CN114010466A - 一种适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械的技术领域，公开了一种适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法，包括支撑移动框架，所述支撑移动框架上安装有感知系统、动力系统和管理系统；感知系统，用于获取所述支撑移动框架的移动信息、外部环境障碍信息及患者下肢步态信息；动力系统，用于对所述支撑移动框架提供协助移动动力；管理系统，用于接收所述感知系统信息，根据所述感知系统反馈的信息控制所述动力系统的协助移动动力提供，根据所述感知系统的反馈信息对患者提供训练建议。所述感知系统与所述管理系统信号连接，所述管理系统与所述动力系统控制连接。本发明的适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法，能健康移动出行及康复训练。

Description

一种适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，特别是涉及一种适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法。

背景技术

目前，我国现有2.64亿老年人，随着我国人口老龄化程度的加剧，各种老年病的数量也大幅增长。目前。我国有中风偏瘫人群超过2000万人而且每年新增250万人左右，帕金森病人数量在250万到300万之间，而膝关节骨性关节炎的患者数量已经超过1亿1000万。这些人行动不便，容易跌倒，对健康移动出行以及康复训练的需求十分迫切。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能健康移动出行及康复训练的用于下肢康复训练的助行器及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于下肢康复训练的助行器，包括支撑移动框架，所述支撑移动框架上安装有感知系统、动力系统和管理系统；

感知系统，用于获取所述支撑移动框架的移动信息、外部环境障碍信息及患者下肢步态信息；

动力系统，用于对所述支撑移动框架提供协助移动动力；

管理系统，用于接收所述感知系统信息，根据所述感知系统反馈的信息控制所述动力系统的协助移动动力提供，根据所述感知系统的反馈信息对患者提供训练建议；

所述感知系统与所述管理系统信号连接，所述管理系统与所述动力系统控制连接。

作为优选方案，所述支撑移动框架包括顶部框架和下部框架，所述顶部框架上安装有上臂托盘，所述顶部框架与所述下部框架的一端连接，所述下部框架的另一端连接有滚轮。

作为优选方案，所述上臂托盘设有间隔设置的两个控制手柄，所述控制手柄通过所述管理系统与所述动力系统控制连接，所述动力系统与所述滚轮控制连接。

作为优选方案，所述下部框架包括伸缩调节支撑杆，所述顶部框架的两侧分别连接有所述伸缩调节支撑杆，所述伸缩调节支撑杆的一端与所述顶部框架连接，所述伸缩调节支撑杆的另一端连接有移动连接杆，所述移动连接杆与所述滚轮连接。

作为优选方案，所述滚轮包括前滚轮和动力轮，所述移动连接杆的前端安装有所述前滚轮，所述移动连接杆的后端安装有所述动力轮，所述动力轮与所述动力系统连接。

作为优选方案，所述感知系统包括用于获取所述支撑移动框架的移动速度的速度传感器、用于获取所述支撑移动框架方向变化的角度传感器以及获取支撑移动框架前方障碍物距离的超声距离传感器，所述超声距离传感器、所述速度传感器和所述角度传感器均朝向所述顶部框架的前方设置并固定于所述顶部框架，所述超声距离传感器、所述速度传感器和所述角度传感器均位于所述上臂托盘的下方。

作为优选方案，所述感知系统包括用于获取使用者的下肢支撑受力信息的压力传感器、用于获取使用者与所述支撑移动框架之间距离及使用者下肢动作信息的红外传感器和用于获取患者身体姿势及步态信息的3d摄像头，所述压力传感器安装于所述上臂托盘，所述压力传感器的感应面至少露出于所述上臂托盘的上表面，所述上臂托盘设有朝上的控制手柄，所述控制手柄位于所述压力传感器的感应面的对应前方，所述红外传感器朝向所述支撑移动框架后方并安装于所述上臂托盘的下方，所述下部框架设有安装杆，所述安装杆的两端分别与所述顶部框架两侧的伸缩调节支撑杆连接，所述3d摄像头朝向所述支撑移动框架后方并安装于所述安装杆。

作为优选方案，包括放置于使用者身上的惯性传感器，所述惯性传感器与所述管理系统信号连接。

作为优选方案，所述管理系统包括显示操作模块和控制器，所述控制器与所述显示操作模块信号连接，所述速度传感器、角度传感器、压力传感器、3d摄像头、红外传感器、超声传感器和惯性传感器分别于所述控制器信号连接，所述控制器与所述动力系统控制连接。

为了实现上述目的，本发明提供了一种下肢康复训练的助行器使用方法，包括适用于下肢康复训练的助行器，包括以下步骤：

步骤1、在所述管理系统输入设置信息，所述设置信息包括使用者的患病情况信息、所述动力系统速度以及使用者应有步态参数；

步骤2、感知系统采集使用者在支撑移动框架时的训练过程信息传输至所述管理系统，所述训练过程信息至少包括使用者的步态、支撑移动框架速度，所述管理系统在使用者对支撑移动框架时根据所述感知系统传输的信息对动力系统进行调节控制；

步骤3、所述管理系统对所述训练过程信息与设置信息进行对比分析形成康复训练建议方案。

本发明实施例一种适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法与现有技术相比，其有益效果在于：支撑移动框架主要功能是支撑下肢功能障碍患者自主行走并进行康复训练，可以预防使用者预防跌倒，更方便的移动行走；同时为感知系统、动力系统和管理系统提供物理支持。通过感知系统获取支撑移动框架的移动信息、外部环境障碍信息及患者下肢步态信息。移动信息包括移动速度信息、方向变化信息，外部环境障碍信息包括支撑移动框架与前方障碍物距离信息。感知系统将获取的信息对管理系统进行反馈，管理系统将接收到的反馈信息进行分析，并对动力系统进行控制，同时形成患者的训练建议。本发明的助行器由于管理系统根据感知系统的反馈信息对动力系统进行控制，可预防使用者跌倒，提高使用安全性。由于感知系统的设置及管理系统的设置形成训练建议，可以帮助偏瘫、帕金森等疾病患者进行步态和其他康复训练。由于支撑移动框架对患者的支撑作用，同时动力系统为支撑移动框架提供协助移动动力，可以减轻膝关节压力，预防或减轻的膝关节炎患者症状。本发明的下肢康复助行器能够让残障人群健康出行，更好的融入社会，对维持需求人群的生理和心理健康都具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的结构连接示意图。

图3是本发明实施例的使用状态示意图。

图中：

10、支撑移动框架；11、顶部框架；12、上臂托盘；13、控制手柄；

20、下部框架；21、伸缩调节支撑杆；22、移动连接杆；23、前滚轮；24、动力轮；25、安装杆；

30、感知系统；31、速度传感器；32、角度传感器；33、超声距离传感器；34、压力传感器；35、红外传感器；36、3d摄像头；

40、动力系统；

50、管理系统；51、显示操作模块；52、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明实施例优选实施例的一种适用于下肢康复训练的助行器，包括支撑移动框架10，支撑移动框架10上安装有感知系统30、动力系统40和管理系统50；

感知系统30，用于获取支撑移动框架10的移动信息、外部环境障碍信息及患者下肢步态信息；

动力系统40，用于对支撑移动框架10提供协助移动动力；

管理系统50，用于接收感知系统30信息，根据感知系统30反馈的信息控制动力系统40的协助移动动力提供，根据感知系统30的反馈信息对患者提供训练建议。

感知系统30与管理系统50信号连接，管理系统50与动力系统40控制连接。

本发明的适用于下肢康复训练的助行器，支撑移动框架10主要功能是支撑下肢功能障碍患者自主行走并进行康复训练，可以预防使用者预防跌倒，更方便的移动行走；同时为感知系统30、动力系统40和管理系统50提供物理支持。通过感知系统30获取支撑移动框架10的移动信息、外部环境障碍信息及患者下肢步态信息。移动信息包括移动速度信息、方向变化信息，外部环境障碍信息包括支撑移动框架10与前方障碍物距离信息。感知系统30将获取的信息对管理系统50进行反馈，管理系统50将接收到的反馈信息进行分析，并对动力系统40进行控制，同时形成患者的训练建议。本发明的助行器由于管理系统50根据感知系统30的反馈信息对动力系统40进行控制，可预防使用者跌倒，提高使用安全性。由于感知系统30的设置及管理系统50的设置形成训练建议，可以帮助偏瘫、帕金森等疾病患者进行步态和其他康复训练。由于支撑移动框架10对患者的支撑作用，同时动力系统40为支撑移动框架10提供协助移动动力，可以减轻膝关节压力，预防或减轻的膝关节炎患者症状。本发明的下肢康复助行器能够让残障人群健康出行，更好的融入社会，对维持需求人群的生理和心理健康都具有重要意义。

如图1所示，进一步的，支撑移动框架10包括顶部框架11和下部框架20，顶部框架11上安装有上臂托盘12，顶部框架11与下部框架20的一端连接，下部框架20的另一端连接有滚轮。支撑移动框架10是一个符合使用者人体工学特征的轮式助行器，对使用者的身体起到支撑作用，并可以辅助使用者向前行走。通过顶部框架11对使用者进行支撑，通过下部框架20上的滚轮实现支撑移动框架10的移动。下部框架20具有适当的重量和大小，以保证整个设备的平衡和稳定性。上臂托盘12可以用来放置使用者的上臂，起到支撑身体的作用。

进一步的，如图1所示，上臂托盘12设有间隔设置的两个控制手柄13，控制手柄13通过管理系统50与动力系统40控制连接，动力系统40与滚轮控制连接。控制手柄13设置在上臂托盘12的两侧，以使两个控制手柄13之间形成站立空间，使用者位于站立空间中，两手放置于控制手柄13，控制手柄13通过控制动力系统40进而控制滚轮的速度和方向。由于管理系统50通过感知系统30反馈的支撑移动框架10的移动信息对动力系统40进行自动调节，以使支撑移动框架10保持在安全的速度及方向范围内，进而保证使用者的使用安全，控制手柄13通过管理系统50再对动力系统40进行控制，由于动力系统40受到管理系统50的安全限制，进而防止使用者对控制手柄13误操作或不当操作造成安全事故，提高操作安全性。

进一步的，如图1所示，下部框架20包括伸缩调节支撑杆21，顶部框架11的两侧分别连接有伸缩调节支撑杆21，伸缩调节支撑杆21的一端与顶部框架11连接，伸缩调节支撑杆21的另一端连接有移动连接杆22，移动连接杆22与滚轮连接。伸缩调节支撑杆21除了起到顶部框架11与移动连接杆22之间的连接作用外，由于伸缩调节支撑杆21的高度可以调节，根据使用者的身高进行支撑移动框架10的高度调节，进而扩大本助行器的高度适用范围，防止使用者高度与支撑移动框架10高度不匹配导致重心不稳而跌倒，提高使用安全性。

进一步的，如图1所示，滚轮包括前滚轮23和动力轮24，移动连接杆22的前端安装有前滚轮23，移动连接杆22的后端安装有动力轮24，动力轮24与动力系统40连接。前滚轮23由使用者控制前进方向，动力轮24由动力系统40控制，由于使用者的重心主要在助行器的后方，仅控制动力轮24即可控制助行器的移动速度，同时前滚轮23可提供使用者一定的操作空间和移动空间，防止动力系统40过度控制导致安全事故发生。

具体的，如图2所示，动力系统40包括驱动电机，驱动电机连接有电池，驱动电机与动力轮24驱动连接，从而控制动力轮24的转速，进而控制助行器前进的速度，管理系统50包括控制器52，驱动电机与控制器52控制连接。通过控制器52设置驱动电机速度。具体的，电池为锂电池，锂电池为通用12V电池，可以为驱动电机提供能量。

进一步的，如图2所示，感知系统30包括用于获取支撑移动框架10的移动速度的速度传感器31、用于获取支撑移动框架10方向变化的角度传感器32以及获取支撑移动框架10前方障碍物距离的超声距离传感器33。速度传感器31用于感知助行器前进的速度变化，而角度传感器32用于感知助行器的方向变化，通过这速度传感器31和角度传感器32的配合可以判定使用者使用助行器行走的基本情况，助行器的速度和方向信息可以记录在管理系统50中。管理系统50可以根据初始记录的使用者的自身状况信息，判断助行器的速度是否过快或过慢，以及前进的方向是否正确。超声距离传感器33用来感知助行器移动过程中前方的障碍物，并把测量的与障碍物的距离信息输入到管理系统50，进行安全判定；在判定为危险情况时，管理系统50可以控制动力系统40，使动力系统40使滚轮减速或停止，保障助行器移动过程的安全。具体的，在上臂托盘12上安装有触摸屏电脑，助行器的速度和方向信息可以反映在触摸屏电脑的屏幕上，使用者及看护人员能清楚及时了解助行器移动状况，当助行器速度过快或前进方向有误时在并在触摸屏电脑的屏幕上做出警示，以及时调整速度或方向，防止危险发生。

进一步的，如图2所示，超声距离传感器33、速度传感器31和角度传感器32均朝向顶部框架11的前方设置并固定于顶部框架11，测量数据更为准确，超声距离传感器33、速度传感器31和角度传感器32均位于上臂托盘12的下方，通过上臂托盘12的对传感器的遮挡，防止外物误撞导致传感器移位影响测量结果，保证测量结果的准确性。

进一步的，如图1至图3所示，感知系统30包括用于获取使用者的下肢支撑受力信息的压力传感器34、用于获取使用者与支撑移动框架10之间距离及使用者下肢动作信息的红外传感器35和用于获取患者身体姿势及步态信息的3d摄像头36，压力传感器34安装于上臂托盘12，压力传感器34的感应面至少露出于上臂托盘12的上表面，上臂托盘12设有朝上的控制手柄13，控制手柄13位于压力传感器34的感应面的对应前方，当使用者的上臂放置在托盘或抓住控制手柄13时，压力传感器34可以测量使用者施加在支撑结构上的重力，所得到信息会输入管理系统50，并用于评估患者下肢的受力情况，评估患者跌倒风险。红外传感器35朝向支撑移动框架10后方并安装于上臂托盘12的下方，红外传感器35可以获得使用者与支撑移动框架10之间的距离和使用者下肢的动作信息，从而评估患者的姿势和步态。下部框架20设有安装杆25，安装杆25的两端分别与顶部框架11两侧的伸缩调节支撑杆21连接，3d摄像头36朝向支撑移动框架10后方并安装于安装杆25，能更直接准确拍摄下肢动作，提高分析准确率。红外传感器35置于上臂托盘12的下方，测量使用者与助行器之间的距离，可以感知使用者的腿部动作。3d摄像头36用于跟踪下肢动作，判断下肢动作的准确性，同时可以监控下半身的运动情况。红外传感器35和3D实感相机的采集的信息均传输至管理系统50。3d摄像头36与红外传感器35配合，可以对使用者的情况做出更精确的判定。

进一步的，包括放置于使用者身上的惯性传感器，惯性传感器与管理系统50信号连接。惯性传感器置于使用者的身体上，并把所获取的信息传输至管理系统50，通过管理系统50通过数据信息分析得出使用者的重心变化，进一步可以得到使用者的稳定性信息，通过管理系统50结合感知系统30的反馈信息判定使用者的身体姿势和步态情况，同时，通过将使用者身体的惯性信息、步态信息及使用者移动支撑移动框架10的信息结合分析得出更合适使用者的训练建议。

进一步的，如图1至图3所示，管理系统50包括显示操作模块51和控制器52，控制器52与显示操作模块信号连接，速度传感器31、角度传感器32、压力传感器34、3d摄像头36、红外传感器35、超声传感器和惯性传感器分别于控制器52信号连接，控制器52与动力系统40控制连接。管理系统50根据感知系统30的反馈信息，获取助行器的速度、方向、周围障碍物以及使用者的重心、稳定性、步态和身体特征等信息；管理系统50根据反馈的信息控制助行器的速度以及优化患者的康复训练方案。控制器52与显示操作系统模块连接，显示操作模块51用于信息输入及信息显示，通过显示操作模块51输入设置信息，设置信息包括使用者自身信息、助行器的速度或助行器角度等，控制器52通过设置信息发送控制信号至动力系统40，具体为控制驱动电机的转速，进而控制动力轮24的转速，进而达到控制助行器移动速度的目的。

本发明实施例优选实施例的一种下肢康复训练的助行器的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、在管理系统50输入设置信息，设置信息包括使用者的患病情况信息、动力系统40速度以及使用者应有步态参数；为使用者使用助行器提供基础信息，管理系统50根据设置信息对动力系统40进行控制及分析。

步骤2、感知系统30采集使用者在支撑移动框架10时的训练过程信息传输至管理系统50，训练过程信息至少包括使用者的步态、支撑移动框架10速度，管理系统50在使用者对支撑移动框架10时根据感知系统30传输的信息对动力系统40进行调节控制；管理系统50通过管制系统获取使用者的下肢受力情况、肢体运动情况以及使用者的身体稳定性和平衡能力并进行步态分析，判定使用者的患病情况并制定康复训练方案。管理系统50通过感知系统30传输的数据，从而获取助行器的前进方向和速度，并根据患者的情况进行控制。管理系统50通过感知系统30获取助行器前方障碍物的情况并进行安全判定；在需要时，可以管理系统50自动控制动力系统40减速或停止，保障助行器能以适合使用者的速度安全前进。

步骤3、管理系统50对训练过程信息与设置信息进行对比分析形成康复训练建议方案。管理系统50接收并分析感知系统30所采集的数据，提供采集数据为使用者定制的康复训练建议方案，给予患者提示和建议。

本发明的下肢康复训练的助行器的使用方法简单，能够实时监控使用者的身体情况和助行器运动情况，能够根据使用者的自身情况制定智能科学的助行方案，同时及时纠正使用者的步态，缩短康复时间。

综上，本发明实施例提供一种适用于下肢康复训练的助行器及其使用方法，能够实时监控使用者的身体情况和助行器运动情况，能够根据使用者的自身情况制定智能助行方案，使用安全性高，缩短康复时间。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：包括支撑移动框架，所述支撑移动框架上安装有感知系统、动力系统和管理系统；

感知系统，用于获取所述支撑移动框架的移动信息、外部环境障碍信息及患者下肢步态信息；

动力系统，用于对所述支撑移动框架提供协助移动动力；

管理系统，用于接收所述感知系统信息，根据所述感知系统反馈的信息控制所述动力系统的协助移动动力提供，根据所述感知系统的反馈信息对患者提供训练建议；

所述感知系统与所述管理系统信号连接，所述管理系统与所述动力系统控制连接。

2.根据权利要求1所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述支撑移动框架包括顶部框架和下部框架，所述顶部框架上安装有上臂托盘，所述顶部框架与所述下部框架的一端连接，所述下部框架的另一端连接有滚轮。

3.根据权利要求2所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述上臂托盘设有间隔设置的两个控制手柄，所述控制手柄通过所述管理系统与所述动力系统控制连接，所述动力系统与所述滚轮控制连接。

4.根据权利要求2所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述下部框架包括伸缩调节支撑杆，所述顶部框架的两侧分别连接有所述伸缩调节支撑杆，所述伸缩调节支撑杆的一端与所述顶部框架连接，所述伸缩调节支撑杆的另一端连接有移动连接杆，所述移动连接杆与所述滚轮连接。

5.根据权利要求4所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述滚轮包括前滚轮和动力轮，所述移动连接杆的前端安装有所述前滚轮，所述移动连接杆的后端安装有所述动力轮，所述动力轮与所述动力系统连接。

6.根据权利要求2所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述感知系统包括用于获取所述支撑移动框架的移动速度的速度传感器、用于获取所述支撑移动框架方向变化的角度传感器以及获取支撑移动框架前方障碍物距离的超声距离传感器，所述超声距离传感器、所述速度传感器和所述角度传感器均朝向所述顶部框架的前方设置并固定于所述顶部框架，所述超声距离传感器、所述速度传感器和所述角度传感器均位于所述上臂托盘的下方。

7.根据权利要求6所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述感知系统包括用于获取使用者的下肢支撑受力信息的压力传感器、用于获取使用者与所述支撑移动框架之间距离及使用者下肢动作信息的红外传感器和用于获取患者身体姿势及步态信息的3d摄像头，所述压力传感器安装于所述上臂托盘，所述压力传感器的感应面至少露出于所述上臂托盘的上表面，所述上臂托盘设有朝上的控制手柄，所述控制手柄位于所述压力传感器的感应面的对应前方，所述红外传感器朝向所述支撑移动框架后方并安装于所述上臂托盘的下方，所述下部框架设有安装杆，所述安装杆的两端分别与所述顶部框架两侧的伸缩调节支撑杆连接，所述3d摄像头朝向所述支撑移动框架后方并安装于所述安装杆。

8.根据权利要求7所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：包括放置于使用者身上的惯性传感器，所述惯性传感器与所述管理系统信号连接。

9.根据权利要求8所述的适用于下肢康复训练的助行器，其特征在于：所述管理系统包括显示操作模块和控制器，所述控制器与所述显示操作模块信号连接，所述速度传感器、角度传感器、压力传感器、3d摄像头、红外传感器、超声传感器和惯性传感器分别于所述控制器信号连接，所述控制器与所述动力系统控制连接。

10.一种下肢康复训练的助行器的使用方法，其特征在于：包括权力要求1－9任一项的适用于下肢康复训练的助行器，包括以下步骤：

步骤1、在所述管理系统输入设置信息，所述设置信息包括使用者的患病情况信息、所述动力系统速度以及使用者应有步态参数；

步骤2、感知系统采集使用者在支撑移动框架时的训练过程信息传输至所述管理系统，所述训练过程信息至少包括使用者的步态、支撑移动框架速度，所述管理系统在使用者对支撑移动框架时根据所述感知系统传输的信息对动力系统进行调节控制；

步骤3、所述管理系统对所述训练过程信息与设置信息进行对比分析形成康复训练建议方案。

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