CN113648621B - 一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，包括基板(14)，设于基板(14)上的踏板箱(4)、周向驱动机构(10)和径向驱动机构(9)，以及与踏板箱(4)连接的动平台(1)，所述动平台(1)设有脚踏板(101)，所述周向驱动机构(10)和所述径向驱动机构(9)与动平台(1)串联连接，所述径向驱动机构(9)控制动平台(1)上脚踏板(101)的倾角变化，所述周向驱动机构(10)控制脚踏板(101)的上表面的朝向。与现有技术相比，本发明具有避免动平台脚踏板的臃肿与振动，驱动力臂长，可实现多种运动模式，且倾角调节简单、控制方便等优点。

Description

一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械康复设备，尤其是涉及一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置。

背景技术

平衡能力是人体的基本运动技能，是各项活动的基础，平衡能力分静态平衡能力和动态平衡能力，保持平衡是身体控制能力的重要体现。随着人口老龄化，脑卒中患者逐年上升，脑卒中导致的偏瘫发生率不断上升，患者常见跌倒、跛行等平衡功能障碍相关的并发症；老人因伤致死的首位原因也是因为跌倒，且跌倒后极易出现髋部骨折，虽然骨折本身并不致命，但骨折造成的呼吸泌尿系统感染、血栓和褥疮等并发症对其却是致命的。据统计，有一半以上的老人因跌倒而受伤住院，且老人年龄越大，跌倒受伤的风险越高，这是由于随着老龄化，其肌力下降、平衡感降低，导致老年人跌倒风险增加。平衡训练能够增强患者核心肌力、改善人体平衡能力及下肢运动功能，从而减缓肌肉量流失速度、提高肌力、增强心肺功能、改善机体灵活性和肌肉协调性、促进患者平衡功能恢复，进一步提升生活质量，有效预防老年人跌倒，从而减少骨折发生率。

目前针对动态平衡训练所研发的设备大多存在价格昂贵、运动模式单一、训练角度调整困难、控制难度高、动力驱动机构与站立平台随动运动、结构设计不合理致使所需驱动力过大等问题，故仍需不断对其进行完善改进。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，包括基板，设于基板上的踏板箱、周向驱动机构和径向驱动机构，以及与踏板箱连接的动平台，所述动平台设有脚踏板，所述周向驱动机构和所述径向驱动机构与动平台串联连接，所述径向驱动机构控制动平台上脚踏板的倾角变化，所述周向驱动机构控制脚踏板的上表面的朝向。

进一步地，所述动平台还包括环向设于脚踏板外围的裙边，设于裙边上的防护罩，设于脚踏板底部的过线孔以及龙箍，所述防护罩的底部安装在踏板箱上，所述龙箍上设有驱动孔，所述脚踏板通过支撑架安装于所述基板上，所述踏板箱罩设在所述支撑架的外部。

所述基板上设有与周向驱动机构连接的转动盘，所述转动盘通过转盘轴及万向球可转动连接在所述基板上，所述径向驱动机构设于所述转动盘上，并由所述周向驱动机构驱动绕转盘轴的中心运动。

所述脚踏板的中央设有安装孔，用以通过万向节将脚踏板安装于所述支撑架的顶端，所述驱动孔通过铜套与伸缩万向节组成活动相连的圆柱副，所述径向驱动机构通过连接座与所述伸缩万向节固定连接。

所述周向驱动机构包括由电机、电机座和驱动轮组成的驱动部以及动齿轮，所述驱动轮与所述电机的转轴固定连接，所述电机通过电机座固定在所述基板上，所述驱动轮与所述动齿轮相互啮合，所述动齿轮与所述转动盘固定连接，所述动齿轮的中心、所述转动盘的中心与转盘轴的中心轴线三者重合。

所述径向驱动机构包括丝杆、滑块导轨系统、螺母台和电机系统，所述丝杆的中心线与转动盘的中心轴线相重合，所述丝杆的中心线经过动齿轮的旋转中心，所述螺母台的底部设于所述滑块导轨系统上，并沿滑块导轨系统的导轨运动，所述滑块导轨系统的一端与电机系统固定连接，所述螺母台的顶部设有所述连接座，所述连接座的中心线走过的轨迹与所述转动盘的一条直径相重合，所述连接座的顶部固接有所述伸缩万向节，伸缩万向节的上部设有杆件，该杆件穿过动平台的所述驱动孔，所述驱动孔设有所述铜套。

所述转盘轴包括滑环系统，压圈，推力轴承，转动轴承和轴承座，所述轴承座与所述基板固接，所述转动盘的中央位置设有用以安装推力轴承的推力槽及用于安装转动轴承的轴承孔，所述压圈固定在轴承座的上端并压紧推力轴承的上圈，推力轴承又压向转动盘上端面，而转动盘下端面由嵌入在基板上的万向球支撑，所述滑环系统穿过压圈的中央通孔设于所述轴承座上。

进一步地，所述转动盘设有用以检测径向驱动机构的极限位置及转动盘的位置的传感系统，所述传感系统包括设于所述转动盘的上部和周边的传感器、用以固定传感器的传感架和传感座，所述传感架与转动盘固定连接，排布在所述径向驱动机构的侧面，所述传感座设于转动盘的外缘处。

进一步地，所述脚踏板的中央设有用以监测脚踏板的位置和姿态的陀螺仪，所述脚踏板内设有用以检测人体重心在动平台上的投影位置和重心变化情况的压力传感器。

进一步地，所述踏板箱内设有电控板，所述陀螺仪和所述压力传感器的连接线通过动平台的过线孔与所述电控板电连接，所述传感器的连接线与电控板电连接，所述电控板通过转盘轴的滑环系统与外部触屏一体机电相连，用以获取传感器所采集到的信号；所述滑环系统处设有用以检测转动盘或动齿轮的角速度及角加速度的角度编码器。

本发明提供的用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明驱动装置能实现人体主被动、静动态的不同训练模式，且能够进行倾斜面的静态平衡训练，从而一机多用，降低了成本，提高了设备利用率，让训练更丰富，使康复训练过程更高效。

2)采用底部驱动，力臂长，具有四两拨千斤的功效，克服现有旋转驱动装置与站立平台随动运动所造成的脚踏平板臃肿、对传感器测量造成的振动干扰等问题，驱动原理简洁，倾斜角度计算控制简便，角度调节直观方便。

3)充分利用周向驱动机构、径向驱动机构及伸缩万向节，传动机构简洁明了，运动简图一目了然，克服了现有主动训练机构结构复杂、设备过高，需要专门台阶或悬吊上去的缺陷。

4)可控参数丰富，摇晃速度、摆动速度、角加速度、倾角大小、倾角方向、驻停位置均可调，能适合不同患者、不同姿态、不同康复阶段的调节需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的爆炸结构示意图；

图3为本发明的局部剖视图；

图4为本发明中动平台安装上铜套的效果图(局部剖视)；

图5为本发明中径向驱动机构的结构示意图；

图6为本发明中转动盘的结构示意图；

图7为本发明中周向驱动机构的结构示意图；

图8为本发明中转盘轴的爆炸结构示意图；

图9为本发明中转盘轴的安装结构示意图；

图10为本发明主体结构的在纵向剖切面内的机构运动简图；

图11为本发明中支撑架的结构示意图；

图12为本发明中支撑架的第二实施例即两腿支撑架的结构示意图；

图13(a)为本发明中动平台的第二实施例即两爪动平台的结构示意图；

图13(b)为本发明中的脚踏板的第二实施方式即复合脚踏板的结构示意图；

图13(c)为本发明中加高板的结构示意图；

图13(d)为本发明中加高板安装到脚踏板上的效果图；

图14为含有十字座的驱动装置的结构示意图；

图15为含有十字座的驱动装置的爆炸结构示意图；

图16为含有十字座的驱动装置使用时的效果图；

图17为本发明中传感系统的排布图；

图18为本发明中传感架的结构示意图；

图19为本发明中传感座的结构示意图；

图20为本发明中传感架装上传感器的使用效果图；

图21为本发明中传感座装上传感器的使用效果图；

图22为本发明实现左右摆动的效果图；

图23为本发明实现前后摆动的效果图；

图24为本发明实现摇晃运动的效果图；

图25为本发明中踏板箱的结构示意图；

图26为被动态摆动的方向示意图；

图中标号所示：1、动平台，101、脚踏板，102、裙边，103、过线孔，104、龙箍，105、驱动孔，106、复合脚踏板，1061、脚踏上板，1062、陀螺仪，1063、压力传感器，1064、脚踏底板；2、万向节；3、防护罩；4、踏板箱，401、碗座，402、碗座孔，403、防滑垫，404、箱体；5、支撑架；6、铜套；7、伸缩万向节；8、连接座；9、径向驱动机构，901、丝杆，902、滑块导轨系统，903、螺母台，904、电机系统；10、周向驱动机构，1001、动齿轮，1002、驱动轮，1003、电机座，1004、电机；11、转盘轴，1101、滑环系统，1102、压圈，1103、推力轴承，1104、转动轴承，1105、轴承座；12、转动盘，1201、推力槽，1202、轴承孔；13、万向球；14、基板；15、移动脚轮；16、传感系统，1601、传感架，16011、极限定位孔一，16012、零点定位孔，16013、极限定位孔二，1602、传感座，1603、传感器；17、两腿支撑架；18、两爪动平台，1801、新龙箍，1802、新驱动孔；19、十字座，1901、轴承，1902、挡圈，1903、止动销，1904、摆动环，1905、摆动轴，1906、立座，1907、脚板轴；20、传感器定位点，2001、第一传感器定位点，2002、第二传感器定位点，2003、第三传感器定位点，2004、第四传感器定位点，2005、第五传感器定位点；21、加高板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1～7及图25所示，本发明涉及一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，包括动平台1、径向驱动机构9、周向驱动机构10、支撑架5、转动盘12、基板14、防护罩3、踏板箱4、移动脚轮15、转盘轴11、传感系统16、万向节2、铜套6、伸缩万向节7、连接座8和万向球13。

防护罩3的底部安装在踏板箱4上，踏板箱4安装在基板14上且罩在支撑架5的外部。防护罩3的上部安装在动平台1的外壁。动平台1与支撑架5的顶端连接。

动平台1包括脚踏板101、裙边102、过线孔103、龙箍104和驱动孔105，脚踏板101的外围环向设有裙边102，防护罩3的上部安装在动平台1的裙边102上，防护罩3即做防护用，又可限制动平台1的轴向旋转；三个龙箍104的一端设于脚踏板101的底部边缘，三者与脚踏板101的连接点构成等边三角形，三个龙箍104贯穿支撑架5后另一端彼此固定连接，且连接处设有驱动孔105。脚踏板101的底部设有过线孔103。位于动平台1上端的脚踏板101的中央设有安装孔，用于通过万向节2将脚踏板101安装于支撑架5的顶端，动平台1的下端的驱动孔105通过铜套6与伸缩万向节7的上端组成活动相连的圆柱副，径向驱动机构9通过连接座8与伸缩万向节7的下端固定连接，用于驱动动平台1运动。径向驱动机构9的底部安装在转动盘12上，转动盘12通过转盘轴11可转动连接在基板14上。

支撑架5的底端固定在基板14上，基板14的底部安装有移动脚轮15，移动脚轮15可为马福轮，以方便基板14的移动或固定。基板14上设有万向球13的安装孔，万向球13嵌入到安装孔内，万向球13的球珠向上与转动盘12的下表面接触，支撑转动盘12。

周向驱动机构10包括由电机1004、电机座1003、驱动轮1002组成的驱动部以及动齿轮1001，驱动轮1002与动齿轮1001相互啮合，是一对啮合齿轮，参考图7、图3，配合参见图2、图6。所述驱动轮1002与电机1004转轴固连在一起，电机1004通过电机座1003固定在基板14上；所述动齿轮1001与转动盘12固定在一起，从而周向驱动机构10驱动转动盘12转动，进而使得周向驱动机构10可以驱动径向驱动机构9转动，且动齿轮1001的中心、转动盘12的中心与转盘轴11的中心三轴线重合，驱动径向驱动机构9绕转盘轴11中心轴线转动。

参考图6、图8、图9，配合参见图2、图3。所述转盘轴11包括滑环系统1101，压圈1102，推力轴承1103，转动轴承1104和轴承座1105。轴承座1105与基板14固定相连，转动盘12的中央位置设有推力槽1201和轴承孔1202，推力轴承1103安装在推力槽1201上，转动轴承1104套在轴承座1105上且安装在轴承孔1202内，压圈1102固定在轴承座1105的上端并压紧推力轴承1103的上圈，从而使得推力轴承1103从上压向转动盘12；因万向球13球珠向上支撑着转动盘12的下表面，故万向球13从下向上给转动盘12提供支撑力，从而使转动盘12在转盘轴11与万向球13的双重作用下，能在纵向方向承受较大的双向力。又因转动轴承1104的径向定位作用，使得转动盘12又可在径向方向承受较大的径向力。从而转动盘12与相邻部件组成了可承受较大纵向力和径向力的转动系统，以给安装在转动盘12上的径向驱动机构9提供足够的支撑力，满足径向驱动机构9复杂受力要求。滑环系统1101穿过压圈1102的中央通孔安装在轴承座1105上。

参见图25，踏板箱4设有箱体404，箱体404上部贴有防滑垫403，箱体404的上部中央开有碗座孔402，碗座孔402装有碗座401，动平台1贯穿踏板箱4的中央碗座孔402，防滑垫403可作为台阶方便患者训练时的上下。

参见图5，配合参见图2、图3。径向驱动机构9包括丝杆901、滑块导轨系统902、螺母台903和电机系统904。径向驱动机构9设置在转动盘12上由周向驱动机构10驱动绕转盘轴11的中心运动，径向驱动机构9的丝杆901的中心线与转动盘12的直径相重合(实际指，转动盘12的直径沿竖直面向上平移后，与丝杆901的中心线重合)，即径向驱动机构9的丝杆901的中心线与动齿轮1001的旋转中心轴线垂直相交，螺母台903为运动部件，螺母台903由丝杆901驱动运动，螺母台903的底部设于滑块导轨系统902上，并沿滑块导轨系统902的导轨运动，滑块导轨系统902的一端与电机系统904相连接，并由电机系统904驱动丝杆901运动。螺母台903的顶部设有连接座8，连接座8的中心线走过的轨迹与转动盘12的一条直径(实际指过直径的垂直剖切面)相重合，连接座8的上面固接有伸缩万向节7，伸缩万向节7的上部含有杆件，杆件穿过动平台1的下端的驱动孔105，驱动孔105设有铜套6。

进一步地，为了减少转动盘12的直径，电机系统904采用同步带传动，与滑块导轨系统902并排排列分布。

参见图10，配合参见图3、图5、图7。本发明驱动装置的机械运动简图(在竖直面的投影)可表示为图10所示，动平台1的脚踏板101的倾角α，由径向驱动机构9的螺母台903中央点离周向驱动机构10的动齿轮1001的转动轴的距离即半径r决定(半径r更具体应为：伸缩万向节7的上部杆件的中心线或驱动孔105的轴线与丝杆901的中心线的交点，到转动盘12的转轴线的距离)，计算公式为：α＝arctan(r/h)，其中高度h为万向节2与丝杆901之间的高度(更具体应为：转动盘12的转轴线与丝杆901的中心线的交点，到万向节2的中央点之间的距离，即万向节2的中央点到丝杆901的中心线的距离)，对既定设备h为常数，半径r可控即由径向驱动机构9的螺母台903的停靠位置决定。

参见图11、图12、图13(a)，配合参见图2、图3。支撑架5可以为三爪支架结构，当采用此结构时，三个爪部的底端固定在基板14上，三个爪部与动平台1的三个龙箍104互不干涉的交错排布。支撑架5的第二实施例：进一步地，若为了更好避免支撑架5与动平台1的干涉，留足支撑架5的架下空间，支撑架5还可由原图图11所示的三爪支架结构设计成图12的两爪结构，即支撑架5的又一实施方式两腿支撑架17；当采用此结构时，两个竖直板(爪部)的底端固定在基板14上。

动平台1的第二实施例：相应地，动平台1由原来的图4所示的三个龙箍104变为两个新龙箍1801的两爪动平台18，如图13(a)所示。两个新龙箍1801的一端设于两爪动平台18的底部边缘，另一端彼此固定连接，且连接处设有新驱动孔1802，伸缩万向节7的上部杆件穿过新驱动孔1802以驱动两爪动平台18运动。两爪动平台18的两个新龙箍1801与两腿支撑架17互不干涉的交错排布，两爪动平台18的上部中央通过万向节2与两腿支撑架17的顶部活动相连。

动平台1种的脚踏板的第二实施方式：参见图13(b)，配合参见图2、图3、图4。动平台1的脚踏板101还可以为图13(b)所示的复合层结构的复合脚踏板106，即动平台1在原有的脚踏板101的基础上多添加了两层，成为三层：底层为脚踏底板1064，脚踏底板1064通过万向节2与支撑架5相连，中层为压力传感器1063，上层为脚踏上板1061，脚踏上板1061安装在压力传感器1063上。采用压力传感器1063可反馈本发明驱动装置在人体进行平衡训练时人体重心在动平台1上的投影位置和重心变化情况。

另外，复合脚踏板106的中央还设有陀螺仪1062，用于实时监测复合脚踏板106的位置和姿态，检验本发明驱动装置驱动动平台1的运动效果。

参见图13(c)、图13(d)、图10，配合参见图2、图3。另外，本发明还包括加高板21，加高板21设有多个，可相互层叠并可插入到脚踏板101上，从而增高脚部站位位置，使脚部接触点与转动中心O点的距离增加，以使人体下肢或重心获得更大的摆动幅度(比不加加高板21时)。进一步地，加高板21还可设有下沿及孔堵头(未画出)，以增加安全和美观。

参见图14、图15，配合参见图16、图2、图3。为了便于安装、维护，本发明还可以为图14所示结构，即本发明还含有十字座19，十字座19包括轴承1901，挡圈1902，止动销1903，摆动环1904，摆动轴1905，立座1906和脚板轴1907，上述结构依次连接，脚板轴1907与动平台1固定连接，并对称设置在动平台1的两侧。两个立座1906固定于基板14上，各立座1906上分别设有安装孔。摆动环1904的外缘以直径为中心线对称设置有两个摆动轴1905，两个摆动轴1905分别通过轴承1901连接在立座1906的安装孔中。摆动环1904的外缘上设有与两个摆动轴1905呈十字设置的阶梯孔，阶梯孔中装有轴承1901，脚板轴1907穿过轴承1901、可转动连接在摆动环1904上，为防止脚板轴1907轴向窜动，脚板轴1907端头还设有挡圈1902和止动销1903。从而十字座19组成了动平台1的新的摇摆座，避免了原有支撑架5与动平台1相互交接、难装配的问题，并为动平台1提供更大支撑面积、更多支撑点、更稳定的支撑。

参见图17～21，配合参见图2、图3。传感系统16装在转动盘12的上部和周边，用于检测径向驱动机构9的极限位置及转动盘12的特定位置。传感系统16包括传感架1601、传感座1602和传感器1603，传感器1603固定在传感架1601和传感座1602上。传感架1601与转动盘12固定连接，相对径向驱动机构9位置不变，或传感架1601也与径向驱动机构9的不动部件固定连接，传感架1601排布在所述径向驱动机构(9)的侧面。传感座1602设于转动盘12的外缘处。传感架1601为L型结构，其竖直板上设有极限定位孔一16011、零点定位孔16012、极限定位孔二16013，均用于固定传感器1603，其水平板上设有用于固定在转动盘12的固定孔，传感架1601通过固定孔固定在转动盘12上，且其上的三个传感器1603分别对应检测径向驱动机构9的螺母台903在丝杆901上的三个特殊位置：极限位置一、零点位置、极限位置二；传感座1602同样为L型板结构，设有固定孔和安装传感器1603的安装孔，传感座1602通过固定孔固定安装在转动盘12上，并排布在转动盘12的下部和右边，其上的两个传感器1603分别用于对应检测转动盘12的特定位置：前后位置、左右位置。综上，传感器1603至少含有5个传感器定位点20：传感器定位点2001-2005，分别对应检测：转动盘12的左右位置、转动盘12的前后位置、螺母台903的极限位置二、螺母台903的零点位置、螺母台903的极限位置一；第一传感器定位点2001用于定位径向驱动机构9的方向为左右向(相对于人体站立方向)；第二传感器定位点2002用于定位径向驱动机构9的方向为前后向；第四传感器定位点2004用于定位径向驱动机构9中螺母台903的零点位置，此时螺母台903的中心运动到转动盘12的转动轴心处，从而控制动平台1的脚踏板101水平放置；第三传感器定位点2003与第五传感器定位点2005用于定位螺母台903的前后行程，也是螺母台903在丝杆901上的两端极限位置一、极限位置二。传感器1603可以为接近开关、微动开关、激光对射开关等。

进一步地，踏板箱4内设有电控板，陀螺仪1062及压力传感器1063的线通过动平台1的过线孔103与电控板电连接，传感器1603的线也与电控板电连接，电控板通过转盘轴11的滑环系统1101又与外部触屏一体机电相连，从而可获取传感器1603所采集到的信号；而且，滑环系统1101处也可以设有角度编码器，用于检测转动盘12也即周向驱动机构10的动齿轮1001的角速度、角加速度等。

本发明通过径向驱动机构9和周向驱动机构10的控制，驱动动平台1运动，其中，径向驱动机构9控制动平台1上的脚踏板101的倾角，周向驱动机构10控制脚踏板101上表面的朝向。最终本发明可实现：

1、被动态的人体动态平衡训练

(1)被动态左右摆动：当周向驱动机构10控制动齿轮1001转动到传感器2001定位点时，使得径向驱动机构9相对人体左右放置，此时保持周向驱动机构10不动，径向驱动机构9的螺母台903周期往返运动的情况下，可通过伸缩万向节7驱动动平台1做左右摆动，进而带动站立于动平台1上的人体进行左右摆动的被动动态平衡训练，此时人体重心在额状面内呈左右向的圆弧线运动。本发明(主要驱动装置)进行被动态左右摆动的效果示意图如图22(a)、(b)、(c)所示。

若径向驱动机构9的螺母台903往返的行程不同，则动平台1的脚踏板101(上表面)的倾角变化范围随之不同，从而可控制训练角度变化范围，以适应不同患者或同一患者不同康复阶段的需求。动平台1的倾角α，由径向驱动机构9的螺母台903的中央点离转动盘12的轴心距离即半径r决定，计算公式为：α＝arctan(r/h)，其中h为高度，对既定设备h为常数，其计算示意图如图10所示。陀螺仪1062可实时监测及反馈动平台1的运动情况，若人体重心处也配有陀螺仪，可获取此时人体的重心运动轨迹等。

(2)被动态前后摆动：当周向驱动机构10控制动齿轮1001转动到传感器2002定位点时，使得径向驱动机构9相对人体前后放置，此时保持周向驱动机构10不动，径向驱动机构9的螺母台903周期往返运动的情况下，可通过伸缩万向节7驱动动平台1做前后摆动，进而带动站立于动平台1上的人体进行前后摆动的被动动态平衡训练，此时人体重心在矢状面内呈前后向的圆弧线运动。被动态前后摆动的效果示意图如图23(a)、(b)、(c)所示。

(3)被动态斜向摆动：当周向驱动机构10控制动齿轮1001转动到传感器2001定位点与2002定位点之外时，使得径向驱动机构9相对人体左前-右后或右前-左后斜向放置，此时保持周向驱动机构10不动，径向驱动机构9的螺母台903周期往返运动的情况下，可通过伸缩万向节7驱动动平台1做斜向的摆动，进而带动人体进行斜向摆动的被动动态平衡训练，此时人体重心呈斜向的圆弧线运动，圆弧线所在平面与矢状面或额状面成一定夹角。

(4)被动态摇晃运动：当径向驱动机构9的螺母台903驻停在一定位置不动，周向驱动机构10控制动齿轮1001做圆周旋转时，可通过伸缩万向节7驱动主动部1做圆周摇晃运动，进而带动人体进行被动摇晃运动的动态平衡训练，此时人体重心在水平面内呈圆周线运动。被动态摇晃运动的效果示意图如图24(a)、(b)、(c)、(d)所示。

(5)被动态摇摆混合运动：当周向驱动机构10控制动齿轮1001转动，同时动齿轮101上的径向驱动机构9也控制螺母台903在动的情况下，通过伸缩万向节7驱动动平台1做摇和摆的混合动，进而带动人体进行混合式的被动动态平衡训练，此时人体重心包括呈椭圆运动、多边形运动、梅花瓣运动、螺旋线运动、随机运动等。

上述(1)～(5)的被动态摆动的方向示意如图26所示。

2、主动态的人体静态平衡训练

(1)脚踏板水平放置：径向驱动机构9的螺母台903驻停到传感器2004定位点时，使得螺母台903的中心与转动盘12的中心轴线相重合，动平台1的脚踏板101上表面水平，此时人体踩踏脚踏板101即可进行人体静态平衡训练。

主动平衡训练配合压力传感器1063、外部触屏一体机及虚拟游戏，可检测人体重心，反馈训练情况、进行互动虚拟游戏训练，提高患者训练的主动性和积极性，提升康复效果，促使尽早回归社会。

(2)脚踏板倾斜一定角度：首先，径向驱动机构9的螺母台903到传感器2004定位点时，使得螺母台903与转动盘12的中心轴线相重合，动平台1的脚踏板101的上表面水平；之后，驱离径向驱动机构9的螺母台903离开转动盘12的中心，使得脚踏板101与水平面呈一定夹角，此时人体踩踏脚踏板101即可进行倾斜面的人体静态平衡训练。

本发明采用底部驱动，克服现有旋转驱动装置与训练平台一起运动所造成的脚踏平板臃肿、对传感器测量造成的振动干扰等问题；本发明驱动装置的脚踏板相对水平面的倾角调整采用滚轴丝杆驱动动平台，具有较长的驱动力臂，克服人体双脚压力差对脚踏板力臂施加的阻力，具有四两拨千斤的功效，避免调节脚踏平台倾角因使用气缸、液压缸等采用中部顶升方案需克服人体全部重力的方法，节省了能效；通过压力传感器、开关传感器及陀螺仪等电信号可全面获取及监测与本发明驱动控制脚踏板相关的运行情况、运行位置，进而获取(人体)重心位置、重心轨迹；是集主被动为一体、静动态为一体，具有一机多用，利用率高等优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，其特征在于，包括加高板(21)、基板(14)，设于基板(14)上的踏板箱(4)、周向驱动机构(10)和径向驱动机构(9)，以及与踏板箱(4)连接的动平台(1)，所述动平台(1)设有脚踏板(101)，所述周向驱动机构(10)和所述径向驱动机构(9)与动平台(1)串联连接，所述径向驱动机构(9)控制动平台(1)上脚踏板(101)的倾角变化，所述周向驱动机构(10)控制脚踏板(101)的上表面的朝向；

所述加高板(21)设有多个，多个加高板(21)相互层叠并可插入到脚踏板(101)上，各加高板(21)设有下沿及孔堵头；

所述动平台(1)还包括环向设于脚踏板(101)外围的裙边(102)，设于裙边(102)上的防护罩(3)，设于脚踏板(101)底部的过线孔(103)以及龙箍(104)，所述防护罩(3)的底部安装在踏板箱(4)上，所述龙箍(104)上设有驱动孔(105)，所述脚踏板(101)通过支撑架(5)安装于所述基板(14)上，所述踏板箱(4)罩设在所述支撑架(5)的外部；

所述基板(14)上设有与周向驱动机构(10)连接的转动盘(12)，所述转动盘(12)通过转盘轴(11)及万向球(13)可转动连接在所述基板(14)上，所述径向驱动机构(9)设于所述转动盘(12)上，并由所述周向驱动机构(10)驱动绕转盘轴(11)的中心运动；

所述脚踏板(101)的中央设有安装孔，用以通过万向节(2)将脚踏板(101)安装于所述支撑架(5)的顶端，所述驱动孔(105)通过铜套(6)与伸缩万向节(7)组成活动相连的圆柱副，所述径向驱动机构(9)通过连接座(8)与所述伸缩万向节(7)固定连接；

所述周向驱动机构(10)包括由电机(1004)、电机座(1003)和驱动轮(1002)组成的驱动部以及动齿轮(1001)，所述驱动轮(1002)与所述电机(1004)的转轴固定连接，所述电机(1004)通过电机座(1003)固定在所述基板(14)上，所述驱动轮(1002)与所述动齿轮(1001)相互啮合，所述动齿轮(1001)与所述转动盘(12)固定连接，所述动齿轮(1001)的中心、所述转动盘(12)的中心与转盘轴(11)的中心轴线三者重合；

所述径向驱动机构(9)包括丝杆(901)、滑块导轨系统(902)、螺母台(903)和电机系统(904)，所述丝杆(901)的中心线与转动盘(12)的中心轴线相重合，所述丝杆(901)的中心线经过动齿轮(1001)的旋转中心，所述螺母台(903)的底部设于所述滑块导轨系统(902)上，并沿滑块导轨系统(902)的导轨运动，所述滑块导轨系统(902)的一端与电机系统(904)固定连接，所述螺母台(903)的顶部设有所述连接座(8)，所述连接座(8)的中心线走过的轨迹与所述转动盘(12)的一条直径相重合，所述连接座(8)的顶部固接有所述伸缩万向节(7)，伸缩万向节(7)的上部设有杆件，该杆件穿过动平台(1)的所述驱动孔(105)，所述驱动孔(105)设有所述铜套(6)。

2.根据权利要求1所述的用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，其特征在于，所述转盘轴(11)包括滑环系统(1101)，压圈(1102)，推力轴承(1103)，转动轴承(1104)和轴承座(1105)，所述轴承座(1105)与所述基板(14)固接，所述转动盘(12)的中央位置设有用以安装推力轴承(1103)的推力槽(1201)及用于安装转动轴承(1104)的轴承孔(1202)，所述压圈(1102)固定在轴承座(1105)的上端并压紧推力轴承(1103)的上圈，推力轴承(1103)又压向转动盘(12)上端面，而转动盘(12)下端面由嵌入在基板(14)上的万向球(13)支撑，所述滑环系统(1101)穿过压圈(1102)的中央通孔设于所述轴承座(1105)上。

3.根据权利要求2所述的用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，其特征在于，所述转动盘(12)设有用以检测径向驱动机构(9)的极限位置及转动盘(12)的位置的传感系统(16)，所述传感系统(16)包括设于所述转动盘(12)的上部和周边的传感器(1603)、用以固定传感器(1603)的传感架(1601)和传感座(1602)，所述传感架(1601)与转动盘(12)固定连接，排布在所述径向驱动机构(9)的侧面，所述传感座(1602)设于转动盘(12)的外缘处。

4.根据权利要求3所述的用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，其特征在于，所述脚踏板(101)的中央设有用以监测脚踏板(101)的位置和姿态的陀螺仪(1062)，所述脚踏板(101)内设有用以检测人体重心在动平台(1)上的投影位置和重心变化情况的压力传感器(1063)。

5.根据权利要求4所述的用于人体被动动态平衡训练的驱动装置，其特征在于，所述踏板箱(4)内设有电控板，所述陀螺仪(1062)和所述压力传感器(1063)的连接线通过动平台(1)的过线孔(103)与所述电控板电连接，所述传感器(1603)的连接线与电控板电连接，所述电控板通过转盘轴(11)的滑环系统(1101)与外部触屏一体机电相连，用以获取传感器(1603)所采集到的信号；所述滑环系统(1101)处设有用以检测转动盘(12)或动齿轮(1001)的角速度及角加速度的角度编码器。

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