CN109107039B - 一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，包括椭圆机主体、第一、二盘式电机、第一、二踏步连杆、第一、二踏板摆杆、第一、二足踏板、电气模块和触摸显示屏；所述椭圆机主体设有底座、电机架、第一滑轨、第二滑轨和显示器架；所述电气模块包括上位机、微处理器控制模块、肌电采集模块和功能性电刺激模块。本发明可以让使用在安全舒适的情况下进行椭圆步行轨迹的下肢训练，由触摸显示屏提供虚拟训练场景，并利用使用者自身的肌电信号评估其运动能力，调控电机输出与功能性电刺激来做出运动补偿，帮助使用者完成训练，提高了训练安全性，主、被动结合的训练方式使训练效率更高。

Description

一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器

技术领域

本发明涉及康复训练器械技术领域，尤其涉及一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器。

背景技术

下肢功能障碍对人的工作和生活具有严重的影响，当前我国有相当数量的下肢功能障碍者，引起下肢功能障碍的主要原因有：脑卒中等疾病和意外事故。

无论是疾病或者肢体损伤造成的运动肌能障碍，良好的下肢康复训练都可以提高下肢活动能力和促进神经功能重塑，但是当前通过单纯康复训练器械进行康复训练的方法存在诸多弊端，如：无法对使用者的运动能力进行评估而导致训练具有盲目性，易造成二次损伤；无法给使用者提供精确、合理的助力导致训练效率低甚至难以进行训练等。此外，多数康复训练器械不具备虚拟交互式的训练场景，使得康复训练缺乏互动性、趣味性和沉浸性，影响训练效果。

发明内容

本发明针对当前康复训练器械的上述不足，提供一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，这是一种结合了肌电信号反馈与功能性电刺激辅助且能实现椭圆步行轨迹的下肢康复训练器，能够根据使用者的肌电信号评估其运动能力，并在训练中做出相应的功能性电刺激辅助，帮助使用者完成训练动作，符合医学康复理论；并且可以根据使用者体态调节尺寸，实现单自由度驱动，结构简洁紧凑，安装使用方便，可供医院和家庭使用。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，包括椭圆机主体、第一盘式电机、第一电机输出端、第一踏步连杆、第一踏板摆杆、第一足踏板、第二盘式电机、第二电机输出端、第二踏步连杆、第二踏板摆杆、第二足踏板、电气模块和触摸显示屏；

所述椭圆机主体为所述训练器的框架，设有底座、电机架、第一滑轨、第二滑轨和显示器架；

第一盘式电机安装在椭圆机主体电机架内的一侧，第一电机输出端与第一盘式电机通过键连接固连、与椭圆机主体转动配合；第一踏步连杆一端与第一电机输出端铰连接，另一端通过滑轮与椭圆机主体通过第一滑轨滑动连接，第一足踏板的前端铰连接于第一踏步连杆中部；第一踏步摆杆一端与椭圆机主体转动连接，另一端与第一足踏板后端铰接，用于将第一足踏板摆动到合适的角度；

第二盘式电机安装在椭圆机主体电机架内的另一侧，第二电机输出端与第二盘式电机通过键连接固连、与椭圆机主体转动配合；第二踏步连杆一端与第二电机输出端铰连接，另一端通过滑轮与椭圆机主体通过第二滑轨滑动连接，第二足踏板的前端铰连接于第二踏步连杆中部；第二踏步摆杆一端与椭圆机主体转动连接，另一端与第二足踏板后端铰接，用于将第二足踏板摆动到合适的角度；

第一电机输出端与第二电机输出端相对于椭圆机主体的转动相位相差180°；

所述电气模块内嵌在椭圆机主体的上端；所述电气模块包括上位机、微处理器控制模块、肌电采集模块和功能性电刺激模块；所述肌电采集模块用于采集和预处理使用者的肌电信号；所述上位机对采集的肌电信号作进一步处理和运算后得到使用者运动能力评估数据，并反馈至所述微处理器控制模块，由所述微处理器控制模块对所述第一、二盘式电机、功能性电刺激模块和触摸显示屏进行控制；所述触摸显示屏接受触摸操作控制和所述微处理器控制模块控制，可以面向使用者构建与运动情形相匹配的虚拟场景；所述功能性电刺激模块接收所述上位机发出的控制指令对使用者施加功能性电刺激。

进一步地，所述椭圆机主体还设有靠板、束带环、托板和扶手；所述靠板用于支撑使用者上肢躯干；所述束带环用于束紧使用者上肢躯干；所述托板用于托住使用者手臂；所述扶手用于使用者手握扶持。

进一步地，所述第一电机输出端设有四个配合孔，用于和第一踏步连杆配合，通过将第一踏步连杆与不同的配合孔相配合，可以改变第一足踏板的轨迹幅度；所述第二电机输出端设有四个配合孔，用于和第二踏步连杆配合，通过将第二踏步连杆与不同的配合孔相配合，可以改变第二足踏板的轨迹幅度；所以所述第一、二踏步连杆分别与所述第一、二电机输出端的配合位置可调，实现可调节训练以适应不同体态人群。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，与现有技术相比具有这样的有益效果：

(1)能够通过使用者自身肌电信号评估其运动能力，避免盲目训练、过度训练和训练损伤；

(2)能够通过使用者自身肌电信号进行反馈，实时控制器械做出正确助力，实现主动助力和精确助力，提高了训练效率；

(3)能够构建与训练情况相匹配的虚拟交换训练场景，提高训练的互动性、趣味性和沉浸性，进一步提高训练效率。

本发明能够根据使用者的肌电信号评估其运动能力，并在训练中做出相应的功能性电刺激辅助，帮助使用者完成训练动作，符合医学康复理论；并且可以根据使用者体态调节尺寸，实现单自由度驱动，结构简洁紧凑，安装使用方便，可供医院和家庭使用。

本发明可以让使用在安全舒适的情况下进行椭圆步行轨迹的下肢训练，由触摸显示屏提供虚拟训练场景，并利用使用者自身的肌电信号评估其运动能力，调控电机输出与功能性电刺激来做出运动补偿，帮助使用者完成训练，提高了训练安全性，主、被动结合的训练方式使训练效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的椭圆机主体示意图；

图3为本发明实施例提供的椭圆机主体的主视图；

图4为图3中A-A相的剖视图；

图5为本发明实施例提供的康复训练器上端示意图；

图6为本发明实施例提供的所述电机输出端、所述踏步连杆及足踏板的配合示意图；

图7为本发明实施例提供的电机输出端示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所述的实施例是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，该训练器能够采集肌电信号并对使用者作出运动评估，当使用者运动能力不足时提供实时精确功能性电刺激辅助，并能够实现椭圆步行轨迹，如图1、2和6所示，所述康复训练器包括椭圆机主体1，第一踏步连杆21、第二踏步连杆22，第一踏步摆杆31、第二踏步摆杆32，第一电机输出端41、第二电机输出端，触摸显示屏5，电气模块6，第一足踏板71、第二足踏板72、第一盘式电机81和第二盘式电机82；其中：椭圆机主体1为所述训练器的框架，设有底座10、电机架11、第一滑轨191、第二滑轨192和显示器架5；第一盘式电机81安装在椭圆机主体1的电机架11内的一侧，第一电机输出端41与第一盘式电机81通过键连接固连，第一电机输出端41与椭圆机主体1转动配合，第一踏步连杆21与第一电机输出端41铰接，第一踏步连杆21与椭圆机主体1通过滑轨191滑动连接，第一踏步连杆21与第一足踏板71铰接，第一踏步摆杆31与椭圆机主体1转动连接，第一踏步摆杆31与第一足踏板71后端铰接；第二盘式电机安装在椭圆机主体1的电机架11内的另一侧，第二电机输出端与第二盘式电机通过键连接固连，第二电机输出端与椭圆机主体1转动配合，第二踏步连杆22与第二电机输出端铰接，第二踏步连杆22与椭圆机主体1通过滑轨192滑动连接，第二踏步连杆22与第二足踏板72铰接，第二踏步摆杆32与椭圆机主体1转动连接，第二踏步摆杆32与第二足踏板72后端铰接；第一电机输出端41与第二电机输出端相对于椭圆机主体1的转动相位相差180°；从而使得使用者两腿交替前后运动。

电气模块6内嵌在椭圆机主体1的上端、若干带电极片的导线61从电气模块6中引出；触摸显示屏5与椭圆机主体1通过显示屏支架15可调连接。

具体地，下面将结合附图对一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器的结构及原理进行描述。

图2所示的是椭圆机主体1，椭圆机主体1主要包括：用于安装第一盘式电机81和第二盘式电机的电机架11、用于对第一、二踏步连杆21、22分别进行限位的第一滑轨191和第二滑轨192、用于支撑使用者上肢躯干的靠板17、用于束紧使用者上肢躯干的束带环18、用于托住使用者手臂的托板16、用于使用者手握扶持的两个扶手14、用于支撑触摸显示屏5及提供走线通道的支撑架15、两侧用于与第一踏步摆杆31、第二踏步摆杆32配合的摆杆转孔13、主体支撑架12以及底座10。

图3和图4是对椭圆机主体1的第一、二滑轨191、192进行剖视图展示，第一滑轨191的内部轨道与第一踏步连杆21的滑轮201配合，使得第一踏步连杆21能够沿轨道前后滑行而不脱离轨道，同理，第二滑轨192按此方式与第二踏步连杆21配合。

图5展示的是所述康复训练器的上半部分，椭圆机主体1上的靠板17可以打开，内部安放了电气模块6，侧面伸出的电极片粘贴在使用者下肢特定肌肉群上，检测使用者的肌电信号并作出功能性电刺激辅助。

图6展示的是第一盘式电机81、第一踏步连杆21、第一电机输出端41和第一足踏板71的配合方式，第一盘式电机81通过键连接第一电机输出端41，第一踏步连杆21与第一电机输出端41通过铰接可以相对于第一电机输出端41做旋转运动，第一足踏板71的前端与第一踏步连杆的中间位置铰接、后端通过轴承台701与第一踏步摆杆31配合，第一踏步连杆21的滑轮201与椭圆机主体1的第一滑轨191配合，第二盘式电机、第二踏步连杆21、第二电机输出端和第二足踏板72以同样的方式配合。

图7展示的是第一电机输出端41，在此实施例中，第一电机输出端41留有4个配合孔401，用于和第一踏步连杆21配合，通过将第一踏步连杆21与不同的配合孔401相配合，可以改变第一足踏板71的轨迹幅度，实现可调节训练以适应不同体态人群。

本发明的使用方法说明如下：

使用者站立在第一足踏板和第二足踏板上，由于第一盘式电机和第二盘式电机处于制动状态，第一踏步连杆和第二踏步连杆不会转动，使用者的腹部位置靠紧靠板，用束带穿过束带环、绕过使用者的腰部并束紧，使用者的手臂放在托板上、并使其手握扶手保持稳定，将电气模块引出的电极贴片粘贴在使用者的特定肌肉群上，使用者目视触摸显示屏提供的虚拟训练场景，准备开始训练。

第一盘式电机和第二盘式电机开启，第一盘式电机带动第一电机输出端进行旋转运动，第一电机输出端带动第一动踏步连杆，并使得与第一踏步连杆铰接的第一足踏板做椭圆轨迹的运动；同时，第一踏步摆杆在第一足踏板做椭圆轨迹运动时将其倾角调整到适合使用者训练的角度，这样，第一足踏板带动使用者进行椭圆轨迹的踏步运动，同理，第二足踏板也将在第二盘式电机的驱动下如此运动。

电气模块的肌电采集模块通过电极贴片采集使用者的肌电信号，上位机接口将肌电信号传输到上位机，上位机对肌电信号进行处理和运算得到使用者的运动能力评估数据，并发送至电气模块的微处理器控制模块，根据评估数据对盘式电机的转速进行调整；如果使用者运动能力较强，则减少电机的转速甚至停止，使用者提供更多的主动力；如果在此过程中使用者力量与所需主动力有较小差距，则用电极贴片对使用者特定肌肉群进行功能性电刺激实现精细运动补偿；如果使用者力量与所需主动力有较大差距，则通过增加电机的输出功率、利用电机的被动力进行运动补偿，从而完成训练，实现了主被动结合训练，增强了训练效果，提高了训练效率；训练过程中触摸显示屏持续显示与实际运动情形相匹配的虚拟场景，从而提高训练的趣味性和沉浸性。

本发明实施例提供的一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器中，所述踏步连杆一端由所述电机输出端带动进行绕电机输出轴的旋转运动。由于所述踏步连杆另一端被限制在所述椭圆机主体后端的滑轨上、仅能做单自由度的直线运动，构成了曲柄滑块机构；所述踏步连杆的中间位置与足踏板铰接，足踏板随所述踏步连杆的运动轨迹为一个椭圆；所述踏步摆杆通过与足踏板铰接可以将足踏板控制在一个合适的倾斜角度，模仿人行走时脚掌的倾角变化；将所述电气模块引出的电极片贴在使用者对应的腿部肌肉位置，由所述肌电采集模块进行肌电信号采集和预处理，由所述功能性电刺激模块施加功能性电刺激；所述上位机接口将肌电信号传输到上位机，上位机对肌电信号进一步处理和运算后得到使用者运动能力评估数据，并反馈至所述微处理器控制模块，由所述微处理器控制模块对所述盘式电机、所述功能性电刺激模块、所述触摸显示屏进行控制；所述触摸显示屏接受触摸操作控制和所述微处理器控制模块控制，可以面向使用者构建与运动情形相匹配的虚拟场景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，其特征在于：所述训练器包括椭圆机主体、第一盘式电机、第一电机输出端、第一踏步连杆、第一踏板摆杆、第一足踏板、第二盘式电机、第二电机输出端、第二踏步连杆、第二踏板摆杆、第二足踏板、电气模块和触摸显示屏；

所述椭圆机主体为所述训练器的框架，设有底座、电机架、第一滑轨、第二滑轨和显示器架；

第一盘式电机安装在椭圆机主体电机架内的一侧，第一电机输出端与第一盘式电机通过键连接固连、与椭圆机主体转动配合；第一踏步连杆一端与第一电机输出端铰连接，另一端通过滑轮与椭圆机主体通过第一滑轨滑动连接，第一足踏板的前端铰连接于第一踏步连杆中部；第一踏步摆杆一端与椭圆机主体转动连接，另一端与第一足踏板后端铰接，用于将第一足踏板摆动到合适的角度；

第二盘式电机安装在椭圆机主体电机架内的另一侧，第二电机输出端与第二盘式电机通过键连接固连、与椭圆机主体转动配合；第二踏步连杆一端与第二电机输出端铰连接，另一端通过滑轮与椭圆机主体通过第二滑轨滑动连接，第二足踏板的前端铰连接于第二踏步连杆中部；第二踏步摆杆一端与椭圆机主体转动连接，另一端与第二足踏板后端铰接，用于将第二足踏板摆动到合适的角度；

第一电机输出端与第二电机输出端相对于椭圆机主体的转动相位相差180°；

所述电气模块内嵌在椭圆机主体的上端；所述电气模块包括上位机、微处理器控制模块、肌电采集模块和功能性电刺激模块；所述肌电采集模块用于采集和预处理使用者的肌电信号；所述上位机对采集的肌电信号作进一步处理和运算后得到使用者运动能力评估数据，并反馈至所述微处理器控制模块，由所述微处理器控制模块对所述第一、二盘式电机、功能性电刺激模块和触摸显示屏进行控制；所述触摸显示屏接受触摸操作控制和所述微处理器控制模块控制，可以面向使用者构建与运动情形相匹配的虚拟场景；所述功能性电刺激模块接收所述上位机发出的控制指令对使用者施加功能性电刺激；

所述第一电机输出端设有四个配合孔，用于和第一踏步连杆配合，通过将第一踏步连杆与不同的配合孔相配合，可以改变第一足踏板的轨迹幅度；所述第二电机输出端设有四个配合孔，用于和第二踏步连杆配合，通过将第二踏步连杆与不同的配合孔相配合，可以改变第二足踏板的轨迹幅度；所以所述第一、二踏步连杆分别与所述第一、二电机输出端的配合位置可调，实现可调节训练以适应不同体态人群。

2.根据权利要求1所述的一种肌电反馈与电刺激辅助式下肢康复训练器，其特征在于：所述椭圆机主体还设有靠板、束带环、托板和扶手；所述靠板用于支撑使用者上肢躯干；所述束带环用于束紧使用者上肢躯干；所述托板用于托住使用者手臂；所述扶手用于使用者手握扶持。

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