CN111631925B - 一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，包括小车车架、轮毂电机、万向轮、万向轮连接板、自适应调节机构、主动调节机构、四向压力传感器运动意图监测机构、连接调节机构和控制电路板与动力电池盒；所述的轮毂电机通过自适应调节机构安装在小车车架后部；所述的万向轮通过万向轮连接板安装在小车车架前侧底部；在所述的小车车架上安装有主动调节机构，所述的四向压力传感器运动意图监测机构通过滑台安装在所述主动调节机构上，所述连接调节机构固定在所述四向压力传感器运动意图监测机构上。通过自适应支撑结构实现对患者的减重，让患者在行走过程中保持足部始终接触地面，跟随患者自由移动，提高康复训练的效果。

Description

一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车

技术领域

本发明涉及康复训练器械领域，具体涉及一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车。

背景技术

临床上，脑瘫、脑卒中和脑损伤等引起的偏瘫、高位截瘫等下肢运动功能障碍的康复训练，通常需要使用减重装置来支撑患者的体重，辅助其完成步态训练。下肢外骨骼机器人应用于步态康复训练能有效促进患者的康复，但其机构本身的重量较大，在患者前期康复训练时，也需要使用减重机构抵消或部分抵消外骨骼机器人和患者本身的重量。

目前康复训练中，多采用固定悬吊机构加运动平板的方式，让患者在固定位置完成步态训练。对于成年患者或仅需要短期康复训练的患者，可以接受这种方式的训练，达到较好的康复效果。但对于需要长期进行步态康复训练的脑瘫儿童，对在单一的、固定的环境中坚持训练，存在明显的抵触和畏惧心理。

发明内容

本发明目的在于针对下肢运动功能障碍患者的步态康复训练需求，提出了一种能用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车。该小车通过自适应支撑结构实现对患者的减重，让患者在行走过程中保持足部始终接触地面，跟随患者自由移动，让患者在训练过程中能自主控制行走路线，增加参与训练的兴趣，提高康复训练的效果。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，包括小车车架、轮毂电机、万向轮、万向轮连接板、自适应调节机构、主动调节机构、四向压力传感器运动意图监测机构、连接调节机构和控制电路板与动力电池盒；在小车车架的后部安装有自适应调节机构，所述的自适应调节机构上安装有轮毂电机；所述的万向轮通过万向轮连接板安装在小车车架前侧底部；在所述的小车车架上安装有主动调节机构，所述的四向压力传感器运动意图监测机构通过滑台安装在所述主动调节机构上，所述的四向压力传感器运动意图监测机构可沿主动调节机构上下滑动，所述连接调节机构固定在所述四向压力传感器运动意图监测机构上。

进一步的，所述的小车车架为L形，包括相连的后车架和底板，所述的后车架和底板两侧之间连接有斜固定架，所述的轮毂电机通过自适应调节机构安装在后车架上，所述的万向轮通过万向轮连接板安装在底板上。

进一步的，所述的自适应调节机构由车后固定板、电动液压推杆、推杆连接板、弹簧调节器、连接套筒、三角固定件、调节连接杆、推杆固定器构成；所述的电动液压推杆通过推杆固定器以轴连接的方式固定在车后固定板上，所述的电动液压推杆可沿轴转动；所述电动液压推杆上固定有推杆连接板，所述弹簧调节器一端固定在所述推杆连接板上，另一端通过连接套筒与三角固定件的上部通过转轴连接；所述调节连接杆的一端固定在所述的车后固定板上，另一端与三角固定件的下部通过转轴连接；所述车后固定板两侧各安装一个轮毂电机，两个轮毂电机采取差动控制方法实现转弯。

进一步的，所述四向压力传感器运动意图监测机构包括向心关节轴承、连接杆、关节轴承座、传感器座、传感器盖、压力传感器、传感器垫圈、传感器支撑弹簧、传感器销和方形杆；所述的关节轴承座固定于所述滑台上，所述的向心关节轴承与所述的关节轴承座过盈配合，上下两侧固定；所述的连接杆与所述的向心关节轴承过盈配合，所述的方形杆的一端通过螺栓与所述的连接杆固定连接，所述传感器座与所述关节轴承座固定，所述方形杆穿过所述传感器座中心方孔，在所述传感器座内方形杆的周围安装有压力传感器。

进一步的，所述的传感器座包括传感器座一侧的底部圆凹槽及底部圆凹槽上的中部圆凹槽；压力传感器的压力传感器销一端置于所述传感器座一侧底部的圆凹槽内，在所述压力传感器销的轴上套有传感器支撑弹簧，在所述传感器座中部圆凹槽内安装有传感器垫圈，以限制所述传感器支撑弹簧上下移动，所述的压力传感器置于所述传感器垫圈上，压力传感器的受压端与传感器盖紧密贴合并通过传感器盖固定于传感器座上。

进一步的，所述传感器座内在方形杆的上、下、左、右四侧均安装有压力传感器。

进一步的，所述的连接调节机构包括延长调节杆、调节杆固定块和前端连接块；所述延长调节杆与所述方形杆固定连接，所述调节杆固定块与所述延长调节杆固定，所述前端连接块与所述调节杆固定块固定，所述前端连接块与患者所穿的固定绑带或相应下肢康复机器人连接固定。

进一步的，所述的主动调节机构为一滚珠丝杠滑动机构，包括步进电机、联轴器、轴承、导杆、丝杆、丝杆滑台和丝杆框架；所述丝杆框架固定于所述小车车架上，所述轴承与所述丝杆框架过盈配合，所述丝杆滑台安装于所述丝杆上，可自由滑动，所述丝杆与两侧的轴承过盈配合，所述丝杆框架的两侧分别安装一根导杆，用于辅助所述丝杆滑台滑动；所述步进电机固定于所述丝杠框架上，所述的联轴器一侧与所述步进电机的旋转轴压紧，另一侧与所述丝杆的轴端压紧；所述的主动调节机构通过步进电机的旋转带动所述丝杆旋转，从而带动所述滑台的上下移动。

进一步的，所述控制电路板与动力电池盒固定在所述车后固定板上；在小车车架还安装有激光测距跟踪传感器，所述激光测距跟踪传感器用于计算患者的移动速度，所述四向压力传感器运动意图监测机构用于判断患者的运动方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的自适应调节机构可根据康复训练的负重要求，自动调节电动液压推杆的长度，改变小车后部高度，实现患者负重的改变和保持。以地面为基准点，可实现22mm至117.5mm的高度调节。配以弹簧调节器，可有效支撑患者在室内外正常路况下进行步态训练，保持足底部与路面始终接触。

2.本发明的四向压力传感器运动意图监测机构设计精巧结构紧凑，方形杆可跟随连接杆通过向心关节轴承实现小范围的空间四向移动。四侧传感器销与方形杆紧密贴合，患者的运动意图通过前端连接机构传导至方形杆，方形杆的空间受力情况通过传感器销传导至压力传感器。此机构能够有效检测患者的运动意图，驱动轮毂电机按照患者意图自由移动。

3.本发明的主动调节机构可主动控制步进电机实现丝杆滑台升降，可自行调节以适应不同高度的患者。

4.本发明使用一对轮毂电机驱动，采用差动控制方法，减小该装置的转弯半径，方面辅助患者进行康复训练。

附图说明

图1是本发明的立体外观图。

图2是本发明的正面视图和激光测距跟踪的放大图。

图3是本发明自适应调节机构的立体外观图。

图4是本发明自适应调节机构的元件分解图。

图5是本发明主动调节机构的立体外观图。

图6是本发明四向压力传感器运动意图监测机构的剖面图。

图7是本发明四向压力传感器运动意图监测机构的元件分解图。

图8是本发明连接调节机构的元件分解图。

图9是本发明的控制系统框图。

图10是本发明的实际使用示意图。

图11是本发明与外骨骼机器人配合使用示意图。

图中序号：1-轮毂电机，2-控制电路板与动力电池盒，3-万向轮，4-万向轮连接板，5-小车车架，6-自适应调节减震装置，7-四向压力传感器运动意图监测装置，8-连接调节机构，9-滚珠丝杆主动调节装置，10-激光测距跟踪传感器，6A-车后固定板，6B-电动液压推杆，6C-推杆连接板，6D-弹簧调节器，6E-连接套筒，6F-三角固定件，6G-调节连接杆，6H-推杆固定器，7A-向心关节轴承，7B-连接杆，7C-关节轴承座，7D-传感器座，7E-传感器盖，7F-压力传感器，7G-传感器垫圈，7H-传感器支撑弹簧，7I-传感器销，7J-方形杆，8A-延长调节杆，8B-调节杆固定块，8C-前端连接块，9A-步进电机，9B-联轴器，9C-轴承，9D-导杆，9E-丝杆，9F-丝杆滑台，9G-丝杆框架。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

参见图1-2所示一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，包括小车车架5、轮毂电机1、万向轮3、万向轮连接板4、自适应调节机构6、主动调节机构9、四向压力传感器运动意图监测机构7、连接调节机构8、激光测距跟踪10和控制电路板与动力电池2。所述的小车车架5为L形，包括相连的后车架和底板(图中以左为后)，所述的后车架和底板两侧之间连接有斜固定架，所述的轮毂电机通过自适应调节机构安装在后车架上，所述的万向轮通过万向轮连接板安装在底板上。所述两个轮毂电机1固定在所述自适应调节机构6上，所述自适应调结构6固定在所述小车车架5上，所述主动调节机构9固定在所述小车车架5上，所述万向轮连接板4固定在小车车架5上，所述万向轮3固定在所述万向轮连接板4上，所述四向压力传感器运动意图监测机构7固定在所述主动调节机构9上，所述连接调节机构8固定在所述四向压力传感器运动意图监测机构7上。

参见图3-4所示，所述自适应调节机构6包含车后固定板6A、电动液压推杆6B、推杆连接板6C、弹簧调节器6D、连接套筒6E、三角固定件6F、调节连接杆6G、推杆固定器6H。所述车后固定板6A上安装有三个推杆固定器6H，使用轴连接将所述电动液压推杆6B固定于所述车后固定板6A，可自由转动，所述电动液压推杆6B与所述推杆连接板6C采用固定连接，所述弹簧调节器6D固定于所述推杆连接板6C，所述弹簧调节器6D通过所述连接结套筒6E与三角固定件6F通过轴连接，可自由转动，所述调节连接杆6G固定于所述的车后固定板6A，并使用轴连接于所述三角固定件6F，可自由转动。所述自适应调节机构的部件组成不一定局限于图中所述样式，可为任何一种边长或角度可变的三角形结构，优选的，三角形的长边由实现主动调节的电动液压推杆6B和实现被动调节的弹簧6D构成。所述车后固定板6A两侧各安装一个轮毂电机1，两个轮毂电机1采取差动控制方法实现转弯。所述三角固定板6F固定于所述小车车架5，所述控制电路板与动力电池盒2固定在所述车后固定板6A上。

所述自适应调节机构6通过改变所述电动液压推杆伸出长度，从而改变小车高度，满足患者对不同康复训练的减重需求。所述弹簧调节器可随患者步行过程中重心的变化伸缩，实现被动的自适应调节，保证患者在步态训练过程中足部保持与地面接触，并在户外路况能提供一定的减震效果。所述车后固定板两侧各安装一个轮毂电机，两个轮毂电机采取差动控制方法实现转弯。

参加图5所示，所述主动调节机构9为一滚珠丝杠滑动机构，包括步进电机9A、联轴器9B、轴承9C、导杆9D、丝杆9E、丝杆滑台9F和丝杆框架9G。所述丝杆框架9G固定于所述小车车架5上，所述轴承9C与所述丝杆框架9G过盈配合，所述丝杆滑台9F安装于所述丝杆9E，可自由滑动，所述丝杆9E与两侧所述轴承9C过盈配合，所述两根导杆9D安装于所述丝杆框架9G两侧用于辅助所述丝杆滑台9F滑动，所述步进电机9A固定于所述丝杠框架9G，所述联轴器9B一侧与所述步进电机9A旋转轴压紧，一侧与所述丝杆9C轴端压紧。主动调节机构通过所述步进电机9A的旋转带动所述丝杆9C旋转，从而带动所述滑台9F的上下移动。

主动调节机构9通过所述步进电机的旋转带动所述丝杆旋转，从而带动所述滑台的上下移动，以此适应不同高度的患者或下肢康复机器人。

参加图6-7所示，所述四向压力传感器运动意图监测机构7包括向心关节轴承7A、连接杆7B、关节轴承座7C、传感器座7D、传感器盖7E、压力传感器7F、传感器垫圈7G、传感器支撑弹簧7H、传感器销7I和方形杆7J。所述关节轴承座7C固定于所述滑台9F，跟随所述滑台9F上下移动，所述向心关节轴承7A与所述关节轴承座7C过盈配合，上下两侧做相应固定，所述连接杆7B与所述向心关节轴承7A过盈配合，所述方形杆7J通过螺栓与所述连接杆7B固定连接，所述压力传感器销7I大端置于所述传感器座7D一侧底部圆凹槽，所述传感器支撑弹簧7H套在所述压力传感器销7I轴中，所述传感器垫圈7G置于所述传感器座7D中部圆凹槽，限制所述传感器支撑弹簧7H上下移动，所述压力传感器7F置于所述传感器垫圈7G上，所述传感器盖7E与所述压力传感器7F受压端紧密贴合并与所述传感器座7D固定，所述传感器座7D其余三侧压力传感器7F安装方式与上述安装方式相同，所述传感器座7D与所述关节轴承座7C固定，所述方形杆7J穿过所述传感器座7D中心方孔。

参加图8，所述连接调节机构8包括延长调节杆8A、调节杆固定块8B和前端连接块8C。所述延长调节杆8A与所述方形杆7J固定连接，所述调节杆固定块8B与所述延长调节杆8A固定，所述前端连接块8C与所述调节杆固定块8B固定，所述前端连接块与患者所穿的固定绑带或相应下肢康复机器人连接固定。

参加图9，所述控制电路板与动力电池2包括可充电电池、电压调理电路、控制器、身高调节、负重调节、激光测距传感器、四向压力传感器、步进电机驱动器、液压推杆电机驱动器、轮毂电机驱动器、以及步进电机、电动液压推杆、左右轮毂电机构成。身高调节输入可以通过控制器驱动步进电机来调整主动调节机构，负重调节输入可调整电动液压推杆，激光测距传感器跟踪可控制小车的移动速度，四向压力传感器可控制小车的运动方向。

本发明的具体使用过程：

具体参见图10，为本发明装置辅助患儿进行步态训练。根据患者的体格，先调整主动调节机构9，转动步进电机9A，丝杆滑台9F到患者正立的腰部高度。然后把连接调节机构8的前端连接块8C与患者腰部的固定绑带相连接。调节自适应调节机构6的电动液压推杆6B，使得四向压力传感器运动意图监测机构7的位于上下端的压力传感器7F的输出值符合患者负重要求。患者开始行走，位于小车车架5上的激光测距传感器10检测患者两腿的运动速度，计算出患者的实际运行速度，驱动小车移动。当患者需要转弯时，拉动四向压力传感器运动意图监测机构7的连接杆7B，使得传感器座7D上左右两端的压力传感器7F的压力输出值变化，判断患者的运动意图，驱动小车转向。

参见图11，为本发明与外骨骼机器人配合使用示意图，外骨骼机器人可固定在连接调节机构8的前端连接块8C上，患者穿戴外骨骼。小车可对外骨骼装置和患儿提供支撑，减小患儿在步态训练过程中下肢的负重。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，其特征在于：包括小车车架、轮毂电机、万向轮、万向轮连接板、自适应调节机构、主动调节机构、四向压力传感器运动意图监测机构、连接调节机构和控制电路板与动力电池盒；在小车车架的后部安装有自适应调节机构，所述的自适应调节机构上安装有轮毂电机；所述的万向轮通过万向轮连接板安装在小车车架前侧底部；在所述的小车车架上安装有主动调节机构，所述的四向压力传感器运动意图监测机构通过滑台安装在所述主动调节机构上，所述的四向压力传感器运动意图监测机构可沿主动调节机构上下滑动，所述连接调节机构固定在所述四向压力传感器运动意图监测机构上；

所述四向压力传感器运动意图监测机构包括向心关节轴承、连接杆、关节轴承座、传感器座、传感器盖、压力传感器、传感器垫圈、传感器支撑弹簧、传感器销和方形杆；所述的关节轴承座固定于所述滑台上，所述的向心关节轴承与所述的关节轴承座过盈配合，上下两侧固定；所述的连接杆与所述的向心关节轴承过盈配合，所述的方形杆的一端通过螺栓与所述的连接杆固定连接，所述传感器座与所述关节轴承座固定，所述方形杆穿过所述传感器座中心方孔，在所述传感器座内方形杆的周围安装有压力传感器；

所述的传感器座包括传感器座一侧的底部圆凹槽及底部圆凹槽上的中部圆凹槽；压力传感器的压力传感器销一端置于所述传感器座一侧底部的圆凹槽内，在所述压力传感器销的轴上套有传感器支撑弹簧，在所述传感器座中部圆凹槽内安装有传感器垫圈，以限制所述传感器支撑弹簧上下移动，所述的压力传感器置于所述传感器垫圈上，压力传感器的受压端与传感器盖紧密贴合并通过传感器盖固定于传感器座上；所述传感器座内在方形杆的上、下、左、右四侧均安装有压力传感器。

2.根据权利要求1所述的用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，其特征在于：所述的小车车架为L形，包括相连的后车架和底板，所述的后车架和底板两侧之间连接有斜固定架，所述的轮毂电机通过自适应调节机构安装在后车架上，所述的万向轮通过万向轮连接板安装在底板上。

3.根据权利要求1所述的用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，其特征在于：所述的自适应调节机构由车后固定板、电动液压推杆、推杆连接板、弹簧调节器、连接套筒、三角固定件、调节连接杆、推杆固定器构成；所述的电动液压推杆通过推杆固定器以轴连接的方式固定在车后固定板上，所述的电动液压推杆可沿轴转动；所述电动液压推杆上固定有推杆连接板，所述弹簧调节器一端固定在所述推杆连接板上，另一端通过连接套筒与三角固定件的上部通过转轴连接；所述调节连接杆的一端固定在所述的车后固定板上，另一端与三角固定件的下部通过转轴连接；所述车后固定板两侧各安装一个轮毂电机，两个轮毂电机采取差动控制方法实现转弯。

4.根据权利要求1所述的用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，其特征在于：所述的连接调节机构包括延长调节杆、调节杆固定块和前端连接块；所述延长调节杆与所述方形杆固定连接，所述调节杆固定块与所述延长调节杆固定，所述前端连接块与所述调节杆固定块固定，所述前端连接块与患者所穿的固定绑带或相应下肢康复机器人连接固定。

5.根据权利要求1所述的用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，其特征在于：所述的主动调节机构为一滚珠丝杠滑动机构，包括步进电机、联轴器、轴承、导杆、丝杆、丝杆滑台和丝杆框架；所述丝杆框架固定于所述小车车架上，所述轴承与所述丝杆框架过盈配合，所述丝杆滑台安装于所述丝杆上，可自由滑动，所述丝杆与两侧的轴承过盈配合，所述丝杆框架的两侧分别安装一根导杆，用于辅助所述丝杆滑台滑动；所述步进电机固定于所述丝杠框架上，所述的联轴器一侧与所述步进电机的旋转轴压紧，另一侧与所述丝杆的轴端压紧；所述的主动调节机构通过步进电机的旋转带动所述丝杆旋转，从而带动所述滑台的上下移动。

6.根据权利要求3所述的用于下肢康复训练的自由移动式自适应减重小车，其特征在于：所述控制电路板与动力电池盒固定在所述车后固定板上；在小车车架还安装有激光测距跟踪传感器，所述激光测距跟踪传感器用于计算患者的移动速度，所述四向压力传感器运动意图监测机构用于判断患者的运动方向。

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