CN109172261B - 一种弹性步态减重装置及其减重方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性步态减重装置及其减重方法，包括绳索牵引机构和防坠保护机构，绳索牵引机构包括传动系统、绳索绞盘、牵引绳索、拉力传感器和滑轮组件，通过改变弹性拉伸组件内部气压从而改变其伸缩长度来实现减重力大小恒定不变，通过弹性拉伸组件的伸缩来补偿患者重心的上下偏移，有利于患者寻找适合自己的训练步态进行恒定训练；患者步态行走时重心的上下偏移，可通过减重力大小的动态改变来改变弹性拉伸组件内部气压，使其保持在设定值进行动态训练；在患者摔倒时，能够有效防止患者下坠，通过弹性拉伸组件模仿肌肉的自然运动的伸缩，能够有效消除患者在进行步态训练意外下坠时引起的不舒适性，有效提高了病人训练时整体的舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及到了一种弹性步态减重装置及其减重方法。
背景技术
市面上的减重产品大致分为两类，第一类是静态减重，患者重心无法向下，重心向上时悬吊绳索中的张力随之消失，此类产品的减重力随患者步态的变化非常不稳定；第二类是动态恒力减重，即随患者重心上下的偏移始终维持悬吊绳索的恒定拉力，此类产品的悬吊系统无弹性，患者进行步态训练或者意外下坠时会引起不适，且需要额外配置空压机房，且在科室间转移不方便。
发明内容
本发明解决的问题是提供了一种可通过改变弹性拉伸组件内部气压从而改变其伸缩长度来实现减重力大小恒定不变，通过弹性拉伸组件的伸缩来补偿患者重心的上下偏移，有利于患者寻找适合自己的训练步态进行恒定训练；患者步态行走时重心的上下偏移，可通过减重力大小的动态改变来改变弹性拉伸组件内部气压，使其保持在设定值进行动态训练；在患者摔倒时，能够有效防止患者下坠，通过弹性拉伸组件模仿肌肉的自然运动的伸缩，能够有效消除患者在进行步态训练意外下坠时引起的不舒适性，有效提高了病人训练时整体的舒适度的弹性步态减重装置。
为了解决上述问题，本发明提供了一种弹性步态减重装置及其减重方法，包括绳索牵引机构和防坠保护机构，所述绳索牵引机构设于防坠保护机构一侧并与其传动连接，所述绳索牵引机构包括传动系统、绳索绞盘、牵引绳索、拉力传感器和滑轮组件，所述传动系统一侧设有绳索绞盘并与其传动连接，所述牵引绳索一端固定于绳索绞盘上，其另一端向前延伸并依次穿过滑轮组件并固定于负载吊带上，所述牵引绳索上装设有拉力传感器，所述防坠保护机构包括气动驱动系统、弹性拉伸组件、电子锁定插销，所述气动驱动系统与弹性拉伸组件传动连接，所述弹性拉伸组件固定装设于滑轮组件底端并与其相连接，所述弹性拉伸组件与滑轮组件连接处装设有电子锁定插销，所述绳索牵引机构一侧设有控制装置，所述控制装置分别与传动系统、拉力传感器和气动驱动系统和电子锁定插销电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述传动系统包括电机、减速器和联轴器，所述电机一端设有减速器并与其传动连接，所述减速器通过联轴器与绳索绞盘传动连接。
作为本发明的进一步改进，滑轮组件包括动滑轮和定滑轮，所述动滑轮牵引绳索依次穿过一组对称设置的第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮、第二动滑轮以及另一组对称设置的第三定滑轮。
作为本发明的进一步改进，所述气动驱动系统包括静音空压机、压缩空气油水分离器、储气罐和气压传感器，所述静音空压机通过输气管道与压缩空气油水分离器相连通，所述压缩空气油水分离器设于储气罐一端并通过输气管道与其相连通，所述弹性拉伸组件为气动肌腱组件，所述弹性拉伸组件包括一级气动肌腱和二级气动肌腱，所述储气罐通过两条输气管道分别与一级气动肌腱和二级气动肌腱相连通，所述输气管道上均装设有电磁阀和气压传感器，所述电磁阀和气压传感器分别与控制装置电性连接，所述所述一级气动肌腱固定装设于第一动滑轮底端并与其相连接，所述二级气动肌腱固定装设于第二动滑轮底端并与其相连接。
作为本发明的进一步改进，所述控制装置为工业控制计算机，所述控制装置包括信号接收模块、储存模块、CPU处理模块、信号发射模块和报警模块，所述信号接收模块一侧设有CPU处理模块并与其相连通，所述CPU处理模块分别与储存模块、信号发射模块和报警模块相连通。
作为本发明的进一步改进，所述定滑轮固定于减重吊架上。
作为本发明的进一步改进，所述减重吊架上内装设有可调节式支撑组件，所述可调节式支撑组件包括固定杆、调节卡套、调节螺杆、扶杠和连接件，所述固定杆固定焊接于减重吊架上，所述固定杆一侧焊接有调节卡套，所述调节卡套开设有连接孔，所述调节螺杆套设于调节卡套内，所述调节螺杆上开设有若干调节螺纹孔，所述连接件贯穿于连接孔、调节螺纹孔将调节卡套与调节螺杆固定，所述调节螺杆上焊接有扶杠。
本发明按照以下步骤对康复患者进行防摔步态减重训练：
进行动态减重时，步骤一：进行动态减重时，让康复患者穿戴好负载吊带，启动控制装置的进行动态减重按钮，医护人员通过控制装置的人机交互界面设定初步的减重值，控制装置的CPU处理模块根据储存模块内预设的系统内置数据信息选取弹性拉伸组件对应的弹性系数以及对应的气压值，从而来判断单独使用一级气动肌腱或者二级气动肌腱，还是串联使用一级气动肌腱和二级气动肌腱。
步骤二：当CPU处理模块判断单独使用一级气动肌腱或者二级气动肌腱时，CPU处理模块发送至指令给信号发射模块，信号发射模块将信号发送给对应的电子锁定插销以及电磁阀，从而锁定一级气动肌腱或者二级气动肌腱，从而打开未被锁定的一级气动肌腱或者二级气动肌腱，接着CPU处理模块发送指令给信号发射模块，通过信号发射模块发送信号启动气动驱动系统，气动驱动系统驱动一级气动肌腱或者二级气动肌腱；当CPU处理模块判断串联使用一级气动肌腱和二级气动肌腱时，CPU处理模块发送至指令给信号发射模块，信号发射模块将信号发送给电磁阀，从而打开弹性拉伸组件，接着CPU处理模块发送指令给信号发射模块，通过信号发射模块发送信号启动气动驱动系统，气动驱动系统驱动弹性拉伸组件，气压传感器将检测的气压值通过信号接收模块传递给CPU处理模块，当达到指定的气压值时，CPU处理模块发送指令给信号发射模块，通过信号发射模块发送信号关闭气动驱动系统和电磁阀。
步骤三：CPU处理模块控制传动系统启动，传动系统驱动绳索绞盘开始张紧牵引绳索，拉力传感器将检测牵引绳索的拉力值通过信号接收模块传递给CPU处理模块，当拉力值与设定的减重值相对应时，CPU处理模块控制传动系统的电机锁紧从而将绳索锁住，进行减重康复训练。
步骤四：在训练过程中，患者步态行走时会引起重心上下偏移，当向下偏移时，牵引绳索受到的拉力值变大，弹性拉伸组件处于被动状态，弹性拉伸组件类似于拉伸型弹簧，弹性拉伸组件受拉伸变长，当向上偏移时，弹性拉伸组件收缩变短，牵引绳索受到的拉力值会变小。训练过程中气体会有损耗，气压传感器将检测的气压值通过信号接收模块传递给CPU处理模块，当CPU处理模块判定气压传感器检测的气压值低于设定的气压值时，CPU处理模块发送指令给信号发射模块，通过信号发射模块发送信号启动气动驱动系统对弹性拉伸组件内气体补充至设定值，若弹性拉伸组件内的气压增大，则气压传感器将检测的气压值通过信号接收模块传递给CPU处理模块，当CPU处理模块判定气压传感器将检测的气压值高于设定的气压值时，CPU处理模块通过信号发射模块发送信号至电磁阀进行对驱动弹性拉伸组件排气直至设定的气压值，通过对弹性拉伸组件内部气压的动态调整，使其气压保持在设定值;患者体力不支时，其步态行走引起的重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器将检测的拉力值传递给CPU处理模块，CPU处理模块通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块会发送信号给报警模块进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后再进行训练，在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器将检测的拉力值即患者体重，传递给CPU处理模块，CPU处理模块会判定患者摔倒，打开气动驱动系统以及电磁阀，对弹性拉伸组件补充气体使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件会对牵引绳索起到弹性支撑的作用，牵引绳索以及弹性拉伸组件会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，并重新调整控制装置设定的减重值进行训练。
步骤五：训练完成后，将患者下安放轮椅，接着医护人员按住控制装置的人机交互界面的训练完成按钮，CPU处理模块收到指令关闭传动系统以及气动驱动系统，传动系统释放牵引绳索，电磁阀进行排气，取出患者身上的负载吊带。
进行恒定减重时，其步骤与动态减重的步骤一、二、三、五相同，区别在于步骤四：在训练过程中，患者步态行走时会引起重心上下偏移，弹性拉伸组件处于主动状态，当向下偏移时，拉力传感器将检测牵引绳索受到的拉力值传递至CPU处理模块，CPU处理模块通过信号发射模块发送信号至气动驱动系统，气动驱动系统驱动弹性拉伸组件排出气体从而使其伸长，从而调整向下偏移时牵引绳索中的拉力值，当向上偏移时，拉力传感器将检测牵引绳索受到的拉力值传递至CPU处理模块，CPU处理模块通过信号发射模块发送信号至电磁阀对驱动弹性拉伸组件进行补充气体使其收缩，从而调整向上偏移时牵引绳索中的拉力值，通过改变弹性拉伸组件内部气压从而改变其伸缩长度来实现减重力大小的恒定不变，当患者体力不支时，患者步态行走时会引起重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器将检测的拉力值传递给CPU处理模块，CPU处理模块通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块会发送信号给报警模块进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后在进行训练，在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器将检测的拉力值为极值即患者体重，传递给CPU处理模块，CPU处理模块会判定患者摔倒，打开气动驱动系统以及电磁阀，对弹性拉伸组件补充气体使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件会对牵引绳索起到弹性支撑的作用，牵引绳索以及弹性拉伸组件会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，医护人员重新调整控制装置的设定的减重值进行训练。
采用上述结构，其有益效果在于：
本发明在恒定减重的过程中，能够在患者步态行走中重心向下偏移时，拉力传感器将检测牵引绳索受到的拉力值传递至控制装置的CPU处理模块，控制装置的型号为西门子S7-200，CPU处理模块通过信号发射模块发送信号至电磁阀进行对驱动弹性拉伸组件排气使其伸长，弹性拉伸组件为气动肌腱组件，弹性拉伸组件的型号为DMSP-40-150N-RM-CM和DMSP-40-600N-RM-CM，电磁阀为二位三通电磁阀，型号3V210-08，从而调整向下偏移时牵引绳索的拉力值。当向上偏移时，拉力传感器将检测牵引绳索受到的拉力值传递至CPU处理模块，CPU处理模块通过信号发射模块发送信号至气动驱动系统，气动驱动系统驱动弹性拉伸组件补充气体从而使其收缩，从而调整向上偏移时牵引绳索的拉力值，通过快速改变弹性拉伸组件内部气压从而改变其伸缩长度来实现减重力大小的恒定不变，通过弹性拉伸组件的伸缩来补偿患者重心的上下偏移，有利于患者寻找适合自己的训练步态。
本发明在动态减重的过程中，当患者步态行走中重心向下偏移时，牵引绳索受到的拉力值变大，弹性拉伸组件处于被动状态，弹性拉伸组件类似于拉伸型弹簧，弹性拉伸组件受拉伸变长，牵引绳索受到的拉力值会变大，当向上偏移时，弹性拉伸组件收缩变短，牵引绳索受到的拉力值会变小。训练过程中气体会有损耗，气压传感器将检测的气压值通过信号接收模块传递给CPU处理模块，当CPU处理模块判定气压传感器检测的气压值低于设定的气压值时，CPU处理模块发送指令给信号发射模块，通过信号发射模块发送信号启动气动驱动系统对弹性拉伸组件内气体补充至设定值，若弹性拉伸组件内的气压增大，则气压传感器将检测的气压值通过信号接收模块传递给CPU处理模块，当CPU处理模块判定气压传感器将检测的气压值高于设定的气压值时，CPU处理模块通过信号发射模块发送信号至电磁阀进行对驱动弹性拉伸组件排气直至设定的气压值，通过对弹性拉伸组件内部气压的动态调整，使其气压保持在设定值，能有效提升患者的舒适度。
本发明在患者体力不支时，其步态行走引起的重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器将检测的拉力值传递给CPU处理模块，CPU处理模块通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块会发送信号给报警模块进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后再进行训练，通过合理的提示能够更加有效率地进行康复训练，加速康复的进程，增强康复的效果。
本发明在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器将检测的拉力值即患者体重传递给CPU处理模块，CPU处理模块会判定患者摔倒，打开气动驱动系统以及打开电磁阀，电子锁定插销型号为施诺奇D4NL SERIES，气压传感器型号为BMP180，对弹性拉伸组件补充气体使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件会对牵引绳索起到弹性支撑的作用，牵引绳索以及弹性拉伸组件会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，医护人员重新调整控制装置设定的减重值进行训练，能够有效的防止患者下坠，通过弹性拉伸组件模仿肌肉的自然运动的伸缩，能够有效消除患者在进行步态训练意外下坠时引起的不舒适性，有效提高了病人训练时整体的舒适度。
本发明弹性拉伸组件包括一级气动肌腱和二级气动肌腱，所述储气罐通过两条输气管道分别与一级气动肌腱和二级气动肌腱相连通，气动肌腱可以分别单独使用，也可以通过串联模式同时使用，能够覆盖比较宽泛的减重力和弹性系数，达到更好的减重效果。
本发明减重吊架上装设有可调节式支撑组件，可调节式支撑组件可在患者训练调整重心时起到固定支撑的作用，能够进一步保证患者的安全，所述可调节式支撑组件包括固定杆、调节卡套、调节螺杆、扶杠和连接件，所述固定杆固定焊接于减重吊架上，所述固定杆一侧焊接有调节卡套，所述调节卡套开设有连接孔，所述调节螺杆套设于调节卡套内，所述调节螺杆上开设有若干调节螺纹孔，所述连接件贯穿于连接孔、调节螺纹孔将调节卡套与调节螺杆固定，所述调节螺杆上焊接有扶杠，通过调节螺杆上的调节螺纹孔与调节卡套的连接孔进行上下调节，从而调整扶杠整体的高度，能够适应不同高度，不同臂展的患者，适宜广泛推广。
附图说明
图1为本发明弹性步态减重装置的结构示意图。
图2为本发明弹性步态减重装置的减重原理图。
图3为控制装置控制流程图。
图4为控制装置储存模块内预设的系统内置数据信息的最小、最大减重力与弹性拉伸组件对应的弹性系数以及气压值的示意图。
图中：1-绳索牵引机构,101-传动系统,102-绳索绞盘,103-牵引绳索,104-拉力传感器,105-滑轮组件,106-电机,107-减速器,108-联轴器,109-动滑轮,110-定滑轮,111-第一定滑轮,112-第二定滑轮,113-第二动滑轮,114-第三定滑轮,115-第一动滑轮,2-防坠保护机构,201-气动驱动系统，202-弹性拉伸组件，203-电子锁定插销，204-静音空压机，205-压缩空气油水分离器，206-储气罐，207-气压传感器，208-一级气动肌腱，209-二级气动肌腱，210-电磁阀，3-负载吊带，4-控制装置，401-信号接收模块,402-储存模块,403-CPU处理模块,404-信号发射模块,405-报警模块，5-减重吊架,6-可调节式支撑组件,601-固定杆,602-调节卡套,603-调节螺杆,604-扶杠,605-连接孔,606-调节螺纹孔,607-连接件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例一：一种弹性步态减重装置及其减重方法，包括绳索牵引机构1和防坠保护机构2，所述绳索牵引机构1设于防坠保护机构2一侧并与其传动连接，所述绳索牵引机构1包括传动系统101、绳索绞盘102、牵引绳索103、拉力传感器104和滑轮组件105，所述传动系统101一侧设有绳索绞盘102并与其传动连接，所述牵引绳索103一端固定于绳索绞盘104上，其另一端向前延伸并依次穿过滑轮组件105并固定于负载吊带3上，所述牵引绳索103上装设有拉力传感器104，所述防坠保护机构2包括气动驱动系统201、弹性拉伸组件202、电子锁定插销203，所述气动驱动系统201与弹性拉伸组件202传动连接，所述弹性拉伸组件202固定装设于滑轮组件105底端并与其相连接，所述弹性拉伸组件202与滑轮组件105连接处装设有电子锁定插销203，所述绳索牵引机构1一侧设有控制装置4，所述控制装置4分别与传动系统101、拉力传感器104和气动驱动系统201和电子锁定插销203电性连接。
实施例二：传动系统101包括电机106、减速器107和联轴器108，所述电机106一端设有减速器107并与其传动连接，所述减速器107通过联轴器108与绳索绞盘102传动连接。
实施例三：滑轮组件105包括动滑轮109和定滑轮110，所述动滑轮109牵引绳索103依次穿过一组对称设置的第一定滑轮111、第一动滑轮115、第二定滑轮112、第二动滑轮113以及另一组对称设置的第三定滑轮114。
实施例四：气动驱动系统201包括静音空压机204、压缩空气油水分离器205、储气罐206和气压传感器207，所述静音空压机204通过输气管道与压缩空气油水分离器205相连通，所述压缩空气油水分离器205设于储气罐206一端并通过输气管道与其相连通，所述弹性拉伸组件202为气动肌腱组件，所述弹性拉伸组件202包括一级气动肌腱208和二级气动肌腱209，所述储气罐206通过两条输气管道分别与一级气动肌腱208和二级气动肌腱209相连通，所述输气管道上均装设有电磁阀210和气压传感器207，所述电磁阀210和气压传感器207分别与控制装置4电性连接，所述所述一级气动肌腱208固定装设于第一动滑轮115底端并与其相连接，所述二级气动肌腱209固定装设于第二动滑轮113底端并与其相连接。
实施例五：控制装置4为工业控制计算机，所述控制装置4包括信号接收模块401、储存模块402、CPU处理模块403、信号发射模块404和报警模块405，所述信号接收模块401一侧设有CPU处理模块403并与其相连通，所述CPU处理模块403分别与储存模块402、信号发射模块404和报警模块405相连通。
实施例六：定滑轮110固定于减重吊架5上，所述减重吊架5上内装设有可调节式支撑组件6，所述可调节式支撑组件6包括固定杆601、调节卡套602、调节螺杆603、扶杠604和连接件607，所述固定杆601固定焊接于减重吊架5上，所述固定杆601一侧焊接有调节卡套602，所述调节卡套602开设有连接孔605，所述调节螺杆603套设于调节卡套602内，所述调节螺杆603上开设有若干调节螺纹孔606，所述连接件607贯穿于连接孔605、调节螺纹孔606将调节卡套602与调节螺杆603固定，所述调节螺杆603上焊接有扶杠604。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体的使用方式对本发明的上述技术方案进行详细说明。
具体工作过程为：进行动态减重时，让康复患者穿戴好负载吊带3，启动控制装置4的进行动态减按钮，医护人员通过控制装置4的人机交互界面设定初步的减重值，控制装置4的CPU处理模块403根据储存模块402内预设的系统内置数据信息选取弹性拉伸组件202对应的弹性系数以及对应的气压值，从而来判断单独使用一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209，还是串联使用一级气动肌腱208和二级气动肌腱209，当CPU处理模块403判断单独使用一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209时，CPU处理模块403发送至指令给信号发射模块404，信号发射模块404将信号发送给对应的电子锁定插销203以及电磁阀210，从而锁定一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209，从而打开未被锁定的一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209，接着CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号启动气动驱动系统201，气动驱动系统201驱动一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209；当CPU处理模块403判断串联使用一级气动肌腱208和二级气动肌腱209时，CPU处理模块403发送至指令给信号发射模块404，信号发射模块404将信号发送给电磁阀210，从而打开弹性拉伸组件202，接着CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号启动气动驱动系统201，气动驱动系统201驱动弹性拉伸组件202，气压传感器207将检测的气压值通过信号接收模块401传递给CPU处理模块403，当达到指定的气压值时，CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号关闭气动驱动系统201和电磁阀210，CPU处理模块403控制传动系统101启动，传动系统101驱动绳索绞盘102开始张紧牵引绳索103，拉力传感器104将检测牵引绳索的拉力值通过信号接收模块401传递给CPU处理模块403，当拉力值与设定的减重值相对应时，CPU处理模块403控制传动系统101的电机106锁紧从而将绳索锁住，进行减重康复训练，在训练过程中，患者步态行走时会引起重心上下偏移，当向下偏移时，牵引绳索103受到的拉力值变大，弹性拉伸组件202处于被动状态，弹性拉伸组件202类似于拉伸型弹簧，弹性拉伸组件202受拉伸变长，当向上偏移时，弹性拉伸组件202收缩变短，牵引绳索103受到的拉力值会变小。训练过程中气体会有损耗，气压传感器207将检测的气压值通过信号接收模块401传递给CPU处理模块403，当CPU处理模块403判定气压传感器207检测的气压值低于设定的气压值时，CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号启动气动驱动系统201对弹性拉伸组件202内气体补充至设定值，若弹性拉伸组件202内的气压增大，则气压传感器207将检测的气压值通过信号接收模块401传递给CPU处理模块403，当CPU处理模块403判定气压传感器207将检测的气压值高于设定的气压值时，CPU处理模块403通过信号发射模块404发送信号至电磁阀210进行对驱动弹性拉伸组件202排气直至设定的气压值，通过对弹性拉伸组件202内部气压的动态调整，使其气压保持在设定值，当患者体力不支时，其步态行走引起的重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器104将检测的拉力值传递给CPU处理模块403，CPU处理模块403通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块403会发送信号给报警模块405进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后再进行训练，在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器104将检测的拉力值即患者体重,传递给CPU处理模块403，CPU处理模块403会判定患者摔倒，打开气动驱动系统201，同时打开电磁阀210,对弹性拉伸组件202补充气体使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件202会对牵引绳索103起到弹性支撑的作用，牵引绳索103以及弹性拉伸组件202会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，并重新调整控制装置4的设定的减重值进行训练，训练完成后，将患者下安放轮椅，接着医护人员按住控制装置4的人机交互界面的训练完成按钮，CPU处理模块403收到指令关闭传动系统101以及气动驱动系统201，传动系统101释放牵引绳索103，电磁阀210进行排气，取出患者身上的负载吊带3。
进行恒定减重时，让康复患者穿戴好负载吊带3，启动控制装置4的进行动态减按钮，医护人员通过控制装置4的人机交互界面设定初步的减重值，控制装置4的CPU处理模块403根据储存模块402内预设的系统内置数据信息选取弹性拉伸组件202对应的弹性系数以及对应的气压值，从而来判断单独使用一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209，还是串联使用一级气动肌腱208和二级气动肌腱209，当CPU处理模块403判断单独使用一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209时，CPU处理模块403发送至指令给信号发射模块404，信号发射模块404将信号发送给对应的电子锁定插销203以及电磁阀210，从而锁定一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209，从而打开未被锁定的一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209，接着CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号启动气动驱动系统201，气动驱动系统201驱动一级气动肌腱208或者二级气动肌腱209；当CPU处理模块403判断串联使用一级气动肌腱208和二级气动肌腱209时，CPU处理模块403发送至指令给信号发射模块404，信号发射模块404将信号发送给电磁阀210，从而打开弹性拉伸组件202，接着CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号启动气动驱动系统201，气动驱动系统201驱动弹性拉伸组件202，气压传感器207将检测的气压值通过信号接收模块401传递给CPU处理模块403，当达到指定的气压值时，CPU处理模块403发送指令给信号发射模块404，通过信号发射模块404发送信号关闭气动驱动系统201和电磁阀210，CPU处理模块403控制传动系统101启动，传动系统101驱动绳索绞盘102开始张紧牵引绳索103，拉力传感器104将检测牵引绳索的拉力值通过信号接收模块401传递给CPU处理模块403，当拉力值与设定的减重值相对应时，CPU处理模块403控制传动系统101的电机106锁紧从而将绳索锁住，进行减重康复训练，在训练过程中，患者步态行走时会引起重心上下偏移，弹性拉伸组件202处于主动状态，当向下偏移时，拉力传感器104将检测牵引绳索103受到的拉力值传递至CPU处理模块403，CPU处理模块403通过信号发射模块404发送信号至气动驱动系统201，气动驱动系统201驱动弹性拉伸组件202排气从而使其伸长，从而调整向下偏移时牵引绳索103的拉力值，当向上偏移时，拉力传感器104将检测牵引绳索103受到的拉力值传递至CPU处理模块403，CPU处理模块403通过信号发射模块404发送信号至电磁阀210进行对驱动弹性拉伸组件202充气使其收缩，从而调整向上偏移时牵引绳索103的拉力值，通过改变弹性拉伸组件202内部气压从而改变其伸缩长度来实现减重力大小的恒定不变,当患者体力不支时，其步态行走引起的重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器104将检测的拉力值传递给CPU处理模块403，CPU处理模块403通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块403会发送信号给报警模块405进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后再进行训练，在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器104将检测的拉力值即患者体重,传递给CPU处理模块403，CPU处理模块403会判定患者摔倒，打开气动驱动系统201，同时打开电磁阀210,对弹性拉伸组件202补充气体至使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件202会对牵引绳索103起到弹性支撑的作用，牵引绳索103以及弹性拉伸组件202会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，并重新调整控制装置4的设定的减重值进行训练，训练完成后，将患者下安放轮椅，接着医护人员按住控制装置4的人机交互界面的训练完成按钮，CPU处理模块403收到指令关闭传动系统101以及气动驱动系统201，传动系统101释放牵引绳索103，电磁阀210进行排气，取出患者身上的负载吊带3。
如图4所示，由于采用了动滑轮结构，所以弹性拉伸组件202的实际出力范围在100~2700N（g取10m/s2），先按一个气动肌腱计算，则其收缩范围应该在0~30mm之间，为使气动肌腱具有最高的弹性系数，则其应该向拉伸方向出力，5%拉升时弹性系数最高，30/5%=600mm；同样，为了使气动肌腱具有最小的弹性系数，则其应该向收缩方向出力，20%收缩时弹性系数最小，30/20%=150mm。则两个气动肌腱的长度分别为150mm、600mm。
该系统为串联模式，假设两个气动肌腱在某个状态下的弹性系数分别k1、k2，则串联后的弹性系数为K=k1k2/(k1+k2)，K的范围只能在单个气动肌腱的最大弹性系数kmax和最小弹性系数kmin/2之间变化，由特性曲线可以读出，分别单独使用两个气动肌腱，减重5kg时，150mm气动肌腱的kmax约为293/2.5=117.2N/mm，kmin约为163/6=27.2N/mm；600mm气动肌腱的kmax约为350/12=29.2N/mm，kmin约为200/30=6.67N/mm；减重135kg时，150mm气动肌腱的kmax约为1200/2.4=500N/mm，kmin约为720/6=120N/mm；600mm气动肌腱的kmax约为1500/12=125N/mm，kmin约为900/30=30N/mm。同时使用时，减重5kg,Kmax=23.6N/mm，Kmin=5.2N/mm；减重135kg，Kmax=100N/mm，Kmin=24N/mm。150mm和600mm气动肌腱同时使用时，气压值保持不变，即每个气动肌腱自身的气压值。
上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。
Claims (4)
1.一种弹性步态减重方法，其特征在于：采用弹性步态减重装置按照以下步骤对康复患者进行防摔步态减重训练：
进行动态减重时，步骤一：让康复患者穿戴好负载吊带(3)，启动控制装置(4)的进行动态减重按钮，医护人员通过控制装置(4)的人机交互界面设定的减重值以及弹性系数值，控制装置(4)的CPU处理模块(403)根据储存模块(402)内预设的系统内置数据信息选取弹性拉伸组件(202)对应的弹性系数以及对应的气压值，从而来判断单独使用一级气动肌腱(208)或者二级气动肌腱(209)，还是串联使用一级气动肌腱(208)和二级气动肌腱(209)；
步骤二：当CPU处理模块(403)判断单独使用一级气动肌腱(208)或者二级气动肌腱(209)时，CPU处理模块(403)发送至指令给信号发射模块(404)，信号发射模块(404)将信号发送给对应的电子锁定插销(203)以及电磁阀(210)，从而锁定一级气动肌腱(208)或者二级气动肌腱(209)，从而打开未被锁定的一级气动肌腱(208)或者二级气动肌腱(209)，接着CPU处理模块(403)发送指令给信号发射模块(404)，通过信号发射模块(404)发送信号启动气动驱动系统(201)，气动驱动系统(201)驱动一级气动肌腱(208)或者二级气动肌腱(209)；当CPU处理模块(403)判断串联使用一级气动肌腱(208)和二级气动肌腱(209)时，CPU处理模块(403)发送指令给信号发射模块(404)，信号发射模块(404)将信号发送给电磁阀(210)，从而打开弹性拉伸组件(202)，接着CPU处理模块(403)发送指令给信号发射模块(404)，通过信号发射模块(404)发送信号启动气动驱动系统(201)，气动驱动系统(201)驱动弹性拉伸组件(202)，气压传感器(207)将检测的气压值通过信号接收模块(401)传递给CPU处理模块(403)，当达到指定的气压值时，CPU处理模块(403)发送指令给信号发射模块(404)，通过信号发射模块(404)发送信号关闭气动驱动系统(201)和电磁阀(210)；
步骤三：CPU处理模块(403)控制传动系统(101)启动，传动系统(101)驱动绳索绞盘(102)开始张紧牵引绳索(103)，拉力传感器(104)将检测牵引绳索的拉力值通过信号接收模块(401)传递给CPU处理模块(403)，当拉力值与设定的减重值相对应时，CPU处理模块(403)控制传动系统(101)的电机(106)电机锁紧从而将绳索锁住，进行减重康复训练；
步骤四：在训练过程中，患者步态行走时会引起重心上下偏移，当向下偏移时，牵引绳索(103)受到的拉力值变大，弹性拉伸组件(202)处于被动状态，弹性拉伸组件(202)为拉伸型弹簧，弹性拉伸组件(202)受拉伸变长，当向上偏移时，弹性拉伸组件(202)收缩变短，牵引绳索(103)受到的拉力值会变小，训练过程中气体会有损耗，气压传感器(207)将检测的气压值通过信号接收模块(401)传递给CPU处理模块(403)，当CPU处理模块(403)判定气压传感器(207)检测的气压值低于设定的气压值时，CPU处理模块(403)发送指令给信号发射模块(404)，通过信号发射模块(404)发送信号启动气动驱动系统(201)对弹性拉伸组件(202)内气体补充至设定值，若弹性拉伸组件(202)内的气压增大，则气压传感器(207)将检测的气压值通过信号接收模块(401)传递给CPU处理模块(403)，当CPU处理模块(403)判定气压传感器(207)将检测的气压值高于设定的气压值时，CPU处理模块(403)通过信号发射模块(404)发送信号至电磁阀(210)进行对驱动弹性拉伸组件(202)排气直至设定的气压值，通过对弹性拉伸组件(202)内部气压的动态调整，使其气压保持在设定值；当患者体力不支时，患者步态行走时会引起重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器(104)将检测的拉力值传递给CPU处理模块(403)，CPU处理模块(403)通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块(403)会发送信号给报警模块(405)进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后再进行训练，在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器(104)将检测的拉力值为极值即患者体重，传递给CPU处理模块(403)，CPU处理模块(403)会判定患者摔倒，打开气动驱动系统(201)以及电磁阀(210)，对弹性拉伸组件(202)补充气体，使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件(202)会对牵引绳索(103)起到弹性支撑的作用，牵引绳索(103)以及弹性拉伸组件(202)会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，医护人员重新调整控制装置(4)的设定的减重值进行训练；
步骤五：训练完成后，将患者下安放轮椅，接着医护人员按住控制装置(4)的人机交互界面的训练完成按钮，CPU处理模块(403)收到指令关闭传动系统(101)以及气动驱动系统(201)，传动系统(101)释放牵引绳索(103)，电磁阀(210)进行排气，取下患者身上的负载吊带(3)；
进行恒定减重时，其步骤与动态减重的步骤一、二、三、五相同，区别在于步骤四：在训练过程中，患者步态行走时会引起重心上下偏移，弹性拉伸组件(202)处于主动状态，当向下偏移时，拉力传感器(104)将检测牵引绳索(103)受到的拉力值传递至CPU处理模块(403)，CPU处理模块(403)通过信号发射模块(404)发送信号至气动驱动系统(201)，气动驱动系统(201)驱动弹性拉伸组件(202)补充气体从而使其伸长，从而调整向下偏移时牵引绳索(103)的拉力值，当向上偏移时，拉力传感器(104)将检测牵引绳索(103)受到的拉力值传递至CPU处理模块(403)，CPU处理模块(403)通过信号发射模块(404)发送信号至电磁阀(210)进行对驱动弹性拉伸组件(202)排气使其收缩，从而调整向上偏移时牵引绳索(103)的拉力值，通过改变弹性拉伸组件(202)内部气压从而改变其伸缩长度来实现减重力大小的恒定不变；当患者体力不支时，其步态行走引起的重心上下偏移会更加剧烈，拉力传感器(104)将检测的拉力值传递给CPU处理模块(403)，CPU处理模块(403)通过医护人员设定的安全范围进行比对，当超出安全范围时，CPU处理模块(403)会发送信号给报警模块(405)进行报警，医护人员会将患者停止训练，休息后再进行训练，在训练过程中，当患者失去平衡要摔倒时，拉力传感器(104)将检测的拉力值为极值即患者体重，传递给CPU处理模块(403)，CPU处理模块(403)会判定患者摔倒，从而打开气动驱动系统(201)以及电磁阀(210)，对弹性拉伸组件(202)补充气体，使绳索中的拉力大于患者体重，弹性拉伸组件(202)会对牵引绳索(103)起到弹性支撑的作用，牵引绳索(103)以及弹性拉伸组件(202)会支撑患者防止其摔倒，医护人员重新调整患者站姿，并重新调整控制装置(4)设定的减重值进行训练；
所述的弹性步态减重装置包括绳索牵引机构(1)和防坠保护机构(2)，所述绳索牵引机构(1)设于防坠保护机构(2)一侧并与其传动连接，所述绳索牵引机构(1)包括传动系统(101)、绳索绞盘(102)、牵引绳索(103)、拉力传感器(104)和滑轮组件(105)，所述传动系统(101)一侧设有绳索绞盘(102)并与其传动连接，所述牵引绳索(103)一端固定于绳索绞盘(102)上，其另一端向前延伸并依次穿过滑轮组件(105)并固定于负载吊带(3)上，所述牵引绳索(103)上装设有拉力传感器(104)，所述防坠保护机构(2)包括气动驱动系统(201)、弹性拉伸组件(202)、电子锁定插销(203)，所述气动驱动系统(201)与弹性拉伸组件(202)传动连接，所述弹性拉伸组件(202)固定装设于滑轮组件(105)底端并与其相连接，所述弹性拉伸组件(202)与滑轮组件(105)连接处装设有电子锁定插销(203)，所述绳索牵引机构(1)一侧设有控制装置(4)，所述控制装置(4)分别与传动系统(101)、拉力传感器(104)和气动驱动系统(201)和电子锁定插销(203)电性连接；
所述传动系统(101)包括电机(106)、减速器(107)和联轴器(108)，所述电机(106)一端设有减速器(107)并与其传动连接，所述减速器(107)通过联轴器(108)与绳索绞盘(102)传动连接；
滑轮组件(105)包括动滑轮(109)和定滑轮(110)，所述动滑轮(109)、牵引绳索(103)依次穿过一组对称设置的第一定滑轮(111)、第一动滑轮(115)、第二定滑轮(112)、第二动滑轮(113)以及另一组对称设置的第三定滑轮(114)；
所述气动驱动系统(201)包括静音空压机(204)、压缩空气油水分离器(205)、储气罐(206)和气压传感器(207)，所述静音空压机(204)通过输气管道与压缩空气油水分离器(205)相连通，所述压缩空气油水分离器(205)设于储气罐(206)一端并通过输气管道与其相连通，所述弹性拉伸组件(202)为气动肌腱组件，所述弹性拉伸组件(202)包括一级气动肌腱(208)和二级气动肌腱(209)，所述储气罐(206)通过两条输气管道分别与一级气动肌腱(208)和二级气动肌腱(209)相连通，所述输气管道上均装设有电磁阀(210)和气压传感器(207)，所述电磁阀(210)和气压传感器(207)分别与控制装置(4)电性连接，一级气动肌腱(208)固定装设于第一动滑轮(115)底端并与其相连接，二级气动肌腱(209)固定装设于第二动滑轮(113)底端并与其相连接。
2.根据权利要求1所述的弹性步态减重方法，其特征在于：所述控制装置(4)为工业控制计算机，所述控制装置(4)包括信号接收模块(401)、储存模块(402)、CPU处理模块(403)、信号发射模块(404)和报警模块(405)，所述信号接收模块(401)一侧设有CPU处理模块(403)并与其相连通，所述CPU处理模块(403)分别与储存模块(402)、信号发射模块(404)和报警模块(405)相连通。
3.根据权利要求1所述的弹性步态减重方法，其特征在于：所述定滑轮(110)固定于减重吊架(5)上。
4.根据权利要求3所述的弹性步态减重方法，其特征在于：所述减重吊架(5)上内装设有可调节式支撑组件(6)，所述可调节式支撑组件(6)包括固定杆(601)、调节卡套(602)、调节螺杆(603)、扶杠(604)和连接件(607)，所述固定杆(601)固定焊接于减重吊架(5)上，所述固定杆(601)一侧焊接有调节卡套(602)，所述调节卡套(602)开设有连接孔(605)，所述调节螺杆(603)套设于调节卡套(602)内，所述调节螺杆(603)上开设有若干调节螺纹孔(606)，所述连接件(607)贯穿于连接孔(605)、调节螺纹孔(606)将调节卡套(602)与调节螺杆(603)固定，所述调节螺杆(603)上焊接有扶杠(604)。
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