CN114129152A - 一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，所述下肢康复机器人包括凹字形固定围栏，在围栏上分布有左右对称的可移动且可通过电控制的磁定位装置，所述磁定位装置连接有可伸缩的推杆，三面相邻的磁定位装置连接的可伸缩推杆在患者脚部出汇合，通过U型连接机构进行连接，在下肢康复机器人前端设置有倾倒状态感测器，用于感测患者的直立状态是否发生改变，所述电控制的磁定位装置连接有中央控制器，所述中央控制器设置有面向患者的UI界面用于与患者进行交互，在接收患者的训练轨迹规划后，执行对部分或者全部磁定位装置的固定操作。即对多个移动部件进行限位或者改变活动阻尼，以适应不同阶段的患者康复训练使用。
Description
技术领域
本发明涉及肢体康复设备技术领域，尤其涉及一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置。
背景技术
我国是人口大国，由于疾病、运动伤害和意外伤害导致的残疾人群有着相当高的比例和绝对数量；而我国又是中风病的高发地区之一，在幸存者中约70％-80％的病人留有不同程度的残疾。肢体运动功能障碍，不仅给患者自身带来诸多生活上的不便，也给家庭和社会带来巨大的不利影响。对于这类病人，对其残疾部位进行康复训练是十分重要和关键的医疗手段，及早进行康复训练可以大大减少残疾的可能性。在骨科临床上康复是一种治疗程序，用以减少骨科疾患治疗后的病废，其目的是恢复功能，即在治疗的基础上，强调预防挛缩，应用训练方法，锻练肌肉力量，刺激潜在能力以恢复或代偿已丧失的功能。就一般而言，一个手术的预后效果，一半取决于手术后的康复治疗。因此，康复治疗对于骨科临床上具有重大的意义与作用。
由偏瘫和中风引起的大脑损伤都会导致一定程度的瘫痪症状，这些患者都有不同程度的运动障碍，导致运动障碍的原因是人的中枢神经系统遭到破坏，有效的解决方法就是治疗后进行专业的康复训练，重新建立肢体与脑部中枢神经之间的联系，从而使得人能够重新对肢体进行主动控制。康复机器人作为医疗康复领域的一个重要分支对患者进行康复医疗发挥着不可或缺的作用。
脑卒中患者痉挛和/或挛缩的产生归因于脑血管疾病后神经反射的变化，以及持续性肌张力过大造成的相关肌肉/肌腱组织短缩。临床上常见的预防及治疗方法是关节的被动运动，治疗师用手或者利用“连续被动拉伸”装置带动病人的踝关节在其运动范围内往复运动，通过对踝关节周围肌肉的拉伸达到预防或者改善痉挛和/或挛缩的目的。研究显示踝关节持续的被动运动对减少受试者踝关节僵硬有一定效果。然而，这两种方法的局限性也很明显。首先，踝关节活动范围的确定取决于治疗师或者病人的主观感受，因此肌肉往往不能够在关节的最大运动范围下得到充分的拉伸。其次，现有的“连续被动拉伸”装置缺乏运动过程中相关肌肉的神经信号的实时反馈，只是单纯的带动脚踝往复运动，康复效果不是很明显。
常见的下肢康复机器人可以分为卧姿、坐姿、站姿三种，基于站姿康复的机器人因其康复运动形式更接近于人体日常行为活动而被广泛研究，其结构可分为串联和并联两种形式。
并且，如图1所示，现有的下肢康复机器人的适用范围并不大，由于对患者的过渡保护，限定了过多的踝关节在矢状面的屈曲伸直运动以及在冠状面的外展内收运动的可能性，对于康复程度较高的患者，过于严格的限定并不是一个好事。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明公开了一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，所述控制装置包括：所述下肢康复机器人包括凹字形固定围栏，在围栏上分布有左右对称的可移动且可通过电控制的磁定位装置，所述磁定位装置连接有可伸缩的推杆，三面相邻的磁定位装置连接的可伸缩推杆在患者脚部出汇合，通过U型连接机构进行连接，在下肢康复机器人前端设置有倾倒状态感测器，用于感测患者的直立状态是否发生改变，所述电控制的磁定位装置连接有中央控制器，所述中央控制器设置有面向患者的UI界面用于与患者进行交互，在接收患者的训练轨迹规划后，执行对部分或者全部磁定位装置的固定操作。
更进一步地，中央控制器接收到患者输入的训练轨迹规划后，分析是否需要对患者的轨迹规划外的动作进行控制，若判定为需要，则在限定磁定位装置位置的同时，对推杆的伸缩状态进行限定。
更进一步地，所述分析是否需要对患者的轨迹规划外的动作进行控制进一步包括：中央控制器根据采用在冠状面和矢状面的圆弧轨迹来模拟人体下肢的侧抬腿和前、后抬腿运动，并对患者输入的训练轨迹进行强度评估。
更进一步地，对推杆的伸缩状态进行限定进一步包括：对患者在进行康复训练的过程中的移动轨迹进行记录，将记录的移动轨迹与正常踝关节在矢状面的屈曲伸直运动以及在冠状面的外展内收运动进行匹配，若出现风险可能则加强推杆的限位程度。
更进一步地，对于患者的不同康复时期进行区分，中央控制器通过用户UI界面向患者推荐适应于各个康复时期的训练计划。
更进一步地，倾倒状态感测器进一步包括：采用摄像装置进行图像检测，判断患者是否摔倒，和/或通过设置陀螺仪进行摔倒检测。
更进一步地，所述患者的不同康复时期进一步包括：痉挛期、改善期。
更进一步地，所述加强推杆的限位程度进一步包括：所述可伸缩的推杆内部设置有压杆，压杆底部连接两个高弹性弹簧，在压杆部分设置有磁力限位，通过改变输入的电流产生磁力，以用于改变可伸缩推杆的活动时候的阻尼状态。
本发明与现有技术相比，有益效果为：通过中央控制单元对多个移动部件进行限位或者改变活动阻尼，以适应不同阶段的患者康复训练使用。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是现有技术中的下肢康复装置的结构图；
图2为本发明一实施例中的单一下肢恢复装置结构图；
图3为本发明一实施例中推杆内部结构图。
附图中需要说的是：1为凹型固定围栏，2为横向可移动磁定位装置，3为推杆的内杆，4位推杆的外杆，5为脚部固定机构，6为带有磁力阻尼限定的压杆，7为高弹性弹簧。
具体实施方式
实施例一
如图2所示，本实施例公开一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，所述控制装置包括：所述下肢康复机器人包括凹字形固定围栏，在围栏上分布有左右对称的可移动且可通过电控制的磁定位装置，所述磁定位装置连接有可伸缩的推杆，三面相邻的磁定位装置连接的可伸缩推杆在患者脚部出汇合，通过U型连接机构进行连接，在下肢康复机器人前端设置有倾倒状态感测器，用于感测患者的直立状态是否发生改变，所述电控制的磁定位装置连接有中央控制器，所述中央控制器设置有面向患者的UI界面用于与患者进行交互，在接收患者的训练轨迹规划后，执行对部分或者全部磁定位装置的固定操作。
在本实施例中，横向可移动磁定位装置2通过线缆与中央控制器连接，用于接收控制信号，在确定需要进行固定限位操作时，对磁定位装置2进行电流供给，以产生限定位置的磁性吸力，以此产生固定功能。
更进一步地，中央控制器接收到患者输入的训练轨迹规划后，分析是否需要对患者的轨迹规划外的动作进行控制，若判定为需要，则在限定磁定位装置位置的同时，对推杆的伸缩状态进行限定。
更进一步地，所述分析是否需要对患者的轨迹规划外的动作进行控制进一步包括：中央控制器根据采用在冠状面和矢状面的圆弧轨迹来模拟人体下肢的侧抬腿和前、后抬腿运动，并对患者输入的训练轨迹进行强度评估。
在本实施例中，推杆的结构如图3所示，推杆内部也包括输送电力即数据反馈的信号线，用于提供限位或者改变阻尼的磁力。
更进一步地，对推杆的伸缩状态进行限定进一步包括：对患者在进行康复训练的过程中的移动轨迹进行记录，将记录的移动轨迹与正常踝关节在矢状面的屈曲伸直运动以及在冠状面的外展内收运动进行匹配，若出现风险可能则加强推杆的限位程度。
更进一步地，对于患者的不同康复时期进行区分，中央控制器通过用户UI界面向患者推荐适应于各个康复时期的训练计划。
更进一步地，倾倒状态感测器进一步包括：采用摄像装置进行图像检测，判断患者是否摔倒，和/或通过设置陀螺仪进行摔倒检测。
在本实施例中，可以在下肢康复机器人的前端设置有可攫取视频图像的摄像机，通过摄像机捕捉患者或者康复机器人的状态，以此判断是否需要进行报警，或改变执行参数。
更进一步地，所述患者的不同康复时期进一步包括：痉挛期、改善期。
更进一步地，所述加强推杆的限位程度进一步包括：所述可伸缩的推杆内部设置有压杆，压杆底部连接两个高弹性弹簧，在压杆部分设置有磁力限位，通过改变输入的电流产生磁力，以用于改变可伸缩推杆的活动时候的阻尼状态。
同时，在本实施例中，高弹性弹簧与压杆连接，连接方式不限于焊接等。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：所述下肢康复机器人包括凹字形固定围栏，在围栏上分布有左右对称的可移动且可通过电控制的磁定位装置，所述磁定位装置连接有可伸缩的推杆，三面相邻的磁定位装置连接的可伸缩推杆在患者脚部出汇合，通过U型连接机构进行连接，在下肢康复机器人前端设置有倾倒状态感测器，用于感测患者的直立状态是否发生改变，所述电控制的磁定位装置连接有中央控制器，所述中央控制器设置有面向患者的UI界面用于与患者进行交互，在接收患者的训练轨迹规划后，执行对部分或者全部磁定位装置的固定操作。
2.如权利要求1所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，中央控制器接收到患者输入的训练轨迹规划后，分析是否需要对患者的轨迹规划外的动作进行控制，若判定为需要，则在限定磁定位装置位置的同时，对推杆的伸缩状态进行限定。
3.如权利要求2所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，所述分析是否需要对患者的轨迹规划外的动作进行控制进一步包括：中央控制器根据采用在冠状面和矢状面的圆弧轨迹来模拟人体下肢的侧抬腿和前、后抬腿运动，并对患者输入的训练轨迹进行强度评估。
4.如权利要求3所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，对推杆的伸缩状态进行限定进一步包括：对患者在进行康复训练的过程中的移动轨迹进行记录，将记录的移动轨迹与正常踝关节在矢状面的屈曲伸直运动以及在冠状面的外展内收运动进行匹配，若出现风险可能则加强推杆的限位程度。
5.如权利要求3所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，对于患者的不同康复时期进行区分，中央控制器通过用户UI界面向患者推荐适应于各个康复时期的训练计划。
6.如权利要求4所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，倾倒状态感测器进一步包括：采用摄像装置进行图像检测，判断患者是否摔倒，和/或通过设置陀螺仪进行摔倒检测。
7.如权利要求5所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，所述患者的不同康复时期进一步包括：痉挛期、改善期。
8.如权利要求4所述的一种基于下肢康复机器人的自适应运动控制装置，其特征在于，所述加强推杆的限位程度进一步包括：所述可伸缩的推杆内部设置有压杆，压杆底部连接两个高弹性弹簧，在压杆部分设置有磁力限位，通过改变输入的电流产生磁力，以用于改变可伸缩推杆的活动时候的阻尼状态。
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