CN107625619B - 四阶段腿部多关节变负载康复机械及其训练方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了四阶段腿部多关节变负载康复机械及其训练方法。现有康复机械不能达到各关节同步锻炼，训练过程不科学。本发明包括滑轨、滑移驱动组件、模拟骑行驱动组件、关节康复组件和大转盘；两个大转盘外侧均设有关节康复组件；模拟骑行驱动组件驱动大转盘转动；滑移驱动组件驱动大转盘平移；关节康复组件包括外侧链板、卡扣、内侧链板、辅助动力装置和踏板组件；踏板组件包括脚踏轴、脚踏板、移动链轮和轮子；辅助动力装置驱动移动链轮转动。本发明满足腿部康复对髋关节、膝关节、踝关节以及骑行的要求，骑行阶段中设置减负、正常和增负三个康复程度训练，满足患者对不同锻炼康复力度的需求。
Description
技术领域
本发明属于医疗康复机械领域，主要针对腿部康复人群，具体涉及一种可进行髋关节训练、膝关节训练、踝关节训练和模拟骑行训练四阶段同时锻炼的康复机械及其训练方法。
背景技术
康复锻炼是骨骼愈合的三大原则之一，是促进骨骼愈合防止肢体功能不全的有效措施。研究表明下肢康复训练最理想的过程是髋关节训练、膝关节训练、踝关节训练和模拟骑行训练四阶段循序渐进的过程,运动量由小到大，运动类型由易到难，不能操之过急，否则会带来不良影响。根据下肢康复程度的不同，临床遵循减重—常规—负重的科学训练过程。目前，下肢康复机械虽然种类较多，但是大多数产品只能提供模拟骑行阶段的训练，少部分产品可提供一两个关节的训练，不能达到各关节同步锻炼的目的，不可实现减重—常规—负重的科学训练过程，因而不能达到下肢康复最好的锻炼效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种四阶段腿部多关节变负载康复机械及其训练方法。该机械中的移动链轮沿着所加工的轨道运动，可以实现在各个轨道上的单独运动以及在各轨道之间的切换，从而达到腿部康复的四个阶段：髋关节、膝关节、踝关节以及最后进行模拟骑行的三关节同步运动康复的效果，具有体积小、成本低、功能全、操作简单等特点。
本发明采用的技术方案是：
本发明四阶段腿部多关节变负载康复机械，包括滑轨、滑移驱动组件、模拟骑行驱动组件、关节康复组件和大转盘；两个大转盘外侧均设有关节康复组件；所述的模拟骑行驱动组件包括伺服电机、小齿轮和大齿轮；伺服电机固定在垫块上；小齿轮与伺服电机的输出轴通过键连接，大齿轮与其中一个大转盘固连，且同轴设置；两个大转盘固定在主轴两端；主轴通过第一轴承支承在轴承座上。所述的滑移驱动组件驱动垫块和轴承座同步滑移。
所述的大转盘外侧面开设第一弧形轨道和第二弧形轨道；第二弧形轨道的两端部封闭，第一弧形轨道的一端与第二弧形轨道中部连通，另一端封闭；第一弧形轨道与第二弧形轨道的宽度相等；第一弧形轨道的底部开设有与第一弧形轨道形状一致的第一弧形槽口，第一弧形槽口的底部开放于大转盘内侧面，且第一弧形槽口的长度和宽度均比第一弧形轨道小，形成底部挡板；第二弧形轨道的底部开设有与第二弧形轨道形状一致的第二弧形槽口，第二弧形槽口的底部开放于大转盘内侧面，且第二弧形槽口的长度和宽度均比第二弧形轨道小，形成底部挡板。
所述的关节康复组件包括外侧链板、卡扣、内侧链板、辅助动力装置和踏板组件；第二弧形轨道靠近第一弧形轨道封闭端的那半段与第一弧形轨道的相对侧设有辅助动力装置，第一弧形轨道的另一侧固定内侧挡板，内侧挡板上固定呈弧形的内侧链板，第二弧形轨道靠近第一弧形轨道封闭端的那半段另一侧固定外侧挡板，外侧挡板上固定呈弧形的外侧链板；内侧链板与外侧链板的相对侧均设有一排齿；所述的辅助动力装置包括固定链轮、链条、链轮挡板和驱动电机；驱动电机固定在大转盘上；链轮挡板呈弧形，两块链轮挡板相对设置，且均固定在大转盘上；两个固定链轮固定在链轮挡板的两端，其中一个固定链轮由驱动电机驱动；两个固定链轮通过链条连接，两块链轮挡板由内向外张紧链条两侧。第二弧形轨道两端均通过螺栓固定有卡扣。
所述的踏板组件包括脚踏轴、脚踏板、移动链轮和轮子；所述的脚踏轴中部套置第二轴承，第二轴承与大转盘的第二弧形轨道或第一弧形轨道构成滚动摩擦副；移动链轮固定在脚踏轴外端，脚踏板套在脚踏轴外端；脚踏板上固定有脚套环；脚踏轴内端由第一弧形槽口或第二弧形槽口穿过大转盘，脚踏后压块板通过螺栓固定在脚踏轴内端；轮架固定在脚踏后压块板上，轮子铰接在轮架上，并与大转盘的内侧面构成滚动摩擦副。
所述的滑移驱动组件包括滑轮、钢丝绳、步进电机、连接板和滑块；垫块和轴承座均固定在连接板上；滑轨固接在型架上，固定在滑块底面的滚轮与滑轨构成滑动副，连接板固连在滑块顶面；步进电机设置在型架底部，两个滑轮固定在型架两端；钢丝绳固连在连接板上，绕过两个滑轮；钢丝绳两端均固定在步进电机的输出轴上，且钢丝绳在步进电机的输出轴上缠绕多圈。
所述第一弧形槽口的长度和宽度均比第一弧形轨道小2mm，第二弧形槽口的长度和宽度均比第二弧形轨道小2mm。
所述第二轴承的两个端面分别通过脚踏轴的轴肩和大转盘的底部挡板定位，移动链轮的两个端面分别通过脚踏轴的轴肩和挡圈定位，脚踏板外端通过嵌入脚踏轴的销钉定位。
该四阶段腿部多关节变负载康复机械的训练方法，具体如下：
(1)髋关节康复训练阶段：患者坐在椅子上，双脚套入两个脚踏板的脚套环内，将踏板组件中的第二轴承滑入第一弧形轨道内，移动链轮两侧分别与内侧链板和链条啮合；驱动电机往复正反转，从而实现移动链轮在第一弧形轨道内的来回往复运动。患者的双腿保持伸直，双脚跟随移动链轮在第一弧形轨道内移动，从而带动髋关节的康复运动。髋关节的康复运动结束后，驱动电机停转。
(2)膝关节康复训练阶段：先卸下两个关节康复组件位于第二弧形轨道同一端的两个卡扣，将两个脚踏板滑动到两个第二弧形轨道的端部后再装好这两个卡扣将脚踏轴锁紧在第二弧形轨道端部，并使两根脚踏轴同轴。患者将双脚套入两个脚踏板的脚套环内。步进电机往复正反转来拉动钢丝，从而拉动连接板和滑块，使得滑块底面的滚轮在滑轨上来回滚动，患者坐在椅子上来回屈膝，从而完成膝关节的屈伸康复训练。膝关节的屈伸康复训练结束后，步进电机停转。
(3)踝关节康复训练阶段：先卸下锁紧脚踏轴的两个卡扣，患者将双脚套入两个脚踏板的脚套环内，将移动链轮两侧分别与外侧链板和链条啮合。驱动电机往复正反转，实现移动链轮在第二弧形轨道内的来回往复运动，从而实现踝关节的扭转康复训练。踝关节的扭转康复训练结束后，驱动电机停转。
(4)模拟骑行康复训练阶段：将两个脚踏板移动到第二弧形轨道的不同端，然后用卡扣分别固定在两个大转盘上，随后患者将双脚套入两个脚踏板的脚套环内，并通过患者蹬脚踏板和伺服电机正反转的结合模拟骑行的康复锻炼。模拟骑行的康复锻炼设置了三种康复程度训练，分别为减负、正常和增负；伺服电机正转为减负康复训练；患者蹬脚踏板使大转盘转动与伺服电机正转同步为正常状态；当患者需要加强训练强度时伺服电机反转为增负状态。
本发明的有益效果是：
1、患者只需要坐在椅子上，通过脚踏板操纵移动链轮在大转盘不同轨道间的切换，就可以满足腿部康复对髋关节、膝关节、踝关节以及骑行功能的要求，达到最佳的训练效果。
2、在腿部康复的第四个阶段中设置三个康复程度训练，减负、正常和增负，伺服电机正转为减负康复训练，患者蹬脚踏板使大转盘转动与伺服电机正转同步为正常状态，当患者需要加强训练强度时伺服电机反转为增负状态，从而满足患者对不同锻炼康复力度的需求，更加人性化。
3、本发明的特殊轨道设计，使患者达到最佳的康复效果。
4、本发明的零件较少，安装简单，使用稳定，易于维修，并且造价低廉，可以进入普通家庭，体型较小便于放置。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图。
图2为本发明的正视示意图。
图3为本发明中关节康复组件与大转盘的装配立体图。
具体实施方式
以下结合附图所示对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，四阶段腿部多关节变负载康复机械，包括型架、滑轨5、滑移驱动组件、模拟骑行驱动组件9、关节康复组件和大转盘19；两个大转盘19外侧均设有关节康复组件；滑移驱动组件包括滑轮2、钢丝绳3、步进电机4、连接板6和滑块18；滑轨5固接在型架1上，固定在滑块18底面的滚轮17与滑轨5构成滑动副，连接板6固连在滑块18顶面；步进电机4设置在型架1底部，两个滑轮2固定在型架1两端；钢丝绳3固连在连接板6上，绕过两个滑轮2；钢丝绳3两端均固定在步进电机4的输出轴上，且钢丝绳3在步进电机4的输出轴上缠绕多圈，形成卷扬机构；模拟骑行驱动组件9包括伺服电机8、小齿轮和大齿轮；垫块7和轴承座11均固定在连接板6上，伺服电机8固定在垫块7上；小齿轮与伺服电机的输出轴通过键连接，大齿轮与其中一个大转盘19固连，且同轴设置，随大转盘19一同转动；两个大转盘19固定在主轴12两端；主轴12通过第一轴承10支承在轴承座11上。
如图3所示，大转盘19外侧面开设第一弧形轨道32和第二弧形轨道33；第二弧形轨道33的两端部封闭，第一弧形轨道32的一端与第二弧形轨道33中部连通，另一端封闭；第一弧形轨道32与第二弧形轨道33的宽度相等；第一弧形轨道32的底部开设有与第一弧形轨道32形状一致的第一弧形槽口，第一弧形槽口的底部开放于大转盘19内侧面，且第一弧形槽口的长度和宽度均比第一弧形轨道32小2mm，形成底部挡板；第二弧形轨道33的底部开设有与第二弧形轨道33形状一致的第二弧形槽口，第二弧形槽口的底部开放于大转盘19内侧面，且第二弧形槽口的长度和宽度均比第二弧形轨道33小2mm，形成底部挡板。
关节康复组件包括外侧链板26、卡扣29、内侧链板30、辅助动力装置和踏板组件；第二弧形轨道33靠近第一弧形轨道32封闭端的那半段与第一弧形轨道32的相对侧设有辅助动力装置，第一弧形轨道32的另一侧固定内侧挡板31，内侧挡板31上固定呈弧形的内侧链板30，第二弧形轨道33靠近第一弧形轨道32封闭端的那半段另一侧固定外侧挡板27，外侧挡板上固定呈弧形的外侧链板26；内侧链板30与外侧链板26的相对侧均设有一排齿；辅助动力装置包括固定链轮23、链条24、链轮挡板25和驱动电机28；驱动电机28固定在大转盘19上；链轮挡板25呈弧形，两块链轮挡板25相对设置，且均固定在大转盘19上；两个固定链轮23固定在链轮挡板25的两端，其中一个固定链轮由驱动电机28驱动；两个固定链轮23通过链条24连接，两块链轮挡板25由内向外张紧链条24两侧。第二弧形轨道33两端均通过螺栓固定有卡扣29，卡扣29用于约束踏板组件的移动链轮15，从而方便进行膝关节和模拟骑行的康复训练。
踏板组件包括脚踏轴13、脚踏板14、移动链轮15和轮子22；脚踏轴13中部套置第二轴承16，第二轴承16与大转盘19的第二弧形轨道33或第一弧形轨道32构成滚动摩擦副，第二轴承16的两个端面分别通过脚踏轴的轴肩和大转盘19的底部挡板定位；移动链轮15固定在脚踏轴13外端，脚踏板14套在脚踏轴13外端；移动链轮15的两个端面分别通过脚踏轴的轴肩和挡圈定位；脚踏板14外端通过嵌入脚踏轴的销钉定位；脚踏板14上固定有脚套环；脚踏轴13内端由第一弧形槽口或第二弧形槽口穿过大转盘19，脚踏后压块板20通过螺栓固定在脚踏轴13内端；轮架21固定在脚踏后压块板20上，轮子22铰接在轮架21上，并与大转盘19的内侧面构成滚动摩擦副，使得移动链轮15沿轨道运动的同时轮子22可以附着在大转盘19内侧面滚动，保证运动的平稳性。
该四阶段腿部多关节变负载康复机械的训练方法，具体如下：
(1)髋关节康复训练阶段：患者坐在椅子上，双脚套入两个脚踏板14的脚套环内，将踏板组件中的第二轴承滑入第一弧形轨道32内，移动链轮15两侧分别与内侧链板30和链条24啮合；驱动电机28往复正反转，从而实现移动链轮15在第一弧形轨道32内的来回往复运动。在这过程中，患者的双腿保持伸直，双脚跟随移动链轮15在第一弧形轨道32内移动，从而带动髋关节的康复运动。髋关节的康复运动结束后，驱动电机28停转。
(2)膝关节康复训练阶段：当患者完成第一阶段的髋关节康复训练之后将进行膝关节康复训练。先卸下两个关节康复组件位于第二弧形轨道33同一端的两个卡扣29，将两个脚踏板14滑动到两个第二弧形轨道33的端部后再装好这两个卡扣29将脚踏轴13锁紧在第二弧形轨道33端部，并使两根脚踏轴13同轴。患者将双脚套入两个脚踏板14的脚套环内。步进电机4往复正反转来拉动钢丝3，从而拉动连接板6和滑块18，使得滑块底面的滚轮17在滑轨5上来回滚动，患者坐在椅子上来回屈膝，从而完成膝关节的屈伸康复训练。膝关节的屈伸康复训练结束后，步进电机4停转。利用卷扬机构的优点在于其结构简单，效率相较于丝杆机构来说较高，同时安全系数较高，较为耐用。
(3)踝关节康复训练阶段：当患者完成第二阶段的膝关节康复训练之后将进行第三阶段的踝关节康复训练。先卸下锁紧脚踏轴13的两个卡扣29，患者将双脚套入两个脚踏板14的脚套环内，将移动链轮15两侧分别与外侧链板26和链条24啮合。驱动电机28往复正反转，从而实现移动链轮15在第二弧形轨道33内的来回往复运动，从而实现踝关节的扭转康复训练。踝关节的扭转康复训练结束后，驱动电机28停转。
(4)模拟骑行康复训练阶段：第三阶段训练完成之后，将两个脚踏板14移动到第二弧形轨道33的不同端，然后用卡扣29分别固定在两个大转盘19上，从而形成类似自行车的结构，随后患者将双脚套入两个脚踏板14的脚套环内，并通过患者蹬脚踏板14和伺服电机8正反转的结合模拟骑行的康复锻炼。模拟骑行的康复锻炼设置了三种康复程度训练，分别为减负、正常和增负；伺服电机8正转为减负康复训练；患者蹬脚踏板14使大转盘19转动与伺服电机8正转同步为正常状态；当患者需要加强训练强度时伺服电机8反转为增负状态；三种康复程度训练满足患者对不同锻炼康复力度的需求，骑行锻炼的意义在于使患者熟悉类似直立行走的流畅感，提前恢复走路的感受，为直立行走作铺垫。
Claims (4)
1.四阶段腿部多关节变负载康复机械，包括滑轨、滑移驱动组件、模拟骑行驱动组件、关节康复组件和大转盘，其特征在于：两个大转盘外侧均设有关节康复组件；所述的模拟骑行驱动组件包括伺服电机、小齿轮和大齿轮；伺服电机固定在垫块上；小齿轮与伺服电机的输出轴通过键连接，大齿轮与其中一个大转盘固连，且同轴设置；两个大转盘固定在主轴两端；主轴通过第一轴承支承在轴承座上；所述的滑移驱动组件驱动垫块和轴承座同步滑移；
所述的大转盘外侧面开设第一弧形轨道和第二弧形轨道；第二弧形轨道的两端部封闭，第一弧形轨道的一端与第二弧形轨道中部连通，另一端封闭；第一弧形轨道与第二弧形轨道的宽度相等；第一弧形轨道的底部开设有与第一弧形轨道形状一致的第一弧形槽口，第一弧形槽口的底部开放于大转盘内侧面，且第一弧形槽口的长度和宽度均比第一弧形轨道小，形成底部挡板；第二弧形轨道的底部开设有与第二弧形轨道形状一致的第二弧形槽口，第二弧形槽口的底部开放于大转盘内侧面，且第二弧形槽口的长度和宽度均比第二弧形轨道小，形成底部挡板；
所述的关节康复组件包括外侧链板、卡扣、内侧链板、辅助动力装置和踏板组件；第二弧形轨道靠近第一弧形轨道封闭端的那半段与第一弧形轨道相对的一侧设有辅助动力装置，第一弧形轨道的另一侧固定内侧挡板，内侧挡板上固定呈弧形的内侧链板，第二弧形轨道靠近第一弧形轨道封闭端的那半段另一侧固定外侧挡板，外侧挡板上固定呈弧形的外侧链板；内侧链板与外侧链板的相对侧均设有一排齿；所述的辅助动力装置包括固定链轮、链条、链轮挡板和驱动电机；驱动电机固定在大转盘上；链轮挡板呈弧形，两块链轮挡板相对设置，且均固定在大转盘上；两个固定链轮固定在链轮挡板的两端，其中一个固定链轮由驱动电机驱动；两个固定链轮通过链条连接，两块链轮挡板由内向外张紧链条两侧；第二弧形轨道两端均通过螺栓固定有卡扣；
所述的踏板组件包括脚踏轴、脚踏板、移动链轮和轮子；所述的脚踏轴中部套置第二轴承，第二轴承与大转盘的第二弧形轨道或第一弧形轨道构成滚动摩擦副；移动链轮固定在脚踏轴外端，脚踏板套在脚踏轴外端；脚踏板上固定有脚套环；脚踏轴内端由第一弧形槽口或第二弧形槽口穿过大转盘，脚踏后压块板通过螺栓固定在脚踏轴内端；轮架固定在脚踏后压块板上，轮子铰接在轮架上，并与大转盘的内侧面构成滚动摩擦副。
2.根据权利要求1所述的四阶段腿部多关节变负载康复机械，其特征在于：所述的滑移驱动组件包括滑轮、钢丝绳、步进电机、连接板和滑块；垫块和轴承座均固定在连接板上；滑轨固接在型架上，固定在滑块底面的滚轮与滑轨构成滑动副，连接板固连在滑块顶面；步进电机设置在型架底部，两个滑轮固定在型架两端；钢丝绳固连在连接板上，绕过两个滑轮；钢丝绳两端均固定在步进电机的输出轴上，且钢丝绳在步进电机的输出轴上缠绕多圈。
3.根据权利要求1所述的四阶段腿部多关节变负载康复机械，其特征在于：所述第一弧形槽口的长度和宽度均比第一弧形轨道小2mm，第二弧形槽口的长度和宽度均比第二弧形轨道小2mm。
4.根据权利要求1所述的四阶段腿部多关节变负载康复机械，其特征在于：所述第二轴承的两个端面分别通过脚踏轴的轴肩和大转盘的底部挡板定位，移动链轮的两个端面分别通过脚踏轴的轴肩和挡圈定位，脚踏板外端通过嵌入脚踏轴的销钉定位。
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