CN111589059A - 抛接球式康复训练器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抛接球式康复训练器，包括底座、发射支架、发射球装置和配套的自动控制系统，发射球装置包括安装底板、发射导轨、发射步进电机、丝杆、磁铁支架、电磁铁和弹簧，自动控制系统包括微控制器、蓝牙模块、步进电机驱动板和蓄电池，步进电机驱动板的电源输入端与蓄电池连接，步进电机驱动板与微控制器电连接，微控制器与蓝牙模块电连接，微控制器发送控制信号给步进电机驱动板，步进电机驱动板驱动发射步进电机运动；电磁铁与微控制器电连接。本发明结构巧妙，设计合理，能够自动发射锻炼用球，让患者进行接球锻炼，提高患者上肢关节活动范围以及躯干控制能力，提高患者的平衡控制、手眼协调能力，使患者达到上肢控制收放自如的状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种康复训练器械，具体地说是一种抛接球式康复训练器，属于康复治疗技术领域。
背景技术
对于脑卒中、偏瘫、四肢瘫、臂丛神经损伤、骨折等上肢功能障碍的患者而言，术后进行康复训练尤为重要。俗话说：“三分治疗七分护理”，针对患者不同的病理情况，通过制定个性化康复训练方案，进行任务导向性训练，能够大大提高患者的自理能力。
康复训练涵盖了肢体运动功能训练，言语及吞咽功能训练，认知及日常生活能力的训练等多方面内容。随着我国人口老龄化情况的日益严峻，老年人口的数量越来越多，许多老年人都有或轻或重的脑梗塞现象，这类患者的上肢功能容易出现障碍，如胳膊不能抬举，拿不了重物，有的连日常的穿衣、吃饭、如厕等也要靠家人的帮助才能够完成。对于上肢功能障碍，被动的抛接球锻炼是一项简单又不失趣味的活动，通过抛与接球，可以提高患者上肢关节活动范围医技躯干控制能力，可有效提高患者的平衡控制、手眼协调，已达到上肢控制收放自如的状态。但目前的抛接球训练都是需要护士人员或家人帮助，需要耗费大量的精力，而且人工抛球的方式力度会有偏差，抛球方向、距离等很难控制，导致老年人接不住球，丧失训练的积极性和主动性，影响训练效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种抛接球式康复训练器，其结构巧妙，设计合理，能够自动发射锻炼用球，让患者进行接球锻炼，提高患者上肢关节活动范围以及躯干控制能力，提高患者的平衡控制、手眼协调能力，使患者达到上肢控制收放自如的状态。
按照本发明提供的技术方案：抛接球式康复训练器，包括底座、发射支架、发射球装置和配套的自动控制系统，所述发射球装置包括安装底板、发射导轨、发射步进电机、丝杆、磁铁支架、电磁铁和弹簧，所述安装底板通过发射支架固定安装在底座上，所述发射导轨后端固定在安装底板上，发射导轨前端向上倾斜，所述发射步进电机有两个且一前一后并排对称分布在发射导轨后端两侧，发射步进电机通过第一电机支架固定安装在安装底板上；在发射导轨两侧各设置有一根与之平行的丝杆，两根丝杆的后端分别通过联轴器与两个发射步进电机的输出轴同轴连接，在两根丝杆上安装着与其构成螺纹传动配合的磁铁支架，所述电磁铁安装在磁铁支架的中心位置；所述发射导轨上滑动安装有滑块，所述载球发射架固定安装在滑块上，载球发射架后表面固定安装有可被电磁铁吸附的金属板，载球发射架的底部两侧分别固定有后连接块，所述发射导轨前端安装有前支架，所述前支架两边分别连接有前连接块，所述弹簧有两根并分别平行设置在所述发射导轨的两边，弹簧后端连接在后连接块上，弹簧前端连接在前连接块上；所述自动控制系统包括微控制器、蓝牙模块、步进电机驱动板和蓄电池，所述步进电机驱动板的电源输入端与蓄电池连接，步进电机驱动板与微控制器电连接，微控制器与蓝牙模块电连接，所述蓝牙模块用于接收外部遥控器的输入的指令并发送给微控制器，微控制器发送控制信号给步进电机驱动板，步进电机驱动板驱动发射步进电机运动；所述电磁铁与微控制器电连接，微控制器根据指令控制电磁铁通电或断电。
作为本发明的进一步改进，所述康复训练器还包括自动放球装置，所述自动放球装置包括储球箱、箱支架、转动分隔轮和放球步进电机，所述储球箱为圆筒形，两个箱支架的上端分别固定连接在储球箱底部的左右两侧，两个箱支架的下端固定安装在所述安装底板上；所述储球箱底面偏心开设有放球口，所述转动分隔轮安装在储球箱的圆形内腔中，转动分隔轮的中心轴下端穿过储球箱的底部中心并与放球步进电机的输出轴相连，放球步进电机固定在储球箱的底面中心处，放球步进电机与自动控制系统中的微控制器电连接，放球步进电机用于驱动转动分隔轮按设定角度旋转；所述转动分隔轮设有若干个周向均布设置的储球室，转动分隔轮每转动一次，就切换一个储球室与放球口对应，储球室内的球就从放球口掉落至载球发射架上。
作为本发明的进一步改进，所述转动分隔轮内的每个储球室内均设置有定位球位置的弧形板。
作为本发明的进一步改进，所述自动放球装置的放球口处还设置有光电计数器，光电计数器与微控制器电连接。
作为本发明的进一步改进，所述底座下部设置有行走机构。
作为本发明的进一步改进，所述行走机构包括两个驱动轮和一个万向球轮，两个驱动轮对称安装在底座一头的两侧处，每个驱动轮均包括行走驱动电机和脚轮，行走驱动电机通过第二电机支架安装在底座的底部，行走驱动电机的输出端安装所述脚轮；所述万向球轮安装底座另一头的底面中部；所述自动控制系统还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块与微控制器连接并接收控制信号，电机驱动模块与行走驱动电机电连接。
作为本发明的进一步改进，所述发射支架为角度可调式发射支架。
作为本发明的进一步改进，所述角度可调式发射支架包括支架固定板、支架俯仰调节板、支撑臂、导向板、移动轴、连接块、螺杆和俯仰调节步进电机，所述支架固定板固定在安装底板上，支架俯仰调节板与支架固定板的后端通过销轴枢接，支架固定板前端的两侧分别固定安装有导向板，所述导向板内开设有长导槽，所述移动轴穿设在两个导向板的长导槽内，移动轴两端分别与一支撑臂的下端铰接，所述支撑臂的上端通过固定销轴与支架俯仰调节板另一端底部的两个连接耳铰连，所述连接块固定安装在移动轴的中部，连接块中心设有水平贯穿的螺纹孔，所述螺杆安装在所述螺纹孔内，螺杆一端与俯仰调节步进电机的输出轴连接，所述俯仰调节步进电机固定安装在支架固定板上，俯仰调节步进电机与自动控制系统中的步进电机驱动板电连接。
作为本发明的进一步改进，所述自动控制系统还包括读卡器、存储器和摄录仪，读卡器、存储器和摄录仪分别与微控制器电连接，患者通过刷卡来启动康复训练器进行锻炼，微控制器在患者刷卡后启动摄录仪进行摄录，将患者的锻炼情况记录下来并保存在存储器内。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1)、本发明结构巧妙，设计合理，通过设置发射球装置，从而能够自动发射锻炼用球，让患者进行接球锻炼，提高患者上肢关节活动范围以及躯干控制能力，提高患者的平衡控制、手眼协调能力，使患者达到上肢控制收放自如的状态。
2)、本发明设置有自动放球装置，使用时可以将多个锻炼用球预先放置在储球箱内，由自动放球装置自动放球，进一步提高本康复训练器的自动化程度。
3)、本发明的自动控制系统还设置有读卡器、存储器和摄录仪等设备，患者可以通过刷卡进行锻炼，这样每个患者的锻炼时间和锻炼结果可以被记录下来，供后期研究和判断恢复情况使用，便于医生制定个体化康复目标和治疗方案，让患者术后康复效果更快更好。
4)、本发明的发射球装置具有力度调节功能，可以对小球的发射距离自由设定；同时发射器发射角度还可以利用角度可调式发射支架进行调节，从而还可以调节锻炼用球的发射角度，锻炼效果更好。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构主视图。
图2为本发明实施例1的立体结构示意图之一。
图3为本发明实施例1的立体结构示意图之二。
图4为本发明实施例2的结构主视图。
图5为本发明实施例2中的角度可调式发射支架的立体结构示意图。
图6为本发明实施例2中自动控制系统的电路原理框图。
附图标记说明：1-底座、2-发射支架、3-安装底板、4-发射导轨、5-发射步进电机、6-丝杆、7-磁铁支架、8-电磁铁、9-弹簧、10-第一电机支架、11-联轴器、12-滑块、13-载球发射架、14-金属板、15-后连接块、16-前支架、17-前连接块、18-微控制器、19-蓝牙模块、20-步进电机驱动板、21-蓄电池、22-储球箱、23-箱支架、24-转动分隔轮、25-放球步进电机、26-放球口、27-储球室、28-弧形板、29-驱动轮、291-行走驱动电机、292-脚轮、30-万向球轮、31-电机驱动模块、32-光电计数器、33-控制箱、34-读卡器、35-存储器、36-摄录仪、37-支架固定板、38-支架俯仰调节板、39-支撑臂、40-导向板、41-移动轴、42-连接块、43-螺杆、44-俯仰调节步进电机、45-固定销轴、46-连接耳。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1～图3所示，实施例1公开了一种抛接球式康复训练器，包括底座1、发射支架2、发射球装置和配套的自动控制系统，所述发射球装置包括安装底板3、发射导轨4、发射步进电机5、丝杆6、磁铁支架7、电磁铁8和弹簧9，所述安装底板3通过发射支架2固定安装在底座1上，所述发射导轨4后端固定在安装底板3上，发射导轨4前端向上倾斜，所述发射步进电机5有两个且一前一后并排对称分布在发射导轨4后端两侧，发射步进电机5通过第一电机支架10固定安装在安装底板3上；在发射导轨4两侧各设置有一根与之平行的丝杆6，两根丝杆6的后端分别通过联轴器11与两个发射步进电机5的输出轴同轴连接，在两根丝杆6上安装着与其构成螺纹传动配合的磁铁支架7，所述电磁铁8安装在磁铁支架7的中心位置；所述发射导轨4上滑动安装有滑块12，所述载球发射架13固定安装在滑块12上，载球发射架13后表面固定安装有可被电磁铁8吸附的金属板14，载球发射架13的底部两侧分别固定有后连接块15，所述发射导轨4前端安装有前支架16，所述前支架16两边分别连接有前连接块17，所述弹簧9有两根并分别平行设置在所述发射导轨4的两边，弹簧9后端连接在后连接块15上，弹簧9前端连接在前连接块17上；所述自动控制系统包括微控制器18、蓝牙模块19、步进电机驱动板20和蓄电池21，所述步进电机驱动板20的电源输入端与蓄电池21连接，步进电机驱动板20与微控制器18电连接，微控制器18与蓝牙模块19电连接，所述蓝牙模块19用于接收外部遥控器的输入的指令并发送给微控制器18，微控制器18发送控制信号给步进电机驱动板20，步进电机驱动板20驱动发射步进电机5运动；所述电磁铁8与微控制器18电连接，微控制器18根据指令控制电磁铁8通电或断电。
具体使用时，首先启动本康复训练器，根据锻炼要求，自动控制系统通过步进电机驱动板20控制两个发射步进电机5动作，发射步进电机5先驱动磁铁支架7向前移动，当磁铁支架7上的电磁铁8贴靠载球发射架13的后表面时，自动控制系统控制电磁铁8通电，电磁铁8吸住载球发射架13上的金属板14；然后自动控制系统控制两个发射步进电机5反向动作，从而拉着载球发射架13沿着发射导轨4向后移动，此时弹簧9被拉伸；当弹簧9被拉伸的长度达到设定的发射力度要求时，再将锻炼用球放置在载球发射架13上，电磁铁8断电，载球发射架13在弹簧9的复位作用力下快速沿着发射导轨4向前移动，将锻炼用球射出，患者站于本康复训练器的前方，通过接球来锻炼上肢关节活动范围以及躯干控制能力，提高平衡控制、手眼协调能力，以达到上肢控制收放自如的状态。
如图1～图3所示，本实施例1中，所述康复训练器还包括自动放球装置，所述自动放球装置包括储球箱22、箱支架23、转动分隔轮24和放球步进电机25，所述储球箱22为圆筒形，两个箱支架23的上端分别固定连接在储球箱22底部的左右两侧，两个箱支架23的下端固定安装在所述安装底板3上；所述储球箱22底面偏心开设有放球口26，所述转动分隔轮24安装在储球箱22的圆形内腔中，转动分隔轮24的中心轴下端穿过储球箱22的底部中心并与放球步进电机25的输出轴相连，放球步进电机25固定在储球箱22的底面中心处，放球步进电机25与自动控制系统中的微控制器18电连接，放球步进电机25用于驱动转动分隔轮24按设定角度旋转；所述转动分隔轮24设有若干个周向均布设置的储球室27，转动分隔轮24每转动一次，就切换一个储球室27与放球口26对应，储球室27内的球就从放球口26掉落至载球发射架13上。如此设置，可以将多个锻炼用球预先放置在储球箱22，由自动放球装置自动放球，进一步提高本康复训练器的自动化程度。
如图3所示，本实施例1中，所述转动分隔轮24内的每个储球室27内均设置有定位球位置的弧形板28【为方便观察，图中仅画出一组】。如此设置，可以让锻炼用球更准确地从放球口26掉落。
如图1、图3所示，本实施例1中，所述底座1下部设置有行走机构。如此设置，康复训练器就可以推行牵引，方便移动。本实施例1中的行走机构包括两个驱动轮29和一个万向球轮30，两个驱动轮29对称安装在底座1一头的两侧处，每个驱动轮29均包括行走驱动电机291和脚轮292，行走驱动电机291通过第二电机支架安装在底座1的底部，行走驱动电机291的输出端安装所述脚轮292；所述万向球轮30安装底座1另一头的底面中部；所述自动控制系统还包括电机驱动模块31，所述电机驱动模块31与微控制器18连接并接收控制信号，电机驱动模块31与行走驱动电机30电连接。
如图6所示，本实施例1中，所述自动控制系统还包括读卡器34、存储器35和摄录仪36，读卡器34、存储器35和摄录仪36分别与微控制器18电连接，患者通过刷卡来启动康复训练器进行锻炼，微控制器18在患者刷卡后启动摄录仪36进行摄录，将患者的锻炼情况记录下来并保存在存储器35内。如此设置，患者可以通过刷卡进行锻炼，这样每个患者的锻炼时间和锻炼结果可以被记录下来，供后期研究和判断恢复情况使用，便于医生制定个体化康复目标和治疗方案，让患者术后康复效果更快更好。另外，如图1、图2所示，所述自动放球装置的放球口26处还可以设置光电计数器32，光电计数器32与微控制器18电连接，这样就可以更方便准确地记录接球锻炼次数。
本实施例1中，所述微控制器18、蓝牙模块19、步进电机驱动板20、蓄电池21、电机驱动模块31、读卡器34、存储器35、摄录仪36、光电计数器32等元件均可以采用现有技术中的成熟产品，如微控制器18可以采用ATmega2560，步进电机驱动板20可以采用TB6560，蓄电池21可以采用锂电池，电机驱动模块31可以采用L298N，读卡器34可以采用JMY601，光电计数器32可以采用JDM11-6H。自动控制系统中的主要元件均设置在一个控制箱33内，控制箱33安装在安装底板3上【参见图1～图3】。
实施例2
如图4～图6所示，实施例2公开了一种抛接球式康复训练器，其与实施例1的区别在于：实施例2中的发射支架2改进为角度可调式发射支架2，这样就不仅能够调节锻炼用球的发射力度，而且还能够调节锻炼用球的发射角度，锻炼效果更好。
本实施例2中，角度可调式发射支架2的结构如图4、图5所示，其包括支架固定板37、支架俯仰调节板38、支撑臂39、导向板40、移动轴41、连接块42、螺杆43和俯仰调节步进电机44，所述支架固定板37固定在安装底板3上，支架俯仰调节板38与支架固定板37的后端通过销轴枢接，支架固定板37前端的两侧分别固定安装有导向板40，所述导向板40内开设有长导槽，所述移动轴41穿设在两个导向板40的长导槽内，移动轴41两端分别与一支撑臂39的下端铰接，所述支撑臂39的上端通过固定销轴45与支架俯仰调节板38另一端底部的两个连接耳46铰连，所述连接块42固定安装在移动轴41的中部，连接块42中心设有水平贯穿的螺纹孔，所述螺杆43安装在所述螺纹孔内，螺杆43一端与俯仰调节步进电机44的输出轴连接，所述俯仰调节步进电机44固定安装在支架固定板37上，俯仰调节步进电机44与自动控制系统中的步进电机驱动板20电连接【参见图6】。
具体使用时，自动控制系统根据设定参数控制俯仰调节步进电机44动作，俯仰调节步进电机44带动螺杆43旋转，螺杆43带动连接块42移动，从而驱使移动轴41沿着长导槽移动，这样就使得支撑臂39的支撑角度发生改变，从而也就使得支架俯仰调节板38的倾斜角度发生改变。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制。在本发明的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明所保护的范围。
Claims (9)
1.抛接球式康复训练器，包括底座(1)、发射支架(2)、发射球装置和配套的自动控制系统，所述发射球装置包括安装底板(3)、发射导轨(4)、发射步进电机(5)、丝杆(6)、磁铁支架(7)、电磁铁(8)和弹簧(9)，所述安装底板(3)通过发射支架(2)固定安装在底座(1)上，所述发射导轨(4)后端固定在安装底板(3)上，发射导轨(4)前端向上倾斜，所述发射步进电机(5)有两个且一前一后并排对称分布在发射导轨(4)后端两侧，发射步进电机(5)通过第一电机支架(10)固定安装在安装底板(3)上；在发射导轨(4)两侧各设置有一根与之平行的丝杆(6)，两根丝杆(6)的后端分别通过联轴器(11)与两个发射步进电机(5)的输出轴同轴连接，在两根丝杆(6)上安装着与其构成螺纹传动配合的磁铁支架(7)，所述电磁铁(8)安装在磁铁支架(7)的中心位置；所述发射导轨(4)上滑动安装有滑块(12)，所述载球发射架(13)固定安装在滑块(12)上，载球发射架(13)后表面固定安装有可被电磁铁(8)吸附的金属板(14)，载球发射架(13)的底部两侧分别固定有后连接块(15)，所述发射导轨(4)前端安装有前支架(16)，所述前支架(16)两边分别连接有前连接块(17)，所述弹簧(9)有两根并分别平行设置在所述发射导轨(4)的两边，弹簧(9)后端连接在后连接块(15)上，弹簧(9)前端连接在前连接块(17)上；所述自动控制系统包括微控制器(18)、蓝牙模块(19)、步进电机驱动板(20)和蓄电池(21)，所述步进电机驱动板(20)的电源输入端与蓄电池(21)连接，步进电机驱动板(20)与微控制器(18)电连接，微控制器(18)与蓝牙模块(19)电连接，所述蓝牙模块(19)用于接收外部遥控器的输入的指令并发送给微控制器(18)，微控制器(18)发送控制信号给步进电机驱动板(20)，步进电机驱动板(20)驱动发射步进电机(5)运动；所述电磁铁(8)与微控制器(18)电连接，微控制器(18)根据指令控制电磁铁(8)通电或断电。
2.如权利要求1所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述康复训练器还包括自动放球装置，所述自动放球装置包括储球箱(22)、箱支架(23)、转动分隔轮(24)和放球步进电机(25)，所述储球箱(22)为圆筒形，两个箱支架(23)的上端分别固定连接在储球箱(22)底部的左右两侧，两个箱支架(23)的下端固定安装在所述安装底板(3)上；所述储球箱(22)底面偏心开设有放球口(26)，所述转动分隔轮(24)安装在储球箱(22)的圆形内腔中，转动分隔轮(24)的中心轴下端穿过储球箱(22)的底部中心并与放球步进电机(25)的输出轴相连，放球步进电机(25)固定在储球箱(22)的底面中心处，放球步进电机(25)与自动控制系统中的微控制器(18)电连接，放球步进电机(25)用于驱动转动分隔轮(24)按设定角度旋转；所述转动分隔轮(24)设有若干个周向均布设置的储球室(27)，转动分隔轮(24)每转动一次，就切换一个储球室(27)与放球口(26)对应，储球室(27)内的球就从放球口(26)掉落至载球发射架(13)上。
3.如权利要求2所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述转动分隔轮(24)内的每个储球室(27)内均设置有定位球位置的弧形板(28)。
4.如权利要求2所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述自动放球装置的放球口(26)处还设置有光电计数器(32)，光电计数器(32)与微控制器(18)电连接。
5.如权利要求1所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述底座(1)下部设置有行走机构。
6.如权利要求5所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述行走机构包括两个驱动轮(29)和一个万向球轮(30)，两个驱动轮(29)对称安装在底座(1)一头的两侧处，每个驱动轮(29)均包括行走驱动电机(291)和脚轮(292)，行走驱动电机(291)通过第二电机支架安装在底座(1)的底部，行走驱动电机(291)的输出端安装所述脚轮(292)；所述万向球轮(30)安装底座(1)另一头的底面中部；所述自动控制系统还包括电机驱动模块(31)，所述电机驱动模块(31)与微控制器(18)连接并接收控制信号，电机驱动模块(31)与行走驱动电机(30)电连接。
7.如权利要求1所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述发射支架(2)为角度可调式发射支架(2)。
8.如权利要求7所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述角度可调式发射支架(2)包括支架固定板(37)、支架俯仰调节板(38)、支撑臂(39)、导向板(40)、移动轴(41)、连接块(42)、螺杆(43)和俯仰调节步进电机(44)，所述支架固定板(37)固定在安装底板(3)上，支架俯仰调节板(38)与支架固定板(37)的后端通过销轴枢接，支架固定板(37)前端的两侧分别固定安装有导向板(40)，所述导向板(40)内开设有长导槽，所述移动轴(41)穿设在两个导向板(40)的长导槽内，移动轴(41)两端分别与一支撑臂(39)的下端铰接，所述支撑臂(39)的上端通过固定销轴(45)与支架俯仰调节板(38)另一端底部的两个连接耳(46)铰连，所述连接块(42)固定安装在移动轴(41)的中部，连接块(42)中心设有水平贯穿的螺纹孔，所述螺杆(43)安装在所述螺纹孔内，螺杆(43)一端与俯仰调节步进电机(44)的输出轴连接，所述俯仰调节步进电机(44)固定安装在支架固定板(37)上，俯仰调节步进电机(44)与自动控制系统中的步进电机驱动板(20)电连接。
9.如权利要求1～8任一项所述的抛接球式康复训练器，其特征在于：所述自动控制系统还包括读卡器(34)、存储器(35)和摄录仪(36)，读卡器(34)、存储器(35)和摄录仪(36)分别与微控制器(18)电连接，患者通过刷卡来启动康复训练器进行锻炼，微控制器(18)在患者刷卡后启动摄录仪(36)进行摄录，将患者的锻炼情况记录下来并保存在存储器(35)内。
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