CN106726345B - 一种基于并行连杆的下肢康复训练机构 - Google Patents

一种基于并行连杆的下肢康复训练机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于并行连杆的下肢康复训练机构，包括机架、两个连杆运动组件以及座椅，两个连杆运动组件对称设置于机架前部的两侧，各连杆运动组件中均设有踏板和第一直流电机，机架上设有磁吸式开合门，机架底部设有底盘，底盘上设有Y向移动平台，Y向移动平台上竖直安装有Z向升降平台；所述座椅装配于Z向升降平台。本发明结构精巧，便于患者进行多种模式的训练，训练过程中能够实时采集患者的受力信息以调整训练强度，还可在训练过程中对患者提供保护，具有广阔的市场前景。

Description

一种基于并行连杆的下肢康复训练机构
技术领域
本发明属于医疗保健器械技术，具体涉及一种用于下肢受伤患者的下肢康复训练的基于并行连杆的下肢康复训练机构。
背景技术
医学理论实践证明，对于下肢受伤患者，对其下肢进行康复训练是十分重要的医疗手段，及早进行康复训练可以明显减少残疾的可能性。在国内传统的康复治疗中，治疗师通常手把手地对患者进行单调的一对一的康复训练，缺乏科学评价训练参数和康复效果的客观数据，难以对训练参数进行优化以获得最佳治疗效果。因此，研制一种满足下肢主被动康复训练机构可以提高康复训练效率和效果，具有重要的应用价值和实际的紧迫性。
目前，现有的一些下肢康复训练机构存在末端运动轨迹不准确(也可以描述成与正常人体行走步态轨迹不符)、训练模式单一、体积较大移动不便或者结构复杂成本较高等缺陷，越来越不符合现代医疗的实际需求。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于并行连杆的下肢康复训练机构。
技术方案：本发明所述的一种基于并行连杆的下肢康复训练机构，包括机架、两个连杆运动组件以及座椅，所述两个连杆运动组件对称设置于机架前部的两侧，各连杆运动组件中均设有踏板和第一直流电机，机架上设有磁吸式开合门，机架底部设有底盘，底盘上设有Y向移动平台，Y向移动平台上竖直安装有Z向升降平台；所述座椅装配于Z向升降平台；患者打开磁吸式开合门后坐于座椅上，然后通过Y向移动平台和Z向升降平台调整定位，接着通过第一直流电机将连杆运动组件调整至适当位置，确保将脚部放置在踏板上时双脚处于康复训练机构运动轨迹的最高处，设定好主、被动训练模式及训练强度后进行相应的康复训练。
进一步的，为了便于患者进行训练，在机架顶部设有悬梁，悬梁上向下设有保护带，保护带位于座椅上方，所述底盘下方还设有若干相应的移动轮；Z向升降平台上安装有第二直流电机以实现座椅的Z向升降，Y向移动平台上安装有步进电机以实现座椅的Y向移动。
进一步的，所述连杆运动组件包括上支架、下支架、传动连杆以及若干转动轴，上支架安装于机架前部中间位置，下支架安装于机架前部底端；
上支架的一端内侧安装有第一中间固定连杆以及与第一中间固定连杆相连的第一中间连杆，第一中间固定连杆与第一中间连杆之间的两端分别通过转动轴向下安装有第一上摆动连杆和第二上摆动连杆，上支架的另一端固定有第一直流电机，第一直流电机的输出轴与动力连杆顶端的连接孔连接，动力连杆的另一端通过转动轴连接于传动连杆顶端；
传动连杆的中部两侧通过转动轴分别连接于第二上摆动连杆底端和第二中间连杆一端，第二中间连杆另一端通过转动轴依次连接于下摆动连杆顶端和第一上摆动连杆底端，传动连杆底端连接于第三中间连杆一端，第三中间连杆另一端与下摆动连杆底端相连，且第三中间连杆与传动连杆和下摆动连杆之间分别通过转动轴连接于上辅助连杆；
两个上辅助连杆的底端均通过转动轴分别连接于第四中间连杆的两端，第四中间连杆的两端还分别向下安装有下辅助连杆，两个下辅助连杆的底端均通过转动轴连接于第二中间固定连杆，第二中间固定连杆固定于下支架。
进一步的，所述第三中间连杆的一侧还安装有踏板，踏板的一侧边与第三中间连杆装配，踏板的底部与第三中间连杆之间安装有三维力传感器，第一直流电机上还安装有光电编码器，三维力传感器与光电编码器共同配合，在被动训练模式下，直流电机根据设定的训练强度、光电编码器得到的位置信息及力传感器得到的患者脚部受力信息转动，带动下肢做行走步态往复运动；踏板上还设有固定锁扣，便于固定患者脚部，以防训练过程中滑出脱落。
为了进一步增强安装的稳定性，第一中间固定连杆设有若干支柱，第一中间固定连杆通过支柱与第一中间连杆相连。
进一步的，所述各个转动轴包括转轴，转轴整体呈圆柱体，该圆柱体中间位置凸起，即转轴的两端直径小于中间凸起的直径，进而在转轴两端分别形成第一台阶和第二台阶，第一台阶和第二台阶分别通过第一轴承和第二轴承插入相应连杆末端的轴承孔。
进一步的，在训练过程中，所述第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆、第四中间连杆、第一中间固定连杆和第二中间固定连杆之间始终保持平行，所述两个上辅助连杆之间始终保持平行，所述两个下辅助连杆之间始终保持平行，所述第一上摆动连杆和第二上摆动连杆之间始终保持平行，所述下摆动连杆与传动连杆始终保持平行。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)鉴于不同患者存在下肢长度差异，本发明可以通过步进电机及第二直流电机调节座椅垂直以及水平位置，使患者下肢能够无阻碍带动或跟随下肢康复训练机构进行主被动训练，即通过第二直流电机实现座椅的Z向运动，通过步进电机实现座椅的Y向运动，根据病人具体情况与需求调节座椅位置，调整好后选择合适的训练模式即可进行康复训练。
(2)本发明通过各连杆机构配合，使得踏板的运动轨迹近似正常人体步态轨迹，即为近似的椭圆形，使患者可以获得更加准确高效的训练，即通过第一直流电机转动以及动力连杆带动传动连杆、第一上摆动连杆、第二上摆动连杆、第二中间连杆、下摆动连杆及第三中间连杆转动，使得安装于第三中间连杆上的踏板运动轨迹近似正常人体步态轨迹，即为近似的椭圆形。
(3)通过在支架上方悬梁设置的保护带悬挂机构，能够固定在患者腰部，减轻患者自重，并在训练过程中对患者提供保护。
(4)具有主动阻尼训练、被动助力训练两种训练模式，在主动训练模式下，患者的下肢主动施力，通过脚部拖动踏板做行走步态往复运动，在被动训练模式下，直流电机根据设定的训练强度、光电编码器得到的位置信息及力传感器得到的患者脚部受力信息转动，带动下肢做行走步态往复运动。
(5)本发明中的训练强度是可调的：在PC上设置训练模式及训练强度，通过PC与单片机通信，发送控制指令给单片机，单片机根据接收到的指令控制第一直流电机的转动速度及转动方向实现的不同训练模式及训练强度，在主动训练模式下，第一直流电机不输出力，由患者自身带动机构进行运动，在被动训练模式下，第一直流电机输出大小不同的力带动患者下肢进行不同速度的康复训练。踏板与第三中间连杆之间的三维力传感器能够测量训练过程中患者脚部的受力情况，根据受力情况不同，通过单片机控制第一直流电机输出大小不同的力，对患者提供辅助康复训练。
(6)本发明中通过两个上辅助连杆、两个下辅助连杆以及及第四中间连杆跟随其上部的连杆运动，能够极大程度的防止下肢康复训练机构由于患者自身重量作用在踏板上而导致的X向偏移。
(7)本发明通过底盘下方的移动轮实现整个下肢康复训练机构的自由移动，满足多种需求。
综上所述，本发明结构精巧，便于患者进行多种模式的训练，训练过程中能够实时采集患者的受力信息以调整训练强度，还可在训练过程中对患者提供保护，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2位本发明中的连杆运动组件结构示意图；
图3为图2中的局部示意图；
图4为本发明中的踏板示意图；
图5为本发明中的转动轴结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的一种基于并行连杆的下肢康复训练机构，包括机架1、两个连杆运动组件2以及座椅3，两个连杆运动组件2对称设置于机架1前部的两侧，各连杆运动组件2中均设有踏板5和第一直流电机212，机架1上设有磁吸式开合门4，机架1底部设有底盘11，底盘11上设有Y向移动平台15，Y向移动平台15上竖直安装有Z向升降平台16；座椅3装配于Z向升降平台16；患者打开磁吸式开合门4后坐于座椅3上，然后通过Y向移动平台15和Z向升降平台16调整定位，接着通过第一直流电机212将连杆运动组件2调整至适当位置，确保将脚部放置在踏板5上时双脚处于康复训练机构运动轨迹的最高处，设定好主、被动训练模式及训练强度后进行相应的康复训练。
另外，为了便于患者进行训练，在机架1顶部设有悬梁13，悬梁13上向下设有保护带14，保护带14位于座椅3上方，底盘11下方还设有若干相应的移动轮12；Z向升降平台16上安装有第二直流电机以实现座椅3的Z向升降，Y向移动平台15上安装有步进电机以实现座椅3的Y向移动。
如图2所示，连杆运动组件2包括上支架201、下支架202、传动连杆214以及若干转动轴205，上支架201安装于机架1前部中间位置，下支架202安装于机架1前部底端；上支架201的一端内侧安装有第一中间固定连杆203以及与第一中间固定连杆203相连的第一中间连杆206，第一中间固定连杆203与第一中间连杆206之间的两端分别通过转动轴205向下安装有第一上摆动连杆210和第二上摆动连杆211，上支架201的另一端固定有第一直流电机212，第一直流电机212的输出轴与动力连杆213顶端的连接孔2130连接，动力连杆213的另一端通过转动轴205连接于传动连杆214顶端；传动连杆214的中部两侧通过转动轴205分别连接于第二上摆动连杆211底端和第二中间连杆207一端，第二中间连杆207另一端通过转动轴205依次连接于下摆动连杆215顶端和第一上摆动连杆210底端，传动连杆214底端连接于第三中间连杆208一端，第三中间连杆208另一端与下摆动连杆215底端相连，且第三中间连杆208与传动连杆214和下摆动连杆215之间分别通过转动轴205连接于上辅助连杆216；两个上辅助连杆216的底端均通过转动轴205分别连接于第四中间连杆209的两端，第四中间连杆209的两端还分别向下安装有下辅助连杆217，两个下辅助连杆217的底端均通过转动轴205连接于第二中间固定连杆204，第二中间固定连杆204固定于下支架202。
如图4所示，第三中间连杆208的一侧还安装有踏板5，踏板5的一侧边与第三中间连杆208装配，踏板5的底部与第三中间连杆208之间安装有三维力传感器51(采用现有相关市售型号即可)，第一直流电机212上还安装有光电编码器2120(采用现有相关市售型号即可)，三维力传感器51与光电编码器2120共同配合，在被动训练模式下，第一直流电机212根据设定的训练强度、光电编码器2120得到的位置信息及力传感器51得到的患者脚部受力信息转动，带动下肢做行走步态往复运动；踏板5上还设有固定锁扣52，便于固定患者脚部，以防训练过程中滑出脱落。
如图3所示，为了进一步增强安装的稳定性，第一中间固定连杆203设有若干支柱2030，第一中间固定连杆203通过支柱2030与第一中间连杆206相连。
如图5所示，各个转动轴205包括转轴2050，转轴2050整体呈圆柱体，该圆柱体中间位置凸起，即转轴2050的两端直径小于中间凸起的直径，进而在转轴2050两端分别形成第一台阶2051和第二台阶2052，第一台阶2051和第二台阶2052分别通过第一轴承2053和第二轴承2054插入相应连杆末端的轴承孔2055。
本发明的具体工作原理为：
使用时，首先将机架1移动到合适位置，锁紧底盘11下方的万向移动轮12，患者通过磁吸式开合门4进入机架1，坐到座椅3上，穿戴好减重保护带14，接通电源，通过Y向移动平台15及Z向升降平台16将座椅3调整至适当位置，通过第一直流电机212将康复训练机构调整至适当位置，确保将脚部放置在踏板5上时双脚处于康复训练机构运动轨迹的最高处，设定好主、被动训练模式及训练强度后，即可通过康复训练机构对下肢进行相应的康复训练。训练过程中，光电编码器2120和力传感器51分别采集位置信息和患者脚部的受力信息，实时调整患者的训练强度。
在上述训练过程中，第一中间连杆206、第二中间连杆207、第三中间连杆208、第四中间连杆209、第一中间固定连杆203和第二中间固定连杆204之间始终保持平行，两个上辅助连杆216之间始终保持平行，两个下辅助连杆217之间始终保持平行，第一上摆动连杆210和第二上摆动连杆211之间始终保持平行，下摆动连杆215与传动连杆214始终保持平行。

Claims (6)

1.一种基于并行连杆的下肢康复训练机构，其特征在于：包括机架、两个连杆运动组件以及座椅，所述两个连杆运动组件对称设置于机架前部的两侧，各连杆运动组件中均设有踏板和第一直流电机，机架上设有磁吸式开合门，机架底部设有底盘，底盘上设有Y向移动平台，Y向移动平台上竖直安装有Z向升降平台；所述座椅装配于Z向升降平台；患者打开磁吸式开合门后坐于座椅上，然后通过Y向移动平台和Z向升降平台调整定位，接着通过第一直流电机将连杆运动组件调整至适当位置，确保将脚部放置在踏板上时双脚处于康复训练机构运动轨迹的最高处，设定好主、被动训练模式及训练强度后进行相应的康复训练；
所述连杆运动组件包括上支架、下支架、传动连杆以及若干转动轴，上支架安装于机架前部中间位置，下支架安装于机架前部底端；
上支架的一端内侧安装有第一中间固定连杆以及与第一中间固定连杆相连的第一中间连杆，第一中间固定连杆与第一中间连杆之间的两端分别通过转动轴向下安装有第一上摆动连杆和第二上摆动连杆，上支架的另一端固定有第一直流电机，第一直流电机的输出轴与动力连杆顶端的连接孔连接，动力连杆的另一端通过转动轴连接于传动连杆顶端；
传动连杆的中部两侧通过转动轴分别连接于第二上摆动连杆底端和第二中间连杆一端，第二中间连杆另一端通过转动轴依次连接于下摆动连杆顶端和第一上摆动连杆底端，传动连杆底端连接于第三中间连杆一端，第三中间连杆另一端与下摆动连杆底端相连，且第三中间连杆与传动连杆和下摆动连杆之间分别通过转动轴连接于上辅助连杆；
两个上辅助连杆的底端均通过转动轴分别连接于第四中间连杆的两端，第四中间连杆的两端还分别向下安装有下辅助连杆，两个下辅助连杆的底端均通过转动轴连接于第二中间固定连杆，第二中间固定连杆固定于下支架。
2.根据权利要求1所述的基于并行连杆的下肢康复训练机构，其特征在于：所述机架顶部设有悬梁，悬梁上向下设有保护带，保护带位于座椅上方，所述底盘下方还设有若干相应的移动轮；Z向升降平台上安装有第二直流电机，Y向移动平台上安装有步进电机。
3.根据权利要求1所述的基于并行连杆的下肢康复训练机构，其特征在于：所述第三中间连杆的一侧还安装有踏板，踏板的一侧边与第三中间连杆装配，踏板的底部与第三中间连杆之间安装有三维力传感器，踏板上还设有固定锁扣；所述第一直流电机上还安装有光电编码器。
4.根据权利要求1所述的基于并行连杆的下肢康复训练机构，其特征在于：第一中间固定连杆设有若干支柱，第一中间固定连杆通过支柱与第一中间连杆相连。
5.根据权利要求1所述的基于并行连杆的下肢康复训练机构，其特征在于：所述转动轴包括转轴，转轴整体呈圆柱体，该圆柱体中间位置凸起，即转轴的两端直径小于中间凸起的直径，进而在转轴两端分别形成第一台阶和第二台阶，第一台阶和第二台阶分别通过第一轴承和第二轴承插入相应连杆末端的轴承孔。
6.根据权利要求1所述的基于并行连杆的下肢康复训练机构，其特征在于：在训练过程中，所述第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆、第四中间连杆、第一中间固定连杆和第二中间固定连杆之间始终保持平行，所述两个上辅助连杆之间始终保持平行，所述两个下辅助连杆之间始终保持平行，所述第一上摆动连杆和第二上摆动连杆之间始终保持平行，所述下摆动连杆与传动连杆始终保持平行。
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