CN111150615A - 一种动态减重步行训练仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态减重步行训练仪，包括机头、轨道和挂架，机头包括行走组件和下箱体，行走组件用于产生动力并沿轨道行走，位于行走组件底部的下箱体上设置有吊带；吊带的另一端连接有挂架，挂架用于病人连接使用，可收放的吊带用于实现病人行走时动态减重。该动态减重步行训练仪，可以在紧凑的空间内满足动态减重步行训练和转移的需求，可以实现大范围的快速垂直和水平运动，结构简单，外观美观，可靠性高，便于维护，智能化程度高，可以减轻治疗师的工作压力。

Description

一种动态减重步行训练仪

技术领域

本发明涉及医疗康复设备技术领域，特别是涉及一种动态减重步行训练仪。

背景技术

随着老龄化的到来，患有中风和其他神经系统疾病的病人数量越来越大，大多数病人伴有偏瘫症状，行走训练是偏瘫病人恢复行走能力重要的环节。除此之外，因为车祸等意外导致行走困难的病人在手术和药物治疗的前提下还需要科学的行走训练。

减重步行训练是一种用于恢复下肢力量和行走能力的训练方法，通过悬吊的方式减少病人部分或全部的体重，让病人保持平衡并进行步态训练，让下肢力量不足的病人逐步恢复行走能力。

早期的减重步行训练是通过悬吊配重块，通过配重块的重力提供一个恒定的拉力实现减重，由于使用者在步行训练时的负载是动态变化的，这种恒定拉力的减重方式不能动态的减少使用者的负载，反而可能使训练者腿部的支撑力加大。

现在的减重步行训练产品大致有两种。第一种是通过配重块和悬吊装置给病人提供一个恒定的拉力来达到减重的目的，人在行走时腿部的负载随着重心的变化而变化，这种恒定拉力的减重装置会让病人在训练时感到不舒服，训练的效果也很不好。第二种是增加弹簧机构的动态减重产品，因为增加了弹簧可以动态调整病人步行训练时的腿部负载，实现动态减重的效果。但是因为结构非常复杂导致整体系统的可靠性一般，另一个问题是受限于有限的弹簧长度，病人不能进行较大范围的垂直运动，如上下楼梯训练，站立下蹲训练等。现在市场上的减重步行训练产品基本都是有固定框架的，病人活动的范围受限于框架，不能进行大范围的自由步行训练，所以训练项目也比较单一乏味，存在比较大的局限性，不能满足病人的康复需求。

现有产品存在智能化不足的问题，在训练完成后不能提供病人准确的的训练效果等信息，比如步态的变化，行走的速度，左右脚步幅的区别等有效信息，没有这些信息，医生不能对病人的训练效果进行评估和对下一步的训练内容进行调整，智能化的人机交互能力的缺失是现有产品的重大缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态减重步行训练仪，以解决上述现有技术存在的问题，能够在紧凑的空间内满足动态减重步行训练和转移的需求，可以实现大范围的快速垂直和水平运动，结构简单，可靠性高，便于维护，智能化程度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种动态减重步行训练仪，包括机头、轨道和挂架，所述机头包括行走组件和下箱体，所述行走组件用于产生动力并沿所述轨道行走，位于所述行走组件底部的所述下箱体上设置有吊带；所述吊带的另一端连接有所述挂架，所述挂架用于病人连接使用，可收放的所述吊带用于实现病人行走时动态减重。

优选的，所述行走组件包括驱动机构和从动机构，所述驱动机构包括直行电机、上驱动轮、下驱动轮，所述直行电机用于驱动贴紧所述轨道内壁的所述上驱动轮和贴紧所述轨道外壁的所述下驱动轮运行，所述驱动机构带动所述从动机构沿所述轨道运动，所述从动机构包括挂轮和垂直滚轮，所述挂轮和上驱动轮在所述轨道内用于承受整个训练仪和病人的重量，所述垂直滚轮和下驱动轮用于压紧所述轨道的下表面。

优选的，所述直行电机连接直行电机减速器后驱动传动齿轮，所述传动齿轮同时与过渡齿轮和驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮用于驱动所述上驱动轮。

优选的，所述行走组件还包括杠杆支架，所述下驱动轮安装在所述杠杆支架的一端，且所述过渡齿轮的过渡轮轴穿入所述杠杆支架上靠近所述下驱动轮端的开孔中，所述杠杆支架一端可绕所述过渡轮轴旋转；所述杠杆支架的另一端上方安装有柱塞座，所述柱塞座内设置有弹簧柱塞；所述弹簧柱塞产生向下的力压住所述杠杆支架的另一端，所述下驱动轮则向上紧紧压住所述轨道的下表面；所述柱塞座上开设有用于调节下压力的腰型孔。

优选的，所述从动机构和驱动机构各安装了四个水平滚轮和三个导电轮，所述水平滚轮安装在腰型孔上，所述水平滚轮调整后可压紧所述轨道的左右内壁；所述轨道的左右内壁各安装了一根导电条，顶部安装了地线，所述导电轮在弹簧的作用下压紧左右导电条和顶部的地线给训练仪连续供电。

优选的，所述轨道的材质为铝合金型材，所述轨道由直轨和弯轨拼接而成后安装在天花板上，所述轨道内部安装有导电轨用于给所述机头供电。

优选的，所述行走组件的底部通过承接板与所述下箱体固定连接，所述下箱体包括安装在底板上的卷绳器和滑板，用于收放所述吊带的所述卷绳器通过举升电机减速器安装到举升电机上后通过电机支架固定在底板的左侧板上，所述滑板上对称安装有两个直线轴承，所述直线轴承套在两根光轴上，所述光轴上设有弹簧；所述滑板上安装有一个传动轮，所述传动轮的一端通过压力传感器与所述滑板连接，另一端通过铰链轴与所述滑板连接。

优选的，所述底板上通过轴承座安装有直行感应支架，所述直行感应支架通过联轴器与角度传感器连接，所述直行感应支架可随所述吊带前后摆动。

优选的，所述吊带的前方安装有光电开关，所述光电开关用于配合所述吊带上的反光色块进行限位。

优选的，所述机头的外壳前后各安装有一个用于检测前后障碍物的超声波传感器；所述机头的外壳中部装有一个霍尔传感器用于检测预先安装在轨道弯轨和直轨接头上的磁铁。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明的机头结构中配置了双弹簧的缓冲机构，可以在实现小范围的动态减重目的；当病人进行大范围的垂直运动时，压力传感器感知吊带拉力变大或变小时驱动举升电机放松或收紧吊带，保持吊带拉力保持不变；水平方向角度传感器可以感知吊带的角度使机头跟随病人移动。综上，本发明可以在病人进行大范围垂直和水平运动的前提下实现动态减重。

2、本发明结构简单，机头总体由行走组件和下箱体组成，可靠性高。

3、本发明的机头沿着天花板上铺设的轨道运行，没有固定框架，不占用地面空间，行走机构配置了大功率电机，可以大范围的快速移动，给病人提供更加丰富的训练项目。

4、本发明的系统可以通过一系列传感器统计病人在步行训练中的各种数据，如步频，速度，左右脚的步幅等，通过对这些数据的分析，在每次训练结束后给出一份评估报告给治疗师分析训练效果，并提供和上次训练结果的对比分析。本发明的目的是在紧凑的空间内满足动态减重步行训练和转移的需求，外观美观，可以实现大范围的快速垂直和水平运动，结构简单，可靠性高，便于维护，智能化程度高，减轻治疗师工作压力。

5、本发明还有结构紧凑，厚度小，对天花板高度要求较低的优点，另外除了步行训练，该系统的设计吊载重量为200kg，可以满足医院对病人转运的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为动态减重步行训练仪的整体结构示意图；

图2为行走组件结构图；

图3为驱动机构传动图；

图4为行走组件安装侧视图；

图5为驱动机构与轨道的安装位置示意图；

图6为轨道结构组成图；

图7为下箱体结构组成图；

图8为吊带收放传动图；

图9为直行感应支架安装位置图；

图10为超声波传感器、霍尔传感器安装位置图；

其中，1.机头；2.轨道；3.挂架；4.垂直滚轮；5.挂轮；6.导电轮；7.上驱动轮；8.直行电机；9.直行电机减速器；10.下驱动轮；11.水平滚轮；12.承接板；13.推力轴承；14.轴承盖；15.直线轴承；16.传动轮；17.卷绳器；18.举升电机减速器；19.举升电机；20.左侧板；21.光电开关；22.底板；23.弹簧；24.滑板；25.压力传感器；26.右侧板；27.铰链轴；28.光轴；29.吊带；30.直行感应支架；31.角度传感器；32.联轴器；33.轴承座；34.驱动齿轮；35.传动齿轮；36.过渡齿轮；37.杠杆支架；38.柱塞座；39.弹簧柱塞；40.过渡轮轴；41.导电条；42.地线；43.超声波传感器；44.霍尔传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种动态减重步行训练仪，以解决上述现有技术存在的问题，能够在紧凑的空间内满足动态减重步行训练和转移的需求，可以实现大范围的快速垂直和水平运动，结构简单，可靠性高，便于维护，智能化程度高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-10所示，本发明提供一种动态减重步行训练仪，由轨道2，机头1和挂架3三部分组成。

机头1由附图2中的行走组件和附图7中的下箱体组成，行走组件负责产生动力并沿着轨道2行走，下箱体通过收放吊带29实现病人行走训练时的动态减重，挂架3通过吊带29和机头连接，挂架3可以安装吊兜、马甲等附件实现不同功能。

如附图2所示，行走组件由驱动组件、从动组件和承接板12三部分组成，驱动组件和从动组件都是通过推力轴承13和轴承盖14配合螺钉组装在一起(见附图4)，安装后可以承受垂向的拉力并保证在弯轨处的转向。

从动组件中的两个挂轮5和驱动组件中的两个上驱动轮7在轨道2内负责承受整个系统和病人的体重，垂直滚轮4和下驱动轮10会压紧轨道2的下表面(见附图4)防止系统上下窜动和前后的摆动。从动组件和驱动组件各安装了四个水平滚轮11和三个导电轮6，如附图5所示，水平滚轮11安装在腰型孔上，调整后可以压紧轨道2的左右内壁，可以防止系统的左右摆动，并用于经过弯轨时的导向。轨道2的左右内壁各安装了一根导电条41，顶部安装了地线42，六个导电轮6在弹簧的作用下压紧左右导电条41和顶部的地线42给系统连续供电，安装两组导电轮可以有效降低断电故障发生的概率，内部全轨供电的方案有外形美观安全性能高的优点。

如附图3所示，驱动组件内的直行电机8连接直行电机减速器9后驱动传动齿轮35，传动齿轮35同时和过渡齿轮36和上部的驱动齿轮34啮合，驱动齿轮34直连上驱动轮7。过渡齿轮36和下部的驱动齿轮34啮合，然后直连下驱动轮10。因为过渡齿轮36的存在，上驱动轮7和下驱动轮10的旋转方向相反，而上驱动轮7贴紧轨道内壁，下驱动轮10贴紧轨道外壁(见附图5)，因此可以同时驱动机头1向一个方向运行。下驱动轮10安装在杠杆支架37的一端，过渡轮轴40穿入杠杆支架37中部的一个孔中，这样杠杆支架37就可以绕着过渡轮轴40旋转，杠杆支架37另一端上方安装了柱塞座38，柱塞座38里面有弹簧柱塞39，弹簧柱塞39产生向下的力压杠杆支架37的一端，另一端的下驱动轮10则向上紧紧压住轨道2的下表面，保证下驱动轮10在旋转时不会打滑，柱塞座38上有腰型孔方便调节下压力。过渡轮轴40也是过渡齿轮36的旋转轴，因此当杠杆支架37上下摆动时可以保证过渡齿轮36和驱动齿轮34的中心距不变，使齿轮啮合保持稳定。

轨道2材质为铝合金型材，如附图6所示，轨道2是由直轨和弯轨拼接而成，安装在天花板上，可以根据房间的布局拼接成环形，“S”形等，便于病人进行步行训练。轨道2内部安装有导电条用于给机头1供电。

综上，行走组件限制了系统的上下左右的平移和旋转自由度，还有前后的旋转自由度，系统只能在驱动轮的作用下前后平移，系统运行平稳无晃动。由于驱动组件的上下驱动轮同时驱动系统，有效防止由于轨道接头处的台阶引起的驱动轮打滑现象。

如附图7所示，下箱体的主体由底板22，左侧板20和右侧板26组成。卷绳器17通过举升电机减速器18安装到举升电机19上，然后通过电机支架和左侧板20连接。滑板24上安装了两个直线轴承15，直线轴承15套在两根光轴28上，因此滑板24可以前后自由滑动。光轴上有弹簧23，可以在步行训练时起到动态调整负载的作用。滑板24上安装了一个传动轮16，传动轮的一端通过压力传感器25和滑板24连接，另一端通过铰链轴27和滑板连接，这样通过压力传感器25就可以知道吊带施加在滑板上的力的大小。

如附图8所示，吊带29从卷绳器出来通过第一个传动轮16变为水平方向，再通过滑板24上的传动轮16换向180°后经过下箱体中部的两个传动轮16变为垂直方向，再穿过直行感应支架30。当病人进行步行训练时，会拉动吊带29，滑板会向左滑动压缩弹簧23，弹簧23的压缩量等于训练时设定的减重值，该值小于等于病人的体重。当病人行走时，重心的变化会导致吊带29拉力变化，此时弹簧23可以实时动态调整拉力使行走训练更加平滑舒适。吊带29的拉力由压力传感器25实时监测，当病人做大幅度垂直运动，比如上楼梯时，吊带29拉力大幅度变小，弹簧23会恢复到初始位置，不能进一步调节吊带29的拉力，此时控制系统会控制举升电机19收紧吊带29，让吊带29拉力恢复到设定值。举升电机19为大功率伺服电机，可以做到高速响应，让病人在快速运动中保持吊带29拉力恒定不变，保证减重效果。

吊带29的前方安装有光电开关21，配合吊带29上的反光色块可以起到限位作用，当吊带29运行到上下极限位置时，光电开关21会发出指令紧急停止系统，举升电机19的制动器抱死，防止对病人造成二次伤害。

如附图9所示，直行感应支架30通过轴承座33安装在底板22上，然后通过联轴器32和角度传感器31连接，直行感应支架30可以跟随吊带29前后摆动，并带动角度传感器31转动，当病人穿着马甲前后移动时会带动直行感应支架30转动，系统就可以通过角度传感器31转动的角度识别病人行走的方向和速度，并根据设定好的程序跟随病人进行步行训练。

综上，下箱体的双弹簧缓冲机构可以在病人小幅度改变重心时动态调整吊带29的拉力，在病人大范围做垂直运动时，压力传感器25和举升电机19可以快速响应，收紧或放松吊带29，保证减重效果不发生改变；限位机构可以保证系统在吊带29运行到极限位置时紧急停止；角度传感器可以智能识别病人的移动速度和方向，实现自动跟随，防止固定速度下机头1对病人的拖拽。

如附图10所示，机头1的外壳前后有各安装了一个超声波传感器43，用于检测前后的障碍物，在轨道2的尽头放置挡板，当机头1接近挡板板时提前减速，防止机头发生碰撞和掉落的事故。外壳中间装有霍尔传感器44，可以检测预先安装在轨道上的磁铁，磁铁预先安装在弯轨和直轨的机头处，当机头1进入弯轨前提前减速，防止过大的冲击。

系统可以通过一系列传感器统计病人在步行训练中的各种数据，如步频，速度，左右脚的步幅等，通过对这些数据的分析，在每次训练结束后给出一份评估报告给治疗师分析训练效果，并提供和上次训练结果的对比分析。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种动态减重步行训练仪，其特征在于：包括机头、轨道和挂架，所述机头包括行走组件和下箱体，所述行走组件用于产生动力并沿所述轨道行走，位于所述行走组件底部的所述下箱体上设置有吊带；所述吊带的另一端连接有所述挂架，所述挂架用于病人连接使用，可收放的所述吊带用于实现病人行走时动态减重。

2.根据权利要求1所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述行走组件包括驱动机构和从动机构，所述驱动机构包括直行电机、上驱动轮、下驱动轮，所述直行电机用于驱动贴紧所述轨道内壁的所述上驱动轮和贴紧所述轨道外壁的所述下驱动轮运行，所述驱动机构带动所述从动机构沿所述轨道运动，所述从动机构包括挂轮和垂直滚轮，所述挂轮和上驱动轮在所述轨道内用于承受整个训练仪和病人的重量，所述垂直滚轮和下驱动轮用于压紧所述轨道的下表面。

3.根据权利要求2所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述直行电机连接直行电机减速器后驱动传动齿轮，所述传动齿轮同时与过渡齿轮和驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮用于驱动所述上驱动轮和下驱动轮。

4.根据权利要求3所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述行走组件还包括杠杆支架，所述下驱动轮安装在所述杠杆支架的一端，且所述过渡齿轮的过渡轮轴穿入所述杠杆支架上靠近所述下驱动轮端的中部的开孔中，所述杠杆支架一端可绕所述过渡轮轴旋转；所述杠杆支架的另一端上方安装有柱塞座，所述柱塞座内设置有弹簧柱塞；所述弹簧柱塞产生向下的力压住所述杠杆支架的另一端，所述下驱动轮则向上紧紧压住所述轨道的下表面；所述柱塞座上开设有用于调节下压力的腰型孔。

5.根据权利要求4所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述从动机构和驱动机构各安装了四个水平滚轮和三个导电轮，所述水平滚轮安装在腰型孔上，所述水平滚轮调整后可压紧所述轨道的左右内壁；所述轨道的左右内壁各安装了一根导电条，顶部安装了地线，所述导电轮在弹簧的作用下压紧左右导电条和顶部的地线给训练仪连续供电。

6.根据权利要求1所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述轨道的材质为铝合金型材，所述轨道由直轨和弯轨拼接而成后安装在天花板上，所述轨道内部安装有导电条用于给所述机头供电。

7.根据权利要求1所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述行走组件的底部通过承接板与所述下箱体固定连接，所述下箱体包括安装在底板上的卷绳器和滑板，用于收放所述吊带的所述卷绳器通过举升电机减速器安装到举升电机上后通过电机支架固定在底板的左侧板上，所述滑板上对称安装有两个直线轴承，所述直线轴承套在两根光轴上，所述光轴上设有弹簧；所述滑板上安装有一个传动轮，所述传动轮的一端通过压力传感器与所述滑板连接，另一端通过铰链轴与所述滑板连接。

8.根据权利要求7所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述底板上通过轴承座安装有直行感应支架，所述直行感应支架通过联轴器与角度传感器连接，所述直行感应支架可随所述吊带前后摆动。

9.根据权利要求1所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述吊带的前方安装有光电开关，所述光电开关用于配合所述吊带上的反光色块进行限位。

10.根据权利要求1所述的动态减重步行训练仪，其特征在于：所述机头的外壳前后各安装有一个用于检测前后障碍物的超声波传感器；所述机头的外壳中部装有一个霍尔传感器用于检测预先安装在轨道弯轨和直轨接头上的磁铁。

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