CN107693305A - 一种腿部训练康复多功能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种腿部训练康复多功能机器人，包括定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、导向杆、驱动电机及控制机构，定位架共两个，并分别包覆在人体大腿和小腿外表面，两定位架前端的侧表面通过驱动电机相互铰接，强化连杆两端分别与两定位架后表面连接，导向杆以定位架轴线对称分布在定位架两侧，强化连杆包括主弹性伸缩杆和辅助弹性伸缩杆，定位架包括承载环、强化连接杆、承压弹簧及连接铰链，神经刺激电极、生理传感器嵌于定位架承载环的承载段内表面，并与控制机构电气连接。本发明一方面可同时满足避免膝关节因受力过大而受到损伤，和提高膝关节对外力承载能力，另一方面为腿部的小腿与大腿间提供辅助强化训练驱动。
Description
技术领域
本发明涉及一种腿部训练康复多功能机器人，属体育锻炼技术领域。
背景技术
目前在体育训练、疾病康复中，往往均需要采用专业的辅助强化训练及防部设备对腿部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腿部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，从而当前在进行腿部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，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腿部康复及训练方案，从而严重的影响了腿部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腿部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，提供一种腿部训练康复多功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：
一种腿部训练康复多功能机器人，包括定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、导向杆、驱动电机及控制机构，定位架共两个，并分别包覆在人体大腿和小腿外表面，两定位架前端的侧表面通过驱动电机相互铰接，两驱动电机同轴分布，且两驱动电机轴线与两定位架对称线重合，强化连杆两端分别与两定位架后表面连接，导向杆至少两根，以定位架轴线对称分布在定位架两侧，并与水平面垂直分布，导向杆两端分别与两定位架侧表面通过滑轨相互滑动连接，强化连杆包括主弹性伸缩杆和辅助弹性伸缩杆，主弹性伸缩杆和辅助弹性伸缩杆均至少一个，其中辅助弹性伸缩杆嵌于定位架侧表面并与定位架轴线平行分布，主弹性伸缩杆两端分别与两定位架上的辅助弹性伸缩杆端面铰接，且辅助弹性伸缩杆轴线与主弹性伸缩杆轴线呈0°—90°夹角，定位架包括承载环、强化连接杆、承压弹簧及连接铰链，承载环至少两个，各承载环同轴分布且相邻两个承载环间通过至少若干强化连接杆和若干承压弹簧相互连接，强化连接杆、承压弹簧与承载环轴线呈0°—60°夹角，强化连接杆、承压弹簧与承载环间均通过连接铰链相互铰接，且一个强化连接杆和一个承压弹簧构成一个工作组，且同一工作组中的强化连接杆、承压弹簧与承载环轴线夹角0°时，则强化连接杆、承压弹簧间呈15°—90°夹角，工作组至少两个，且各工作组均环绕定位架轴线均布，承载环包括至少两个承载段和至少一个定位扣，且各承载段间通过连接铰链相互铰接，其中两个连接段间通过定位扣相互连接并构成闭合环状结构，神经刺激电极、生理传感器均至少一个，嵌于定位架承载环的承载段内表面，并与控制机构电气连接，控制机构通过定位扣安装在定位架外表面。
进一步的，所述的承载段内均设横截面呈矩形的承载腔，所述的神经刺激电极、生理传感器均嵌于承载腔内，所述的承载段外设弹性垫块，且弹性垫块包覆在承载段外表面。
进一步的，所述的导向杆两端与滑轨间通过滑块相互滑动连接，且导向杆与滑块间通过转台机构相互铰接。
进一步的，所述的导向杆、主弹性伸缩杆、辅助弹性伸缩杆及强化连接杆、承压弹簧为液压杆、气压缸及弹簧杆中的任意一种。
进一步的，所述的辅助弹性伸缩杆与定位架间通过滑轨滑动连接，且辅助弹性伸缩杆与主弹性伸缩杆接触面间设压力传感器。
进一步的，所述的导向杆末端设承载块，所述承载块与地平面相抵，且承载块与导向杆间通过转台机构相互铰接，所述的承载块与地平面接触面面积为导向杆横截面面积的3—10倍。
进一步的，所述的驱动电机为恒力伺服电机，且驱动电机设转速传感器，所述的转速传感器与控制机构电气连接。
进一步的，所述的控制机构包括承载壳、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架外表面相互连接，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、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、驱动电机、压力传感器、转速传感器电气连接。
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、定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆和驱动电机电气连接。
进一步的，所述的定位架外设弹性防护罩，所述的弹性防护罩包覆在两个定位架外并与定位架同轴分布。
本发明结构简单，使用灵活方便，运行自动化程度高，可有效的对膝关节起到良好的承载定位能力，一方面可有效的减轻膝关节受外力影响，可同时满足避免膝关节因受力过大而受到损伤，和提高膝关节对外力承载能力，改善膝关节受力情况及提高人体腿部对外做功能力，另一方面可根据使用需要，为腿部的小腿与大腿间提供辅助强化训练驱动力，且驱动力调节灵活，调节范围广，调节精度高且调节及运行自动化程度高，从而有效的满足对腿部疾病康复训练及对腿部肌肉进行强化训练的要求，极大提高了设备使用灵活性和通用性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为定位架结构示意图；
图3为承载环结构示意图；
图4为控制机构结构示意图；
图5为控制电路结构示意图。
具体实施方式
如图1-5所示，一种腿部训练康复多功能机器人，包括定位架1、神经刺激电极2、生理传感器3、强化连杆4、导向杆5、驱动电机6及控制机构7，定位架1共两个，并分别包覆在人体大腿和小腿外表面，两定位架1前端的侧表面通过驱动电机6相互铰接，两驱动电机6同轴分布，且两驱动电机6轴线与两定位架1对称线重合，强化连杆4两端分别与两定位架1后表面连接，导向杆5至少两根，以定位架1轴线对称分布在定位架1两侧，并与水平面垂直分布，导向杆5两端分别与两定位架1侧表面通过滑轨8相互滑动连接。
本实施例中，所述的强化连杆4包括主弹性伸缩杆41和辅助弹性伸缩杆42，主弹性伸缩杆41和辅助弹性伸缩杆42均至少一个，其中辅助弹性伸缩杆42嵌于定位架1侧表面并与定位架1轴线平行分布，主弹性伸缩杆41两端分别与两定位架1上的辅助弹性伸缩杆42端面铰接，且辅助弹性伸缩杆42轴线与主弹性伸缩杆41轴线呈0°—90°夹角。
本实施例中，所述的定位架1包括承载环101、强化连接杆102、承压弹簧103及连接铰链104，承载环101至少两个，各承载环101同轴分布且相邻两个承载环101间通过至少若干强化连接杆102和若干承压弹簧103相互连接，强化连接杆102、承压弹簧103与承载环101轴线呈0°—60°夹角，强化连接杆102、承压弹簧103与承载环101间均通过连接铰链104相互铰接，且一个强化连接杆102和一个承压弹簧103构成一个工作组，且同一工作组中的强化连接杆102、承压弹簧103与承载环101轴线夹角0°时，则强化连接杆102、承压弹簧103间呈15°—90°夹角，工作组至少两个，且各工作组均环绕定位架1轴线均布。
本实施例中，所述的承载环101包括至少两个承载段1011和至少一个定位扣1012，且各承载段1011间通过连接铰链104相互铰接，其中两个连接段1011间通过定位扣1012相互连接并构成闭合环状结构，神经刺激电极2、生理传感器3均至少一个，嵌于定位架1承载环101的承载段1011内表面，并与控制机构7电气连接，控制机构7通过定位扣1012安装在定位架1外表面。
本实施例中，所述的承载段1011内均设横截面呈矩形的承载腔1013，所述的神经刺激电极2、生理传感器3均嵌于承载腔1013内，所述的承载段1011外设弹性垫块1014，且弹性垫块1014包覆在承载段1011外表面。
本实施例中，所述的导向杆5两端与滑轨8间通过滑块9相互滑动连接，且导向杆5与滑块9间通过转台机构10相互铰接。
本实施例中，所述的导向杆5、主弹性伸缩杆41、辅助弹性伸缩杆42及强化连接杆102、承压弹簧103为液压杆、气压缸及弹簧杆中的任意一种。
本实施例中，所述的辅助弹性伸缩杆42与定位架1间通过滑轨8滑动连接，且辅助弹性伸缩杆42与主弹性伸缩杆41接触面间设压力传感器11。
本实施例中，所述的导向杆5末端设承载块12，所述承载块12与地平面相抵，且承载块12与导向杆5间通过转台机构10相互铰接，所述的承载块12与地平面接触面面积为导向杆5横截面面积的3—10倍。
本实施例中，所述的驱动电机6为恒力伺服电机，且驱动电机6设转速传感器13，所述的转速传感器13与控制机构7电气连接。
本实施例中，所述的控制机构7包括承载壳71、驱动电源72、充放电控制电路73及控制电路74，所述承载壳71为密闭腔体结构，其外表面均布至少两个定位扣1012，并通过定位扣1012与定位架1外表面相互连接，所述的驱动电源72、充放电控制电路73及控制电路74，均嵌于承载壳71内，且驱动电源72、充放电控制电路73及控制电路74间通过隔板75相互隔离，所述的控制电路74分别与充放电控制电路73、神经刺激电极2、生理传感器3、强化连杆5、驱动电机6、压力传感器11、转速传感器13电气连接。
本实施例中，所述的控制电路74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、定位架1、神经刺激电极2、生理传感器3、强化连杆4和驱动电机6电气连接。
本实施例中，所述的定位架1外设弹性防护罩14，所述的弹性防护罩14包覆在两个定位架1外并与定位架1同轴分布。
本发明在具体实施时，首先定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、导向杆、驱动电机及控制机构进行组装，然后将定位架包覆在腿部外，并对定位架进行调整定位，然后使神经刺激电极、生理传感器与人体腿部可靠接触，最后通过控制机构与定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、导向杆、驱动电机及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，即可完成设备安装定位并备用。
在进行定位架调节时，通过对定位架的强化连接杆、承压弹簧进行调节，实现对定位架的承载环位置进行调节，满足不同使用者腿部长度的需要，然后通过对承载环的个承载段的数量及连接位置调整，使承载环与使用者腿部可靠定位，然后对导向杆位置及长度进行调节，即可完成设备调整定位。
在进行康复锻炼及腿部强化训练时，首先通过控制机构对神经刺激电极、生理传感器的工作参数进行调整，对强化连杆、驱动电机和导向杆的驱动作用力进行设定，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，一方面由强化连杆、驱动电机及导向杆共同作业，对腿部进行定位的同时，为腿部提供额外的驱动力输出和为腿部肌肉提供额外的肌肉强化训练作用力，提高对腿部康复训练及强化训练的作用力，另一方面在进行训练作业的同时，通过生理传感器对人体在训练过程中的生理参数进行采集，提高训练作业数据反馈，提高训练作业的合理性，通过神经刺激电极对腿部进行电流刺激，提高腿部的生理活性，增强腿部恢复及训练作业的效率和质量。
本发明结构简单，使用灵活方便，运行自动化程度高，可有效的对膝关节起到良好的承载定位能力，一方面可有效的减轻膝关节受外力影响，可同时满足避免膝关节因受力过大而受到损伤，和提高膝关节对外力承载能力，改善膝关节受力情况及提高人体腿部对外做功能力，另一方面可根据使用需要，为腿部的小腿与大腿间提供辅助强化训练驱动力，且驱动力调节灵活，调节范围广，调节精度高且调节及运行自动化程度高，从而有效的满足对腿部疾病康复训练及对腿部肌肉进行强化训练的要求，极大提高了设备使用灵活性和通用性。
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)
1.一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于，所述的腿部训练康复多功能机器人包括定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、导向杆、驱动电机及控制机构，所述的定位架共两个，并分别包覆在人体大腿和小腿外表面，两定位架前端的侧表面通过驱动电机相互铰接，所述的两驱动电机同轴分布，且两驱动电机轴线与两定位架对称线重合，所述的强化连杆两端分别与两定位架后表面连接，导向杆至少两根，以定位架轴线对称分布在定位架两侧，并与水平面垂直分布，所述的导向杆两端分别与两定位架侧表面通过滑轨相互滑动连接，所述的强化连杆包括主弹性伸缩杆和辅助弹性伸缩杆，所述的主弹性伸缩杆和辅助弹性伸缩杆均至少一个，其中所述的辅助弹性伸缩杆嵌于定位架侧表面并与定位架轴线平行分布，所述的主弹性伸缩杆两端分别与两定位架上的辅助弹性伸缩杆端面铰接，且所述的辅助弹性伸缩杆轴线与主弹性伸缩杆轴线呈0°—90°夹角，所述的定位架包括承载环、强化连接杆、承压弹簧及连接铰链，所述的承载环至少两个，各承载环同轴分布且相邻两个承载环间通过至少若干强化连接杆和若干承压弹簧相互连接，所述的强化连接杆、承压弹簧与承载环轴线呈0°—60°夹角，所述的强化连接杆、承压弹簧与承载环间均通过连接铰链相互铰接，且一个强化连接杆和一个承压弹簧构成一个工作组，且同一工作组中的强化连接杆、承压弹簧与承载环轴线夹角0°时，则强化连接杆、承压弹簧间呈15°—90°夹角，所述的工作组至少两个，且各工作组均环绕定位架轴线均布，所述的承载环包括至少两个承载段和至少一个定位扣，且各承载段间通过连接铰链相互铰接，其中两个连接段间通过定位扣相互连接并构成闭合环状结构，所述的神经刺激电极、生理传感器均至少一个，嵌于定位架承载环的承载段内表面，并与控制机构电气连接，所述的控制机构通过定位扣安装在定位架外表面。
2.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的承载段内均设横截面呈矩形的承载腔，所述的神经刺激电极、生理传感器均嵌于承载腔内，所述的承载段外设弹性垫块，且弹性垫块包覆在承载段外表面。
3.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的导向杆两端与滑轨间通过滑块相互滑动连接，且导向杆与滑块间通过转台机构相互铰接。
4.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的导向杆、主弹性伸缩杆、辅助弹性伸缩杆及强化连接杆、承压弹簧为液压杆、气压缸及弹簧杆中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的辅助弹性伸缩杆与定位架间通过滑轨滑动连接，且辅助弹性伸缩杆与主弹性伸缩杆接触面间设压力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的导向杆末端设承载块，所述承载块与地平面相抵，且承载块与导向杆间通过转台机构相互铰接，所述的承载块与地平面接触面面积为导向杆横截面面积的3—10倍。
7.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的驱动电机为恒力伺服电机，且驱动电机设转速传感器，所述的转速传感器与控制机构电气连接。
8.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的控制机构包括承载壳、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架外表面相互连接，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、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆、驱动电机、压力传感器、转速传感器电气连接。
9.根据权利要求8所述的一种腿部训练康复多功能机器人，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、定位架、神经刺激电极、生理传感器、强化连杆和驱动电机电气连接。
10.根据权利要求1所述的一种腿部训练康复多功能机器人，其特征在于：所述的定位架外设弹性防护罩，所述的弹性防护罩包覆在两个定位架外并与定位架同轴分布。
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