CN112870019B - 基于重力平衡的下肢康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于重力平衡的下肢康复训练装置，包括脚踏板，小腿杆，大腿杆，大腿杆靠近小腿杆的一侧设有与小腿杆相连的膝关节连接件、远离小腿杆的一侧设有髋关节连接件；所述膝关节连接件上设有与大腿杆相连以实现小腿杆和大腿杆在重力场任意运动范围内的静力平衡稳定的重力平衡机构，膝关节连接件和髋关节连接件上均设有分别驱动小腿杆、大腿杆的摆动的动力机构。本发明通过一号平衡杆和二号平衡杆与调节机构配合以实现小腿杆和大腿杆实时完全重力平衡，消除腿部肌肉的负重感，抵消腿的重力；本发明通过电机可实现两种状态的康复训练，可依靠电机提供动力进行往复训练，也可依靠患者的意识进行主动抬腿训练，让训练更高效、舒适。
Description
技术领域
本发明涉及康复装置领域，具体的说是基于重力平衡的下肢康复训练装置。
背景技术
随着科学技术水平和医疗卫生事业等方面的迅速发展，人类生活水平得以提高，寿命较以前得到了延长，所以人口老龄化也越发严重[1]，此外，随着人民生活水平的改善，各类交通工具的使用越加频繁，各类交通事故频发，导致因事故致残的患者数量越来越多，以及运动员在训练和比赛过程中也容易造成腿部受伤，因此医疗水平亟待提高。在经过科学治疗后要配合相应的康复训练来帮助患者有效的缓解症状或是恢复肢体功能，然而通过康复医疗师来帮助恢复，时间长且成本高，现有的下肢康复训练装置大多是进行步态训练，下蹲训练，没有针对性的训练装置。
发明内容
现为了解决上述技术问题，本发明提出了基于重力平衡的下肢康复训练装置。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
基于重力平衡的下肢康复训练装置，包括脚踏板，所述脚踏板连接有小腿杆，所述小腿杆连接有大腿杆，所述大腿杆靠近小腿杆的一侧设有与小腿杆相连的膝关节连接件、远离小腿杆的一侧设有髋关节连接件；
所述膝关节连接件上设有与大腿杆相连以实现小腿杆和大腿杆在重力场任意运动范围内的静力平衡稳定的重力平衡机构，所述膝关节连接件和髋关节连接件上均设有分别驱动小腿杆、大腿杆的摆动的动力机构。
所述重力平衡机构包括与膝关节连接件相连且截面为等腰三角形的三角板，所述三角板上设有与小腿杆配合以防止小腿杆出现运动偏差的连杆机构，所述三角板上还设有与连杆机构配合且与大腿杆相连以实现小腿杆摆动过程中实时完全重力平衡的配重机构。
所述连杆机构包括分别铰接安装在三角板两个底角处的一号摆杆，所述一号摆杆上均设有与小腿杆相连以防止小腿杆在运动时出现偏差的连接杆。
所述配重机构包括铰接安装在三角板顶角处的一号平衡杆，所述一号平衡杆远离三角板的一端设有配重物，所述三角板上铰接安装有可伸缩的二号平衡杆，所述一号平衡杆上设有与配重物配合且与二号平衡杆相连以平衡小腿杆和小腿在运动过程中受到的重力的调节机构。
所述调节机构包括分布在配重物与三角板之间且铰接安装在一号平衡杆上的连接板，所述二号平衡杆远离三角板的一端铰接安装在连接板上，所述连接板上设有提供弹力以平衡小腿杆运动时产生的力矩变化的弹簧机构。
所述弹簧机构包括铰接安装在连接板上且截面为等腰三角形的弹簧连接板，所述弹簧连接板其中一个底角处与连接板上的二号平衡杆的铰接点相连、另一个底角处设有与一号平衡杆相连的弹簧、弹簧连接板顶角处铰接相连有滑动安装在连接板上的二号摆杆。
所述连接板上连接有保证大腿杆稳定性的伸缩杆。
所述动力机构包括分别安装在膝关节连接件和髋关节连接件上的电机。
本发明的有益效果是：本发明通过一号平衡杆和二号平衡杆与调节机构配合以实现小腿杆和大腿杆实时完全重力平衡，消除腿部肌肉的负重感，抵消腿的重力；
本发明通过电机可实现两种状态的康复训练，可依靠电机提供动力进行往复训练，也可依靠患者的意识进行主动抬腿训练，让训练更高效、舒适；
本发明实现机构的重力平衡有助于减小机械系统的能量消耗，降低驱动设备的性能要求，并改善运行过程的动态性能，提高工作质量和效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的重力平衡机构的立体结构示意图；
图4为本发明的图1中I的放大视图。
图中所示：1、脚踏板；2、小腿杆；3、大腿杆；4、膝关节连接件；5、髋关节连接件；6、重力平衡机构；7、动力机构；8、绑带；61、三角板；62、连杆机构；63、配重机构；64、底座；621、一号摆杆；622、连接杆；631、一号平衡杆；632、配重物；633、二号平衡杆；634、调节机构；635、弹簧机构；6341、连接板；6342、伸缩杆；6343、滑槽；6351、弹簧连接板；6352、弹簧；6353、二号摆杆；71、电机。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合实施例中的附图，对本发明进行更清楚、更完整的阐述，当然所描述的实施例只是本发明的一部分而非全部，基于本实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动性的前提下所获得的其他的实施例，均在本发明的保护范围内。
如图1至图4所示，基于重力平衡的下肢康复训练装置，包括脚踏板1，所述脚踏板1连接有小腿杆2，所述小腿杆2连接有大腿杆3，所述大腿杆3靠近小腿杆2的一侧设有与小腿杆2相连的膝关节连接件4、远离小腿杆2的一侧设有髋关节连接件5；所述小腿杆2和大腿杆3上均设有绑带8；
所述膝关节连接件4上设有与大腿杆3相连以实现小腿杆2和大腿杆3在重力场任意运动范围内的静力平衡稳定的重力平衡机构6，所述膝关节连接件4和髋关节连接件5上均设有分别驱动小腿杆2、大腿杆3的摆动的动力机构7；所述小腿杆2和大腿杆3长度可调，长度根据患者的身高、腿长、体型提前设置好。
所述重力平衡机构6包括与膝关节连接件4相连且截面为等腰三角形的三角板61，所述三角板61上设有与小腿杆2配合以防止小腿杆2出现运动偏差的连杆机构62，所述三角板61上还设有与连杆机构62配合且与大腿杆3相连以实现小腿杆2摆动过程中实时完全重力平衡的配重机构63。
所述连杆机构62包括分别铰接安装在三角板61两个底角处的一号摆杆621，所述一号摆杆621上均设有与小腿杆2相连以防止小腿杆2在运动时出现偏差的连接杆622；所述一号摆杆621长度可调，根据小腿杆2的调节长度，来调节一号摆杆621的长度；所述连接杆622与插入小腿杆2内，使一号摆杆621与小腿杆2之间形成固定连接，防止小腿杆2和一号摆杆621在运动过程中发生偏差，导致无法平衡重力势能；所述连接杆622也与小腿杆2之间可通过螺纹配合形成固定连接；所述三角板61固定安装在膝关节连接件4上。
所述配重机构63包括铰接安装在三角板61顶角处的一号平衡杆631，所述一号平衡杆631远离三角板61的一端设有配重物632，所述三角板61上铰接安装有可伸缩的二号平衡杆633，所述一号平衡杆631上设有与配重物632配合且与二号平衡杆633相连以平衡小腿杆2和小腿在运动过程中受到的重力的调节机构634；所述一号平衡杆631根据患者的身高体重提前将位置调整完成；所述二号平衡杆633随一号平衡杆631的摆动，实时调节长度以保证，防止发生运动干涉。
所述调节机构634包括分布在配重物632与三角板61之间且铰接安装在一号平衡杆631上的连接板6341，所述二号平衡杆633远离三角板61的一端铰接安装在连接板6341上，所述连接板6341上设有提供弹力以平衡小腿杆2运动时产生的力矩变化的弹簧机构635；所述连接板6341的截面为直角梯形，所述连接板6341与一号平衡杆631的铰接点为连接板6341较长底边远离配重物632的一侧。
所述弹簧机构635包括铰接安装在连接板6341上且截面为等腰三角形的弹簧连接板6351，所述弹簧连接板6351其中一个底角处与连接板6341上的二号平衡杆633的铰接点相连、另一个底角处设有与一号平衡杆631相连的弹簧6352、弹簧连接板6351顶角处铰接相连有滑动安装在连接板6341上的二号摆杆6353；所述连接板6341上设有与二号摆杆6353配合的滑槽6343；小腿杆2在摆动过程中导致一号平衡杆631摆动改变配重物632位置从而导致力矩发生变化，一号平衡杆631摆动的同时弹簧6352拉伸或压缩弹力随之变化，通过弹簧6352的弹力抵消力矩的变化，使小腿杆2在摆动时重力始终保持平衡；三角板61转动时带动一号平衡杆631摆动，使连接板6341绕铰接点转动，从而带动弹簧6352拉伸或压缩以平衡小腿杆2运动时产生的力矩变化；弹簧6352拉伸或压缩时二号摆杆6353沿滑槽6343滑动，防止发生运动干涉。
所述连接板6341上连接有保证大腿杆3稳定性的伸缩杆6342；所述伸缩杆6342连接有底座64；当小腿杆2摆动时，膝关节连接件4转动带动三角板61转动，三角板61转动时带动一号平衡杆631摆动，使连接板6341绕铰接点转动，由于连接板6341转动，伸缩杆6342滑动保证大腿杆3的平衡，二号平衡杆633随着连接板6341转动和三角板61转动幅度调节长度以防止运动发生干涉。
所述动力机构7包括分别安装在膝关节连接件4和髋关节连接件5上的电机71；安装在膝关节连接件4上的电机71带动小腿杆2运动，安装在髋关节连接件5上的电机71带动大腿杆3运动；所述电机71与三角板61相连，电机71转动时带动三角板61转动；通过电机71带动小腿杆2和大腿杆3运动，使无法自主运动的患者进行康复训练，患者自主运动进行康复时，通过一号平衡杆631、配重物632与弹簧6352配合抵消自主运动时小腿杆2摆动产生的力矩变化，实现实时的重力平衡，消除腿部肌肉的负重感，抵消腿的重力。
在本发明中，当患者自主运动进行康复训练时：第一步：根据患者的身高体重调整小腿杆2、大腿杆3和一号平衡杆631长度，随后通过绑带8将腿部固定；
第二步：摆腿运动时，三角板61转动时带动一号平衡杆631摆动，使连接板6341绕铰接点转动，从而带动弹簧6352拉伸或压缩以平衡小腿杆2运动时产生的力矩变化，同时通过配重物632抵消小腿的重力。
当患者无法通过自主运动进行康复训练时，通过电机71带动小腿杆2和大腿杆3运动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.基于重力平衡的下肢康复训练装置，包括脚踏板（1），所述脚踏板（1）连接有小腿杆（2），所述小腿杆（2）连接有大腿杆（3），其特征在于：所述大腿杆（3）靠近小腿杆（2）的一侧设有与小腿杆（2）相连的膝关节连接件（4）、远离小腿杆（2）的一侧设有髋关节连接件（5）；
所述膝关节连接件（4）上设有与大腿杆（3）相连以实现小腿杆（2）和大腿杆（3）在重力场任意运动范围内的静力平衡稳定的重力平衡机构（6），所述膝关节连接件（4）和髋关节连接件（5）上均设有分别驱动小腿杆（2）、大腿杆（3）的摆动的动力机构（7）；
所述重力平衡机构（6）包括与膝关节连接件（4）相连且截面为等腰三角形的三角板（61），所述三角板（61）上设有与小腿杆（2）配合以防止小腿杆（2）出现运动偏差的连杆机构（62），所述三角板（61）上还设有与连杆机构（62）配合且与大腿杆（3）相连以实现小腿杆（2）摆动过程中实时完全重力平衡的配重机构（63）；
所述连杆机构（62）包括分别铰接安装在三角板（61）两个底角处的一号摆杆（621），所述一号摆杆（621）上均设有与小腿杆（2）相连以防止小腿杆（2）在运动时出现偏差的连接杆（622）；
所述配重机构（63）包括铰接安装在三角板（61）顶角处的一号平衡杆（631），所述一号平衡杆（631）远离三角板（61）的一端设有配重物（632），所述三角板（61）上铰接安装有可伸缩的二号平衡杆（633），所述一号平衡杆（631）上设有与配重物（632）配合且与二号平衡杆（633）相连以平衡小腿杆（2）和小腿在运动过程中受到的重力的调节机构（634）；
所述调节机构（634）包括分布在配重物（632）与三角板（61）之间且铰接安装在一号平衡杆（631）上的连接板（6341），所述二号平衡杆（633）远离三角板（61）的一端铰接安装在连接板（6341）上，所述连接板（6341）上设有提供弹力以平衡小腿杆（2）运动时产生的力矩变化的弹簧机构（635）；
所述弹簧机构（635）包括铰接安装在连接板（6341）上且截面为等腰三角形的弹簧连接板（6351），所述弹簧连接板（6351）其中一个底角处与连接板（6341）上的二号平衡杆（633）的铰接点相连、另一个底角处设有与一号平衡杆（631）相连的弹簧（6352）、弹簧连接板（6351）顶角处铰接相连有滑动安装在连接板（6341）上的二号摆杆（6353）；所述连接板（6341）上设有与二号摆杆（6353）配合的滑槽（6343）。
2.根据权利要求1所述的基于重力平衡的下肢康复训练装置，其特征在于：所述连接板（6341）上连接有保证大腿杆（3）稳定性的伸缩杆（6342）。
3.根据权利要求1所述的基于重力平衡的下肢康复训练装置，其特征在于：所述动力机构（7）包括分别安装在膝关节连接件（4）和髋关节连接件（5）上的电机（71）。
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| CN112870019A (zh) | 2021-06-01 |
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