CN107596638B - 一种腰椎强化训练康复智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腰椎强化训练康复智能机器人，包括承载架、检测手环、控制系统，控制系统分别与承载架、检测手环电气连接，其中承载架包覆在人体腰部，检测手环套在人体手腕位置，承载架包括定位环、弹性伸缩杆、辅助弹簧、柔性防护罩、电加热装置、调节电动机、神经刺激电极及生理传感器，控制系统包括承载壳、驱动电源、充放电控制电路及控制电路。本发一方面可有效的对腰椎起到良好的承载定位能力，并有助于减轻受损腰椎受力情况，另一方面可根据使用需要，为腰椎运动方向上增加适量的弹性阻力，在对腰椎起到定位和支持定位的同时，可持续有效的为腰椎运动提供负载，极大的提高了腰椎部位肌肉组织进行强化训练的便捷性和持续性。

Description

一种腰椎强化训练康复智能机器人

技术领域

本发明涉及一种腰椎强化训练康复智能机器人，属体育锻炼技术领域。

背景技术

目前在诸如游泳、举重等体育训练活动和腰椎间盘突出等腰椎疾病的治疗康复过程中，往往均需要采用专业的辅助强化训练及防部设备对腰椎进行恢复性锻炼或强化性训练，但在实际的康复锻炼和强化性训练中，均缺乏有效的辅助训练及锻炼设备，因此一方面导致当前的腰椎康复锻炼和强化性训练所使用的设备间通用性差，且均存在使用灵活性、可靠性不足及运行自动化程度低等缺陷，从而当前在进行腰椎康复锻炼和强化性训练操作难度较大，且在康复锻炼和强化性训练时，不能根据使用需要灵活调整康复锻炼和强化性训练活动量，也不能对使用者进行持续的康复锻炼和强化性训练，另一方面在进行康复锻炼和强化性训作业的自动化程度低，数据反馈能力不足，对腰椎部位也缺乏有效的防寒及生物活性刺激能力，从而导致当前的腰椎康复锻炼和强化性训练设备在使用中，操作精度低，也不能对使用者在康复锻炼和强化性训练中的生理参数变化情况进行全面检测，因此不能制定科学合理的腰椎康复及训练方案，从而严重的影响了腰椎康复锻炼和强化性训练作业效率、质量和精度，因此针对这一问题，迫切需要开发一种通用性、可靠性好且运行自动化及精度高的腰椎康复及强化训练用设备，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种腰椎强化训练康复智能机器人及控制方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种腰椎强化训练康复智能机器人，包括承载架、检测手环、控制系统，控制系统分别与承载架、检测手环电气连接，其中承载架包覆在人体腰部，检测手环套在人体手腕位置，承载架包括定位环、弹性伸缩杆、辅助弹簧、柔性防护罩、电加热装置、调节电动机、神经刺激电极及生理传感器，其中定位环至少两个并同轴分布，相邻的两个定位环之间通过弹性伸缩杆、辅助弹簧连接，弹性伸缩杆、辅助弹簧均若干个，环绕定位环轴线间隔分布，其中弹性伸缩杆两端通过调节电动机与定位环外表面铰接，辅助弹簧两端分别与定位环内表面间通过铰链机构相互铰接，且一个弹性伸缩杆和一个辅助弹簧构成一个工作组，同一工作组中的弹性伸缩杆、辅助弹簧间轴线相互垂直分布，并与定位环轴线呈30°—60°夹角，弹性伸缩杆、辅助弹簧与定位环接触面处均设压力传感器及角度传感器，且压力传感器及角度传感器均与控制系统电气连接，柔性防护罩与定位环同轴分布，包覆在各定位环外，所述的神经刺激电极及生理传感器若干，嵌于定位环内表面并环绕定位环轴线均布，且同一定位环上的神经刺激电极及生理传感器间隔分布，电加热装置均布在柔性防护罩内表面，弹性伸缩杆、电加热装置、调节电动机、神经刺激电极及生理传感器均与控制系统电气连接，控制系统包括承载壳、驱动电源、充放电控制电路及控制电路，承载壳为密闭腔体结构，其外表面均布至少两个定位扣，并通过定位扣与定位环外表面相互连接，驱动电源、充放电控制电路及控制电路均嵌于承载壳内，且驱动电源、充放电控制电路及控制电路间通过隔板相互隔离，控制电路分别与充放电控制电路、承载架、检测手环电气连接，驱动电源通过充放电控制电路与承载架电气连接。

进一步的，所述的定位环包括前半环、后半环、定位扣及弹性垫层，所述的前半环和后半环末端通过铰链机构相互铰接，前半环、后半环前端通过定位扣相互连接，所述的前半环、后半环共同构成闭合环状结构，所述的弹性垫层包覆在前半环、后半环外。

进一步的，所述的前半环、后半环内均设横截面呈矩形的承载腔，所述的调节电动机、神经刺激电极及生理传感器均嵌于承载腔内。

进一步的，所述的定位环中，相邻两个定位环间通过至少两个导向杆相互连接，所述的导向杆环绕定位环轴线均布并与定位环轴线平行分布，且所述的导向杆两端均通过棘轮机构与定位环侧表面铰接。

进一步的，所述的导向杆为至少两节伸缩杆结构。

进一步的，所述的弹性伸缩杆、辅助弹簧均为液压杆、气压杆及弹簧杆中的任意一种。

进一步的，所述的调节电动机为恒力矩电动机。

进一步的，所述的电加热装置为硅胶加热丝、硅胶加热片、远红外加热器中的任意一种。

进一步的，所述的控制电路包括基于FPGA逻辑处理单元的数据处理模块、MOS驱动模块、数据通讯总线模块、串口通讯模块及无线通讯模块，所述的MOS驱动模块分别与基于FPGA逻辑处理单元的数据处理模块、数据通讯总线模块、串口通讯模块、无线通讯模块、承载架和检测手环电气连接。

进一步的，所述的驱动电源上另设振荡发电装置及无线充电装置，且所述的振荡发电装置及无线充电装置均与充放电控制电路电气连接。

本发明结构简单，使用灵活方便，运行自动化程度高，一方面可有效的对腰椎起到良好的承载定位能力，并有助于减轻受损腰椎受力情况，从而在便于受损腰椎复位恢复能力同时，另有助于提高患者受损腰椎的承载能力，极大的提高患者的生活自理能力，另一方面可根据使用需要，为腰椎运动方向上增加适量的弹性阻力，在对腰椎起到定位和支持定位的同时，可持续有效的为腰椎运动提供负载，极大的提高了腰椎部位肌肉组织进行强化训练的便捷性和持续性，从而达到提高腰椎疾病后功能恢复效率和强化锻炼腰椎肌肉组织结构强度的目的，除此之外还可有效的避免外部定温环境对腰椎造成伤害及通过电流刺激增加腰椎部位神经系统等生理组织的生物活性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为承载架结构示意图；

图3为定位环结构示意图；

图4为控制系统结构示意图；

图5为控制电路结构示意图。

具体实施方式

如图1—5所示，一种腰椎强化训练康复智能机器人，包括承载架1、检测手环2、控制系统3，控制系统3分别与承载架1、检测手环2电气连接，其中承载架1包覆在人体腰部，检测手环2套在人体手腕位置，承载架1包括定位环101、弹性伸缩杆102、辅助弹簧103、柔性防护罩104、电加热装置105、调节电动机106、神经刺激电极107及生理传感器108，其中定位环101至少两个并同轴分布，相邻的两个定位环101之间通过弹性伸缩杆102、辅助弹簧103连接，弹性伸缩杆102、辅助弹簧103均若干个，环绕定位环101轴线间隔分布，其中弹性伸缩杆102两端通过调节电动机106与定位环101外表面铰接，辅助弹簧103两端分别与定位环101内表面间通过铰链机构4相互铰接，且一个弹性伸缩杆102和一个辅助弹簧103构成一个工作组，同一工作组中的弹性伸缩杆102、辅助弹簧103间轴线相互垂直分布，并与定位环轴线呈30°—60°夹角，弹性伸缩杆102、辅助弹簧103与定位环101接触面处均设压力传感器5及角度传感器6，且压力传感器5及角度传感器6均与控制系统3电气连接，柔性防护罩104与定位环101同轴分布，包覆在各定位环101外，神经刺激电极107及生理传感器108若干，嵌于定位环101内表面并环绕定位环101轴线均布，且同一定位环101上的神经刺激电极107及生理传感器108间隔分布，电加热装置105均布在柔性防护罩104内表面，弹性伸缩杆102、电加热装置103、调节电动机106、神经刺激电极107及生理传感器108均与控制系统3电气连接。

本实施例中，所述的控制系统3包括承载壳31、驱动电源32、充放电控制电路33及控制电路34，承载壳31为密闭腔体结构，其外表面均布至少两个定位扣35，并通过定位扣35与定位环外101表面相互连接，驱动电源32、充放电控制电路33及控制电路33均嵌于承载壳31内，且驱动电源32、充放电控制电路33及控制电路34间通过隔板36相互隔离，控制电路36分别与充放电控制电路33、承载架1、检测手环2电气连接，驱动电源32通过充放电控制电路33与承载架1电气连接。

本实施例中，所述的定位环101包括前半环1011、后半环1012、定位扣35及弹性垫层1013，所述的前半环1011和后半环1012末端通过铰链机构4相互铰接，前半环1011、后半环1012前端通过定位扣35相互连接，所述的前半环1011、后半环1012共同构成闭合环状结构，所述的弹性垫层1013包覆在前半环1011、后半环1012外。

本实施例中，所述的前半环1011、后半环1012内均设横截面呈矩形的承载腔1014，所述的调节电动机106、神经刺激电极107及生理传感器108均嵌于承载腔1014内。

本实施例中，所述的定位环101中，相邻两个定位环101间通过至少两个导向杆7相互连接，所述的导向杆7环绕定位环101轴线均布并与定位环101轴线平行分布，且所述的导向杆7两端均通过棘轮机构8与定位环101侧表面铰接。

本实施例中，所述的导向杆7为至少两节伸缩杆结构。

本实施例中，所述的弹性伸缩杆102、辅助弹簧103均为液压杆、气压杆及弹簧杆中的任意一种。

本实施例中，所述的调节电动机106为恒力矩电动机。

本实施例中，所述的电加热装置105为硅胶加热丝、硅胶加热片、远红外加热器中的任意一种。

本实施例中，所述的控制电路3包括基于FPGA逻辑处理单元的数据处理模块、MOS驱动模块、数据通讯总线模块、串口通讯模块及无线通讯模块，所述的MOS驱动模块分别与基于FPGA逻辑处理单元的数据处理模块、数据通讯总线模块、串口通讯模块、无线通讯模块、承载架1和检测手环2电气连接。

本实施例中，所述的驱动电源32上另设振荡发电装置321及无线充电装置322，且所述的振荡发电装置321及无线充电装置322均与充放电控制电路33电气连接。

本发明在具体实施时，首先将检测手环佩戴在使用者腕部，然后将承载架包覆在使用者腰椎位置处，然后将控制系统安装在承载架外表面并将控制系统分别与检测手环和承载架间建立电气连接和数据连接备用，同时另可通过控制系统与当前所使用的诸如智能手机等移动智能终端设备或电脑等数据处理设备间建立数据连接。

在进行康复循环及腰椎强化训练时，首先通过导向杆对承载架的定位环间距根据使用者需要进行调整，然后通过控制系统对弹性伸缩杆的驱动作用力、调节电动机辅助驱动力进行调节设定，最后对辅助弹簧的作用力进行设定调节完成设备初步调节。

使用者在日常活动、康复训练或强化锻炼中，一方面由导向杆、定位环、弹性伸缩杆及辅助弹簧共同对使用者腰部起到良好的强化定位和辅助承载的效果，达到提高腰椎定位、康复作业精度及辅助恢复使用者腰部功能恢复的目的，另一方面随着使用者腰部运动，由导向杆弹性伸缩杆、辅助弹簧及调节电动机为使用者提供与使用者运动方向相反的反向驱动作用力，在不影响使用者正常要不运动的同时，通过提高使用者运动阻力来达到对使用者腰部肌肉组织进行强化训练的目的。

其中在弹性伸缩杆、辅助弹簧时，各工作组中的弹性伸缩杆、辅助弹簧之间的施加作用力方向相反，并共同作业在使用者身上，从而在强化训练效果的同时，另可有效的对使用者腰椎部位恢复时进行驱动力补偿，提高腰椎复位精度和降低使用者的在要不复位时作用力强度，防止腰椎在训练中因受力过大而受损，于此同时，在训练过程中，另由调节电动机为弹性伸缩杆提供辅助的锻炼驱动力，从而进一步达到对训练限位和强化调节训练作用力的目的。

同时在使用者进行康复训练和强化训练过程中，通过柔性防护罩和电加热装置对使用者腰部进行保温保护，防止受冷空气刺激而造成腰椎受到损伤，另通过神经刺激电极对使用者腰部位置进行电流刺激，通过电流刺激进一步激活使用者腰部组织的生物活性，达到提高康复和训练强化作业效果的目的。

最后在使用者进行训练的同时，通过检测手环和承载架上的生理传感器对使用者训练过程中的生理参数变化进行持续监测，并根据检测结果，知道使用者对控制系统进行操作，调整训练强度。

本发明结构简单，使用灵活方便，运行自动化程度高，一方面可有效的对腰椎起到良好的承载定位能力，并有助于减轻受损腰椎受力情况，从而在便于受损腰椎复位恢复能力同时，另有助于提高患者受损腰椎的承载能力，极大的提高患者的生活自理能力，另一方面可根据使用需要，为腰椎运动方向上增加适量的弹性阻力，在对腰椎起到定位和支持定位的同时，可持续有效的为腰椎运动提供负载，极大的提高了腰椎部位肌肉组织进行强化训练的便捷性和持续性，从而达到提高腰椎疾病后功能恢复效率和强化锻炼腰椎肌肉组织结构强度的目的，除此之外还可有效的避免外部定温环境对腰椎造成伤害及通过电流刺激增加腰椎部位神经系统等生理组织的生物活性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于，所述的腰椎强化训练康复智能机器人包括承载架、检测手环、控制系统，所述的控制系统分别与承载架、检测手环电气连接，其中所述的承载架包覆在人体腰部，所述的检测手环套在人体手腕位置，所述的承载架包括定位环、弹性伸缩杆、辅助弹簧、柔性防护罩、电加热装置、调节电动机、神经刺激电极及生理传感器，其中所述的定位环至少两个并同轴分布，相邻的两个定位环之间通过弹性伸缩杆、辅助弹簧连接，所述的弹性伸缩杆、辅助弹簧均若干个，环绕定位环轴线间隔分布，其中所述的弹性伸缩杆两端通过调节电动机与定位环外表面铰接，辅助弹簧两端分别与定位环内表面间通过铰链机构相互铰接，且一个弹性伸缩杆和一个辅助弹簧构成一个工作组，同一工作组中的弹性伸缩杆、辅助弹簧间轴线相互垂直分布，并与定位环轴线呈30°—60°夹角，所述的弹性伸缩杆、辅助弹簧与定位环接触面处均设压力传感器及角度传感器，且压力传感器及角度传感器均与控制系统电气连接，所述的柔性防护罩与定位环同轴分布，包覆在各定位环外，所述的神经刺激电极及生理传感器若干，嵌于定位环内表面并环绕定位环轴线均布，且同一定位环上的神经刺激电极及生理传感器间隔分布，所述的电加热装置均布在柔性防护罩内表面，所述的弹性伸缩杆、电加热装置、调节电动机、神经刺激电极及生理传感器均与控制系统电气连接，所述的控制系统包括承载壳、驱动电源、充放电控制电路及控制电路，所述承载壳为密闭腔体结构，其外表面均布至少两个定位扣，并通过定位扣与定位环外表面相互连接，所述的驱动电源、充放电控制电路及控制电路均嵌于承载壳内，且驱动电源、充放电控制电路及控制电路间通过隔板相互隔离，所述的控制电路分别与充放电控制电路、承载架、检测手环电气连接，所述的驱动电源通过充放电控制电路与承载架电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的定位环包括前半环、后半环、定位扣及弹性垫层，所述的前半环和后半环末端通过铰链机构相互铰接，前半环、后半环前端通过定位扣相互连接，所述的前半环、后半环共同构成闭合环状结构，所述的弹性垫层包覆在前半环、后半环外。

3.根据权利要求2所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的前半环、后半环内均设横截面呈矩形的承载腔，所述的调节电动机、神经刺激电极及生理传感器均嵌于承载腔内。

4.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的定位环中，相邻两个定位环间通过至少两个导向杆相互连接，所述的导向杆环绕定位环轴线均布并与定位环轴线平行分布，且所述的导向杆两端均通过棘轮机构与定位环侧表面铰接。

5.根据权利要求4所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的导向杆为至少两节伸缩杆结构。

6.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的弹性伸缩杆、辅助弹簧均为液压杆、气压杆及弹簧杆中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的调节电动机为恒力矩电动机。

8.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的电加热装置为硅胶加热丝、硅胶加热片、远红外加热器中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的控制电路包括基于FPGA逻辑处理单元的数据处理模块、MOS驱动模块、数据通讯总线模块、串口通讯模块及无线通讯模块，所述的MOS驱动模块分别与基于FPGA逻辑处理单元的数据处理模块、数据通讯总线模块、串口通讯模块、无线通讯模块、承载架和检测手环电气连接。

10.根据权利要求1所述的一种腰椎强化训练康复智能机器人，其特征在于：所述的驱动电源上另设振荡发电装置及无线充电装置，且所述的振荡发电装置及无线充电装置均与充放电控制电路电气连接。