合人机工程学，对所选机构尺寸进行了优化，考虑座椅高度和前后位置调节，保证康复效果的同时，提高了人体舒适度；

(4)本发明除可单独辅助站立机能受损的患者完成从坐姿到站姿的康复训练动作，还可配合其他康复医疗器械工作，用于调整患者身姿以便进行相关康复治疗。

附图说明

图1是本发明整体结构的正面结构示意图；

图2是本发明整体结构的背面结构示意图；

图3是本发明的逻辑模块示意图；

图4是本发明的三角形连杆机构示意图；

图5是本发明的机架结构示意图；

图6是本发明的中轴结构示意图；

图7是本发明的座椅结构示意图；

图8是本发明座椅的拆解结构示意图；

图9是本发明的靠背示意图；和

图10是本发明的肩部运动曲线示意图。

附图标记列表

1：曲柄机构 2：三角形连杆机构 3：摇杆机构

4：靠背 5：机架 6：座椅

7：电机 8：一级链传动机构 9：长轴

10：二级链传动机构 11：竖管 12：横管

13：立式轴承座 14：电机安装板 15：电机安装座

16：菱形轴承座 17：踏板 18：中轴

19：二级链传动低速轮 20：靠垫 21：紧固机构

22：座椅支架 23：坐垫 51：第一圆管

52：第二圆管 53：第三圆管 100：驱动单元

200：联动单元 300：座椅单元 400：数据采集单元

500：运动评估单元 501：数据处理单元 502：评估单元

503：控制单元

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供一种辅助站立的智能装置，如图3所示。一种辅助站立的智能装置，包括设置在机架5上的驱动单元100、联动单元200、座椅单元300、数据采集单元400和运动评估单元500，其特征在于，联动单元在驱动单元的驱动下以曲柄摇杆联动的方式辅助座椅单元上的训练对象进行坐立运动，运动评估单元基于数据采集单元采集训练对象的相关运动数据评估训练对象的身体情况并实时调整训练对象的运动频率和运动时间，其中，联动单元包括至少一个曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中的三角形连杆辅助训练对象的肩部按照拟合的肩部运动曲线进行坐立运动。

实施例1

如图1和图2所示，机架5用于安装驱动单元100、联动单元200、座椅单元300。机架5由至少一段弯曲圆管通过焊接和螺栓联接组成。优选的，机架5由五段弯曲圆管组成。弯曲圆管之间通过焊接和螺栓联接组合在一起。选用多个分段圆管有利于圆管的运输和弯曲加工。

如图5所示，机架5由第一圆管51、两个第二圆管52、两个第三圆管53组成。第一圆管51包括对称的侧视形状呈字母Z型的Z型弯管部分和将对称的Z型弯管部分上端连接的横梁部分。第二圆管52弯曲为近似梯形形状，但是作为梯形下底的圆管两端反向对称弯折。两个第二圆管52对称的连接在第一圆管51的两端。第三圆管53的弯曲形状与第二圆管52的形状互相匹配。第三圆管53的一端以水平角度开始弯曲为呈一定斜度。第三圆管53的弯曲角度与第二圆管52的梯形底角的角度相同。第三圆管53的另一端弯曲多个弧度从而使第三圆管53在竖直平面与第一圆管51和第二圆管52的形状相匹配。两个第三圆管53分别以对称的方式与第一圆管51和第二圆管52连接。其中，第三圆管53与第一圆管51的Z字型中部倾斜部分通过螺栓连接。第三圆管53的一端与第二圆管52的一端连接，第三圆管53的另一端沿着第二圆管52的梯形上底的形状弯曲并与梯形的腰上部通过螺栓连接。优选的，本发明的圆管弯曲的角为弧形角，从而防止尖锐的角度伤害训练对象。

竖管11竖直的设置在第一圆管51的竖直对称线上，并且竖管11的一端与第一圆管51的横梁部分的中点连接。横管12水平的将对称的两个第二圆管52的一侧梯形腰部连接，并且横管12的中点与竖管11的一端连接。优选的，两个第三圆管53之间连接有水平设置的踏板17。第一圆管51的两个Z字型部分的底端之间连接有水平设置的电机安装板14。电机安装板14的中部设置有用于安装电机7的电机安装座15。电机7安装在电机安装座15中。

驱动单元100用于为联动单元200提供驱动力。如图2所示，驱动单元100包括电机7、长轴9、中轴18和二级链传动低速轮19。电机7与长轴9通过一级链传动机构8连接。长轴9的两端分别与中轴18通过二级链传动机构10连接。中轴18的一端与二级链传动低速轮19连接，另一端与曲柄机构1连接，从而使所联动单元200基于驱动单元100的传动力进行辅助运动。

如图5和图6所示，第一圆管51中两侧对称的两个Z字型部分分别设置有一个立式轴承座13。两个立式轴承座13之间设置有水平设置的长轴9。长轴9上与电机7对应的位置设置有一级传动链机构8。一级传动链机构8的一端与电机7连接。电机7为伺服电机，用于提供一定角度内的正反旋转动力。在对称的两个第二圆管52的梯形上底部位分别设置有两个用于支撑中轴18的菱形轴承座16。中轴18设置在两个菱形轴承座16之间，并且中轴18的一端与二级链传动低速轮19连接，另一端与曲柄机构1连接。两个二级链传动低速轮19与长轴9的两端分别通过二级链传动机构10连接。

联动单元200用于辅助训练对象进行站立训练。联动单元200辅助训练对象在站立和坐下的过程中，肩部运动曲线按照拟合的肩部运动曲线运动。联动单元200包括曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构包括曲柄机构1、三角形连杆机构2、摇杆机构3和靠背4。

曲柄机构1和摇杆机构3为杆状机构。三角形连杆机构2为三角形结构，具有三个端点。三个端点包括第一端点B、第二端点C和第三端点E。曲柄机构1的一端与中轴18连接，另一端与三角形连杆2的第一端点B连接。摇杆机构3的一端与第一圆管51的横梁部分的一端以可转动的方式固定，另一端与三角形连杆2的第二端点C连接。三角形连杆机构2的第三端点E与固定训练对象肩部的靠背4连接以辅助训练对象的肩部按照站立过程中的肩部运动曲线运动。

机架5为对称结构，两个曲柄摇杆机构以相同的连接方式对称的设置在机架5的两侧。优选的，两个曲柄摇杆机构以对称的方式设置在靠背4的两端，使靠背4承受的力均衡从而辅助训练对象在坐立的过程中保持平衡。

如图4所示，曲柄机构1设置在摇杆机构3的下方。曲柄机构1与摇杆机构3的一端分别设置在机架5的同一条竖直线的不同位置，从而使曲柄机构1、三角形连杆机构2、摇杆机构3在同一个竖直平面内联动。

优选的，靠背4为包括四个端点的矩形靠背。矩形靠背4上设置有符合人体背部曲线的弧形靠垫，以使训练对象在站立训练的过程中感觉舒适。本发明的靠背4的形状不限于矩形，还包括圆形、多边形、菱形、椭圆形等形状。弧形靠垫的形状与靠背4的形状一致，并且弧形靠垫与训练对象的背部相对的一面为与背部曲线匹配的曲面。

两个曲柄摇杆机构设置在矩形靠背的对称两侧。矩形靠背的一端的两个端点固定在三角连杆机构的第三角与第一角之间的第三连杆EB上。具体地，矩形靠背的上端点域相应的三角形连杆2的第三端点E与连接，矩形靠背的下端点固定在第三连杆EB的相应位置F处。连杆EF部分的距离与矩形靠背的上下端点之间的距离相同。

座椅单元300供训练对象由站立恢复为坐姿时使用，从而使训练对象进行坐-立的循环运动，保留训练对象的能量。

如图7和图8所示，座椅单元300包括靠垫20、紧固机构21、座椅支架22和椅垫23。其中，座椅支架22包括U型结构和与U型结构垂直连接为一体的条形结构。座椅支架22的条形结构部分通过紧固机构21以高度可调整的方式固定在机架5的竖管11上。U型结构的两端分别设置有至少一个用于固定并调整椅垫23的通孔。靠垫20设置在条形结构的一端。

数据采集单元400用于采集训练对象在运动过程中的运动数据。运动数据包括训练对象的脚底受力数据、运动频率、运动时间、生理信息数据和肩部运动曲线。生理信息数据包括体重、心跳频率、血压、体温、脉搏、呼吸频率等生理参数变化。

数据采集单元400至少包括设置于机架5下端的踏板上的至少一个压力传感器、设置于靠背4的生理信息传感器和肩部运动曲线传感器。优选的，踏板17上设置有至少一个压力传感器。压力传感器用于监测训练对象的脚部受力情况。如图9所示，靠背4设置有至少两个用于固定训练对象的肩带和至少一个由于横向固定训练对象的腰带。肩带或腰带上设置有心率传感器、体温传感器、血压传感器、呼吸频率传感器、运动频率传感器和/或肩部运动曲线传感器。优选的，数据采集单元还包括设置在腕带上的脉搏传感器。

运动评估单元500用于基于数据采集单元采集的压力数据、运动频率数据和/或训练对象的生理信息数据评估训练对象的健康情况，并且实时调整训练对象的运动频率和运动时间。

优选的，运动评估单元基于训练对象的肩部运动测试曲线和肩部运动标准曲线拟合与训练对象匹配的肩部运动曲线，并且基于肩部运动曲线对训练对象的运动轨迹进行矫正。

运动评估单元500既可以设置在机架5上或靠背4上，以有线或无线的方式进行数据传输，也可以设置在智能移动终端中，以无线的方式进行数据传输。运动评估单元500内部存储有经过科学计算的肩部运动标准曲线。在训练对象初次进行坐立训练时，运动评估单元接收数据采集单元传输的肩部运动测试曲线，并且将肩部运动测试曲线与存储的肩部运动标准曲线进行比较。若肩部运动测试曲线与肩部运动标准曲线的差别在误差允许的范围内，则不对训练对象的站立训练进行矫正，即对训练对象的肩部运动进行矫正。若肩部运动测试曲线与肩部运动标准曲线的差别较大，运动评估单元向联动单元200发送指令，指示联动单元通过靠背4辅助训练对象进行坐立运动，使肩部按照肩部标准曲线进行运动，从而使训练对象达到标准站立的效果。

优选的，若训练对象为特殊群体，例如儿童。运动评估单元500基于训练对象站在踏板17的压力数据、训练对象的生理信息数据、肩部运动测试曲线对肩部运动曲线进行重新拟合。同时，运动评估单元根据重新拟合的肩部运动曲线指示联动单元调整训练对象的运动高度和肩部运动曲线，从而使儿童等特殊群体得到辅助站立的训练。

优选的，若训练对象为机器人。运动评估单元500基于训练对象站在踏板17的压力数据、肩部运动测试曲线对肩部运动曲线进行重新拟合。同时，运动评估单元根据重新拟合的肩部运动曲线指示联动单元调整训练对象的运动高度和肩部运动曲线，从而使机器人等特殊群体得到辅助站立的训练。当训练对象辅助站立的同时踏板17的压力传感器监测的压力消失时，证明训练的高度超出了训练对象的高度。运动评估单元500对联动单元的辅助站立高度重新进行调整，直至训练对象的运动过程中的各个数据和肩部运动曲线调整至正常范围内。

优选的，运动评估单元500基于数据采集单元400采集的训练对象的生理信息数据和运动频率评估训练对象的健康情况。基于训练对象的生理信息数据调整运动频率和运动时间。在训练对象的生理信息数据出现异常的情况下，运动评估单元500停止辅助训练对象进行坐立训练，并且将训练对象恢复为坐姿。优选的，运动评估单元500包括警报单元。在训练对象的生理信息数据出现异常的情况下，警报单元以声音警报、灯光警报和/或结合的方式发出警报信息。

优选的，运动评估单元500包括数据处理单元501、评估单元502和控制单元503。数据处理单元501对数据采集单元400采集的运动相关数据进行有效数据筛选，将有效数据发送至评估单元502。数据采集单元400的各个传感器采集的数据不全部是有效数据，其中包含多个具有超出误差范围的误差数据。数据处理单元501将数据采集单元400传输的数据进行筛选，排除超出误差范围的数据，保留准确的有效数据并发送至评估单元502。

评估单元502基于有效数据对训练对象的身体情况和肩部运动曲线进行评估。评估单元502基于接收的有效数据评估训练对象的身体情况。例如，若训练对象在站立训练的过程中心跳频率加速且超出了正常的范围，评估单元502指示控制单元503降低运动频率，从而使训练对象的心跳频率调整至正常频率。评估单元502存储有经过科学计算的肩部运动标准曲线。在训练对象初次进行坐立训练时，评估单元502将训练对象的肩部运动测试曲线与存储的肩部运动标准曲线进行比较。若肩部运动测试曲线与肩部运动标准曲线的差别在误差允许的范围内，则不对训练对象的站立训练进行矫正。若肩部运动测试曲线与肩部运动标准曲线的差别较大，评估单元502向控制单元503发送矫正指令，指示控制单元503调整联动单元的肩部运动曲线，使训练对象的肩部按照肩部标准曲线进行运动，从而使训练对象达到标准站立的效果。

控制单元503与驱动单元100和联动单元200连接。控制单元503基于评估单元502的评估结果调整训练对象的运动频率、运动时间和肩部运动曲线。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进和说明，与实施例1相同的内容不再赘述。

如图4所示，联动单元200中的曲柄摇杆机构，曲柄机构1的一端A和摇杆机构3的一端D以可转动的方式分别固定在同一条竖直线的不同位置。优选的，曲柄机构1的一端A和摇杆机构3的一端D以可转动的方式分别利用铰链固定在同一条竖直线的不同位置。曲柄机构1设置在摇杆机构3的下方。其中，曲柄机构1和曲柄机构3沿竖直方向转动。曲柄机构1的另一端与三角形连杆2的第一端点B以转动的方式连接。曲柄机构1与第一端点B在竖直平面转动。摇杆机构3的另一端与三角形连杆2的第二端点C以转动的方式连接。由曲柄机构1、三角形连杆2、摇杆机构3组成的曲柄摇杆机构在同一个竖直平面内联动。对称的设置在靠背4两侧的曲柄摇杆机构在对称的两个竖直平面内联动。

根据成人由坐姿变化为站立过程中的肩部移动的坐标数据统计，调整三角形连杆2使得三角形连杆2的第三端点E的移动曲线与成人的肩部运动曲线一致。如图4所示，设置曲柄机构1的一端A、摇杆机构的一端D设置在竖直线X＝-6上的不同位置。三角形连杆2的三个角度为：第三边EB与第一边BC形成的角∠EBC＝40°，第一边BC与第二边CE形成的角∠BCE＝60°，第二边CE第三边EB形成的角∠CEB＝80°。

根据一个优选实施方式，曲柄机构1、曲柄机构3与三角形连杆2的边长比例固定不变。优选的，曲柄机构1的长度L_AB、三角形连杆2的第一边BC长度L_BC和摇杆机构3的长度L_CD的比例为，L_AB∶L_BC∶L_CD＝25∶77∶63。由于三角形连杆2的三个内角的角度不变，因此三角形连杆2的三边长度比例不变。即，本发明联动机构中的各个机构的长度比例是限定的。曲柄机构1、三角形连杆2的边BC、CE、EB和摇杆机构3的长度比例不变。

三角形连杆2的第三端点E的位置移动曲线与成人站立过程中的平均肩部运动曲线一致。三角形连杆2的第三端点E的位置移动曲线表示训练对象站立过程中的肩部运动曲线。本发明选取成人站立过程中的五个具有代表性姿势的肩部位置参数，如表1所示。

表1：

	1	2	3	4	5
						X	-6.41	-2.85	-0.4	1	0.9
Y	-9.8	-9.5	-6.3	3.3	8.6
						θ	-20°	-5°	0°	0°	0°

图10所示的五个位置为与表1所示的参数一致的人体的肩部位置。本发明设置曲柄机构1的一端A、摇杆机构的一端D设置在竖直线X＝-6上的不同位置。人体站立过程中的五个姿势的肩部位置以黑点表示在平面坐标中。五个肩部位置可以拟合为一条肩部运动曲线。靠背4固定在两个三角形连杆之间，在第三端点E的带动下按照肩部运动曲线辅助训练对象的肩部移动，从而辅助训练对象逐步从坐姿变化为站立姿势。

本发明同样适用于不同年龄段的儿童。优选地，评估单元502存储有适用于各个年龄段儿童的联动单元调节数据。评估单元502基于训练对象的生理信息数据评估和选取适用于训练对象的联动单元调节数据。评估单元502将联动单元调节数据发送至控制单元503。控制单元503基于接收的联动单元调节数据对联动单元进行调整。

根据一个优选实施方式，联动单元中，曲柄机构1、三角形连杆2和摇杆机构3为长度可调整的机构。联动单元中各个机构的长度进行等比例调节。联动单元中各个机构可以进行手动机械调节，也可以进行电动机械调节。优选的，本发明的联动单元中的曲柄机构1、三角形连杆2和摇杆机构3进行电动机械调节。优选的，曲柄机构1的端点A和摇杆机构3的端点D以可移动的方式固定在同一条竖直线上的相异位置。曲柄机构1和摇杆机构3为长度可调节的杆状机构。三角形连杆2的三条边为长度可调节的电动金属杆。控制单元503基于评估单元502评估的调节数据对曲柄机构1、摇杆机构3的端点以及长度进行电动机械调节。控制单元503基于评估单元502评估的调节数据对三角形连杆2的三边长度进行电动机械调节。曲柄机构1、摇杆机构3和三角形连杆2的调节是按照等比例同时进行调节，从而保证靠背4的肩部运动曲线不变，得到与训练对象的身体匹配的联动单元。训练对象在进行坐立训练的过程中，肩部运动曲线与身体站立过程中的肩部运动曲线一致，避免了训练对象出现身体不舒适的情况。

根据一个优选实施方式，评估单元502设置在智能终端，相关人员可通过智能终端选择联动单元中各个联动机构的调节数据，缩短评估单元502对训练对象的评估时间。

优选的，本发明适用于仿真机器人的辅助站立训练。相关人员通过智能终端将仿真机器人的身高、体重等生理数据输入评估单元502。评估单元502基于训练对象的生理数据选取适合的联动单元的调节数据。控制单元503基于调节数据对联动单元中的曲柄机构1、摇杆机构3的端点和长度进行调整，同时基于调节数据对三角形连杆2的三边长度进行调整，得到适用仿真机器人的肩部运动曲线。仿真机器人的双肩和躯体上部通过靠背4上的至少两个肩带和一个腰带固定，在联动单元的辅助下进行站立训练。因此，本发明能够根据仿真机器人的身高、体重评估与其匹配的肩部运动曲线，对仿真机器人进行辅助站立训练。

实施例3

本实施例是对实施例1或实施例2的进一步说明。

首先，调节座椅单元300，使训练对象感觉舒适。

调节紧固机构21在竖管11上的固定位置。座椅支架22的条形结构部分通过紧固机构21以高度可调节的方式固定在机架5的竖管11上。将座椅支架22的高度调节至与训练对象匹配的位置，通过紧固机构21将座椅支架22的高度固定在机架5的竖管11上，便于训练对象以舒适的座椅高度站立和坐下。

调节坐垫23在座椅支架22的U型结构上的位置。U型结构的两端分别上设置有至少一个用于调节坐垫23的固定位置的通孔。优选的，U型结构的两端分别上设置有至少一个圆形的通孔。优选的，U型结构的两端分别上设置有三个圆形的通孔。通过螺栓调节座椅固定在通孔上的位置来调节坐垫23的固定位置，直至调节至训练对象的坐姿比较舒适的位置。根据一个优选实施方式，U型结构的两端分别上设置有至少一个条形通孔。条形通孔的两端可以是直角结构，也可以是弧形结构。通过调节螺栓在条形通孔上的固定位置来调节坐垫23的固定位置，直至调节至训练对象的坐姿比较舒适的位置。

在座椅单元300调节至与训练对象匹配的位置后，训练对象坐在坐垫23上。靠背4降低至训练对象的背部相应位置。将靠背4上的至少两个肩带固定在训练对象的双肩位置，使训练对象的肩部与靠背4贴合。将横向的腰带横向固定训练对象的腰部，使训练对象的上部躯干与靠背4的运动幅度一致。两个肩带和一个横向腰带的共同配合固定，使训练对象的上部躯干与靠背4紧密贴合，从而达到辅助训练对象完全站立的最佳效果。靠背4上设置至少一个运动曲线传感器。优选地，靠背4的两端分别设置一个运动曲线传感器，用于监测靠背4的运动曲线。由于训练对象的肩部运动曲线与靠背4的运动曲线完全一致，运动曲线传感器间接监测训练对象的肩部运动曲线。优选的，至少一个肩带上设置有温度传感器、血压传感器和呼吸频率传感器，用于监测训练对象在运动过程中的体温变化、血压变化和呼吸频率变化。优选的，与训练对象左肩部位置对应的肩带或腰带还设置有心跳频率传感器。优选的，座椅单元下方的踏板17设置有至少一个压力传感器。压力传感器用于监测训练对象在坐立训练过程中的压力变化和体重变化。

在训练对象坐好并被相应的肩带和腰带固定后，点击运动开关。电机7开始启动，提供一定角度内的正反旋转动力。电机7正向转动，并且通过一级链传动机构8带动长轴9转动。长轴9通过其两端的二级链传动机构10带动二级链传动减速轮19进行减速传动。二级链传动减速轮19通过中轴18连接曲柄机构1。曲柄机构1在二级链传动减速轮19的带动下进行减速转动。电机7在一定角度内进行正反重复旋转，曲柄机构1在第一链传动机构8、长轴9、第二链传动机构10、第二链传动减速轮19的传动下进行正反转动。

三角形连杆2的第一端点B与曲柄机构1以可转动的方式连接。三角形连杆2的第二端点C与摇杆机构3以可转动的方式连接。曲柄机构1在电动机7的传动下先向上转动。三角形连杆2在曲柄机构1的推动下向相应的位置转动，摇杆机构3顺应三角形连杆2的运动趋势进行相应转动。三角形连杆2的第三端点E带动靠背4按照肩部运动曲线向上运动，从而使训练对象在靠背4的辅助下逐渐站立。在训练对象达到标准的站立姿势后，电动机7开始反向转动。曲柄机构1在第一链传动机构8和第二传动链机构10的传动下开始向下缓慢转动。三角形连杆2在曲柄机构1的转动力的驱动下，开始相应的移动，三角形连杆2的第三端点E带动靠背4按照肩部运动曲线向下运动。在靠背4的辅助下，训练对象的肩部与靠背4一起按照肩部运动曲线向下运动，即训练对象逐渐从站立姿势恢复为坐姿，坐在座椅单元的坐垫23上。

在训练对象第一次进行坐姿-站立-坐姿的训练过程中，数据采集单元400采集训练对象的体重、血压、心率、温度、呼吸频率、肩部运动测试曲线等相关数据。具体地，踏板17上的压力传感器在训练对象站立的过程中监测训练对象与踏板17间的压力变化，并且在训练对象站立时记录训练对象的体重。肩带上的温度传感器、心率传感器、呼吸频率传感器、血压传感器监测训练对象的体温变化、心率变化、呼吸频率变化和血压变化。靠背4上的肩部运动曲线传感器监测肩部运动曲线。

数据采集单元400将采集的数据以有线或无线的方式发送至运动评估单元500。数据处理单元501接收数据采集单元400发送的数据。并且对数据进行有效数据筛选，排出误差较大的数据，保留准确的有效数据。数据处理单元501将有效数据发送至评估单元502。

评估单元502基于有效数据对训练对象的健康情况和肩部运动曲线进行评估。若评估训练对象的身体状况不适合进行坐立训练，则向控制单元503发送指令，控制单元503发出不适合运动的预警信息。若评估单元502评估训练对象的身体状况适合坐立训练，则结合训练对象的生理信息数据确定训练对象的运动时间和运动频率。例如，训练对象的体重和身高的BMI指数属于标准范围，并且心率、血压、体表温度、呼吸频率等数据在正常范围内，则评估单元502按照标准运动时间和运动频率制定运动计划。优选的，标准运动时间为30分钟，运动频率为2次/分钟。训练对象按照标准的站立训练过程进行站立训练。

若训练对象的体重和身高的BMI指数属于偏胖范围，并且心率、血压、体表温度、呼吸频率等数据在正常范围内，则评估单元502评估训练对象的身体状况不适合标准的运动频率和运动时间，将训练对象的运动时间评估为20分钟，运动频率为2次/分钟。训练对象按照评估的运动过程进行站立训练。若训练对象在站立训练的过程中心跳频率加速且超出了正常的范围，评估单元502向控制单元503发送降低运动频率指令。控制单元503基于接收的指令指示联动单元降低运动频率，从而使训练对象的心跳频率调整至正常频率。

评估单元502存储有经过科学计算的肩部运动标准曲线。在训练对象初次进行坐立训练时，评估单元502将训练对象的肩部运动测试曲线与存储的肩部运动标准曲线进行比较。若肩部运动测试曲线与肩部运动标准曲线的差别在误差允许的范围内，则不对训练对象的站立训练进行矫正。若肩部运动测试曲线与肩部运动标准曲线的差别较大，评估单元502向控制单元503发送矫正指令，指示控制单元503调整联动单元的肩部运动曲线，使训练对象的肩部按照肩部标准曲线进行运动，从而使训练对象达到标准站立的效果。

控制单元503与驱动单元100和联动单元200连接。具体地，控制单元503与电机7、第二级链传动机构减速轮19连接。控制单元503基于评估单元502的评估结果调节电机7的正反转动频率和运行时间，从而矫正训练对象的运动频率、运动时间和肩部运动曲线。在遇到突发情况，例如训练对象的身体突然不适，控制单元503停止电机7的转动，同时使第二级链传动机构减速轮19将曲柄机构1降至最低，从而驱使联动单元中的靠背4辅助训练对象恢复至坐姿，便于训练对象与靠背4解除固定，进行救护。并且，控制单元503连接有报警单元。控制单元503控制报警单元发出报警信息，提醒周围人群对训练对象进行救护和帮助。

根据一个优选实施方式，运动评估单元500为电子模块，可以设置在机架5的任意位置上。优选的，运动评估单元500中的数据处理单元501、评估单元502设置在智能移动终端上，控制单元503设置在机架5上的任意位置。数据采集单元400通过无线的方式将采集的数据发送至智能移动终端的数据处理单元501上。例如，数据采集单元以蓝牙、WiFi、ZigBee、iBecon等无线传输方式将数据发送至数据处理单元501。评估单元502基于数据处理单元501发送的有效数据进行评估，并且将调节指令以无线的方式发送至控制单元503。例如，评估单元502以蓝牙、WiFi、ZigBee、iBecon等无线传输方式将数据发送至控制单元503。

根据一个优选实施方式，数据采集单元400中的压力传感器、温度传感器、心率传感器、血压传感器、呼吸频率传感器设置有提供能源的EnOcean模块。EnOcean模块将训练对象的热能、机械能转化为电能，为传感器提供能源。

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

1.一种辅助站立的智能装置，所述装置包括设置在机架上的驱动单元、联动单元、座椅单元、数据采集单元和运动评估单元，其特征在于，

2.如权利要求1所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述曲柄摇杆机构包括曲柄机构(1)、三角形连杆机构(2)、摇杆机构(3)和靠背(4)，所述三角形连杆机构(2)的第一端点和第二端点分别与所述曲柄机构(1)和所述摇杆机构(3)连接，所述三角形连杆机构(2)的第三端点与固定训练对象肩部的所述靠背(4)连接以辅助所述训练对象的肩部按照坐立过程中的肩部运动曲线运动。

3.如权利要求2所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，至少两个所述曲柄摇杆机构以对称的方式设置在所述靠背(4)的两端，所述靠背(4)的至少一个端点与对应的所述三角形连杆机构(2)的第三端点固定连接。

4.如权利要求3所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述靠背(4)为矩形靠背，所述靠背(4)的上方端点与相应的所述三角形连杆机构的第三端点固定连接，

所述靠背(4)的下方端点与相应所述三角连杆机构(2)的第三端点与第一端点之间的第三连杆上的对应固定点固定连接。

5.如权利要求4所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述数据采集单元采集所述训练对象的相关运动数据包括运动频率、运动时间、训练对象与踏板之间的压力数据和/或生理信息数据，所述生理信息数据包括身高、体重、心率、血压、呼吸频率和/或体温。

6.如权利要求5所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述数据采集单元至少包括设置于所述机架(5)下端的踏板(17)的至少一个压力传感器、设置于所述靠背(4)的一个生理信息传感器和肩部运动曲线传感器。

7.如权利要求6所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述运动评估单元包括数据处理单元、评估单元和控制单元，所述数据处理单元对所述数据采集单元采集的运动相关数据进行有效数据筛选并将有效数据发送至所述评估单元，所述评估单元基于有效数据对所述训练对象的身体情况和肩部运动曲线进行评估，所述控制单元基于所述评估单元的评估结果调整所述训练对象的运动频率、运动时间和肩部运动曲线。

8.如权利要求6所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述靠背(4)上设置有至少两个用于固定训练对象双肩的肩带和用于横向固定训练对象上部躯体的至少一个腰带，所述肩带和/或所述腰带设置有至少一个生理信息传感器和/或肩部运动曲线传感器。

9.如权利要求6所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述驱动单元包括电机(7)、长轴(9)中轴(18)和二级链传动低速轮(19)，所述电机(7)通过一级链传动机构(8)与长轴(9)连接，长轴(9)的两端分别通过所述二级链传动机构(10)与对称的两个二级链传动低速轮(19)连接，所述二级链传动低速轮(19)通过所述中轴(18)与所述曲柄机构(1)的一端转动连接从而使所述联动单元基于所述驱动单元的传动力进行辅助运动。

10.如权利要求6所述的辅助站立的智能装置，其特征在于，所述座椅单元包括靠垫(20)、紧固机构(21)、座椅支架(22)和椅垫(23)，其中，

所述座椅支架(22)包括U型结构和与所述U型结构垂直连接为一体的条形结构，

所述座椅支架(22)的条形结构部分通过所述紧固机构(21)以可调整的方式固定在所述机架(5)的竖管(11)上，所述U型结构的两端分别设置有至少一个用于固定并调整所述椅垫(23)的通孔，所述靠垫(20)设置在所述条形结构的一端。