CN111544841B - 一种平衡康复训练装置及其骨盆运动反馈机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平衡康复训练装置及其骨盆运动反馈机构，骨盆运动反馈机构包括扭矩检测件、转接结构、骨盆横移机构以及骨盆弧形转动机构；转接结构固定于扭矩检测件的一端；骨盆横移机构与转接结构滑动配合连接，用于配合患者进行骨盆横向移动并反馈相应运动数据；骨盆弧形转动机构与骨盆横移机构连接，用于配合患者进行骨盆弧形转动并反馈相应运动数据。平衡康复训练装置包括骨盆运动反馈机构外和用于进行减重控制和骨盆侧倾控制的减重支撑机构，扭矩检测件另一端与减重支撑机构连接。本发明既能对进行下肢训练的患者进行减重控制下，又能配合患者进行骨盆协同运动并获取骨盆运动数据；以便于平衡评估和平衡能力随步行能力的同时恢复。
Description
技术领域
本发明涉及康复器材领域，尤其涉及一种平衡康复训练装置及其骨盆运动反馈机构。
背景技术
目前，市场出现了很多针对中风后遗症患者，脊髓损伤、脑卒中、颅脑外伤、意外事故以及先天腿部残疾等引起的下肢运动功能障碍患者进行康复训练的步态康复训练设备，但是这些康复训练设备大多数只注重肌肉和下肢关节活动的恢复，很少关注骨盆的平衡训练。
研究发现：人体骨盆由髂骨、尾骨、坐骨结节和双髋骨构成，和骨盆控制相关联的肌肉基本涵盖了人体最大的肌肉群，骨盆既是躯干的支撑基础，又是下肢的驱动结构，起到了承上启下的重要作用。从人体移动、转向的生物学、人体结构学角度看，骨盆是连接躯干、下肢的枢纽、对保持人体正常姿态完成下肢运动发挥着重要作用。在正常步行中躯干的旋转因上肢的摆动而加大，躯干与骨盆相反方向旋转，骨盆运动并且沿着重心上下、左右移动。大多数的运动障碍和异常运动模式，都可以在骨盆控制的能力缺失上找到答案。骨盆运动涉及多个关节，人体通过骨盆相应的运动形式调节重力平衡、维持身体稳定。
鉴于此，亟需针对现有技术进行改进，研发设计一种在进行下肢关节运动训练时，可配合患者进行骨盆运动并实时反馈骨盆运动数据的骨盆运动反馈机构，以便于进行平衡评估，实现平衡能力随步行能力的同时恢复。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的问题，本发明解决的第一个技术问题是，提供一种骨盆运动反馈机构，可实时反馈骨盆运动数据，以便于平衡评估和平衡能力随步行能力的同时恢复。
作为同一个发明构思，本发明解决的第二个技术问题是，提供一种平衡康复训练装置，既能对进行下肢关节运动的患者进行减重控制下，又能配合患者进行骨盆协同运动并获取骨盆运动数据。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于平衡康复训练装置的骨盆运动反馈机构，所述骨盆运动反馈机构包括扭矩检测件、转接结构、骨盆横移机构以及骨盆弧形转动机构；
所述转接结构固定于所述扭矩检测件的一端；所述骨盆横移机构与所述转接结构滑动配合连接，用于配合患者进行骨盆横向移动并反馈相应运动数据；所述骨盆弧形转动机构与所述骨盆横移机构连接，用于配合患者进行骨盆弧形转动并反馈相应运动数据。
进一步，所述转接结构包括与所述扭矩检测件连接的转接头和设置于所述转接头一端的固定导套。
进一步，所述骨盆横移机构包括横移复位组件、横移套筒、套设在所述横移套筒外的仿形壳和位移测量件；
所述横移复位组件中的固定件与所述转接头的端部固定连接，所述横移复位组件中的滑动件用于带动所述横移套筒和所述仿形壳进行横向移动；所述仿形壳的外周面与所述固定导套的内壁之间预留有滑动间隙，所述仿形壳的端部设置有弧形避让槽；
所述位移测量件固定在所述转接头上，用于测量所述滑动件的横向位移。
进一步，所述固定件包括花键轴，所述滑动件包括与所述花键轴轴向滑动配合且呈阶梯状的花键螺母；
所述花键轴的一端与所述转接头固定连接，另一端设置有限位板；所述花键螺母与所述转接头之间设置有第一弹性复位件，所述花键螺母与所述限位板之间设置有第二弹性复位件；所述横移套筒的开口端固定于所述花键螺母的台阶端面上；所述花键螺母的外周面与所述固定导套的内壁之间预留有滑动间隙。
进一步，所述骨盆弧形转动机构包括位于所述仿形壳内的安装座、位于所述仿形壳内的弧形导轨组件以及安全带连接座；
所述安装座与所述横移套筒的端部固定连接；所述弧形导轨组件包括固定于所述安装座上的基座、设置于所述基座上的弧形导轨以及与所述弧形导轨相适配的弧形滑块；所述弧形滑块两端分别设置有挡板，所述基座上设置有弧形槽钢结构，所述弧形槽钢结构内设有两个与所述挡板一一对应的压力传感器，所述压力传感器与相应所述挡板之间设置有用于传递力的弹性元件；所述安全带连接座一端与所述弧形滑块连接，另一端穿过所述弧形避让槽伸出所述仿形壳外。
进一步，所述扭矩检测件包括扭矩传感器和保护壳；
所述扭矩传感器的一端与所述转接头连接，所述保护壳套设在所述扭矩传感器外部且一端与所述转接头插接。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种平衡康复训练装置，用于下肢康复设备；包括用于对进行下肢运动的患者进行减重控制和骨盆侧倾控制的减重支撑机构和所述的骨盆运动反馈机构；所述扭矩检测件的另一端与所述减重支撑机构连接。
进一步，所述减重支撑装置包括两个结构相同且间隔设置的减重支撑单元；
每个所述减重支撑单元均包括一个竖向罩壳，所述竖向罩壳内设置有升降运动机构，所述升降运动机构的动力输出部上设置有用于连接所述骨盆运动反馈机构的连接件；所述竖向罩壳的一侧设有用于避让所述连接件的开口避让部；
当两个所述连接件同向运动时，可实现减重控制；当两个所述连接件异向运动时，可实现骨盆侧倾控制。
进一步，所述升降运动机构包括安装板和安装座；所述安装板和所述安装座之间设置有滑轨，所述滑轨上滑动安装有滑块，所述安装板和所述安装座之间转动安装有丝杠轴，所述丝杠轴与所述滑块螺纹连接；所述连接件固定于所述滑块上；所述安装座上设置有用于驱动所述丝杠轴转动的电机。
进一步，所述升降运动机构还包括导向封板，所述导向封板与所述安装板、所述安装座的端部均固定连接，所述连接件滑装在所述导向封板上。
采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的骨盆运动反馈机构，包括扭矩检测件、转接结构、骨盆横移机构以及骨盆弧形转动机构；骨盆横移机构与转接结构滑动配合连接，用于配合患者进行骨盆横向移动并反馈相应运动数据；骨盆弧形转动机构与骨盆横移机构连接，用于配合患者进行骨盆弧形转动并反馈相应运动数据；便于基于运动数据进行后续的平衡评估，便于患者在进下肢关节运动的同时进行骨盆运动的自主调整。本发明的平衡康复训练装置除了上述骨盆运动反馈机构外还包括减重支撑机构(与骨盆运动反馈机构连接，作用于患者的骨盆)用于对进行下肢运动的患者进行减重控制和骨盆侧倾控制。
综上，本发明既能辅助患者在减重控制下进行下肢关节运动，又能配合患者进行骨盆运动并反馈骨盆运动数据，便于后续的平衡评估和骨盆运动的平衡调整，可有效改善患者的步行能力和平衡能力。
附图说明
图1是本发明骨盆运动反馈机构实施例的结构示意图；
图2是图1的结构分解图；
图3是图2中部分结构的结构分解图；
图4是图1的俯视图；
图5是图4中A-A向剖视图；
图6是图2中骨盆弧形转动机构的结构示意图；
图7是图6的结构分解图；
图8是本发明平衡康复训练装置实施例的结构示意图；
图9是安装平衡康复训练装置的下肢康复设备的结构示意图；
图10是图8中的结构分解图；
图11是图10中升降运动机构的结构分解图；
图中：1-骨盆运动反馈机构，11-扭矩检测件，111-扭矩传感器，112-保护壳，12-转接结构，121-转接头，122-固定导套，13-骨盆横移机构，131-横移复位组件，1311-花键轴，1312-花键螺母，1313-限位板，1314-第一弹性复位件，1315-第二弹性复位件，132-横移套筒，133-仿形壳，1331-直筒部，1332-弧形部，1333-弧形避让槽，134-位移传感器，14-骨盆弧形转动机构，141-安装座，142-弧形导轨组件，1421-基座，1422-弧形导轨，1423-弧形滑块，1424-挡板，1425-弧形槽钢结构，1426-压力传感器，1427-弹性元件，1428-导向轴，143-安全带连接座，2-减重支撑机构，20-减重支撑单元，21-竖向罩壳，211-开口避让部，22-升降运动机构，221-第一安装板，222-第一安装座，223-第一滑轨，224-第一滑块，225-第一丝杠轴，226-第一电机，227-导向封板，23-连接件，24-底部安装板，25-加强筋板，3-训练平台，4-跑步机，5-姿态转换装置，6-显示屏支架，7-显示屏。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
由图1所示，本实施例骨盆运动反馈机构包括扭矩检测件11、转接结构12、骨盆横移机构13以及骨盆弧形转动机构14；
转接结构12固定于扭矩检测件11的一端；骨盆横移机构13与转接结构12滑动配合连接，用于配合患者进行骨盆横向移动并反馈相应运动数据(位移数据)；骨盆弧形转动机构14与骨盆横移机构13连接，用于配合患者进行骨盆弧形转动并反馈相应运动数据(受力数据)。
其中，转接结构12包括与转接头121和固定导套122；固定导套122呈筒形结构，一端与转接头121一端的外周部固定连接。
扭矩检测件11包括扭矩传感器111(用于监测患者减重支撑力为减重控制提供依据，优选为SK-N611静态扭矩传感器)和保护壳112；扭矩传感器111的一端与连接件23(图10所示)固定连接，另一端与转接头121连接；保护壳112套设在扭矩传感器111外部且一端与转接头121插接，另一端与连接件23顶靠。
骨盆横移机构13包括横移复位组件131、横移套筒132、仿形壳133和位移测量件。其中横移复位组件131中的固定件与转接头121固定连接，横移复位组件132中的滑动件与横移套筒132、仿形壳133同步进行横向移动；仿形壳133的外周面与固定导套122的内壁之间预留有滑动间隙，仿形壳133的端部设置有弧形避让槽1333；位移测量件为位移传感器134(自复位式直线位移传感器)，该位移传感器134固定在转接头121上，其弹性测量端与滑动件顶靠，用于测量滑动件的横向位移并反馈，进而获得骨盆的横向位移数据；仿形壳133的直筒部1331套设在横移套筒122的外部且与其固定连接。
本实施例中，横移复位组件131的具体实施结构为：固定件为花键轴1311，滑动件为与花键轴1311轴向滑动配合且呈阶梯状的花键螺母1312；花键轴1311和花键螺母1312构成滚珠花键副。花键轴1311的一端与转接头121固定连接，另一端设置有限位板1313；花键螺母1312大径端的端部与转接头121之间设置有第一弹性复位件1314(弹簧)，花键螺母1312小径端的端部与限位板1313之间设置有第二弹性复位件1315(弹簧)；横移套筒122的开口端固定于花键螺母1312的台阶端面上；花键螺母1312的外周面与固定导套122的内壁之间预留有滑动间隙。横移套筒122、仿形壳133和花键螺母1312同步进行横向移动。
骨盆弧形转动机构14包括位于仿形壳133的弧形部1332内的安装座141、位于弧形部1332内的弧形导轨组件142以及安全带连接座143。其中，安装座141与横移套筒132的端部固定连接；弧形导轨组件142包括固定于安装座141上的基座1421(基座1421可与安装座141形成一体式结构)、设置于基座1421上的弧形导轨1422以及与弧形导轨1422相适配的弧形滑块1423；弧形滑块1423两端(沿滑动方向分布的两端)分别设置有挡板1424，基座1421上设置有弧形槽钢结构1425(其U形开口端与基座1421抵靠)，弧形槽钢结构1425内设有两个与挡板1424一一对应的压力传感器1426，压力传感器1426与相应挡板1424之间设置有用于传递力的弹性元件1427(压力弹簧)，必要时可加入导向轴1428；安全带连接座143一端与弧形滑块1423连接，另一端穿过弧形避让槽1333伸出仿形壳133外。两个安全带连接座143与安全带连接，安全带佩戴于患者的骨盆位置处。当患者骨盆发生转动时，且安全带连接座143迫使弧形滑块1423沿弧形导轨1422运动时，压缩相应弹性元件1427(压力弹簧)，相应压力传感器1426获得压力数据信号并反馈；通过压力数据和横向位移数据(基于位移传感器134获得)的关系，换算得到骨盆的旋转数据，以便于后续的平衡评估和骨盆运动的平衡调整(图9所示，患者基于显示屏7显示的目标轨迹进行自主调整)。
实施例二：
本实施例公开了一种用于下肢康复设备的平衡康复训练装置。
由图8和图9共同所示，平衡康复训练装置除了包括实施例一中的骨盆运动反馈机构1外，还包括用于对进行下肢运动的患者进行减重控制和骨盆侧倾控制的减重支撑机构2。
下肢康复设备包括训练平台3和姿态转换装置5，训练平台3上设置有跑步机4，跑步机4用于辅助患者进行下肢运动；训练平台3上设置有平衡康复训练装置；姿态转换装置5位于平衡康复训练装置的顶部，核心部件为卷扬机，主要用于将坐轮椅的患者提起，完成坐姿到站姿的转换。
下肢康复设备具体使用时需要配备一个控制器(可以安装在训练平台3内，通常包括驱动模块、存储计算模块和控制模块等)；利用控制器来控制减重支撑机构2、跑步机4和姿态转换装置5进行相应动作，并获取骨盆运动反馈装置3反馈的骨盆运动数据。控制器的核心为可编程PLC或单片机；控制器用于控制上述机构执行相应动作的方式是本领域技术人员所惯用的，在此不做赘述。下文提到的电子元器件和电控执行件需要与控制器进行电连接，以便于控制器获取相应的数据或发出相应的动作指令。
显示屏支架6上设置有与控制器电连接的显示屏7；显示屏7用于对控制器计算得到的患者重心运动轨迹、重心偏移情况、骨盆受力情况等运动参数进行显示，以便于患者基于显示内容自主进行骨盆运动的平衡调整。不是本发明所要求保护的改进之处，在此不做赘述。
由图10和图11共同所示，本实施例中，减重支撑机构2包括两个结构相同且左右间隔设置的减重支撑单元20。每个减重支撑单元20均包括一个竖向罩壳21，竖向罩壳21的底部设置有底部安装板24，底部安装板24与竖向罩壳21之间设置有加强筋板25，底部安装板24与训练平台3的底板固定，竖向罩壳21借助通孔穿出训练平台3的罩壳外。竖向罩壳21内设置有升降运动机构22，升降运动机构22的动力输出部上设置有用于连接骨盆运动反馈机构1的连接件23(连接板)；竖向罩壳21的一侧设有用于避让连接件23的开口避让部211(可避免连接件23运动时与竖向罩壳21发生干涉)；当两个连接件23在相应升降运动机构22的带动下同向(同上或同下)运动时，可实现减重控制；当两个连接件23在相应升降运动机构22的带动下异向运动时，可实现骨盆侧倾控制。
其中，升降运动机构22包括第一安装板221和第一安装座222；第一安装板221和第一安装座222之间设置有第一滑轨223，第一滑轨223上滑动安装有第一滑块224，第一安装板221和第一安装座222之间转动安装有第一丝杠轴225，第一丝杠轴225与第一滑块224螺纹连接，连接件23的第一板部(L形)固定于第一滑块224上，连接件23的第二板部与骨盆协同运动反馈装置3连接(第一板部和第二板部垂直)，第一安装座222上设置有用于驱动第一丝杠轴225转动的第一电机226，第一丝杠轴225的旋转运动转换为第一滑块224在第一滑轨223上的往复直线运动。升降运动机构22还包括导向封板227(起到封装和运动导向的作用)，导向封板227与第一安装板221、第一安装座222的端部均固定连接，连接件23滑装在导向封板227上。减重支撑单元20借助骨盆运动反馈机构1与患者的骨盆建立连接关系；到达减重和骨盆侧倾的控制。
患者依靠跑步机4进行下肢运动(模拟正常人行走)的同时，利用减重支撑机构2和骨盆运动反馈机构1进行减重控制和骨盆配合动作，同时反馈骨盆的运动数据，便于后续的平衡评估以及患者进行骨盆运动的自主调整，以确保患者步行能力和平衡能力的同步改善。
以上所述仅为本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计原理的前提下，还可作出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于平衡康复训练装置的骨盆运动反馈机构，其特征在于，所述骨盆运动反馈机构包括扭矩检测件、转接结构、骨盆横移机构以及骨盆弧形转动机构；
所述转接结构固定于所述扭矩检测件的一端；所述骨盆横移机构与所述转接结构滑动配合连接，用于配合患者进行骨盆横向移动并反馈相应运动数据；所述骨盆弧形转动机构与所述骨盆横移机构连接，用于配合患者进行骨盆弧形转动并反馈相应运动数据；
所述转接结构包括与所述扭矩检测件连接的转接头和设置于所述转接头一端的固定导套；
所述骨盆横移机构包括横移复位组件、横移套筒、套设在所述横移套筒外的仿形壳和位移测量件；
所述横移复位组件中的固定件与所述转接头的端部固定连接，所述横移复位组件中的滑动件用于带动所述横移套筒和所述仿形壳进行横向移动；所述仿形壳的外周面与所述固定导套的内壁之间预留有滑动间隙，所述仿形壳的端部设置有弧形避让槽；
所述位移测量件固定在所述转接头上，用于测量所述滑动件的横向位移。
2.如权利要求1所述的用于平衡康复训练装置的骨盆运动反馈机构，其特征在于，所述固定件包括花键轴，所述滑动件包括与所述花键轴轴向滑动配合且呈阶梯状的花键螺母；
所述花键轴的一端与所述转接头固定连接，另一端设置有限位板；所述花键螺母与所述转接头之间设置有第一弹性复位件，所述花键螺母与所述限位板之间设置有第二弹性复位件；所述横移套筒的开口端固定于所述花键螺母的台阶端面上；所述花键螺母的外周面与所述固定导套的内壁之间预留有滑动间隙。
3.如权利要求2所述的用于平衡康复训练装置的骨盆运动反馈机构，其特征在于，所述骨盆弧形转动机构包括位于所述仿形壳内的安装座、位于所述仿形壳内的弧形导轨组件以及安全带连接座；
所述安装座与所述横移套筒的端部固定连接；所述弧形导轨组件包括固定于所述安装座上的基座、设置于所述基座上的弧形导轨以及与所述弧形导轨相适配的弧形滑块；所述弧形滑块两端分别设置有挡板，所述基座上设置有弧形槽钢结构，所述弧形槽钢结构内设有两个与所述挡板一一对应的压力传感器，所述压力传感器与相应所述挡板之间设置有用于传递力的弹性元件；所述安全带连接座一端与所述弧形滑块连接，另一端穿过所述弧形避让槽伸出所述仿形壳外。
4.如权利要求1所述的用于平衡康复训练装置的骨盆运动反馈机构，其特征在于，所述扭矩检测件包括扭矩传感器和保护壳；
所述扭矩传感器的一端与所述转接头连接，所述保护壳套设在所述扭矩传感器外部且一端与所述转接头插接。
5.一种平衡康复训练装置，用于下肢康复设备；其特征在于，包括用于对进行下肢运动的患者进行减重控制和骨盆侧倾控制的减重支撑机构和权利要求1-4任一项所述的骨盆运动反馈机构；所述扭矩检测件的另一端与所述减重支撑机构连接。
6.如权利要求5所述的平衡康复训练装置，其特征在于，所述减重支撑装置包括两个结构相同且间隔设置的减重支撑单元；
每个所述减重支撑单元均包括一个竖向罩壳，所述竖向罩壳内设置有升降运动机构，所述升降运动机构的动力输出部上设置有用于连接所述骨盆运动反馈机构的连接件；所述竖向罩壳的一侧设有用于避让所述连接件的开口避让部；
当两个所述连接件同向运动时，可实现减重控制；当两个所述连接件异向运动时，可实现骨盆侧倾控制。
7.如权利要求6所述的平衡康复训练装置，其特征在于，所述升降运动机构包括安装板和安装座；所述安装板和所述安装座之间设置有滑轨，所述滑轨上滑动安装有滑块，所述安装板和所述安装座之间转动安装有丝杠轴，所述丝杠轴与所述滑块螺纹连接；所述连接件固定于所述滑块上；所述安装座上设置有用于驱动所述丝杠轴转动的电机。
8.如权利要求7所述的平衡康复训练装置，其特征在于，所述升降运动机构还包括导向封板，所述导向封板与所述安装板、所述安装座的端部均固定连接，所述连接件滑装在所述导向封板上。
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