CN111067756B - 基于互联网的肢体康复训练装置及其控制方法 - Google Patents

基于互联网的肢体康复训练装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于互联网的肢体康复训练装置及其控制方法。装置包括底座和通过连杆机构安装在底座上方的移动座，移动座上安装有用于与肢体接触的肢体架，还包括用于驱动连杆机构动作的驱动装置，连杆机构为具有第一形态和第二形态的变胞机构，连杆机构还包括有用于实现形态切换的变胞驱动机构；康复训练装置还包括控制器和与控制器通过网络相连接的移动终端，控制器用于控制驱动装置和变胞驱动机构动作，移动终端用于向控制器发送控制指令。本发明通过变胞机构实现了两种动作形态，还可以通过移动APP设置不同的动作形式，提供多种连续的训练轨迹，使患者可以以多种姿态进行长时间训练，避免长期单一动作导致劳损，提高训练效果。

Description

基于互联网的肢体康复训练装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种肢体康复训练所用的器械，还涉及一种该类器械的控制方法。
背景技术
肢体运动性障碍患者在治疗过程中及治疗后都需要进行康复训练。目前，借助康复器械训练成为主流，代替了医护人员辅助动作的传统方式。然而，目前的康复器械存在以下缺陷：（1）功能单一，通常只能辅助完成固定轨迹的肢体运动，动作单一，长时间训练容易出现劳损，反而加重病情；（2）对于部分能够进行连杆机构调节的装置，其结构非常复杂，而且需要手动调整，操作难度大，无法根据需要实时变换运动轨迹，实用性差，训练效果不明显。
发明内容
本发明提出了一种基于互联网的肢体康复训练装置及其控制方法，其目的是：（1）提供多种训练轨迹，使患者可以以多种姿态进行训练，避免长期单一动作导致劳损；（2）降低轨迹切换的难度，提高实用性。
本发明技术方案如下：
一种基于互联网的肢体康复训练装置，包括底座和通过连杆机构安装在底座上方的移动座，所述移动座上安装有用于与肢体接触的肢体架，还包括用于驱动所述连杆机构动作的驱动装置，所述连杆机构为具有第一形态和第二形态的变胞机构，所述连杆机构还包括有用于实现形态切换的变胞驱动机构；
所述康复训练装置还包括控制器和与所述控制器通过网络相连接的移动终端，所述控制器用于控制驱动装置和变胞驱动机构动作，所述移动终端用于向控制器发送控制指令；
所述康复训练装置还包括用于拍摄二维码的摄像头，所述移动终端上设有用于显示二维码的显示屏。
作为本装置的进一步改进：所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、连接架和驱动连杆；
所述连接架固定安装在移动座的底部；
所述第一连杆的下端通过球关节与所述底座相连接，上端与第二连杆转动连接；
所述第二连杆的前端通过铰链与所述第三连杆的后端相连接；
所述第三连杆的前端与所述连接架转动连接；
所述驱动连杆下端与所述底座转动连接、上端与所述移动座转动连接；
在第一形态下，第一连杆上端与第二连杆之间转动连接的轴线、驱动连杆下端与所述底座之间转动连接的轴线以及驱动连杆上端与所述移动座之间转动连接的轴线都为水平左右方向且相互平行，并且第一连杆与驱动连杆为相互平行且等长；
所述铰链的轴线相对于水平面呈前上方——后下方倾斜设置，且铰链设置在第二连杆和第三连杆的右侧；该铰链的轴线与第一连杆下端处的球关节的球心位于同一竖直平面内；
所述变胞驱动机构为伸缩缸，所述伸缩缸的上端通过球关节与所述第一连杆的中部相连接，下端通过球关节与所述底座相连接，且伸缩缸下端处的球关节的球心位于第一连杆下端球关节的球心的右侧，以使两个球心的连线与驱动连杆下端处转动连接的轴线相平行；
所述第二连杆为金属材质，所述移动座底部还安装有位于第二连杆左侧的电磁铁；
所述控制器还用于控制伸缩缸和电磁铁。
作为本装置的进一步改进：所述驱动装置为安装在底座上的第一电机；所述第一电机的输出轴连接有偏心盘，所述偏心盘上设置有偏心转轮，该偏心转轮与所述驱动连杆上的条形槽相配合。
作为本装置的进一步改进：所述第三连杆为前后走向的伸缩杆，包括相互滑动配合的第一伸缩部和第二伸缩部，所述第一伸缩部的后端与所述铰链相连接；
所述连接架上设有前后走向的滑槽，所述连杆机构还包括沿所述滑槽前后移动的滑块，所述滑块中部开设有螺纹孔，所述移动座底部还安装有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有丝杆，所述丝杆与滑块上的螺纹孔相配合；
所述第二伸缩部的前端与所述滑块转动连接，且该转动连接的轴线为水平左右走向。
一种控制上述康复训练装置的方法，步骤为：
（一）移动终端连接wifi网络，启动移动终端中的APP，与服务器进行网络连接并登录账号；在显示屏上显示二维码，该二维码所对应的字符内容包含wifi网络信息、wifi密码和账号信息；
（二）使用摄像头拍摄上述二维码并解析，使用wifi网络信息和wifi密码连接wifi网络，与服务器获得连接，并将本台康复训练装置的信息与二维码中的账号信息一同发送至服务器，服务器端将该台康复训练装置与该账号绑定，以实现康复训练装置与移动终端之间的网络通讯；
（三）在移动终端设置一组动作步骤，每个动作步骤内包括装置形态、第一电机的转动速度、时间长度，如果装置工作在第二形态下，还需要设置所述滑块的位置；
（四）移动终端将动作步骤信息发送至控制器，控制器根据该信息依次执行动作步骤；
当相邻的动作步骤之间所要求的形态不同时，需要进行形态切换；
从第一形态切换到第二形态的方法为：第一电机转动到预设的固定角度，使铰链的轴线经过第一连杆下端球关节的球心，然后电磁铁断电、伸缩缸收缩，使第一连杆和第二连杆离开所在的竖直平面；此时第一连杆、伸缩缸、第二连杆和第三连杆构成一个可相对于底座前后俯仰转动的刚性连杆，移动座、连接架、滑块构成另一个刚性连杆，两个刚性连杆与底座和驱动连杆构成平面四杆机构，装置处于第二形态；
在第二形态下，通过第二电机转动达到调整滑块位置的目的；
从第二形态切换到第一形态的方法为：第二电机控制滑块回到第一形态下的初始位置，第一电机回到预设的固定位置使第三连杆回到水平位置，然后伸缩缸伸长，将第一连杆和第二连杆推到驱动连杆所在的竖直平面，然后电磁铁通电，将第二连杆与移动座固定在一起，此时第二连杆、第三连杆、移动座和连接架构成一个刚性连杆，该刚性连杆与第一连杆、底座和驱动连杆构成平行四边形机构，装置处于第一形态。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本发明一方面通过变胞机构实现了两种动作形态，另一方面通过二维码实现了与移动终端的网络通讯，从而可以通过移动APP设置不同的动作形式，提供多种连续的训练轨迹，使患者可以以多种姿态进行长时间训练，避免长期单一动作导致劳损，提高训练效果；（2）本发明中所采用的变胞机构简单紧凑，巧妙地设置了不同关节的位置，当连杆机构运动到预设位置后，只要伸缩缸动作，就能使得不同的连杆自动组成不同的刚性一体结构连杆，实现两种形态的转换，切换快速，停顿短，不影响整个训练的连续性；（3）在第一形态下，移动座只能平移移动，切换到第二形态下，移动座可以根据滑块的不同位置，发生不同幅度的移动加转动，从而丰富了移动轨迹数量，通过第二电机进行调整也非常方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A部分的局部示意图。
图3为图1中B部分的局部示意图。
图4为图3的C-C局部示意图。
图5为图1中D部分的局部示意图。
图6为连杆机构在第一形态下的结构示意图。
图7为移动座在第一形态下的运动轨迹示意图。
图8为连杆机构在第二形态下的结构示意图。
图9为移动座在第二形态下的运动轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
如图1，一种基于互联网的肢体康复训练装置，包括底座1和通过连杆机构2安装在底座1上方的移动座3，所述移动座3上安装有用于与肢体接触的肢体架4，所述肢体架4可根据需要进行更换。装置还包括用于驱动所述连杆机构2动作的驱动装置。
所述连杆机构2为具有第一形态和第二形态的变胞机构，所述连杆机构2还包括有用于实现形态切换的变胞驱动机构。
连杆机构2的具体结构为：
如图1、2、6和8，所述连杆机构2包括第一连杆2-1、第二连杆2-2、第三连杆2-3、连接架2-4和驱动连杆2-5。
所述连接架2-4固定安装在移动座3的底部，具有左右两只立板。
所述第一连杆2-1的下端通过球关节与所述底座1相连接，上端与第二连杆2-2转动连接。
所述第二连杆2-2的前端通过铰链2-7与所述第三连杆2-3的后端相连接。
所述第三连杆2-3的前端与所述连接架2-4转动连接。
所述驱动连杆2-5下端与所述底座1转动连接、上端与所述移动座3转动连接。
如图5，所述驱动装置为安装在底座1上的第一电机5；所述第一电机5的输出轴连接有偏心盘6，所述偏心盘6上设置有偏心转轮，该偏心转轮与所述驱动连杆2-5上的条形槽2-5-1相配合。
如图6，在第一形态下，第一连杆2-1上端与第二连杆2-2之间转动连接的轴线、驱动连杆2-5下端与所述底座1之间转动连接的轴线以及驱动连杆2-5上端与所述移动座3之间转动连接的轴线都为水平左右方向且相互平行，并且第一连杆2-1与驱动连杆2-5为相互平行且等长。
如图1和2，所述铰链2-7的轴线相对于水平面呈前上方——后下方倾斜设置，且铰链2-7设置在第二连杆2-2和第三连杆2-3的右侧；该铰链2-7的轴线与第一连杆2-1下端处的球关节的球心位于同一竖直平面内。
所述变胞驱动机构为伸缩缸2-6，所述伸缩缸2-6的上端通过球关节与所述第一连杆2-1的中部相连接，下端通过球关节与所述底座1相连接，且伸缩缸2-6下端处的球关节的球心位于第一连杆2-1下端球关节的球心的右侧，以使两个球心的连线与驱动连杆2-5下端处转动连接的轴线相平行。此处设计的目的为，使第一连杆2-1与伸缩缸2-6构成一体刚性连杆后，可以相对于底座1前后转动。
所述第二连杆2-2为金属材质，所述移动座3底部还安装有位于第二连杆2-2左侧的电磁铁3-1，其作用是在第一形态下固定住第二连杆2-2的位置。
进一步的，如图3和4，所述第三连杆2-3为前后走向的伸缩杆，包括相互滑动配合的第一伸缩部2-3-1和第二伸缩部2-3-2，所述第一伸缩部2-3-1的后端与所述铰链2-7相连接。
所述连接架2-4的左右立板上设有前后走向的滑槽2-8，所述连杆机构2还包括沿所述滑槽2-8前后移动的滑块2-11，滑块2-11位于两个立板之间，滑块2-11左右两侧设有与滑槽2-8相配合的凸台2-11-1，凸台2-11-1外侧设有连接轴2-11-2。所述滑块2-11中部开设有螺纹孔，所述移动座3底部还安装有第二电机2-9，所述第二电机2-9的输出轴连接有丝杆2-10，所述丝杆2-10与滑块2-11上的螺纹孔相配合。所述第二伸缩部2-3-2为左右两组，后端与第一伸缩部2-3-1前端的方孔相配合，第二伸缩部2-3-2的前端与所述滑块2-11两侧的连接轴2-11-2进行转动连接，且该转动连接的轴线为水平左右走向。
所述康复训练装置还包括安装在底座1上的控制器和与所述控制器通过网络相连接的移动终端。所述控制器用于控制第一电机5和第二电机2-9动作，还用于通过继电器控制电磁铁3-1线圈通断电，以及向电动式的伸缩缸2-6中的步进电机发送脉冲信号驱动其动作。第一电机和第二电机同样均为步进电机，根据控制器发出的脉冲进行转动。
所述移动终端用于向控制器发送控制指令。
所述康复训练装置还包括位于底座1上、用于拍摄二维码的摄像头，所述移动终端上设有用于显示二维码的显示屏。
本装置的控制步骤为：
（一）移动终端连接wifi网络，启动移动终端中的APP，与服务器进行网络连接并登录账号；在显示屏上显示二维码，该二维码所对应的字符内容包含wifi网络信息、wifi密码和账号信息。
（二）使用摄像头拍摄上述二维码并解析，使用wifi网络信息和wifi密码连接wifi网络，与服务器获得连接，并将本台康复训练装置的信息与二维码中的账号信息一同发送至服务器，服务器端将该台康复训练装置与该账号绑定，以实现康复训练装置与移动终端之间的网络通讯。
（三）在移动终端设置一组动作步骤，每个动作步骤内包括装置形态、第一电机5的转动速度、时间长度，如果装置工作在第二形态下，还需要设置所述滑块2-11的位置。
（四）移动终端将动作步骤信息发送至控制器，控制器根据该信息依次执行动作步骤。
当相邻的动作步骤之间所要求的形态不同时，需要进行形态切换。
从第一形态切换到第二形态的方法为：如图1、2、6和8，第一电机5转动到预设的固定角度，使铰链2-7的轴线经过第一连杆2-1下端球关节的球心，然后电磁铁3-1断电，使第二连杆2-2可以相对于铰链2-7轴线进行转动，而后伸缩缸2-6收缩，使第一连杆2-1和第二连杆2-2离开所在的竖直平面。由于第一连杆2-1下端球关节的球心、伸缩缸2-6上下端球关节的球心三者之间的距离此时是固定的，因此三者之间构成一个稳固的三角形，继而决定了第一连杆2-1和伸缩缸2-6只能相对于底座1前后俯仰。进一步的，由于铰链2-7的轴线和第一连杆2-1之间的夹角在此过程中始终不变，因此第一连杆2-1、第二连杆2-2和铰链2-7轴线实质上构成一个不在竖直面内的三角形，该三角形使得铰链2-7与第一连杆2-1的相对位置固定下来，也就决定了第一连杆2-1、伸缩缸2-6、第二连杆2-2和第三连杆2-3构成一个可相对于底座1前后俯仰转动的刚性连杆，同时移动座3、连接架2-4、滑块2-11构成另一个刚性连杆，两个刚性连杆与底座1和驱动连杆2-5构成平面四杆机构，装置处于第二形态，可实现移动座3如图9所示的移动轨迹。
在第二形态下，还可以通过第二电机2-9转动，带动滑块2-11前后移动，继而调整滑块2-11上转动连接轴2-11-2线与第一连杆2-1下端转动轴线之间的距离，以及滑块2-11上转动连接轴2-11-2线与驱动连杆2-5上端转动连接轴2-11-2线之间的距离，从而改变四杆机构的尺寸，实现对轨迹的微调。例如将脚步固定在肢体架4上时，可以有利于踝关节和膝关节以不同的姿态、幅度活动，减轻训练疲劳感。
从第二形态切换到第一形态的方法为：第二电机2-9控制滑块2-11回到第一形态下的初始位置，第一电机5回到固定位置使第三连杆2-3回到水平位置，然后伸缩缸2-6伸长，将第一连杆2-1和第二连杆2-2推到驱动连杆2-5所在的竖直平面。事先通过设定伸缩缸2-6的极限长度，使得其伸长后，第一连杆2-1下端球关节球心与伸缩缸2-6下端球关节球心的连线恰好与第一连杆2-1相垂直，构成稳固的直角三角形。然后电磁铁3-1通电，将第二连杆2-2与移动座3固定在一起，此时第二连杆2-2、第三连杆2-3、移动座3和连接架2-4构成一个刚性连杆，该刚性连杆与第一连杆2-1、底座1和驱动连杆2-5构成平行四边形机构，装置处于第一形态，可实现移动座3如图7所示的平动。

Claims (4)

1.一种基于互联网的肢体康复训练装置，包括底座（1）和通过连杆机构（2）安装在底座（1）上方的移动座（3），所述移动座（3）上安装有用于与肢体接触的肢体架（4），还包括用于驱动所述连杆机构（2）动作的驱动装置，其特征在于：所述连杆机构（2）为具有第一形态和第二形态的变胞机构，所述连杆机构（2）还包括有用于实现形态切换的变胞驱动机构；
所述康复训练装置还包括控制器和与所述控制器通过网络相连接的移动终端，所述控制器用于控制驱动装置和变胞驱动机构动作，所述移动终端用于向控制器发送控制指令；
所述康复训练装置还包括用于拍摄二维码的摄像头，所述移动终端上设有用于显示二维码的显示屏；
所述连杆机构（2）包括第一连杆（2-1）、第二连杆（2-2）、第三连杆（2-3）、连接架（2-4）和驱动连杆（2-5）；
所述连接架（2-4）固定安装在移动座（3）的底部；
所述第一连杆（2-1）的下端通过球关节与所述底座（1）相连接，上端与第二连杆（2-2）转动连接；
所述第二连杆（2-2）的前端通过铰链（2-7）与所述第三连杆（2-3）的后端相连接；
所述第三连杆（2-3）的前端与所述连接架（2-4）转动连接；
所述驱动连杆（2-5）下端与所述底座（1）转动连接、上端与所述移动座（3）转动连接；
在第一形态下，第一连杆（2-1）上端与第二连杆（2-2）之间转动连接的轴线、驱动连杆（2-5）下端与所述底座（1）之间转动连接的轴线以及驱动连杆（2-5）上端与所述移动座（3）之间转动连接的轴线都为水平左右方向且相互平行，并且第一连杆（2-1）与驱动连杆（2-5）为相互平行且等长；
所述铰链（2-7）的轴线相对于水平面呈前上方——后下方倾斜设置，且铰链（2-7）设置在第二连杆（2-2）和第三连杆（2-3）的右侧；该铰链（2-7）的轴线与第一连杆（2-1）下端处的球关节的球心位于同一竖直平面内；
所述变胞驱动机构为伸缩缸（2-6），所述伸缩缸（2-6）的上端通过球关节与所述第一连杆（2-1）的中部相连接，下端通过球关节与所述底座（1）相连接，且伸缩缸（2-6）下端处的球关节的球心位于第一连杆（2-1）下端球关节的球心的右侧，以使两个球心的连线与驱动连杆（2-5）下端处转动连接的轴线相平行；
所述第二连杆（2-2）为金属材质，所述移动座（3）底部还安装有位于第二连杆（2-2）左侧的电磁铁（3-1）；
所述控制器还用于控制伸缩缸（2-6）和电磁铁（3-1）。
2.如权利要求1所述的基于互联网的肢体康复训练装置，其特征在于：所述驱动装置为安装在底座（1）上的第一电机（5）；所述第一电机（5）的输出轴连接有偏心盘（6），所述偏心盘（6）上设置有偏心转轮，该偏心转轮与所述驱动连杆（2-5）上的条形槽（2-5-1）相配合。
3.如权利要求1所述的基于互联网的肢体康复训练装置，其特征在于：所述第三连杆（2-3）为前后走向的伸缩杆，包括相互滑动配合的第一伸缩部（2-3-1）和第二伸缩部（2-3-2），所述第一伸缩部（2-3-1）的后端与所述铰链（2-7）相连接；
所述连接架（2-4）上设有前后走向的滑槽（2-8），所述连杆机构（2）还包括沿所述滑槽（2-8）前后移动的滑块（2-11），所述滑块（2-11）中部开设有螺纹孔，所述移动座（3）底部还安装有第二电机（2-9），所述第二电机（2-9）的输出轴连接有丝杆（2-10），所述丝杆（2-10）与滑块（2-11）上的螺纹孔相配合；
所述第二伸缩部（2-3-2）的前端与所述滑块（2-11）转动连接，且该转动连接的轴线为水平左右走向。
4.一种控制如权利要求3所述的基于互联网的肢体康复训练装置的方法，其特征在于步骤为：
（一）移动终端连接wifi网络，启动移动终端中的APP，与服务器进行网络连接并登录账号；在显示屏上显示二维码，该二维码所对应的字符内容包含wifi网络信息、wifi密码和账号信息；
（二）使用摄像头拍摄上述二维码并解析，使用wifi网络信息和wifi密码连接wifi网络，与服务器获得连接，并将本台康复训练装置的信息与二维码中的账号信息一同发送至服务器，服务器端将该台康复训练装置与该账号绑定，以实现康复训练装置与移动终端之间的网络通讯；
（三）在移动终端设置一组动作步骤，每个动作步骤内包括装置形态、第一电机（5）的转动速度、时间长度，如果装置工作在第二形态下，还需要设置所述滑块（2-11）的位置；
（四）移动终端将动作步骤信息发送至控制器，控制器根据该信息依次执行动作步骤；
当相邻的动作步骤之间所要求的形态不同时，需要进行形态切换；
从第一形态切换到第二形态的方法为：第一电机（5）转动到预设的固定角度，使铰链（2-7）的轴线经过第一连杆（2-1）下端球关节的球心，然后电磁铁（3-1）断电、伸缩缸（2-6）收缩，使第一连杆（2-1）和第二连杆（2-2）离开所在的竖直平面；此时第一连杆（2-1）、伸缩缸（2-6）、第二连杆（2-2）和第三连杆（2-3）构成一个可相对于底座（1）前后俯仰转动的刚性连杆，移动座（3）、连接架（2-4）、滑块（2-11）构成另一个刚性连杆，两个刚性连杆与底座（1）和驱动连杆（2-5）构成平面四杆机构，装置处于第二形态；
在第二形态下，通过第二电机（2-9）转动达到调整滑块（2-11）位置的目的；
从第二形态切换到第一形态的方法为：第二电机（2-9）控制滑块（2-11）回到第一形态下的初始位置，第一电机（5）回到预设的固定位置使第三连杆（2-3）回到水平位置，然后伸缩缸（2-6）伸长，将第一连杆（2-1）和第二连杆（2-2）推到驱动连杆（2-5）所在的竖直平面，然后电磁铁（3-1）通电，将第二连杆（2-2）与移动座（3）固定在一起，此时第二连杆（2-2）、第三连杆（2-3）、移动座（3）和连接架（2-4）构成一个刚性连杆，该刚性连杆与第一连杆（2-1）、底座（1）和驱动连杆（2-5）构成平行四边形机构，装置处于第一形态。
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