CN109663302A - 基于虚拟现实的四肢康复训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于虚拟现实的四肢康复训练系统，至少设有上肢康复训练平台、脚部操作装置和虚拟现实系统，所述上肢康复训练平台包括上肢操作装置和支撑架。本发明有益效果在于，通过控制系统非常方便的完成平面旋转运动、垂直摆动运动的机构锁止或定位,进而实现上肢不同的运动训练模式；下肢可以配合上肢协调的运动；另外，通过电动阻尼器可以为上肢平面旋转运动设置不同的阻力。本发明提供的四肢康复训练通过传感器与虚拟训练场景互动。

Description

基于虚拟现实的四肢康复训练系统

技术领域

本发明涉及康复医疗设备中的帮助瘫痪患者恢复肢体运动功能的技术领域，具体涉及基于虚拟现实的四肢康复训练系统。

背景技术

中风、脑外伤及脊髓损伤患者的主要症状是肢体瘫痪，需要积极的康复治疗才能恢复其功能。传统康复手段，特别在上肢康复方面的效果，往往不尽人意。

随着科技的进步，目前市场上出现的上肢康复设备为上肢运动反馈康复治疗系统和上肢康复训练机器人，但是均有其缺点：

1、上肢运动反馈康复治疗系统只适合上肢有一定运动能力的瘫痪患者使用，如果瘫痪患者上肢不能动，该设备则使用不了；并且该设备只训练患侧上肢，其他肢体训练不到。

2、上肢康复训练机器人是机器助动，属于被动康复，不能体现主动康复这一康复技术发展理念；

3、上肢运动反馈康复治疗系统和上肢康复训练机器人均是简单游戏水平的虚拟现实，无沉侵感。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种四肢康复训练设备及其虚拟现实训练系统，通过拥有双手柄的上肢操作装置，实现了帮助患者主动完成平面上的旋转运动，或帮助患者主动完成垂直方向的摆动运动，并且通过对旋转机构、摆动机构不同的锁止或定位实现不同的上肢运动训练模式；双脚踏及传感器设计，在脚踝康复训练的同时，可以协调上肢运动；进一步的，通过结合虚拟现实的训练系统，营造虚拟的训练环境，提高患者对康复训练的兴趣。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种四肢康复训练设备，至少设有上肢康复训练平台、脚部操作装置和虚拟现实系统，所述上肢康复训练平台包括上肢操作装置和支撑架；其中，所述上肢操作装置包括平面旋转运动装置、第一锁定结构、阻尼器、第一传感器及垂直摆动运动装置、第二锁定结构、第二传感器，所述第一锁定结构、所述阻尼器、所述第一传感器分别与所述平面旋转运动装置活动连接；所述第二锁定结构、所述第二传感器分别与所述垂直摆动运动装置活动连接，所述支撑架的一端与上肢操作装置活动连接，另一端与底座的前端相连；座椅设置在所述底座的后端。

需要说明的是，所述脚部操作装置活动设置或固定设置在所述底座的中部，活动设置包括脚踏装置、滑道和推杆，所述脚踏装置相对底座可前后移动，脚踏板及脚踏传感器相对其转动轴可以上下转动，所述脚踏传感器与所述脚踏板固定连接，

需要说明的是，所述平面旋转运动装置旋转机构包括上肢支撑平面、旋转盘、限位转座、固定座、转动轴、操作柄与第一锁定结构，所述上肢支撑平面设有腔体，所述旋转盘活动设置于所述腔体中，所述固定座位于所述旋转盘下方，所述限位转座设置于所述旋转盘与所述固定座之间，所述转动轴穿接于所述固定座、所述限位转座且其顶部与所述旋转盘的底部固定连接；所述第一锁定结构为电动结构或手动结构；所述操作柄成对并垂直设置于所述旋转盘的表面。

需要说明的是，电动锁定结构为电子张力器；其中，通过电子张力器为上肢平面旋转主动运动设置不同的阻力,提供抗阻训练功能。

需要说明的是，垂直摆动运动装置包括气动弹簧、固定架与第二锁定结构，所述固定架设置于所述支撑架一端的顶部，所述气动弹簧的一端与所述固定架铰接，其另一端与所述固定座连接，所述第二锁定结构为电动结构或手动结构。

需要说明的是，所述脚部操作装置活动设置于底座架腔体内，其滑道固定在底座中部的底板上，脚踏装置活动设置在滑道上，推杆一端固定在底座的底板上，另一端连接脚踏装置，所述脚部操作装置也可以固定设置于底座中部。

需要说明的是，所述脚踏装置包括脚踏板、转动轴、轴承座与扭簧，所述轴承座设置于所述腔体内，所述转动轴设置于所述轴承座中，所述脚踏板成对设置，且与所述转动轴固定连接，所述扭簧的一端与所述脚踏板的底部连接，另一端与所述腔体的表面连接。

需要说明的是，所述支撑架，对应固定设置的脚部操作装置则为伸缩结构，支撑架为2节，通过滑道和推杆伸缩；对应活动设置的脚部操作装置，所述支撑架则为固定长度结构。

需要说明的是，所述四肢康复训练设备主要包括3部分，即中间部分为上肢康复训练平台及其支撑架、脚部操作装置，前部为显示屏及其支架，后部为座椅结构，这3部分，可以分开设置，也可以两两组合设置；座椅包括训练椅本体、支撑杆和椅底座，所述支撑杆一端与所述椅底座连接，另一端与所述训练椅本体底部连接。

作为本发明的另一种实施方式：

一种四肢康复训练设备使用的虚拟现实训练系统，包括上肢康复训练平台、康复训练椅，所述虚拟现实训练系统包括控制单元、显示单元与传感器，所述控制单元分别与所述显示单元、所述传感器电气连接，所述传感器分布设置于上肢操作装置与脚部操作装置

需要说明的是，所述显示单元可为显示器，进一步的，为了增强效果，可以使用拼接屏显示。

本发明有益效果在于，通过控制系统非常方便的完成平面旋转运动、垂直摆动运动的机构锁止或定位,进而实现上肢不同的运动训练模式；下肢可以配合上肢协调的运动；另外，通过电动阻尼器可以为上肢平面旋转运动设置不同的阻力。本发明提供的四肢康复训练通过传感器与虚拟训练场景互动。

附图说明

图1为本发明的上肢康复训练平台的结构示意图；

图2为图1中垂直摆动运动装置的结构示意图；

图3为发明的上肢康复训练平台、康复训练椅与虚拟现实康复训练系统配合使用的结构示意图。

具体实施方式

下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1、图3所示，本发明为四肢康复训练设备，至少设有上肢康复训练平台、脚部操作装置3和虚拟现实系统4，所述上肢康复训练平台包括上肢操作装置1和支撑架2；其中，所述上肢操作装置1包括平面旋转运动装置11、第一锁定结构、阻尼器、第一传感器及垂直摆动运动装置、第二锁定结构、第二传感器，所述第一锁定结构、所述阻尼器、所述第一传感器分别与所述平面旋转运动装置11活动连接；所述第二锁定结构、所述第二传感器分别与所述垂直摆动运动装置12活动连接，所述支撑架的一端与上肢操作装置活动连接，另一端与底座的前端相连；座椅设置在所述底座的后端。

进一步的，如图3所示，所述脚部操作装置3活动设置或固定设置在所述底座的中部，活动设置包括脚踏装置、滑道和推杆，所述脚踏装置相对底座可前后移动，脚踏板及脚踏传感器相对其转动轴可以上下转动，所述脚踏传感器与所述脚踏板固定连接，

如图1所示，所述平面旋转运动装置11旋转机构包括上肢支撑平面、旋转盘、限位转座、固定座、转动轴、操作柄与第一锁定结构，所述上肢支撑平面设有腔体，所述旋转盘活动设置于所述腔体中，所述固定座位于所述旋转盘下方，所述限位转座设置于所述旋转盘与所述固定座之间，所述转动轴穿接于所述固定座、所述限位转座且其顶部与所述旋转盘的底部固定连接；所述第一锁定结构为电动结构或手动结构；所述操作柄成对并垂直设置于所述旋转盘的表面。

进一步的，电动锁定结构为电子张力器；其中，通过电子张力器为上肢平面旋转主动运动设置不同的阻力,提供抗阻训练功能。

进一步的，如图2所示，垂直摆动运动装置12包括气动弹簧、固定架与第二锁定结构，所述固定架设置于所述支撑架一端的顶部，所述气动弹簧的一端与所述固定架铰接，其另一端与所述固定座连接，所述第二锁定结构为电动结构或手动结构。

进一步的，所述脚部操作装置活动设置于底座架腔体内，其滑道固定在底座中部的底板上，脚踏装置活动设置在滑道上，推杆一端固定在底座的底板上，另一端连接脚踏装置，所述脚部操作装置也可以固定设置于底座中部。

进一步的，所述脚踏装置包括脚踏板、转动轴、轴承座与扭簧，所述轴承座设置于所述腔体内，所述转动轴设置于所述轴承座中，所述脚踏板与所述转动轴固定连接，所述扭簧的一端与所述脚踏板的底部连接，另一端与所述腔体的表面连接。

进一步的，所述支撑架，对应固定设置的脚部操作装置则为伸缩结构，支撑架为2节，通过滑道和推杆伸缩；对应活动设置的脚部操作装置，所述支撑架则为固定长度结构。

进一步的，所述四肢康复训练设备主要包括3部分，即中间部分为上肢康复训练平台及其支撑架、脚部操作装置，前部为显示屏及其支架，后部为座椅结构，这3部分，可以分开设置，也可以两两组合设置；座椅包括训练椅本体、支撑杆和椅底座，所述支撑杆一端与所述椅底座连接，另一端与所述训练椅本体底部连接。

作为本发明的一种实施方式，可以是一种四肢康复训练设备使用的虚拟现实训练系统，包括上肢康复训练平台、康复训练椅，所述虚拟现实训练系统包括控制单元、显示单元与传感器，所述控制单元分别与所述显示单元、所述传感器电气连接，所述传感器分布设置于上肢操作装置与脚部操作装置。

实施例

上肢康复训练平台的旋转机构康复训练模式：

患者手握旋转盘上的操作柄，然后通过顺、逆时针对旋转盘进行旋转；由于旋转盘在上肢支撑平面的腔体中可以自由转动，因此患者通过手柄控制旋转盘的旋转方向实现康复训练。

上肢康复训练平台的摆动机构康复训练模式：

患者手握旋转盘上的操作柄，然后肘部放置在上肢支撑平面两侧的延伸部上，由于在上肢支撑平面的底部设有与支撑架铰接的气动弹簧，用于减轻或消除上肢操作装置的重量，因此，可自由的向上拉动或下压上肢支撑平面，进行上、下摆动的康复训练。

上肢康复训练平台的旋转结构与摆动机构的康复训练结合模式：

旋转机构、摆动机构分别设有锁止机构和定位机构。当旋转机构被锁止后，即，患者按下旋转锁止按钮，与旋转锁止按钮电气连接的电子锁将被断电，而电子锁的锁头随即弹出，此时患者若将旋转盘复位(即两操作柄连线与患者相对平行)，锁头便可伸入限位转座周缘上设置的锁止孔中，便可锁定旋转盘。此时，患者只可以通过摆动机构进行上、下摆动的康复训练；

当摆动机构被定位后，即，患者按下摆动锁止按钮并旋转固定，通过按钮拉动拉线，从而带动挂钩转动，直至挂钩的另一侧与气动弹簧活塞杆上的开关相抵，此时，气动弹簧可被压缩，患者可以做上下摆动训练；而档旋转按钮，解除固定，便可对气动弹簧进行锁止，此时，患者可以只通过旋转机构进行转动康复训练；若患者在摆动机构上拉过程或下压过程的任意位置进行定位，然后利用旋转机构进行康复训练，其优点在于，由于不同的位置点前臂与后臂的距离不同，从而可实现了不同的训练内容；另外，当患者同时解锁旋转机构、摆动机构，患者在进行旋转康复训练的同时可以上拉或下压摆动机构，进一步增加康复训练的难度和强度。

上肢康复训练平台与脚部操作装置的配合康复训练模式：

患者在实施上述上肢康复训练模式下，可以通过脚部操作装置的脚踏板，及其传感器等其他虚拟现实装置，配合上肢康复训练，进一步增加上肢训练效果或训练的难度，或达到四肢联动的康复效果。

对于不通身高的患者，可以通过康复训练椅的一端和升降，达到舒适的坐姿，方便操作该康复训练设备。

此外，本发明还提供一种与上肢康复训练平台、康复训练椅配合使用的虚拟现实康复训练系统，该系统至少设有控制单元、显示单元、若干传感器与音频播放单元，所述控制单元中预设了不同模拟场景(任务或游戏)，通过显示单元进行显示，再利用分布设置在旋转机构、摆动机构、脚踏板中的传感器，实时获得患者在相应机构的动作，并将该动作反馈至控制单元中，再由控制单元处理后反映在显示单元中具体场景(任务或游戏)的某一动作；为了增加现实感，所述显示单元可优选为环绕式的屏幕或投影，或直接通过VR眼罩进行显示。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.四肢康复训练设备，至少设有上肢康复训练平台、脚部操作装置和虚拟现实系统，其特征在于，所述上肢康复训练平台包括上肢操作装置和支撑架；所述上肢操作装置包括平面旋转运动装置、第一锁定结构、阻尼器、第一传感器及垂直摆动运动装置、第二锁定结构、第二传感器，所述第一锁定结构、所述阻尼器、所述第一传感器分别与所述平面旋转运动装置活动连接；所述第二锁定结构、所述第二传感器分别与所述垂直摆动运动装置活动连接，所述支撑架的一端与上肢操作装置活动连接，另一端与底座的前端相连。

2.根据权利要求1所述的四肢康复训练设备，其特征在于，所述脚部操作装置活动设置或固定设置在所述底座的中部，所述活动设置包括脚踏装置、滑道和推杆，所述脚踏装置相对底座可前后移动，脚踏板及脚踏传感器相对其转动轴可以上下转动，所述脚踏传感器与所述脚踏板固定连接。

3.根据权利要求1所述的四肢康复训练设备，其特征在于，所述平面旋转运动装置包括上肢支撑平面、旋转盘、限位转座、固定座、转动轴、操作柄与第一锁定结构，所述上肢支撑平面设有腔体，所述旋转盘活动设置于所述腔体中，所述固定座位于所述旋转盘下方，所述限位转座设置于所述旋转盘与所述固定座之间，所述转动轴穿接于所述固定座、所述限位转座且其顶部与所述旋转盘的底部固定连接；所述第一锁定结构为电动结构或手动结构；所述操作柄成对并垂直设置于所述旋转盘的表面。

4.根据权利要求3所述的四肢康复训练设备，其特征在于，电动锁定结构为电子张力器；其中，通过电子张力器为上肢平面旋转主动运动设置不同的阻力,提供抗阻训练功能。

5.根据权利要求1所述的四肢康复训练设备，其特征在于，垂直摆动运动装置包括气动弹簧、固定架与第二锁定结构，所述固定架设置于所述支撑架一端的顶部，所述气动弹簧的一端与所述固定架铰接，其另一端与所述固定座连接，所述第二锁定结构为电动结构或手动结构。

6.根据权利要求2所述的四肢康复训练设备，其特征在于，所述脚部操作装置活动设置于底座架腔体内，其滑道固定在底座中部的底板上，脚踏装置活动设置在滑道上，推杆一端固定在底座的底板上，另一端连接脚踏装置，所述脚部操作装置也可以固定设置于底座中部。

7.根据权利要求2所述的四肢康复训练设备，其特征在于，所述脚踏装置包括脚踏板、转动轴、轴承座与扭簧、第三传感器，所述轴承座设置于所述腔体内，所述转动轴设置于所述轴承座中，所述脚踏板成对设置，且与所述转动轴固定连接，所述扭簧的一端与所述脚踏板的底部连接，另一端与所述腔体的表面连接。

8.根据权利要求1所述的四肢康复训练设备，其特征在于，所述支撑架，对应所述固定设置的脚部操作装置则为伸缩结构，支撑架为2节，通过滑道和推杆伸缩；对应所述活动设置的脚部操作装置，所述支撑架则为固定长度结构。

9.根据权利要求1所述的四肢康复训练设备，其特征在于，所述四肢康复训练设备主要包括3部分，即中间部分为上肢康复训练平台及其支撑架、脚部操作装置，前部为显示屏及其支架，后部为座椅结构，这3部分可以分开设置，也可以组合设置；座椅包括训练椅本体、支撑杆和椅底座，所述支撑杆一端与所述椅底座连接，另一端与所述训练椅本体底部连接。

10.一种根据权利要求1所述的四肢康复训练设备使用的虚拟现实训练系统，其特征在于，包括上肢康复训练平台、康复训练椅，所述虚拟现实训练系统包括控制单元、显示单元与传感器，所述控制单元分别与所述显示单元、所述传感器电气连接，所述传感器分布设置于上肢操作装置与脚部操作装置。