CN109833184A

CN109833184A - 一种复合曲柄连杆机构及下肢康复训练装置

Info

Publication number: CN109833184A
Application number: CN201711231097.7A
Authority: CN
Inventors: 邹任玲; 黄云龙; 胡秀枋; 徐秀林
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-04
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: CN109833184B

Abstract

本发明涉及一种复合曲柄连杆机构及下肢康复训练装置，该下肢康复训练装置由左右两幅复合曲柄连杆机构组成，每幅复合曲柄连杆机构包括曲柄、两个三角形框架以及通过转轴与两个三角形框架及曲柄连接的多根连杆，通过该复合曲柄连杆机构，可以将曲柄的圆周运动转化成二号三角形框架的D顶点的模拟步态运动。与现有技术相比，本发明可以根据病人的高矮按比例调大或调小，且可以模拟人真实行走时的步态轨迹和关节角度特征，是实现下肢康复步行训练的辅助装置，装置避免了目前通用的椭圆机训练中对关节的不良冲击和对肌肉的过度拉伸，保证了使用安全性，提高了康复效果。

Description

一种复合曲柄连杆机构及下肢康复训练装置

技术领域

本发明涉及医疗康复器械，具体涉及一种复合曲柄连杆机构.

背景技术

脑卒中和脑损伤的最常见后遗症之一是肢体功能障碍，此类病人由于长期卧床会导致肌肉萎缩，给疾病的恢复和日后的康复增带来阻碍。前期的运动被动训练和后期的主动训练能保持和恢复病人的关节运动幅度，有利于恢复肢体的主要运动功能，提高病人的日常生活能力。目前市场的下肢康复训练装置主要产品有多关节牵引式下肢康复装置和末端牵引式康复装置两种：多关节牵引式下肢康复装置可以实现单关节训练和多关节协调训练，运动轨迹在工作空间内可自由编程，多关节牵引式下肢康复装置对步态轨迹的模拟准确度高，但是机器结构复杂，成本高昂，不利于普及和惠及广大病患；末端牵引式康复装置对末端运动轨迹进行一定程度的模拟，有史帝飞公司生产的Steel Flex XE-3700型椭圆机与乔山公司生产的JOHNSON MX-E5X型椭圆机等。这些装置以脚踝为转动点，运动轨迹为椭圆，不能准确模拟人行走时的步态轨迹和关节特征，会对关节产生冲击，也使对肌肉产生过度拉伸，治疗效果差，对病人也造成很大的危害。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种步态模拟更加准确的复合曲柄连杆机构及下肢康复训练装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种复合曲柄连杆机构，包括曲柄、两个三角形框架以及通过转轴与两个三角形框架及曲柄连接的多根连杆，其中，一号三角形框架的A顶点与曲柄的G端通过一号连杆连接，一号三角形框架的B顶点通过三号连杆与二号三角形框架的C顶点连接，一号三角形框架的F顶点通过四号连杆与二号三角形框架的E顶点连接，二号三角形框架的E顶点通过二号连杆与曲柄的G端连接，其中，所述一号三角形框架的A顶点高于一号三角形框架的B顶点和F顶点，二号三角形框架的D顶点低于二号三角形框架的C顶点和E顶点，所述曲柄以O端为圆心做圆周运动，所述一号三角形框架的F顶点固定不动。通过该复合曲柄连杆机构，可以将曲柄的圆周运动转化成二号三角形框架的D顶点的模拟步态运动。

所述一号三角形框架的一号边(AB)、二号边(AF)、三号边(BF)与曲柄(OG)的长度比为(5～5.3)：(4～4.2)：(3.7～4)：1，所述二号三角形框架的一号边(CD)、二号边(DE)、三号边(CE)与曲柄(OG)的长度比为(6.4～7.2)：(5.2～5.5)：(3.8～4)：1，所述一号连杆(AG)、二号连杆(EG)、三号连杆(BC)、四号连杆(EF)与曲柄(OG)的长度比为(4.5～5)：(7～7.5)：(4.5～4.8)：(4.3～4.5)：1。通过计算机模拟后发现，在满足上述长度比例的复合曲柄连杆机构，其最终二号三角形框架的D顶点的模拟步态运动的轨迹最符合人走路时的步态轨迹。

一种采用如上所述复合曲柄连杆机构的下肢康复训练装置，该训练装置包括两个复合曲柄连杆机构，每个复合曲柄连杆机构中二号三角形框架的D顶点设有脚踏板，所述复合曲柄连杆机构的曲柄的O端与从动转轮的圆心通过转轴相连，且两个复合曲柄连杆机构的曲柄呈180°分布，两个所述复合曲柄连杆机构中一号三角形框架的F顶点与连接轴的两端轴接，所述从动转轮通过皮带与主动转轮连接，所述主动转轮与电机连接。本发明训练装置的原理如下：当电机带动主动转轮转动，并通过皮带带动从动转轮转动，使得两个复合曲柄连杆机构中曲柄以O端为圆心进行转动，并通过复合曲柄连杆机构的传动，使得二号三角形框架的D顶点呈模拟步态运动，当下肢康复训练者的双脚分别踩在两个复合曲柄连杆机构D顶点处设置的脚踏板上，可以使双脚受到康复训练。

所述曲柄的长度与下肢康复训练者的身高之比为1：(2.9～3)。在该比例下，下肢康复训练者双脚的摆动幅度与正常人走路的幅度相近，模拟轨迹更真实，康复训练的效果也更好。

所述二号三角形框架的D顶点处设有用于控制脚踏板绕着D顶点旋转的步进电机。通过在D顶点设置步进电机，使得下肢康复训练者的脚可以绕着脚踝转动，与走路的轨迹更加接近。

所述二号三角形框架的D顶点处设有两个通孔，并在两个通孔中穿有用于绑住下肢康复训练者脚踝的绷带，用于固定脚踝。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)通过该复合曲柄连杆机构，可以将曲柄的圆周运动转化成二号三角形框架的D顶点的模拟步态运动，且模拟步态运动的轨迹最符合人走路时的步态轨迹；

(2)根据下肢康复训练者的身高，改变曲柄的长度，使下肢康复训练者双脚的摆动幅度与正常人走路的幅度相近，模拟轨迹更真实，康复训练的效果也更好。

附图说明

图1为实施例1复合曲柄连杆机构的结构示意图；

图2为实施例1复合曲柄连杆机构的步态模拟轨迹图；

图3为本发明下肢康复训练装置的结构示意图；

图4为实施例2复合曲柄连杆机构的步态模拟轨迹图；

图5为实施例3复合曲柄连杆机构的步态模拟轨迹图。

其中，1为脚踏板，2为从动转轮，3为连接轴，4为皮带，5为主动转轮，6为电机，7为步进电机，8为通孔，OG为曲柄，AB为一号三角形框架的一号边，AF为一号三角形框架的二号边，BF为一号三角形框架的三号边，CD为二号三角形框架的一号边，DE为二号三角形框架的二号边，CE为二号三角形框架的三号边，AG为一号连杆，EG为二号连杆，BC为三号连杆，EF为四号连杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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不限于下述的实施例。

实施例1

一种采用如上复合曲柄连杆机构的下肢康复训练装置，其结构如图3所示，包括两个复合曲柄连杆机构。其中，复合曲柄连杆机构的结构如图1所示，包括曲柄OG、两个三角形框架以及通过转轴与两个三角形框架及曲柄OG连接的多根连杆，其中，一号三角形框架的A顶点与曲柄OG的G端通过一号连杆AG连接，一号三角形框架的B顶点通过三号连杆BC与二号三角形框架的C顶点连接，一号三角形框架的F顶点通过四号连杆EF与二号三角形框架的E顶点连接，二号三角形框架的E顶点通过二号连杆EG与曲柄OG的G端连接，其中，一号三角形框架的A顶点高于一号三角形框架的B顶点和F顶点，二号三角形框架的D顶点低于二号三角形框架的C顶点和E顶点，曲柄OG以O端为圆心做圆周运动，一号三角形框架的F顶点固定不动。

在该下肢康复训练装置中，每个复合曲柄连杆机构中二号三角形框架的D顶点设有脚踏板1，复合曲柄连杆机构的曲柄OG的O端与从动转轮2的圆心通过转轴相连，且两个复合曲柄连杆机构的曲柄OG呈180°分布，两个复合曲柄连杆机构中一号三角形框架的F顶点与连接轴3的两端轴接，从动转轮2通过皮带4与主动转轮5连接，主动转轮5与电机6连接。本发明训练装置的原理如下：当电机6带动主动转轮5转动，并通过皮带4带动从动转轮2转动，使得两个复合曲柄连杆机构中曲柄OG以O端为圆心进行转动，并通过复合曲柄连杆机构的传动，使得二号三角形框架的D顶点呈模拟步态运动，当下肢康复训练者的双脚分别踩在两个复合曲柄连杆机构D顶点处设置的脚踏板1上，可以使双脚受到康复训练。

其中，本实施例中各连杆长度、三角形框架边长、曲柄长度及下肢康复训练者的身高如表1所示。

线段	长度(cm)	线段	长度(cm)
				身高	175	DE	327.2
OG	59.7	CE	220
				AB	310.5	AG	290.5
AF	248.2	EG	430.3
				BF	229.1	BC	269
CD	422.36	EF	261.5

经计算机模拟，采用上述长度的复合曲柄连杆机构，其模拟步态轨迹如图2所示，从中我们可以发现，该轨迹与正常人走路使得步态轨迹非常接近。

二号三角形框架的D顶点处设有用于控制脚踏板1绕着D顶点旋转的步进电机7。通过在D顶点设置步进电机7，使得下肢康复训练者的脚可以绕着脚踝转动，与走路的轨迹更加接近。

二号三角形框架的D顶点处设有两个通孔8，并在两个通孔8中穿有用于绑住下肢康复训练者脚踝的绷带，用于固定脚踝。

实施例2

采用与实施例相同的下肢康复训练装置结构，不同之处在于：

本实施例中各连杆长度、三角形框架边长、曲柄长度及下肢康复训练者的身高如表2所示。

线段	长度(cm)	线段	长度(cm)
				身高	175	DE	317.79
OG	60.34	CE	211.19
				AB	313.77	AG	271.53
AF	241.36	EG	422.86
				BF	223.26	BC	271.53
CD	387.98	EF	261.21

经计算机模拟，采用上述长度的复合曲柄连杆机构，其模拟步态轨迹如图4所示，从中我们可以发现，该轨迹与正常人走路使得步态轨迹较为接近。

实施例3

本实施例中各连杆长度、三角形框架边长、曲柄长度及下肢康复训练者的身高如表3所示。

线段	长度(cm)	线段	长度(cm)
				身高	175	DE	320.82
OG	58.33	CE	233.32
				AB	309.15	AG	291.65
AF	245	EG	437.48
				BF	215.82	BC	279.98
CD	419.98	EF	262.49

经计算机模拟，采用上述长度的复合曲柄连杆机构，其模拟步态轨迹如图5所示，从中我们可以发现，该轨迹与正常人走路使得步态轨迹较为接近。

Claims

1.一种复合曲柄连杆机构，其特征在于，包括曲柄(OG)、两个三角形框架以及通过转轴与两个三角形框架及曲柄连接的多根连杆，其中，一号三角形框架的A顶点与曲柄(OG)的G端通过一号连杆(AG)连接，一号三角形框架的B顶点通过三号连杆(BC)与二号三角形框架的C顶点连接，一号三角形框架的F顶点通过四号连杆(EF)与二号三角形框架的E顶点连接，二号三角形框架的E顶点通过二号连杆(EG)与曲柄(OG)的G端连接，其中，所述一号三角形框架的A顶点高于一号三角形框架的B顶点和F顶点，二号三角形框架的D顶点低于二号三角形框架的C顶点和E顶点，所述曲柄(OG)以O端为圆心做圆周运动，所述一号三角形框架的F顶点固定不动。

2.根据权利要求1所述的一种复合曲柄连杆机构，其特征在于，所述一号三角形框架的一号边(AB)、二号边(AF)、三号边(BF)与曲柄(OG)的长度比为(5～5.3)：(4～4.2)：(3.7～4)：1，所述二号三角形框架的一号边(CD)、二号边(DE)、三号边(CE)与曲柄(OG)的长度比为(6.4～7.2)：(5.2～5.5)：(3.8～4)：1，所述一号连杆(AG)、二号连杆(EG)、三号连杆(BC)、四号连杆(EF)与曲柄(OG)的长度比为(4.5～5)：(7～7.5)：(4.5～4.8)：(4.3～4.5)：1。

3.一种采用如权利要求1或2所述复合曲柄连杆机构的下肢康复训练装置，其特征在于，该训练装置包括两个复合曲柄连杆机构，每个复合曲柄连杆机构中二号三角形框架的D顶点设有脚踏板(1)，所述复合曲柄连杆机构的曲柄(OG)的O端与从动转轮(2)的圆心通过转轴相连，且两个复合曲柄连杆机构的曲柄(OG)呈180°分布，两个所述复合曲柄连杆机构中一号三角形框架的F顶点与连接轴(3)的两端轴接，所述从动转轮(2)通过皮带(4)与主动转轮(5)连接，所述主动转轮(5)与电机(6)连接。

4.根据权利要求3所述的一种下肢康复训练装置，其特征在于，所述曲柄(OG)的长度与下肢康复训练者的身高之比为1：(2.9～3)。

5.根据权利要求3所述的一种下肢康复训练装置，其特征在于，所述二号三角形框架的D顶点处设有用于控制脚踏板(1)绕着D顶点旋转的步进电机(7)。

6.根据权利要求3所述的一种下肢康复训练装置，其特征在于，所述二号三角形框架的D顶点处设有两个通孔(8)，并在两个通孔(8)中穿有用于绑住下肢康复训练者脚踝的绷带。