CN112438859A - 一种自主摆动脚踝康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主摆动脚踝康复训练装置，包括固定支撑框架，平行四连杆摆动组件，推拉驱动机构，脚腿部固定装置，MEMS传感器，控制器和按键及指示灯，平行四连杆摆动组件通过销轴连接在固定支撑框架，平行四连杆摆动组件下方安装有MEMS传感器，MEMS传感器连接控制所述推拉驱动机构，通过MEMS芯片记忆控制摆动幅度，使装置在失去人工操作后能够按照之前的摆动幅度自主运行。本发明使用MEMS芯片作为装置控制器，通过芯片位置记录功能康复人员事先根据自身康复程度自主进行康复屈曲和背伸，MEMS芯片记忆完成后，自主控制驱动机构运行保持事先记录好的运动频率和幅度，做到不同康复人员不同康复程度下自适应的康复运动。

Description

一种自主摆动脚踝康复训练装置

技术领域

本发明涉及自动脚踝康复器材的技术领域，尤其是涉及一种自主摆动脚踝康复训练装置。

背景技术

脚踝扭伤是最常见的体育伤病之一。当脚踝或者足部由于翻转，扭伤或者受到超乎平常的外力时，踝关节周围的韧带也会受到拉伸或被撕裂。在体育活动中，最常见的导致脚踝扭伤的原因是运动过程中脚下踏空或者是下落过程中着陆踏空。不同程度的脚踝扭伤所造成的影响也不尽相同，可按照其严重性分为下列几个级别：一级：韧带受到拉伸，或者小范围被撕裂，韧带未有松弛，弹性恢复能力良好；二级：韧带部分被撕裂，韧带部分松弛，弹性恢复能力收到一定损伤；三级：韧带完全被撕裂，韧带完全松弛，弹性恢复能力完全丧失。踝关节恢复第一步：回复关节原有的位置，在受到踝关节损伤之后，需要回复由损伤造成的关节移位和结构受损。医师会大致检查关节是否移位和对软组织受损情况进行检查(包括跟腱，韧带和软骨)。如果这些组织受到损伤，你很可能需要打绷带或者使用外部支架，情况严重的话，需要进行手术。如果出现任何疑似的裂痕或者脱位，就需要核磁共振检测或者X射线检测来进一步确定结果并确定最适合的治疗方法。踝关节恢复第二步：恢复关节稳定，当关节已经复位，下一步就需要恢复关节的稳定。这就需要一些特殊的练习来帮助重建脚踝的稳定性和正常功能。练习的难度逐渐增加，大致分为：1 .小范围运动——灵活性练习；2.平衡——感知练习；3.加强力量练习；4.加强持久练习；5.灵活性——增强练习。

现有的脚踝康复多是康复人员主动拉伸或是采用机械运动，康复人员主动拉伸能够精确掌握拉伸幅度但是康复期间运动不方便，采用机械康复能够节省体力，但是机械装置难以掌握拉伸幅度不能因人适用。另外同一康复人员在不同时期康复程度不同，运动拉伸幅度要求不一样；不同人受伤程度不同，拉伸要求不一样；不同人屈曲和背伸极限不同，目前市面上的装置很难达到上述要求。

发明内容

针对上述现有脚踝康复器械中存在的问题，本发明提供一种能够自主运行，自适应康复者身体状态进行机械运动的脚踝康复训练装置。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种自主摆动脚踝康复训练装置，包括固定支撑框架，平行四连杆摆动组件，推拉驱动机构，脚腿部固定装置，MEMS传感器，控制器和按键及指示灯，所述的，至少包括两侧框且两侧框有上梁和扶手，固定支撑框架两侧对称安装一套平行四连杆摆动组件，所述的平行四连杆摆动组件，每套组件包括前后两个竖杆和一个底杆，前后两个竖杆上端分别通过销轴铰接在相对应的上梁，前后两个竖杆的下端分别通过销轴铰接在相应的底杆两端，所述的推拉驱动机构，能够被控制器驱动实现沿直线推拉运动，其一端铰接在框架上，另一端铰接在所述的前竖杆或后竖杆上；所述的脚腿部固定装置，至少包括有固定在相对应底杆上的脚踏板，所述的MEMS传感器，安装在脚踏板底部，用于感知脚踏板的实时位置，其信号线与控制器的信号输入端连接，按键及指示灯通过信号线与控制器连接，按键用于康复人员直观操作使用，指示灯用于提示康复人员所处操作步骤。

进一步，脚腿部固定装置还包括腿部固定装置，所述腿部固定装置包括滑套、横杆和带箍，其中滑套包括套装在平行四连杆摆动组件前后竖杆上的套筒，套筒一侧设置螺孔安装定位螺栓，另一侧设置轴孔，轴孔内通过轴承安装螺纹套，通过与该螺纹套相匹配的螺钉将横杆安装在滑套上，带箍通过销轴铰连在横杆中部，康复人员使用装置时，带箍用于帮助固定腿部，同时滑套用于调节带箍位置，帮助康复人员长时间直立。

进一步，平行四连杆摆动组件的竖杆上套装滑座，滑座上设置轴座通过转轴安装连接套，推拉驱动机构连接平行四连杆摆动组件的端部安装在连接套中，滑座用于对推拉驱动机构和平行四连杆摆动组件之间的连接进行微调。

进一步，按键及指示灯安装在固定支撑框架的扶手上，按键包括设置记忆键、确定键、启动暂停键和停止键，方便康复人员在使用装置时随时进行操作。

进一步，所述脚踏板上粘贴有脚垫，在增加脚部与脚踏板之间摩擦力的同时可以为康复人员的脚部提供一个舒适的站立位置。

进一步，所述脚踏板上设置有脚带，康复人员在使用过程中将脚部穿过脚带起到固定作用，避免使用过程中脚部因为疏忽从脚踏板上脱离。

本发明的有益效果

本发明使用MEMS传感器和控制器作为装置控制器，通过芯片位置记录功能康复人员事先根据自身康复程度自主进行康复屈曲和背伸，MEMS传感器和控制器在此过程中学习记录装置运动频率和运动幅度。MEMS传感器和控制器记忆完成后，就可以自主控制驱动装置运行保持事先记录好的运动频率和幅度，做到不同康复人员不同康复程度下自适应的康复运动，该装置的优势在于能够为不同人员和不同康复期提供具有针对性的自主康复训练，避免传统康复设备在康复训练中单一性，从而达到舒适的康复训练体验、优异的康复效果。装置上端设置扶手帮助康复人员在装置上站立时，防止装置前后摆动康复人员站立不稳。装置摆动机构上还设置腿部固定装置，为康复人员提供防护。

附图说明

图1：自主摆动脚踝康复训练装置主视图。

图2：自主摆动脚踝康复训练装置侧面结构示意图。

图3：自主摆动脚踝康复训练装置滑套结构示意图。

图4：自主摆动脚踝康复训练装置运动状态示意图。

图5：自主摆动脚踝康复训练装置安装腿部固定装置俯视图。

图6：自主摆动脚踝康复训练装置腿部固定装置结构示意图。

图7：腿部固定装置弹性件结构示意图。

图8：MEMS传感器控制连接框式图。

图9：按键及指示灯的设置方式。

图10：自主摆动脚踝康复训练装置另一种实施例的结构图。

图中标号：固定支撑框架1，平行四连杆摆动组件2，推拉驱动机构3，带箍4，顶框11，底框12，支撑杆13，扶杆14，四边形摆框21，MEMS传感器22，脚踏板23，脚垫24，脚带25，横杆26，滑套27，滑座28，套筒271，定位螺栓272，螺纹转套273，螺栓274，腿部固定框41，弧形卡板42，调节螺杆43，弹性件44，锁扣45，螺纹杆441，螺纹套442。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明详细说明。

实施例1：如图1和图2所示的一种自主摆动脚踝康复训练装置，包括固定支撑框架1、平行四连杆摆动组件2和推拉驱动机构3，其中平行四连杆摆动组件2如图1所示对称安装在固定支撑框架1顶部的两侧，推拉驱动机构3安装在固定支撑框架1和平行四连杆摆动组件2之间，分别与固定支撑框架1和平行四连杆摆动组件2连接，并且连接部位均使用销轴铰连，用于装置运行时，推拉驱动机构能够绕交接部位转动；

其中固定支撑框架1如图1和图2所示包括顶框11，底框12和支撑杆13，其中底框12和顶框11为方形，底框12的四个角安装支撑杆13，支撑杆13的上端对应着安装顶框11，形成两侧框、上梁和扶手，顶框11的一侧预留成为缺口，康复人员可以通过这个缺口位置进入装置；

其中的平行四连杆摆动组件2包括四边形摆框21、MEMS传感器22和脚踏板23，四边形摆框21包括平行的两条竖杆，竖杆下端通过销轴铰连底杆，四边形摆框21下端的底杆上安装脚踏板23，脚踏板23下方安装MEMS传感器22，四边形摆框21的上端通过销轴安装在顶框11对称的边框上，下端安装的脚踏板23处于悬空位置；

推拉驱动机构3其中一段连接支撑杆13上，另一端连接与该支撑杆13同侧的四边形摆框21的竖杆上；

利用MEMS传感器22记忆康复人员自主康复过程中，脚踝部位在康复装置上的摆动幅度，在脱离康复人员自主运动后，MEMS传感器22用于控制推拉驱动机构3依照记忆的摆动行程，自动进行循环运动状态，带动康复人员运动脚踝部位进行康复训练。

所述的MEMS传感器通过信号线连接控制器，控制器连接按键进行操作，同时反馈操作信息给指示器，控制器控制继电器间接操作推拉驱动机构，电源为控制器、继电器和推拉驱动机构提供电力，具体操作过程如下：MEMS传感器先行记忆康复人员主动锻炼的运动轨迹，在失去康复人员控制后，MEMS传感器将运动轨迹传输至控制器中，并且通过设置按键输入操作给控制器，控制器将操作指令反馈给指示器，便于康复人员直观了解处于何种操作步骤中，控制器通过继电器间接控制电推杆等推拉驱动机构，完成脚踝康复训练装置自主运行。

其中所述MEMS传感器全称Micro Electromechanical System，微机电系统，是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统，主要由传感器、动作器（执行器）和微能源三大部分组成；该芯片能够通过记录运动轨迹实现后期的自动运行，传感器先行记录人为控制下的设备运行记录，后期可以通过动作器控制设备按照传感器记录下来的运行轨迹自动运行，以实现设备自动控制自动运行的目的。

针对该自主摆动脚踝康复训练装置，脚踝康复训练人员站立在平行四连杆摆动组件下端的脚踏板上，通过平行四连杆摆动组件前后摆动带动康复人员脚踝部位做屈曲和背伸活动人员脚踝部位，从而使人员脚踝部位在活动中逐渐恢复活动能力。并且随着康复人员运动时间的增长，脚踝部位能够屈曲和背伸的幅度会逐渐增大，人员可以根据自身康复状况逐步增加康复训练过程中平行四连杆摆动组件摆动浮动和摆动频率。在自主摆动脚踝康复训练装置使用过程中，先通过脚踝康复训练人员自行摆动所述的平行四连杆摆动组件，此时人员可以根据自身状态以及自身康复情况，自主控制平行四连杆摆动组件的摆动幅度以适应自己的身体状况，MEMS传感器会在人员自主摆动的过程中记录人员摆动的前后距离以及摆动的频率和幅度，经过多次摆动过程的记录，找到康复人员最佳的摆动幅度和频率，之后MEMS传感器控制推拉驱动机构按照预先记录的频率和幅度以最适应康复人员当前状况的运动轨迹摆动所述的摆动装置，如图4所示自主进行摆动恢复训练。

该自主摆动脚踝康复训练装置的优势在于能够为不同人员和不同康复期提供具有针对性的自主康复训练，避免传统康复设备在康复训练中单一性，从而达到舒适的康复训练体验、优异的康复效果。

且所述的推拉驱动机构可以根据需要采用不同装置，较为优异的驱动方式是采用电推杆驱动，此处就以电推杆驱动来对自主摆动脚踝康复训练装置的使用进行简单的描述。在自主摆动脚踝康复训练装置使用时，首先将推拉驱动机构即电推杆与平行四连杆摆动组件去除连接，避免康复训练人员在自主摆动过程中所到推拉驱动机构电推杆的阻力影响，使得MEMS传感器在记录摆动频率和幅度的时候造成误差影响后续的平行四连杆摆动组件自主运动。当康复人员经过几次人工控制的摆动后，MEMS传感器记录到足够的运动数据后，将推拉驱动机构电推杆与摆动装置连接启动推拉驱动机构电推杆，推拉驱动机构电推杆在MEMS传感器的控制下按照脚踝康复训练人员自身所匹配的摆动频率和幅度推动平行四连杆摆动组件进行往复式的循环运动，从而实现不同康复人员不同康复程度下自适应的康复运动，需要说明的是对称的平行四连杆摆动组件同步摆动，并非类似步行的前后摆动，因此平行四连杆摆动组件下端的脚踏板23，左右之间可以连接成为一体。

实施例 2：如图2所示的自主摆动脚踝康复训练装置，其中平行四连杆摆动组件2的四边形摆框21两侧的竖杆上套装有滑套27，滑套27之间安装有横杆26，横杆26中部通过转轴安装有带箍4，康复人员使用装置时，带箍用于帮助固定腿部，同时滑套用于调节带箍位置，帮助康复人员长时间直立使用。

其中所述滑套27如图3所示包括套筒271，套筒一侧设置螺孔安装定位螺栓272，另一侧设置轴孔，轴孔内通过轴承安装螺纹套273，通过与该螺纹套相匹配的螺钉274将横杆安装在滑套上。

利用滑套27竖向移动可以主动适应不同身高康复人员，调节到位后使用定位螺栓272紧固，将套筒271固定在合适位置，让固定在套筒上的横杆适应康复人员，使用后带箍固定腿部，保持腿部处于直立状态。

所述的带箍可以选择其他能够固定腿部的装置，例如图5所示方式安装的腿部固定装置27，如图6所示该腿部固定装置27，包括腿部固定框41，弧形卡板42，调节螺杆43，弹性件44，锁扣45，腿部固定框41其中一侧中部设置轴孔，通过销轴安装在横杆26上，同时该边框内侧使用连杆安装弧形卡板42，与该边框相对一侧的边框中部设置螺纹孔，螺纹孔内套装调节螺杆43，调节螺杆43位于内侧的端部安装弧形卡板42，另外两条边框分别通过连杆和弹性件44，在腿部固定框41内侧安装弧形卡板42；安装弹性件44的边框其中一端通过转轴连接，另一端通过锁扣45连接，打开锁扣45该边框可以绕转轴端转动；所述弹性件44包括弹簧、螺纹杆441和螺纹套442，螺纹套442贯穿安装在该边框中部，螺纹杆441与该螺纹套442匹配安装，弹簧套在螺纹杆441和螺纹套442上，螺纹杆441露出端安装弧形卡板42。

通过调节螺杆43可以调整对应的弧形卡板42之间的宽度，一边适应患者腿部用于固定；安装有弹性件44的边框绕转轴端转动打开，康复患者腿部进入腿部固定装置中，通过另一端的锁扣45关闭该边框实现腿部固定，并且该边框利用弹性件44伸缩适应腿部粗细，弹性件44所用弹簧最好使用弱力弹簧，避免弹性件弹力过大卡箍太紧，并且可以通过螺纹杆441和螺纹套442调节弹簧的形成距离，适应不同人群腿型变化。

脚踝康复训练人员在使用时，松开锁扣将腿部固定框打开，腿部站立在固定框的弧形卡板之间，调节螺杆使弧形卡板之间适应康复人员的腿部，关闭边框将弹性件压在康复人员腿部使四周的弧形卡板将康复人员腿部固定，将锁扣锁上使固定框完整闭合，康复人员腿部固定完成。

脚踝康复训练人员在使用自主摆动脚踝康复训练装置时，可以通过腿部固定装置固定腿部。在康复训练过程中保持康复人员腿部呈伸直状态，从而保证在摆动过程中脚踝部位的屈曲和背伸能够切实的拉伸到位，保证康复训练人员康复训练的效果，避免人员在训练过程中疲累导致训练效果不佳。

实施例3：如图2所示的康复训练装置，其中脚踏板23上还安装有护脚胶垫24和固定脚的脚带25，为康复人员的脚部提供一个舒适的站立位置同时增加脚部与脚踏板之间摩擦力，使用者在使用过程中将脚部穿过脚带25固定，避免使用过程中脚部从脚踏板上脱离。

自主摆动脚踝康复训练装置作为伤患康复装置，在康复人员使用过程中，充分考虑康复人员在恢复过程中的承受能力。为了方便康复人员能够在康复装置摆动过程中轻松保持平衡状态，在固定支撑框架1上方加装扶杆14用来保持康复者稳定站立。同时扶杆14上可以安装自主摆动脚踝康复训练装置的控制按键，使训练者在康复训练过程中能够根据自身训练程度，方便控制所述自主摆动脚踝康复训练装置的启动和停止。

所述自主摆动脚踝康复训练装置在平行四连杆摆动组件2下端的脚踏板上安装护脚的胶垫24。康复训练人员本身处在康复期间，在使用装置进行恢复的过程中硬质的脚踏板与脚底板接触时间长容易使脚部感到疲劳，不利于长时间的康复训练。加装护脚胶垫使脚部接触面变得柔软，康复训练人员站立在胶垫24上不仅能有效的长时间进行康复运动，而且胶垫24的柔软性能够有效的保护康复人员的脚部避免损伤和疲劳。

所述自主摆动脚踝康复训练装置在脚踏板上安装固定脚部的脚带25，康复人员将脚部穿过脚带25固定，使脚踏板和脚部结合成一个整体。脚部在脚踏板上能够更好的找到受力点，使康复人员自然站立脚踏板上随平行四连杆摆动组件2摆动，避免康复人员在摆动过程中站立不稳从脚踏板上掉落下来。

实施例4：如图10所示的自主摆动脚踝康复训练装置，在平行四连杆摆动组件2一侧设置平行与竖杆的安装杆用于安装滑座28，安装杆的上端通过销轴安装在固定支撑框架顶部边框上，下端通过销轴安装在脚踏板的延伸部位，且该安装杆与平行四连杆摆动组件2同步摆动。通过增加该安装杆使得滑套27和滑座28处于不同的竖向摆杆上，滑套27和滑座28可单独上下变动位置，避免造成干扰。此时安装在滑套27上的横杆26以及横杆上腿部固定装置，能够沿平行四连杆摆动组件2的竖向摆杆上下移动至端部位置。

在该种实施例中，康复人员在使用康复训练装置时，先将推拉驱动机构3的端部与滑座28上的连接套分离，使得康复人员能够在无阻力的情况下，自主进行康复训练运动轨迹的示范操作，MEMS传感器在此过程中记录下运动轨迹，之后将推拉驱动机构3与滑座28连接，即可由MEMS传感器控制推拉驱动机构3进行自动化的康复训练。因此该自主摆动脚踝康复训练装置可以适应不同康复人员康复训练进度，做到因人因时的最佳训练效果。

由于滑套27能够移动至平行四连杆摆动组件2的上下端部，康复人员在安装腿部固定装置或带箍的时候，可以先将腿部固定装置移动至平行四连杆摆动组件2的下端，康复人员先行站在固定装置中间，上提腿部固定装置，即可将其套装在康复人员的腿上，上提至合适位置后，将滑套27固定在该位置即可。

上述实施例仅为自主摆动脚踝康复训练装置的部分实施方式，在能够实现所述效果的前提下，也可以通过其他适当组合的方式实现自主摆动脚踝康复训练装置的效果，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种自主摆动脚踝康复训练装置，其特征在于，包括固定支撑框架，平行四连杆摆动组件，推拉驱动机构，脚腿部固定装置，MEMS传感器，控制器和按键及指示灯，所述的固定支撑框架，至少包括两侧框且两侧框有上梁和扶手，固定支撑框架两侧对称安装一套平行四连杆摆动组件，所述的平行四连杆摆动组件，每套组件包括前后两个竖杆和一个底杆，前后两个竖杆上端分别通过销轴铰接在相对应的上梁，前后两个竖杆的下端分别通过销轴铰接在相应的底杆两端，所述的推拉驱动机构，能够被控制器驱动实现沿直线推拉运动，其一端铰接在框架上，另一端铰接在所述的前竖杆或后竖杆上；所述的脚腿部固定装置，至少包括有固定在相对应底杆上的脚踏板，所述的MEMS传感器，安装在脚踏板底部，用于感知脚踏板的实时位置，其信号线与控制器的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的自主摆动脚踝康复训练装置，其特征在于，脚腿部固定装置还包括腿部固定装置，所述腿部固定装置包括滑套、横杆和带箍，其中滑套包括套装在平行四连杆摆动组件前后竖杆上的套筒，套筒一侧设置螺孔安装定位螺栓，另一侧设置轴孔，轴孔内通过轴承安装螺纹套，通过与该螺纹套相匹配的螺钉将横杆安装在滑套上，带箍通过销轴铰连在横杆中部。

3.根据权利要求1所述的自主摆动脚踝康复训练装置，其特征在于，平行四连杆摆动组件的竖杆上套装滑座，滑座上设置轴座通过转轴安装连接套，推拉驱动机构连接平行四连杆摆动组件的端部安装在连接套中。

4.根据权利要求1所述的自主摆动脚踝康复训练装置，其特征在于，按键及指示灯安装在固定支撑框架的扶手上，按键包括设置记忆键、确定键、启动暂停键和停止键。

5.根据权利要求1所述的自主摆动脚踝康复训练装置，其特征在于，脚腿部固定装置的脚踏板上粘贴有脚垫。

6.根据权利要求1所述的自主摆动脚踝康复训练装置，其特征在于，脚腿部固定装置的脚踏板上还设置有脚带。

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