CN110522600A - 脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，涉及医疗设备领域，提供一种能够辅助患儿足部进行运动并能够监控康复过程中参数的训练装置。该装置包括小腿连接装置、矫正鞋、踝关节组件和供电控制盒组件，矫正鞋能够获得足部对矫正鞋的压力数据，踝关节组件与小腿连接装置和矫正鞋连接，踝关节组件能够驱动矫正鞋旋转并获取矫正鞋的旋转角度数据，控制盒组件与小腿连接装置连接；供电控制盒组件包括主控制器、数据收发装置和电源，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给数据收发装置将数据输出，数据收发装置能够接收外部数据并传输给主控制器，主控制器能够根据外部数据控制踝关节组件动作；电源为脑瘫儿童足踝正装置提供电能。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置。
背景技术
脑性瘫痪是由于出生前后各种原因造成的非进行性脑损伤导致的姿势异常和运动功能障碍，常伴有智力、语言、视觉和感知觉的障碍,而且这些障碍往往会制约运动功能的康复效果。因此,脑瘫儿童的康复应该采取全面、综合的方法,在逐渐改善患儿运动功能障碍的同时进行教育康复,以提高其智能水平。导致患儿运动障碍的一大原因是足部的跖屈和背屈。
改善患儿运动功能障碍时，常常需要物理康复师牵拉跟腱、处理小腿三角肌，人力成本投入大，并且往往收效甚微。
也有用于辅助脑瘫儿童康复的设备，例如申请号为200710134586的中国专利公开了一种脑瘫矫治鞋，包括矫形鞋、小腿支撑件和连接件、矫形鞋的鞋跟与小腿支撑件通过连接件连接，矫形鞋与小腿支撑件之间的夹角处于88度至92度之间。该脑瘫矫治鞋和小腿支撑件分别穿在患儿足部和小腿上，从而对患儿行走时的足部动作范围进行限制，以得到矫正患儿足部动作的效果。该脑瘫矫治鞋的缺点是：1、无动力装置，只能限制患儿行走时的足部动作范围，而不能帮助患儿足部按照正常的方式运动，辅助康复效果有限。2、不能得知康复过程的数据，无法查看康复过程和效果评价，更无法对应地调整和纠正康复过程的错误，不利于提高康复效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够辅助患儿足部进行运动并能够监控康复过程中踝关节运动参数的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置。
为解决上述问题采用的技术方案是：脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置包括小腿连接装置、矫正鞋、踝关节组件和供电控制盒组件，矫正鞋能够获得足部对矫正鞋的压力数据，踝关节组件与小腿连接装置和矫正鞋连接，踝关节组件能够驱动矫正鞋旋转并获取矫正鞋的旋转角度数据，控制盒组件与小腿连接装置连接；供电控制盒组件包括主控制器、数据收发装置和电源，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给数据收发装置将数据输出，数据收发装置能够接收外部数据并传输给主控制器，主控制器能够根据外部数据控制踝关节组件动作；电源为脑瘫儿童足踝正装置提供电能。
进一步的是：包括血氧传感器，血氧传感器与主控制器连接，主控制器能够接收血氧数据并传输给数据收发装置将数据输出。
进一步的是：小腿连接装置包括小腿连接板和连接在小腿连接板上的绑腿带。
进一步的是：踝关节组件包括减速器座、谐波减速器、内端盖、电机、角度编码器和输出连杆组件；减速器座结构为带有连杆通过缺口的环形结构，减速器座与小腿连接装置连接；谐波减速器位于减速器座外侧，谐波减速器的壳体与减速器座连接；电机与谐波减速器连接；输出连杆组件包括输出连杆、连接柱、弹簧、压块和连杆盖，输出连杆上设置有套装凸缘和滑槽，输出连杆从连杆通过缺口进入减速器座内，套装凸缘套在谐波减速器的输出盘上，连接柱从滑槽通过并与谐波减速器的输出盘连接，连接柱和谐波减速器的输出盘共同限制输出连杆轴向移动，滑槽内在输出连杆两侧均设置弹簧和压块，弹簧支撑压块使压块抵靠在连接柱上，连杆盖与输出连杆连接并盖住滑槽；内端盖位于减速器座内侧并与减速器座连接；角度编码器安装在内端盖上，角度编码器检测输出连杆组件的旋转角度。
进一步的是：矫正鞋包括鞋底和与鞋底连接足部固定结构，鞋底包括压力传感器、压力垫片以及自下而上依次设置的鞋底底层、硬质的鞋底中间层和柔性的鞋底面层，鞋底中间层上设置有传感器及线路槽，压力传感器固定在传感器及线路槽内，压力垫片设置在压力传感器与鞋底面层之间；鞋底中间层与踝关节组件连接。
进一步的是：压力传感器的数量为四个，压力垫片与压力传感器一一对应设置，脑瘫儿童穿上矫正鞋时，四个压力垫片的位置分别与第一跖趾关节、第五跖趾关节、足跟和足外侧对应。
进一步的是：上下及前后方向上，矫正鞋与输出连杆旋转中心的距离可调。
进一步的是：主控制器还能够根据预设程序独立控制踝关节组件动作。
本发明的有益效果是：1、矫正鞋和小腿连接装置分别穿在患儿足部和小腿上，踝关节组件驱动矫正鞋旋转，从而带动患儿足部按照正常的方式运动，从而改善踝关节运动、控制功能，逐渐改善跖屈和背屈状况，消除患儿运动障碍。
2、本发明能够获得足部对矫正鞋压力数据和矫正鞋的旋转角度数据，并将两项数据输出。矫正鞋承受压力数据和旋转角度数据能够反映患儿足踝部对正常行走方式的抵抗程度，从而反映患儿的跖屈和背屈的程度。通过这些数据，康复小组成员和患者家人能够了解踝关节的功能和康复的效果。康复小组成员能够根据不同的情况给出不同的康复策略，以提高康复效果加快康复速度。
附图说明
图1是脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置结构图；
图2是踝关节组件结构图；
图3是输出连杆组件结构图；
图4是矫正鞋结构图；
图5鞋底结构图；
图6本申请供电控制原理图；
图中标记为：小腿连接装置1、小腿连接板11、绑腿带12、踝关节组件2、减速器座21、连杆通过缺口211、谐波减速器22、电机23、内端盖24、角度编码器25、连接法兰26、联轴器27、输出连杆组件28、输出连杆(281)、套装凸缘2811、滑槽2812、连杆盖282、连接柱283、弹簧284、压块285、外端盖29、矫正鞋3、鞋底31、鞋底底层311、鞋底中间层312、鞋底面层313、传感器及线路槽314、足部固定结构32、鞋连接座33、鞋连接孔331、线路孔332、压力传感器34、压力垫片35、供电控制盒组件4、线路5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图6所示，脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置包括小腿连接装置1、矫正鞋3、踝关节组件2和供电控制盒组件4，矫正鞋3能够获得足部对矫正鞋3的压力数据，踝关节组件2与小腿连接装置1和矫正鞋3连接，踝关节组件2能够驱动矫正鞋3旋转并获取矫正鞋3的旋转角度数据，控制盒组件4与小腿连接装置1连接；供电控制盒组件4包括主控制器、数据收发装置和电源，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给数据收发装置将数据输出，数据收发装置能够接收外部数据并传输给主控制器，主控制器能够根据外部数据控制踝关节组件2动作；电源为脑瘫儿童足踝正装置提供电能。
通常应对称的两个脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置成对使用，患儿两脚个穿戴一个。
本申请矫正鞋3和小腿连接装置1分别穿在患儿足部和小腿上，踝关节组件2驱动矫正鞋3旋转，则患儿足部随矫正鞋3摆动。患儿座姿，足部离地时，可对患儿足部进行锻炼。患儿行走时，矫正鞋3带动患儿足部模拟正常的方式运动。因此本申请能够帮助患儿康复，逐渐改善跖屈和背屈状况，消除患儿运动障碍。本申请也可以不驱动，患儿在无驱动的情况下自主行走，以便测量数据，进行分析。刚开始穿上本矫正器行走时，如果患儿无法适应，由物理治疗师进行训练。当适应后，可穿戴回家，长期训练。
此外，本发明能够获得足部对矫正鞋3压力数据和矫正鞋3的旋转角度数据，并将两项数据输出。矫正鞋3承受压力数据和旋转角度数据能够反映患儿足部对正常行走方式的抵抗程度，从而反映患儿的跖屈和背屈的程度。通过这些数据，医护人员或患者家人能够得知患儿康复情况。医护人员能够根据不同的情况给出不同的康复策略，以提高康复效果加快康复速度。
数据收发装置将数据输出的方式可以由多种，例如直接带显示屏而将数据显示。也可以是蓝牙、红外等现有方式将数据输出，使得手机、电脑等设备能够接收数据。手机、电脑等设备上安装相应的程序，即可显示数据。该程序最好还可以进行远程传输数据，使得患儿在家里进行康复锻炼，医生在其它地方也能够获得数据，从而为脑瘫儿童提供量身定制的康复运动方案。或者通过云端大数据分析诊断等方法为脑瘫儿童提供量身定制的康复运动方案。
数据收发装置能够接收数据，接收数据的方式可以是蓝牙、红外等现有方式，该数据可以由手机、电脑等设备发出。数据收发装置接收外部数据并传输给主控制器，主控制器根据外部数据控制踝关节组件2的动作，具体是踝关节组件2的运动角度、速度和驱动力。本申请数据收发装置优选为现有的蓝牙数据收发装置。
通过外部数据控制踝关节组件2动作的方式虽然能够根据不同患儿情况较为精确地控制踝关节组件2动作，但该方式需要配合装有特定程序的手机或电脑等设备使用。为了提高本申请的适用范围，主控制器还能够根据预设程序独立控制踝关节组件2动作。根据预设程序独立控制踝关节组件2动作虽然效果不及量身定制的外部数据，但能够临时满足外部条件不足时的康复。左矫正器1和右矫正器2的控制程序相同，但左右脚并不同步运动，因此程序运行上要求不同步。
患儿足部应避免在矫正鞋3内明显移动，因此矫正鞋3穿上时应一定程度包紧患儿足部，但又不宜过紧引起不适。为了监控此情况，脑瘫儿童智能踝足矫正训练器包括血氧传感器，血氧传感器与主控制器连接，主控制器能够接收血氧数据并传输给数据收发装置将数据输出。血氧传感器是现有技术产品，使用时安装在患儿脚拇指上。血氧传感器测值过低，则代表拇指处血氧量不足，从而代表矫正鞋3过紧，应适当松一松。还可进一步设置主控制器程序，在血氧传感器测值低于一定量时自动停止电机23。
小腿连接装置1的作用是穿戴在小腿上，具体设置方式优选为小腿连接装置1包括小腿连接板11和连接在小腿连接板11上的绑腿带12。穿戴方式是小腿连接板11贴在小腿上，绑腿带12将小腿连接板11绑在小腿上。
踝关节组件12的具体设置方式如图2和图3所示，优选为：踝关节组件2包括减速器座21、谐波减速器22、内端盖24、电机23、角度编码器25和输出连杆组件28；减速器座21结构为带有连杆通过缺口211的环形结构，减速器座21与小腿连接装置1连接；谐波减速器22位于减速器座21外侧，谐波减速器22的壳体与减速器座21连接；电机23与谐波减速器22连接；输出连杆组件28包括输出连杆281、连接柱283、弹簧284、压块285和连杆盖282，输出连杆281上设置有套装凸缘2811和滑槽2812，输出连杆281从连杆通过缺口211进入减速器座21内，套装凸缘2811套在谐波减速器22的输出盘上，连接柱283从滑槽2812通过并与谐波减速器22的输出盘连接，连接柱283和谐波减速器22的输出盘共同限制输出连杆281轴向移动，滑槽2812内在输出连杆281两侧均设置弹簧284和压块285，弹簧284支撑压块285使压块285抵靠在连接柱283上，连杆盖282与输出连杆281连接并盖住滑槽2812；内端盖24位于减速器座21内侧并与减速器座21连接；角度编码器25安装在内端盖24上，角度编码器25检测输出连杆组件28的旋转角度。
更具体的，可设置连接法兰26连接电机23壳体和谐波减速器22壳体。可设置联轴器27连接电机输出轴和谐波减速器22的输入孔。可设置外端盖29将电机23盖住。电机23、谐波减速器22和角度编码器25均为现有技术产品。
电机23驱动谐波减速器22，谐波减速器22输出低转速，带动连接柱283旋转，连接柱283推动压块285，再压缩弹簧284，弹簧最终推动输出连杆281摆动，从而驱动矫正鞋3摆动。该驱动方式具有一定的柔性，使得对患儿足部的驱动更加平缓，当患儿足部对矫正鞋运动的抵抗力过大时，弹簧284可压缩避免强行驱动，从而利于患儿使用的舒适性。
主控制器控制踝关节组件2动作，实际是主控制控制输出连杆28摆动的速度、力度和角度。主控制控制电机23的正反转、转速、力矩和转动时间即控制了输出连杆281摆动的速度、角度和力度。连杆通过缺口211除了具有供输出连杆281通过的作用外，还具有限制输出连杆281极限摆动角度的作用。当出现出现故障时，输出连杆281摆动超量则与连杆通过缺口211的壁面接触而停止，从而可避免输出连杆281摆动超量导致危险。
由于输出连杆281是被柔性驱动的，使得输出连杆281实际摆动角度和主控制器预设角度有些差别，该差别可反映患儿的足部的跖屈和背屈程度。跖屈时，输出连杆281前摆角度会小一些；背屈时，输出连杆281后摆角度会小一些。
矫正鞋3的具体设置方式优选如图4和图5所示：矫正鞋3与输出连杆281连接，矫正鞋3包括鞋底31和与鞋底31连接足部固定结构32，鞋底31包括压力传感器34、压力垫片35以及自下而上依次设置的鞋底底层311、硬质的鞋底中间层312和柔性的鞋底面层313，鞋底中间层312上设置有传感器及线路槽314，压力传感器34固定在传感器及线路槽314内，压力垫片35设置在压力传感器34与鞋底面层313之间。
患儿足部踩在柔性的鞋底面层313上，柔性的鞋底面层313受力变形，下压压力垫片35，压力垫片35将力传递给压力传感器34，从而检测压力。
矫正鞋3与输出连杆281连接的具体方式可以是在鞋底中间层312上连接鞋连接座33，鞋连接座33上设置鞋连接孔331和线路孔332。输出连杆281插入鞋连接孔331并通过紧固件与鞋连接座33连接。压力传感器34的供电和信号用的线路5从线路槽314和线路孔332通过。
压力传感器34的具体设置方式优选如下：压力传感器34的数量为四个，压力垫片35与压力传感器34一一对应设置，脑瘫儿童穿上矫正鞋3时，四个压力垫片35的位置分别与第一跖趾关节、第五跖趾关节、足跟和足外侧对应。上述设置方式有利于更准确地反映患儿足部的跖屈和背屈程度。跖屈时，第一跖趾关节、第五跖趾关节处对应的压力传感34测值增大；背屈时，足跟处对应的压力传感34测值增大。另外设置足外侧对应传感器，可反映足部侧偏情况。
不同的患儿脚大小形状有所不同。差别较大时，可采用不同规格的矫正鞋3。差别较小时，可调整足部固定结构32以有效固定足部，并可调节压力垫片35位置以适应。
输出连杆281的旋转中心应与患儿患关节正对，为了便于正对，上下及前后方向上，矫正鞋3与输出连杆28旋转中心的距离可调。可将矫正鞋3与输出连杆28连接用的孔以及踝关节组件2与小腿连接板11连接的孔设置为长孔已实现上述调节。
如图5所示的本申请的数据和电能传递据由线路5实现。
这里进一步说明本申请其他可测量数据及可实现功能。1、首次着地时踝关节的跖屈角度，此数据在电机23关闭，患儿足部首次着地时由角度编码器25测得。2、迈步相踝关节的最大背屈角度，此数据在电机23关闭，患儿自主行走时由角度编码器25测得。3、站立相早期接触的踝关节背屈角度，此数据在电机23关闭，患儿站立时由角度编码器25测得。4、站立相中末期和末期的异常跖屈角度，此数据在电机23关闭，患儿站立时由角度编码器25测得。5、避免压疮发生，各压力传感器34测值均明显大于正常值，则代表矫正鞋3给与患儿足部的压力过大，可能导致压疮，应适当松一松矫正鞋或调整患儿足部位置。6、实现痉挛识别，行走时，当压力传感器34测值一直正常，但忽然产生较大变化，则代表患儿足部出现痉挛，此时应立刻停止电机23避免患儿摔倒；可设置主控制器程序，自动实现痉挛时停止电机23。
本申请要穿戴在人体上。为了保证轻便和舒适，本申请各部件应尽量轻便。材料上应选用轻便的塑料材料或铝材，坚硬部件与人体贴合的一侧上应贴上柔性垫。现有技术产品选型方面也选用轻便的产品。本申请所需输出功率并不大，因此重量在可接受范围内，申请人实际试制产品的质量为1.5kg。
Claims (8)
1.脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：包括小腿连接装置(1)、矫正鞋(3)、踝关节组件(2)和供电控制盒组件(4)，矫正鞋(3)能够获得足部对矫正鞋(3)的压力数据，踝关节组件(2)与小腿连接装置(1)和矫正鞋(3)连接，踝关节组件(2)能够驱动矫正鞋(3)旋转并获取矫正鞋(3)的旋转角度数据，控制盒组件(4)与小腿连接装置(1)连接；供电控制盒组件(4)包括主控制器、数据收发装置和电源，主控制器能够接收压力数据和旋转角度数据并传输给数据收发装置将数据输出，数据收发装置能够接收外部数据并传输给主控制器，主控制器能够根据外部数据控制踝关节组件(2)动作；电源为脑瘫儿童足踝正装置提供电能。
2.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练器，其特征在于：包括血氧传感器，血氧传感器与主控制器连接，主控制器能够接收血氧数据并传输给数据收发装置将数据输出。
3.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：小腿连接装置(1)包括小腿连接板(11)和连接在小腿连接板(11)上的绑腿带(12)。
4.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：踝关节组件(2)包括减速器座(21)、谐波减速器(22)、内端盖(24)、电机(23)、角度编码器(25)和输出连杆组件(28)；减速器座(21)结构为带有连杆通过缺口(211)的环形结构，减速器座(21)与小腿连接装置(1)连接；谐波减速器(22)位于减速器座(21)外侧，谐波减速器(22)的壳体与减速器座(21)连接；电机(23)与谐波减速器(22)连接；输出连杆组件(28)包括输出连杆(281)、连接柱(283)、弹簧(284)、压块(285)和连杆盖(282)，输出连杆(281)上设置有套装凸缘(2811)和滑槽(2812)，输出连杆(281)从连杆通过缺口(211)进入减速器座(21)内，套装凸缘(2811)套在谐波减速器(22)的输出盘上，连接柱(283)从滑槽(2812)通过并与谐波减速器(22)的输出盘连接，连接柱(283)和谐波减速器(22)的输出盘共同限制输出连杆(281)轴向移动，滑槽(2812)内在输出连杆(281)两侧均设置弹簧(284)和压块(285)，弹簧(284)支撑压块(285)使压块(285)抵靠在连接柱(283)上，连杆盖(282)与输出连杆(281)连接并盖住滑槽(2812)；内端盖(24)位于减速器座(21)内侧并与减速器座(21)连接；角度编码器(25)安装在内端盖(24)上，角度编码器(25)检测输出连杆组件(28)的旋转角度。
5.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：矫正鞋(3)包括鞋底(31)和与鞋底(31)连接足部固定结构(32)，鞋底(31)包括压力传感器(34)、压力垫片(35)以及自下而上依次设置的鞋底底层(311)、硬质的鞋底中间层(312)和柔性的鞋底面层(313)，鞋底中间层(312)上设置有传感器及线路槽(314)，压力传感器(34)固定在传感器及线路槽(314)内，压力垫片(35)设置在压力传感器(34)与鞋底面层(313)之间；鞋底中间层(312)与踝关节组件(2)连接。
6.根据权利要求5所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：压力传感器(34)的数量为四个，压力垫片(35)与压力传感器(34)一一对应设置，脑瘫儿童穿上矫正鞋(3)时，四个压力垫片(35)的位置分别与第一跖趾关节、第五跖趾关节、足跟和足外侧对应。
7.根据权利要求1所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：上下及前后方向上，矫正鞋(13)与踝关节组件(12)旋转中心的距离可调。
8.根据权利要求1至7任一项所述的脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置，其特征在于：主控制器还能够根据预设程序独立控制踝关节组件(2)动作。
Priority Applications (1)
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| CN201910682269.5A CN110522600A (zh) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | 脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置 |
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| CN201910682269.5A CN110522600A (zh) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | 脑瘫儿童智能踝足矫正训练装置 |
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| CN110522600A true CN110522600A (zh) | 2019-12-03 |
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