CN113413303B - 一种智能膝关节伸直训练装置 - Google Patents

Abstract

一种智能膝关节伸直训练装置，涉关节康复训练装置技术领域，解决现有装置结构设计不合理，易造成患者膝关节受损、疼痛感强、效果差、效率低的技术不足，技术方案包括有：大腿护具、小腿护具、两大腿限位绑带和小腿限位绑带、第一收紧机构、第二收紧机构和脚拉伸抬高机构。两限位绑带的一端分别连接在护具的两侧，另一端分别连接在两同步收紧轮盘上。本发明有益效果在于：同步收紧轮盘同时收紧限位绑带的端部，使患者腿部两侧受力方向与大小一致，避免拉伸过程中其腿部过度偏移和扭转，且配合脚拉伸抬高机构在多个方向维度上对患者腿部和足部进行拉伸，使得拉伸后患者股、膝、髁能以自然状态呈一定的生理直线，避免了对膝关节的损伤，拉伸效果好。

Description

一种智能膝关节伸直训练装置

技术领域

本发明涉及关节康复训练装置技术领域，更具体的涉及一种智能膝关节伸直训练装置。

背景技术

膝关节是人体最大、最复杂的关节，是下肢活动的枢纽，也是伤病极高的关节。由于病变或受伤等原因造成膝关节受损后，在患者的术后康复治疗中常常需要使用辅助治疗的膝关节屈曲训练装置来对膝关节进行适度、有效的康复训练，从而在一定程度上限制膝关节屈伸、内外翻、旋转活动，达到辅助手术治疗的效果。

现有的膝关节伸直训练装置大多具有用于承托患者腿部的底板，其上连接有用于限位收束患者大腿部的大腿绑带，用于限位收束患者小腿部的小腿绑带，通过驱动装置拉伸大腿绑带及小腿绑带的一边使二者收拢拉紧，从而利用两根绑带在患者大腿部及小腿部上施加向下的拉力以驱使患者腿部伸直，但是这种装置存在显著的弊端：首先，大腿绑带和小腿绑带皆采用单边受力拉紧的方式进行收拢，在训练过程中极易因绑带受力不均而造成患者大腿部或小腿部向受力方向一侧过度扭转，而两根绑带又同时对患者腿部施加向下拉力，使得训练过程中患者腿部在过度扭转状态下被迫伸直，伸直后患者的髋、膝、髁不能以自然状态呈一定的生理直线，极易对患者膝关节带来新的损害。同时，该种装置的两根绑带从大腿及小腿部位施加向下的拉力，力的作用方向、作用点单一，以简单粗暴的方式从两个作用位点向下强拉，大腿与小腿所承受的拉力也更大，患者腿部伸直过程中遭受的拉力疼痛感更强，且过程中患者膝关节的间隙变化不能符合自然的生理变化规律，极易引起患者膝关节受损。而且，现有装置的足部固定部件只是起到承托限位的作用，并不能对患者足部进行正确的引导及拉伸，起不到辅助腿部伸直的功能。另外，该种装置大多采用手动调节方式进行控制，不具有自动化控制功能，实际使用时需医护人员根据训练需要随时进行手动控制调节，操作不便，影响训练效率。

因此，需要对现有的膝关节伸直训练装置结构进行改进以克服上述问题。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于解决现有膝关节伸直训练装置的结构设计不合理，易造成患者膝关节受损、伸直训练疼痛感强、效果差、效率低的技术不足，而提供一种结构设计更合理，对患者膝关节保护更全面，可以显著降低患者训练痛感、提高伸直训练效果、效率更高的智能膝关节伸直训练装置。

为解决本发明所提出的技术不足，采用的技术方案为：

一种智能膝关节伸直训练装置，包括有：底托座，沿腿部伸直方向设置，用于承托患者左腿或右腿。其特征在于，所述装置还包括有：

大腿护具，绑缚固定在患者大腿上，用于限位患者大腿部的偏移或扭转。

小腿护具，绑缚固定在患者小腿上，用于限位患者小腿部的偏移或扭转。

两根大腿限位绑带，一端对应连接在所述大腿护具的两侧，另一端对应伸至底托座内。

第一收紧机构，位置可调节地活动连接在底托座内以使其可对应处于大腿护具下部，两根所述大腿限位绑带的两另一端分别固定连接于所述第一收紧机构的两个第一同步收紧轮盘上。

两根小腿限位绑带，一端对应连接在所述小腿护具的两侧，另一端对应伸至底托座内。

第二收紧机构，位置可调节地活动连接在底托座内以使其可对应处于小腿护具下部，两根所述小腿限位绑带的两另一端分别固定连接于所述第二收紧机构的两个第二同步收紧轮盘上。

脚拉伸抬高机构，用于绑缚固定患者脚部并进行拉伸及抬高动作，包括有：

拉伸磁偶无杆气缸，沿腿部伸直方向固设于底托座内的患者脚部一端，其上滑动设有可纵向移动的滑移座；

抬高伺服气缸，竖直向上固设于所述的滑移座上；

脚托支架，固定连接在所述抬高伺服气缸的活塞杆上，其上活动铰接用于绑缚固定患者脚部的脚限位器，所述脚限位器与脚托支架之间设有用于调节并检测患者足部与胫骨间屈曲角度的角度调节组件。

微电脑控制中心，内设自动化控制程序，与所述的第一收紧机构、第二收紧机构、拉伸磁偶无杆气缸、抬高伺服气缸及角度调节组件电性连接以控制其动作。

手动控制器，与所述的微电脑控制中心连接，用于向其传输控制信号来人为手动控制所述训练装置运行。

进一步的，所述装置还包括有：

股骨支架，沿股骨方向位置可调节地活动连接在所述大腿护具的两侧；

胫骨支架，沿胫骨方向位置可调节地活动连接在所述小腿护具的两侧，所述胫骨支架与所述股骨支架相对的端部对应活动铰接在患者膝关节的两侧；

两个第一角度传感器，对应安装于股骨支架与胫骨支架活动铰接的转动副处，其测轴与所述转动副同轴连接，所述的第一角度传感器与所述的微电脑控制中心连接以向其传送患者膝关节屈曲角度检测数据。

进一步的，所述股骨支架包括有两个沿股骨方向对应设置的股骨支臂，所述的大腿护具两侧分别通过股骨定位滑块组件沿股骨方向位置可调节地活动连接在两个所述的股骨支臂之间。

进一步的，所述胫骨支架包括有两个沿胫骨方向对应设置的胫骨支臂，所述的小腿护具两侧分别通过胫骨定位滑块组件沿胫骨方向位置可调节地活动连接在两个所述的胫骨支臂之间。

具体的，所述的微电脑控制中心在自动控制模式下将所述第一角度传感器发送的患者膝关节屈曲角度检测数据与设定值进行比较，当检测值达到设定值后控制所述第一收紧机构、第二收紧机构和脚拉伸抬高机构停止动作。微电脑控制中心在手动控制模式下将第一角度传感器发送的患者膝关节屈曲角度检测数据与设定值进行比较，当检测值达到设定值后自动切断所述手动控制器的控制信号以防止手动控制过量、避免造成患者膝关节受损。

进一步的，所述股骨支架的两外侧中部位置上对应设有两个用于分别连接两个所述大腿限位绑带一端的股骨侧连接件，所述胫骨支架的两外侧中部位置上对应设有两个用于分别连接两个所述小腿限位绑带一端的胫骨侧连接件，大腿限位绑带和小腿限位绑带的一端分别通过定位卡扣长短可调节地连接在所述的股骨侧连接件和胫骨侧连接件上。

进一步的，所述的第一收紧机构包括有：

第一固定架，竖直横向滑动连接在所述的底托座内，其位置可沿腿部伸直方向纵向调节；

第一步进电机，通过控制电路与所述的微电脑控制中心电性连接，纵向固设于所述第一固定架的一侧，其转动轴纵向伸至第一固定架的另一侧并固定连接有第一驱动齿轮；

两个相互啮合的第一从动齿轮，通过两个垂直设于第一固定架另一侧上的第一转轴横向转动连接在第一固定架上，其中一个第一从动齿轮同时与所述的第一驱动齿轮啮合；

两个所述的第一同步收紧轮盘分别同轴固定连接在两个第一从动齿轮上，且第一同步收紧轮盘的直径小于第一从动齿轮的直径。

进一步的，所述的第二收紧机构包括有：

第二固定架，竖直横向滑动连接在所述的底托座内，其位置可沿腿部伸直方向纵向调节；

第二步进电机，通过控制电路与所述的微电脑控制中心电性连接，纵向固设于所述第二固定架的一侧，其转动轴纵向伸至第二固定架的另一侧并固定连接有第二驱动齿轮；

两个相互啮合的第二从动齿轮，通过两个垂直设于第二固定架另一侧上的第二转轴横向转动连接在第二固定架上，其中一个第二从动齿轮同时与所述的第二驱动齿轮啮合；

两个所述的第二同步收紧轮盘分别同轴固定连接在两个第二从动齿轮上，且第二同步收紧轮盘的直径小于第二从动齿轮的直径。

具体的，所述的脚限位器，其足髁部活动铰接在所述的脚托支架上。

进一步的，所述的角度调节组件包括有：

角度调节伺服气缸，通过控制电路与所述的微电脑控制中心电性连接，其缸体端部活动铰接在所述脚托支架远离所述脚限位器的足髁部的一端，其活塞杆端部活动铰接在脚限位器的足尖部的一端；

两个第二角度传感器，对应安装于脚限位器与脚托支架活动铰接的转动副处，其测轴与所述转动副同轴连接，所述的第二角度传感器与所述的微电脑控制中心连接以向其传送患者足部与胫骨间的屈曲角度检测数据。

本发明的有益效果为：

1、本发明装置通过大腿护具和小腿护具对患者腿部进行限位固定，且大腿护具与小腿护具两侧分别通过两根端部在收紧机构的同步收紧轮盘卷绕下可同时同步收紧的绑带进行拉伸收紧，有效解决了训练过程中患者腿部因为单向受力或受力不均而发生过度的偏移或扭转的问题，且配合脚拉伸抬高机构从四个拉伸点位和多个方向上对患者腿部及足部进行配合拉伸，避免了患者腿部伸直后其髋、膝、髁不能以自然状态呈一定的生理直线而对患者膝关节带来新的损害的问题，训练的安全性更高、效果更好，防止对患者造成二次伤害，有利于患者尽早康复。

2、本发明装置通过大腿限位绑带、小腿限位绑带、第一收紧机构、第二收紧机构和脚拉伸抬高机构从不同的方向和着力点上同时对患者大腿部、小腿部及足部进行引导及拉伸，使得患者腿部伸直过程的膝关节间隙变化更加符合人体膝关节自然伸直的变化规律，可以在训练过程中适当地增加患者膝关节间隙的宽度，避免了训练过程中对患者膝关节的损害。而且，本发明装置训练过程中还通过拉伸磁偶无杆气缸和抬高伺服气缸同时对患者足部进行拉伸及抬高，使得患者大腿、小腿和足部三个段位上能够同时受力，配合密切，能够以最快的速度将患者腿部拉伸至需要的状态，拉伸效率高，因此本发明脚拉伸抬高机构能够起到辅助训练的效果，且患者足部位置上同时受力进行拉伸和抬高也极大地降低了患者腿部所承受的拉力，减少了拉伸过程中患者的疼痛感。

3、区别于现有装置简单粗暴的两点向下拉伸的方式，本发明的第一收紧机构和第二收紧机构相对于底托座的位置是可以根据患者大腿及小腿部实际长短进行调整的，使得患者腿部的受力点及受力方向更加符合患者个人腿部的生理特征需求，可以适用于不同年龄段的患者或者不同腿部状况的患者使用，适用性更强。

4、本发明装置通过角度调节组件对脚限位器和脚托支架间的角度进行调节控制，从而调节控制患者脚部与小腿间的角度，可以在拉伸训练中兼顾到患者足部角度的调节与引导，使患者足部在腿部伸直训练过程中能够呈现更加舒适的状态，还可以通过角度调节组件对患者足部关节进行适当的训练，使得本发明装置的训练更全面、训练效果更佳。

5、本发明装置可以通过微电脑控制中心的自动化控制程序按照设定好的训练指标对患者腿部进行自动化的伸直训练，同时也可以采用人工手动操作的方式通过手动控制器随护理人员的意愿对患者腿部进行人为可控的手动伸直训练，控制方法多样，便于操作使用，且自动化、智能化程度高，训练效率高、效果好。

6、本发明装置的脚拉伸抬高机构采用拉伸磁偶无杆气缸对患者足部进行拉伸，磁偶无杆气缸完全靠磁力牵引执行机构动作，其优势在于当人为手动操作失误时，磁偶无杆气缸过载时会自动脱磁以停止对患者足部的持续拉伸，避免人为操作失误时脚拉伸抬高机构持续对患者脚部施加拉力而造成患者脚部伤害的问题，安全性更高。

7、本发明装置的脚拉伸抬高机构采用抬高伺服气缸对患者足部进行抬高，伺服气缸通过给定的标准模拟电信号完成对活塞杆伸出距离0-100%的全过程的连续模拟控制，可以实现患者足部抬高距离的精确控制，降低了脚拉伸抬高机构的结构复杂程度，且方便装配，维护简单，便于使用。

8、现有装置受限于其结构设计，不能保证将患者腿部在水平状态下完全拉伸到180°伸直的状态，导致患者腿部伸直训练受限。而本发明装置在拉伸过程中还能够通过脚拉伸抬高器对患者脚部进行适当的抬高，能够保证患者脚部抬高状态下其腿部整体呈180°伸直。另外，由于本发明装置可以在拉伸过程中抬高患者足部，因此可以在训练过程中适度地短时间增加患者膝关节屈曲角度，使其屈曲角度略大于180°，使患者膝关节能够获得更大程度的屈曲训练角度，训练角度范围更大、训练效果更好，有利于患者尽快康复。

附图说明

图1为本发明整体结构主视图；

图2为本发明底托座结构俯视图；

图3为本发明股骨支架、大腿护具、胫骨支架及小腿护具的结构俯视图；

图4为本发明股骨支架、大腿限位绑带、胫骨支架及小腿限位绑带的结构示意图；

图5为本发明股骨支架、大腿护具、胫骨支架及小腿护具的结构仰视图；

图6为本发明第一收紧机构整体结构主视图；

图7为本发明第一收紧机构整体结构左侧视图；

图8为本发明第二收紧机构整体结构主视图；

图9为本发明第二收紧机构整体结构左侧视图；

图10为本发明其中一个位移滑轨的部分结构俯视图。

图中：1.底托座，11.第一绑带过槽，12.第二绑带过槽，13.纵向开槽，14.位移滑轨，141.定位槽，15.定位调节口，2.大腿护具，21.大腿限位绑带，22.股骨支架，221.股骨支臂，222.股骨定位滑块组件，223.股骨侧连接件，3.小腿护具，31.小腿限位绑带，32.胫骨支架，321.胫骨支臂，322.胫骨定位滑块组件，323.胫骨侧连接件，4.第一收紧机构，41.第一同步收紧轮盘，42.第一固定架，43.第一步进电机，44.第一驱动齿轮，45.第一从动齿轮，46.第一转轴，5.第二收紧机构，51.第二同步收紧轮盘，52.第二固定架，53.第二步进电机，54.第二驱动齿轮，55.第二从动齿轮，56.第二转轴，6.脚拉伸抬高机构，61. 拉伸磁偶无杆气缸，611. 滑移座，62. 抬高伺服气缸，63.脚托支架，64.脚限位器，65.角度调节伺服气缸，66.第二角度传感器，7.微电脑控制中心，71.显示屏，72.设定按键，8.手动控制器，81.导线，82.第一控制按键，83.第二控制按键，84.第三控制按键，85.第四控制按键，9.第一角度传感器，100.锁紧螺栓，101.定位卡扣，102.开口，103.魔术贴粘接带，104.位移滑槽，105.弹性定位顶珠组件。

具体实施方式

以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。

参照图1、图7及图9所示，本发明：

一种智能膝关节伸直训练装置，包括有沿腿部伸直方向设置的、整体呈长方体状结构的底托座1，用于承托患者左腿或右腿。实际使用时该底托座1可以安装固定在患者病床的侧边并与病床表面相齐平。

其特征在于，本发明装置还包括有：

大腿护具2，该大腿护具2绑缚固定在患者大腿上，用于限位患者大腿部的偏移或扭转。

小腿护具3，该小腿护具3绑缚固定在患者小腿上，用于限位患者小腿部的偏移或扭转。

两根规格尺寸完全相同的大腿限位绑带21，该两根大腿限位绑带21的上端对应连接在所述大腿护具2的两侧，该两根大腿限位绑带21的下端对应伸至底托座1内固定。

第一收紧机构4，该第一收紧机构4位置可调节地活动连接在底托座1内以使其可对应处于大腿护具2下部，两根所述大腿限位绑带21的两下端部分别固定连接于所述第一收紧机构4的两个第一同步收紧轮盘41（如图7所示）上。

两根规格尺寸完全相同的小腿限位绑带31，该两根小腿限位绑带31的上端对应连接在所述小腿护具3的两侧，该两根小腿限位绑带31的下端对应伸至底托座1内固定。

第二收紧机构5，该第二收紧机构5位置可调节地活动连接在底托座1内以使其可对应处于小腿护具3下部，两根所述小腿限位绑带31的两下端部分别固定连接于所述第二收紧机构5的两个第二同步收紧轮盘51（如图9所示）上。

脚拉伸抬高机构6，用于绑缚固定患者脚部并进行拉伸及抬高动作，包括有：

拉伸磁偶无杆气缸61，该拉伸磁偶无杆气缸61沿腿部伸直方向固定连接在底托座1内的患者脚部一端，其上滑动设有可纵向移动的滑移座611；

抬高伺服气缸62，该抬高伺服气缸62竖直向上固定连接在所述滑移座611的上表面中部位置上；

脚托支架63，该脚托支架63水平固定连接在所述抬高伺服气缸62的活塞杆上，其上活动铰接用于绑缚固定患者脚部的脚限位器64，所述脚限位器64与脚托支架63之间设有用于调节并检测患者足部与胫骨间屈曲角度的角度调节组件。

微电脑控制中心7，该微电脑控制中心7内配置有自动化控制程序，其与所述的第一收紧机构4、第二收紧机构5、拉伸磁偶无杆气缸61、抬高伺服气缸62及角度调节组件电性连接以控制其动作。

手动控制器8，该手动控制器8通过控制电路与所述的微电脑控制中心7连接，用于向其传输控制信号来人为手动控制两个所述第一同步收紧轮盘41和第二同步收紧轮盘51反向转动、以使大腿限位绑带21及小腿限位绑带31的两下端部同步收紧来拉伸患者腿部；控制所述拉伸磁偶无杆气缸61动作来驱使滑移座611在患者腿部伸直方向上移动以通过所述脚限位器64在训练过程中通过拉伸患者足部以辅助拉伸患者腿部；控制所述抬高伺服气缸62的活塞杆伸出一定的距离以通过脚托支架63来抬高患者脚部；控制角度调节组件动作以调节控制患者脚部与小腿间的角度。

本发明装置通过大腿护具2和小腿护具3对患者腿部进行限位固定，且大腿护具2与小腿护具3两侧分别通过两根端部在收紧机构的同步收紧轮盘卷绕下可同时同步收紧的绑带进行拉伸收紧，有效解决了训练过程中患者腿部因为单向受力或受力不均而发生过度的偏移或扭转的问题，且配合脚拉伸抬高机构6从四个拉伸点位和多个方向上对患者腿部及足部进行配合拉伸，避免了患者腿部伸直后其髋、膝、髁不能以自然状态呈一定的生理直线而对患者膝关节带来新的损害的问题，训练的安全性更高、效果更好，防止对患者造成二次伤害，有利于患者尽早康复。

同时，本发明装置通过大腿限位绑带21、小腿限位绑带31、第一收紧机构4、第二收紧机构5和脚拉伸抬高机构6从不同的方向和着力点上同时对患者大腿部、小腿部及足部进行引导及拉伸，使得患者腿部伸直过程的膝关节间隙变化更加符合人体膝关节自然伸直的变化规律，可以在训练过程中适当地增加患者膝关节间隙的宽度，避免了训练过程中对患者膝关节的损害。而且，本发明装置训练过程中还通过拉伸磁偶无杆气缸61和抬高伺服气缸62同时对患者足部进行拉伸及抬高，使得患者大腿、小腿和足部三个段位上能够同时受力，配合密切，能够以最快的速度将患者腿部拉伸至需要的状态，拉伸效率高，因此本发明脚拉伸抬高机构能够起到辅助训练的效果，且患者足部位置上同时受力进行拉伸和抬高也极大地降低了患者腿部所承受的拉力，减少了拉伸过程中患者的疼痛感。

区别于现有装置简单粗暴的两点向下拉伸的方式，本发明的第一收紧机构4和第二收紧机构5相对于底托座1的位置是可以根据患者大腿及小腿部实际长短进行调整的，使得患者腿部的受力点及受力方向更加符合患者个人腿部的生理特征需求，可以适用于不同年龄段的患者或者不同腿部状况的患者使用，适用性更强。

而且，本发明装置通过角度调节组件对脚限位器64和脚托支架63间的角度进行调节控制，从而调节控制患者脚部与小腿间的角度，可以在拉伸训练中兼顾到患者足部角度的调节与引导，使患者足部在腿部伸直训练过程中能够呈现更加舒适的状态，还可以通过角度调节组件对患者足部关节进行适当的训练，使得本发明装置的训练更全面、训练效果更佳。

同时，本发明装置可以通过微电脑控制中心7的自动化控制程序按照设定好的训练指标对患者腿部进行自动化的伸直训练，同时也可以采用人工手动操作的方式通过手动控制器8随护理人员的意愿对患者腿部进行人为可控的手动伸直训练，控制方法多样，便于操作使用，且自动化、智能化程度高，训练效率高、效果好。

同时，本发明装置的脚拉伸抬高机构6采用拉伸磁偶无杆气缸61对患者足部进行拉伸，磁偶无杆气缸完全靠磁力牵引执行机构动作，其优势在于当人为手动操作失误时，磁偶无杆气缸过载时会自动脱磁以停止对患者足部的持续拉伸，避免人为操作失误时脚拉伸抬高机构6持续对患者脚部施加拉力而造成患者脚部伤害的问题，安全性更高。

而且，本发明装置的脚拉伸抬高机构6采用抬高伺服气缸62对患者足部进行抬高，伺服气缸通过给定的标准模拟电信号完成对活塞杆伸出距离0-100%的全过程的连续模拟控制，可以实现患者足部抬高距离的精确控制，降低了脚拉伸抬高机构6的结构复杂程度，且方便装配，维护简单，便于使用。

另外，现有的膝关节伸直训练装置只能对患者腿部进行拉伸训练，通过绑带拉伸使患者腿部在底板上水平伸直。但是受限于人体腿部生理结构限制和现有装置的结构设计限制，不能保证通过绑带将患者腿部在底板上完全水平拉伸到180°伸直，导致患者腿部伸直训练受限。而本发明装置在拉伸过程中还能够通过脚拉伸抬高器6对患者脚部进行适当的抬高，能够保证患者脚部抬高状态下其腿部整体呈180°伸直。另外，由于本发明装置可以在拉伸过程中抬高患者足部，因此可以在训练过程中适度地短时间增加患者膝关节屈曲角度，使其屈曲角度略大于180°，使患者膝关节能够获得更大程度的屈曲训练角度，训练角度范围更大、训练效果更好，有利于患者尽快康复。

具体的，参照图2所示，本发明装置的底托座1上端面右端部的前后两侧对应设有用于所述大腿限位绑带21下端部和小腿限位绑带31下端部穿过以连接在所述第一同步收紧轮盘41和第二同步收紧轮盘51上的第一绑带过槽11和第二绑带过槽12，底托座1上端面左端部的中部位置上纵向开设有用于所述脚拉伸抬高机构6的抬高伺服气缸62及脚托支架63随滑移座611在底托座1上纵向滑移的纵向开槽13。

进一步的，参照图1所示，本发明装置还包括有：

股骨支架22，该股骨支架22沿股骨方向位置可调节地活动连接在所述大腿护具2的两侧。

胫骨支架32，该胫骨支架32沿胫骨方向位置可调节地活动连接在所述小腿护具3的两侧，所述胫骨支架32与所述股骨支架22相对的端部对应活动铰接在患者膝关节的两侧。

两个第一角度传感器9，对应安装于股骨支架22与胫骨支架32活动铰接的转动副（图中未画出）处，其测轴与所述转动副同轴连接，所述的第一角度传感器9与所述的微电脑控制中心7连接以向其传送患者膝关节屈曲角度检测数据。

优选的，参照图3所示，本发明的股骨支架22包括有两个沿股骨方向对应设置的股骨支臂221，所述的大腿护具2两侧分别通过股骨定位滑块组件222沿股骨方向位置可调节地活动连接在两个所述的股骨支臂221之间。

优选的，参照图3所示，本发明的胫骨支架32包括有两个沿胫骨方向对应设置的胫骨支臂321，所述的小腿护具3两侧分别通过胫骨定位滑块组件322沿胫骨方向位置可调节地活动连接在两个所述的胫骨支臂321之间。

具体的，参照图3所示，本发明的股骨定位滑块组件222和胫骨定位滑块组件322其内侧壁皆分别螺纹固定连接在大腿护具2和小腿护具3的两侧，其外侧壁皆分别通过滑槽（图中未标示）活动连接在两股骨支臂221和两胫骨支臂321上，并通过锁紧螺栓100进行位置调节固定。

本发明装置通过股骨支架22和胫骨支架32来分别固定连接大腿护具2和小腿护具3，使得大腿护具2和小腿护具3能够一体连接，提高了患者腿部限位固定的效果。而且，本发明装置的大腿护具2和小腿护具3可以沿股骨滑轨或胫骨滑轨进行位置调节，使得本发明装置的腿部护具可以固定安装在不同年龄段的患者腿上，并保证股骨支架22与胫骨支架32的铰接处可以对应处于患者膝关节的两侧，便于两第一角度传感器9通过股骨支架22与胫骨之间间角度的变化精确检测患者膝关节屈曲的角度并传送给微电脑控制中心7。

患者膝关节伸直训练是一个循序渐进的伸直过程，不能一簇而就，最佳的训练方式是按照医嘱建议分阶段、分步骤地增加屈曲训练的角度，并最终实现腿部180°水平伸直的训练目的。

实际使用过程中，所述的微电脑控制中心7在自动控制模式下控制本发明装置的运行以对患者腿部进行伸直训练。在拉伸过程中，微电脑控制中心7将接收到的、由两第一角度传感器9发送的患者膝关节屈曲角度检测数据与设定好的第一阶段膝关节屈曲角度值进行比较，当检测值达到设定值后，微电脑控制所述第一收紧机构4、第二收紧机构5和脚拉伸抬高机构6停止动作，使得患者膝关节以一定程度的屈曲角度维持一段时间。达到第一阶段的训练目标后，微电脑控制中心7再次启动装置运行，使得患者腿部进一步拉伸，同理，微电脑控制中心7接收到的检测值达到预设的第二阶段膝关节屈曲角度值后停止驱动，使得患者膝关节以第二阶段的训练屈曲角度维持一段时间。

同样的，本发明装置也可以通过手动控制器8进行控制，此过程中微电脑控制中心7将接收到的患者膝关节屈曲角度检测数据与设定值进行比较，当检测值达到设定值后自动切断所述手动控制器8的控制信号以防止手动控制过量或避免造成患者膝关节受损。

本发明手动控制过程中通过手动控制器8向微电脑控制中心7发送控制信号，继而由微电脑控制中心7控制本发明装置的运行。实际使用过程中可能出现人员操作失误或设备故障等原因引起的装置对患者腿部的持续拉伸，而本发明装置的微电脑控制中心7在检测到患者膝关节屈曲角度达到预设值后会自动断开与手动控制器8的连接，从而切断人为操作控制本发明装置持续拉伸患者腿部的途径，防止对患者腿部造成强制性拉伸的问题，安全性更高。

本发明在股骨支架22与胫骨支架32的两个铰接位点分别设置了一个第一角度传感器9，通过两个第一角度传感器9监测训练过程中护具两侧的支架角度变化是否一致，以便于在训练过程中及时发现角度变化不一致的问题并通过微电脑控制中心7自动停止拉伸，防止患者腿部两侧受力不均导致的二次伤害。

优选的，参照图4所示，本发明两股骨支臂221的外侧中部位置上对应设有两个用于分别连接两个所述大腿限位绑带21一端的股骨侧连接件223，两胫骨支臂321的外侧中部位置上对应设有两个用于分别连接两个所述小腿限位绑带31一端的胫骨侧连接件323，大腿限位绑带21和小腿限位绑带31的上端部分别通过定位卡扣101长短可调节地连接在所述的股骨侧连接件223和胫骨侧连接件323上。

本发明装置的两根大腿限位绑带21和两根小腿限位绑带31的上端部分别长短可调节地连接在股骨支架22与胫骨支架32两侧的股骨侧连接件223和胫骨侧连接件323上，实际使用时限位绑带从股骨支架22或胫骨支架32两侧施加向下的拉力，使施力更加均匀、对称，进一步避免了患者腿部偏移、扭转的问题。

具体的，参照图5所示，本发明大腿护具2和小腿护具3的底部皆纵向设有用于将护具从上向下套接在患者腿部上的开口102，开口102两侧设有用于调节绑定松紧的魔术贴粘接带103。

由于本发明装置对患者腿部施加的拉力并不由限位绑带直接作用在患者腿部皮肤上，而是经由大腿护具2和小腿护具3两侧的连接件在限位绑带上端部的拉动下向下拉动腿部护具，从而通过腿部护具的上部内表面对患者腿部施加向下的抵压力，使得患者腿部受力面积更大、更均匀，有效减轻了患者腿部受力时的痛感，使得患者可以获得更加舒适的训练治疗体验。

另外，本发明装置的限位绑带上端部皆采用定位卡扣101连接在股骨支架22或胫骨支架32两侧，实际穿戴时可先将一侧的限位绑带上端部解开，待大腿护具2和小腿护具3穿戴在患者腿上后再将限位绑带上端部以另一侧限位绑带相同的长度锁紧固定连接在股骨侧连接件223或胫骨侧连接件323上，操作简单、便于穿戴，且能够有效保证大腿限位绑带21及小腿限位绑带31两侧长度相同，便于第一收紧机构4和第二收紧机构5同步收紧绑带，从而防止患者腿部过度偏移或扭转。

进一步的，参照图1、图6至图7所示，本发明的第一收紧机构4包括有：

第一固定架42，该第一固定架42竖直横向滑动连接在所述的底托座1内，其位置可沿腿部伸直方向纵向调节。

第一步进电机43，该第一步进电机43通过控制电路与所述的微电脑控制中心7电性连接，水平纵向固定连接在所述第一固定架42的右侧前端部，其转动轴纵向穿过第一固定架42伸至其另一侧，且在其转动轴上轴向固定连接有第一驱动齿轮44。

两个相互啮合的第一从动齿轮45，该两个第一从动齿轮45的规格尺寸相同，通过两个垂直设于第一固定架42左侧面上的第一转轴46横向转动连接在第一固定架42上，其中一个第一从动齿轮45同时与所述的第一驱动齿轮44啮合。

两个所述的第一同步收紧轮盘41分别同轴固定连接在两个第一从动齿轮45上，且第一同步收紧轮盘41的直径小于第一从动齿轮45的直径。

同样的，参照图1、图8至图9所示，本发明的第二收紧机构5包括有：

第二固定架52，该第二固定架52竖直横向滑动连接在所述的底托座1内，其位置处于第一固定架42的左侧，且可沿腿部伸直方向纵向调节。

第二步进电机53，该第二步进电机53通过控制电路与所述的微电脑控制中心7电性连接，水平纵向固定连接在所述第二固定架52的右侧前端部，其转动轴纵向穿过第二固定架52伸至其另一侧，且在其转动轴上轴向固定连接有第二驱动齿轮54。

两个相互啮合的第二从动齿轮55，该两个第二从动齿轮55的规格尺寸相同，通过两个垂直设于第二固定架52左侧面上的第二转轴56横向转动连接在第二固定架52上，其中一个第二从动齿轮55同时与所述的第二驱动齿轮54啮合。

两个所述的第二同步收紧轮盘51分别同轴固定连接在两个第二从动齿轮55上，且第二同步收紧轮盘51的直径小于第二从动齿轮55的直径。

本发明的第一收紧机构4和第二收紧机构5分别通过第一步进电机43和第二步进电机53驱使两啮合的第一从动齿轮45及第二从动齿轮55向相反的方向转动，从而驱使两第一同步收紧轮盘41和第二同步收紧轮盘51同时、同步收紧大腿限位绑带21及小腿限位绑带31的下端部，实现患者腿部拉伸的施力方向的一致性和收紧过程的同步性，有利于避免患者腿部的偏移及扭转。

具体的，参照图1、图5至图10所示，在第一固定架42和第二固定架52的前后两端部分别对应设有位移滑槽104（如图5及图7所示），在底托座1的前后两内壁上对应设有与所述位移滑槽104配合使用的位移滑轨14（如图1所示），位移滑槽104的上下两侧壁上对应设有弹性定位顶珠组件105（如图5及图7所示），位移滑轨14的上下两表面上等间距地均匀对应纵向布置有与弹性定位顶珠组件105配合使用以定位第一固定架42及第二固定架52在底托座1内部位置的定位槽141（如图10所示）。

相配合的，在底托座1的前后两侧壁上还对应纵向开设有处于所述位移滑轨14下部位置上的、用于操作人员手部伸入并调节第一收紧机构4或第二收紧机构5纵向位置的定位调节口15（如图1所示）。

本发明的第一固定架42和第二固定架52可以沿位移滑轨14、位移滑槽104进行位置调节，并通过弹性定位顶珠组件105和定位槽141进行定位，使得不同年龄段的患者使用本发明装置时，第一收紧机构4和第二收紧机构5都能够准确地调整到大腿护具2和小腿护具3的下部，保证患者腿部收紧拉伸时的拉力方向始终向下，拉伸效果好。且通过弹性定位顶珠组件105进行定位调节的方式更加简单、方便，便于操作。

具体的，参照图1所示，本发明的脚限位器64，其足髁部活动铰接在所述的脚托支架63上。

具体的，本发明的脚限位器64以足髁部为铰接位点，方便患者脚部竖向的摆动。其足髁部与足底部之间优选的为活动连接，使得足尖端与足髁端的间距能够随不同患者脚部大小进行调节，适用性更好。

进一步的，参照图1所示，本发明脚拉伸抬高机构6的角度调节组件包括有：

角度调节伺服气缸65，该角度调节伺服气缸65通过控制电路与所述的微电脑控制中心7电性连接，其缸体端部活动铰接在所述脚托支架63远离所述脚限位器64的足髁部的一端，其活塞杆端部活动铰接在脚限位器64的足尖部的一端。

两个第二角度传感器66，该两个第二角度传感器66对应安装于脚限位器64与脚托支架63活动铰接的转动副处，其测轴与所述转动副同轴连接，所述的第二角度传感器66与所述的微电脑控制中心7连接以向其传送患者足部与胫骨间的屈曲角度检测数据。

本发明采用角度调节伺服气缸65来驱使脚限位器64与脚托支架63间竖向摆动的夹角，控制精度高，且驱动简单、方便、快速。实际使用时，在自动控制状态下患者腿部伸直过程中微电脑控制中心7会根据人体脚部正常摆动角度通过角度调节伺服气缸65来调整患者脚部屈曲的角度，并根据接收到的、由第二角度传感器66发送的患者脚部屈曲角度数值确认调节是否到位。当检测值与预设值相同时微电脑控制中心7会自动停止角度调节伺服气缸65的动作，使患者腿部伸直过程中其脚部能够获得符合人体脚部屈曲规律的角度并保持一端时间，实现对患者脚部关节进行屈曲训练的功能，关节屈曲训练更加全面，训练效果更好。

同样的，在手动控制状态下，可通过第二角度传感器66来监测患者脚部屈曲角度变化，当第二角度传感器66发送的检测数据达到预设值后，微电脑控制中心7会自动切断与手动控制器8的连接，防止误操作而导致的患者脚部被过度屈曲的问题，安全性更高。

优选的，参照图1所示，本发明装置的微电脑控制中心7固设于底托座1的外壁上，其上设有用于显示设置信息的显示屏71和用于操作人员设定其功能参数及控制模式的设定按键72。手动控制器8通过一处于底托座1外的导线81与微电脑处理中心7电性连接，其上设有用于控制第一收紧机构4的第一步进电机43正向或反向转动的第一控制按键82，用于控制第二收紧机构5的第二步进电机53正向或反向转动的第二控制按键83，用于控制脚拉伸抬高机构6的拉伸磁偶无杆气缸61动作以驱使其上的滑移座611纵向往复滑移的第三控制按键84，以及用于控制抬高伺服气缸62的活塞杆上下伸缩的第四控制按键85。

本发明装置的手动控制器8便于操作人员或患者自行手动控制拉伸状态，操作简单、方便。

上述实施例仅仅为了表述清楚本发明的具体一种实施方式，并不是对本发明的实施方式的限定。对于本领域技术人员来说，依据本发明可以推导总结出其他一些对底托座1、大腿护具2、小腿护具3、大腿限位绑带21、小腿限位绑带31、第一收紧机构4、第二收紧机构5和脚拉伸抬高机构6等的调整或改动，在此就不进行一一列举。凡是依据本发明的精神和原则之内做出的任何修改、替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (8)

1.一种智能膝关节伸直训练装置，包括有：底托座（1），沿腿部伸直方向设置，用于承托患者左腿或右腿；其特征在于，所述装置还包括有：

大腿护具（2），绑缚固定在患者大腿上，用于限位患者大腿部的偏移或扭转；

小腿护具（3），绑缚固定在患者小腿上，用于限位患者小腿部的偏移或扭转；

两根大腿限位绑带（21），一端对应连接在所述大腿护具（2）的两侧，另一端对应伸至底托座（1）内；

第一收紧机构（4），位置可调节地活动连接在底托座（1）内以使其可对应处于大腿护具（2）下部，两根所述大腿限位绑带（21）的两另一端分别固定连接于所述第一收紧机构（4）的两个第一同步收紧轮盘（41）上；

两根小腿限位绑带（31），一端对应连接在所述小腿护具（3）的两侧，另一端对应伸至底托座（1）内；

第二收紧机构（5），位置可调节地活动连接在底托座（1）内以使其可对应处于小腿护具（3）下部，两根所述小腿限位绑带（31）的两另一端分别固定连接于所述第二收紧机构（5）的两个第二同步收紧轮盘（51）上；

脚拉伸抬高机构（6），用于绑缚固定患者脚部并进行拉伸及抬高动作，包括有：

拉伸磁偶无杆气缸（61），沿腿部伸直方向固设于底托座（1）内的患者脚部一端，其上滑动设有可纵向移动的滑移座（611）；

抬高伺服气缸（62），竖直向上固设于所述的滑移座（611）上；

脚托支架（63），固定连接在所述抬高伺服气缸（62）的活塞杆上，其上活动铰接用于绑缚固定患者脚部的脚限位器（64），所述脚限位器（64）与脚托支架（63）之间设有用于调节并检测患者足部与胫骨间屈曲角度的角度调节组件；

微电脑控制中心（7），内设自动化控制程序，与所述的第一收紧机构（4）、第二收紧机构（5）、拉伸磁偶无杆气缸（61）、抬高伺服气缸（62）及角度调节组件电性连接以控制其动作；

手动控制器（8），与所述的微电脑控制中心（7）连接，用于向其传输控制信号来人为手动控制所述训练装置运行；

股骨支架（22），沿股骨方向位置可调节地活动连接在所述大腿护具（2）的两侧；

胫骨支架（32），沿胫骨方向位置可调节地活动连接在所述小腿护具（3）的两侧，所述胫骨支架（32）与所述股骨支架（22）相对的端部对应活动铰接在患者膝关节的两侧；

两个第一角度传感器（9），对应安装于股骨支架（22）与胫骨支架（32）活动铰接的转动副处，其测轴与所述转动副同轴连接，所述的第一角度传感器（9）与所述的微电脑控制中心（7）连接以向其传送患者膝关节屈曲角度检测数据；

所述的角度调节组件包括有：

角度调节伺服气缸（65），通过控制电路与所述的微电脑控制中心（7）电性连接，其缸体端部活动铰接在所述脚托支架（63）远离所述脚限位器（64）的足髁部的一端，其活塞杆端部活动铰接在脚限位器（64）的足尖部的一端；

两个第二角度传感器（66），对应安装于脚限位器（64）与脚托支架（63）活动铰接的转动副处，其测轴与所述转动副同轴连接，所述的第二角度传感器（66）与所述的微电脑控制中心（7）连接以向其传送患者足部与胫骨间的屈曲角度检测数据。

2.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述股骨支架（22）包括有两个沿股骨方向对应设置的股骨支臂（221），所述的大腿护具（2）两侧分别通过股骨定位滑块组件（222）沿股骨方向位置可调节地活动连接在两个所述的股骨支臂（221）之间。

3.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述胫骨支架（32）包括有两个沿胫骨方向对应设置的胫骨支臂（321），所述的小腿护具（3）两侧分别通过胫骨定位滑块组件（322）沿胫骨方向位置可调节地活动连接在两个所述的胫骨支臂（321）之间。

4.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述的微电脑控制中心（7）在自动控制模式下将所述第一角度传感器（9）发送的患者膝关节屈曲角度检测数据与设定值进行比较，当检测值达到设定值后控制所述第一收紧机构（4）、第二收紧机构（5）和脚拉伸抬高机构（6）停止动作；微电脑控制中心（7）在手动控制模式下将第一角度传感器（9）发送的患者膝关节屈曲角度检测数据与设定值进行比较，当检测值达到设定值后自动切断所述手动控制器（8）的控制信号以防止手动控制过量、避免造成患者膝关节受损。

5.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述股骨支架（22）的两外侧中部位置上对应设有两个用于分别连接两个所述大腿限位绑带（21）一端的股骨侧连接件（223），所述胫骨支架（32）的两外侧中部位置上对应设有两个用于分别连接两个所述小腿限位绑带（31）一端的胫骨侧连接件（323），大腿限位绑带（21）和小腿限位绑带（31）的一端分别通过定位卡扣（101）长短可调节地连接在所述的股骨侧连接件（223）和胫骨侧连接件（323）上。

6.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述的第一收紧机构（4）包括有：

第一固定架（42），竖直横向滑动连接在所述的底托座（1）内，其位置可沿腿部伸直方向纵向调节；

第一步进电机（43），通过控制电路与所述的微电脑控制中心（7）电性连接，纵向固设于所述第一固定架（42）的一侧，其转动轴纵向伸至第一固定架（42）的另一侧并固定连接有第一驱动齿轮（44）；

两个相互啮合的第一从动齿轮（45），通过两个垂直设于第一固定架（42）另一侧上的第一转轴（46）横向转动连接在第一固定架（42）上，其中一个第一从动齿轮（45）同时与所述的第一驱动齿轮（44）啮合；

两个所述的第一同步收紧轮盘（41）分别同轴固定连接在两个第一从动齿轮（45）上，且第一同步收紧轮盘（41）的直径小于第一从动齿轮（45）的直径。

7.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述的第二收紧机构（5）包括有：

第二固定架（52），竖直横向滑动连接在所述的底托座（1）内，其位置可沿腿部伸直方向纵向调节；

第二步进电机（53），通过控制电路与所述的微电脑控制中心（7）电性连接，纵向固设于所述第二固定架（52）的一侧，其转动轴纵向伸至第二固定架（52）的另一侧并固定连接有第二驱动齿轮（54）；

两个相互啮合的第二从动齿轮（55），通过两个垂直设于第二固定架（52）另一侧上的第二转轴（56）横向转动连接在第二固定架（52）上，其中一个第二从动齿轮（55）同时与所述的第二驱动齿轮（54）啮合；

两个所述的第二同步收紧轮盘（51）分别同轴固定连接在两个第二从动齿轮（55）上，且第二同步收紧轮盘（51）的直径小于第二从动齿轮（55）的直径。

8.根据权利要求1所述的一种智能膝关节伸直训练装置，其特征在于：所述的脚限位器（64），其足髁部活动铰接在所述的脚托支架（63）上。