CN116473814A - 行走训练康复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗康复设备技术领域，公开了一种行走训练康复系统；主体方案包括步态采集模块，所述步态采集单元用于采集患者在辅助装置带动下的步态参数；动态减重模块，所述动态减重单元用于患者在进行训练康复时按照实际步态进行动态减重；行走支撑模块，所述行走支撑模块用于安装动态减重模块，还用于跟随患者移动，为患者提供行走支撑；信息处理模块，所述信息处理模块基于步态采集模块所采集的步态参数生成控制参数，并将控制参数传递给控制模块；控制模块，根据控制参数对动态减重模块进行控制，在患者运动过程中进行动态减重。与患者实际行走更加贴合，更有助于患者行走时的平衡感训练。

Description

行走训练康复系统

技术领域

本发明涉及医疗康复设备领域，具体涉及一种行走训练康复系统。

背景技术

神经重症，即因重型颅脑创伤、急性脑血管病变、颅内感染、颅内肿瘤、癫痫持续状态或其他神经系统疾病需要生命支持、医疗监测和治疗的患者，此类患者由于需要长时间的恢复周期，且在恢复期内均是卧床，在加上神经损伤，因此在病症恢复后大多存在行走困难的问题。

神经重症患者在治疗完成后就已经需要进行康复训练了，通常在术后的一个月内被称为急性期，大多仅能在床上或者设备上进行肢体的被动运动；通常2-6月的被称之为恢复期，在经历急性期的被动运动后，患者在恢复期其实已经具备部分支撑身体的力量，能够在拐杖或者其他辅助工具的带动下主动发力进行康复训练。

对于急性期的康复训练，目前已经针对性的研发了多种装置；例如，申请号为201810206304.1的一种人体下肢康复训练机器人，其主要由外骨骼动力装置、跑台、悬挂减重装置及其控制系统组成，其主要原理是由外骨骼动力装置带动患者的下肢在跑台上运动，再由悬挂减重装置降低患者自身承重，进而达到锻炼效果，然而此种方式患者是被动的被装置带动，悬挂减重装置也无法跟随患者锻炼时的体态变化进行调整，与实际行走相比，还原度不佳，对于患者行走平衡感的训练效果不够好。

发明内容

本发明意在提供一种行走训练康复系统，以帮助患者在恢复期主动的进行下肢康复训练，与实际的行走更加贴合，更有助患者行走的平衡感训练。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种行走训练康复系统，包括步态采集模块、数据采集模块、信息处理模块、控制模块和行走支撑模块；所述步态采集单元用于采集患者在辅助装置带动下的第一步态参数；所述数据采集模块用于实时采集患者在实际康复训练时的第二步态参数；所述信息处理模块用于根据第一步态参数生成第一控制参数，还用于对所采集的第一步态参数和采集的第二步态参数进行实时分析对比，并基于实时分析对比的结果生成第二控制参数，并将生成的第一控制参数和第二控制参数传输给控制模块；所述控制模块根据控制参数生成控制指令，并基于控制指令对动态减重模块进行驱动，在患者训练过程中进行动态减重；所述行走支撑模块用于安装动态减重模块，还用于跟随患者移动，为患者提供行走支撑。

本方案的原理是：

先通过辅助装置，如下肢机器人或者外骨骼机器人帮助患者进行行走，步态采集模块基于患者在辅助装置带动行走时，采集患者行走时的第一步态参数，并将第一步态参数传递到信息处理模块；信息处理模块基于采集的第一步态参数生成第一控制参数，并将第一控制参数传递到控制模块，控制模块基于控制参数生成控制指令控制动态减重模块为患者在训练时精准的提供支撑力，行走支撑模块则带动动态减重模块在患者行走训练时跟随患者提供动态支撑，使患者能够较为自然的行走；在实际康复训练时，信息采集模块实时的采集患者康复训练过程中的第二步态参数，信息处理模块还对第二步态参数和第一步态参数进行分析比较，利用分析比较的结果生成第二控制参数，控制模块还根据第二控制参数生成新的控制指令对提供的助力进行动态的调整，以便于适应患者的实际行走状况；

本方案的优点是：

1、目前，虽然已经有了多种关于行走训练的康复设备，但是其大多采取的是利用装置或者设备带动患者进行康复训练，以达到帮助患者肌肉和神经恢复的目的；然而采用此种方式进行训练，患者大多是处于一种被动状态，对患者的主动发力需求较少，与实际的行走也存在较大的差异，对患者的行走平衡感恢复较差；相较而言，采用本方案所提供的行走训练康复系统，更多的是依靠于患者进行主动发力，而系统本身则是伴随患者实际行走时的步态或者体态变化提供合适的助力或是承载力，减轻患者对于自身的负重，帮助患者自主的行走，由患者主动行走的方式能够更好地锻炼患者行走时的平衡感。

2、本系统是基于患者在辅助装置带动下的步态参数提供助力数据，能够更加贴近于患者自然行走时对助力的需求，更有利于患者的行走恢复及行走中的平衡感恢复；在实际行走过程中，还实时的采集患者的第二步态参数对提供的承载力或助力进行微调，能够更精准的为患者提供助力帮助患者自主行走，效果更佳。

作为一种改进，所述辅助装置为用于带动患者自由行走的下肢外骨骼，所述步态参数包括辅助装置为患者行走提供的助力数据和患者行走时的体态变换参数；

本改进的有益效果在于：患者在恢复之前并不能独立进行行走，但是通过目前成熟的外骨骼能够带动患者自然行走，也能采集到患者自然行走所需的助力数据及患者自然行走时的体态变换参数，基于所采集到的第一步态参数而为患者在训练时提供助力，更佳精准，也不会对患者产生较大束缚，有利于患者的平衡感训练。

作为一种改进，所述行走支撑模块包括的竖向框架，所述竖向框架底部对称设置有两组行走底座，所述动态减重模块设置在竖向框架上；所述动态减重模块包括减重机构、悬架和悬吊背心带，所述悬架包括一体式设置的连接板和悬挂板，所述连接板安装在竖向框架上并可沿竖向框架滑动；

本改进的有益效果在于：在实际训练时，行走底座可以跟随患者进行移动方便为患者提供助力；患者实际行走时，肩部姿态会存在一定的高度变化，连接板跟随患者的肩部变化在竖向框架上移动，为患者的肩部在竖直方向的变化提供补偿，使患者行走更加自然。

作为一种改进，所述动态减重机构和悬架均为两组，对称的设置在竖向框架上。

作为一种改进，所述竖向框架上可拆卸的安装有手扶杆，所述手扶杆在竖向框架上的位置可调；

本改进的效果在于：针对于恢复情况较差的患者，手扶杆能够对患者起到一定的支撑作用，手扶杆的高度可以调节，能够适应于不同高度的患者。

作为一种改进，所述减重机构具体包括驱动电机、绞盘、滑轮组、牵引绳和拉力传感器；所述驱动电机的输出轴与绞盘连接，所述牵引绳一端缠绕在绞盘上，牵引绳的另一端通过滑轮组与悬挂背心带连接，所述拉力传感器设置在牵引绳与悬挂背心带连接的一侧。

作为一种改进，所述悬挂板上滑动连接有安装座，所述安装座固定设置有滑轮组的一个定滑轮，所述牵引绳通过安装座上的定滑轮与所述悬挂背心带连接；

本改进的有益效果在于：安装座能够带动定滑轮在悬挂板上进行移动，能够对患者行走时在水平方向的姿态变化进行补偿，提供的承载力在水平方向变化更小，承载效果也更加稳定，使患者的行走更加自然。

作为一种改进，还包括图像显示模块，所述图像显示模块用于显示患者的行走步态图像，所述图像显示模块包括图像采集单元、图像处理单元和图像显示单元，所述图像采集单元用于采集患者行走步态图像，所述图像处理单元用于将图像采集单元所采集的行走步态图像的格式和尺寸进行规格化。

附图说明

图1为本发明实施例1行走训练康复系统的示意图。

图2为本发明实施例1的行走训练康复系统的结构示意图。

图3为本发明实施例1的行走训练康复系统的减重机构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：竖向框架11、行走底座12、移动轮组13、万向轮131、驱动轮132、悬架14、连接板141、悬挂板142、动态减重机构2、驱动电机21、绞盘22、滑轮组23、牵引绳24、拉力传感器25。

如附图1，一种行走训练康复系统，包括步态采集模块、动态减重模块、行走支撑模块、数据采集模块、信息处理模块和控制模块；

本实施例中，

本实施中，步态采集模块用于采集患者在辅助装置带动下的第一步态参数，具体的，步态采集模块包括摄像头和传感器，辅助装置具体为下肢外骨骼，辅助行走的外骨骼为现有技术，在此不做过多阐述；其中的传感器具体为压力传感器，设置在下肢外骨骼的髋部、膝部、腕部和脚部，能够采集到患者在下肢外骨骼带动下自然行走时所需要的行走助力数据，外骨骼也能反馈所提供的助力数据；

(第一步态参数：患者自然行走的身体变化数据，包括患者的重心变化、步长、肩部水平和竖直方向的变化数据，还包括患者自然行走所需要的支持力)。

实施时，步态采集模块与信息处理模块电性连接，其中信息处理模块优选为计算机或工控机，本实施中为计算机，计算机端可以接收或者读取步态采集模块中采集的第一步态参数，然后将采集的第一步态参数进行分析，获取患者在行走时的肩部变化的具体参数、重心变化的具体参数、步长的参数及需要的助力数据，并将第一步态参数转化成控制模块能够接受的控制参数，具体的，控制模块可直接根据控制参数对动态减重模块进行控制，使得动态减重模块能够在患者主动行走时为患者提供稳定的承载力以承载部分体重；

实施时，还包括数据采集模块，数据采集模块具体包括摄像头，角度传感器和拉力传感器25，其中数据采集模块能够实时采集患者在行走康复训练中的第二步态参数，其中，第二步态参数参照于第一步态参数，不同的是采集的是无辅助装置下的步态参数；

计算机能够对第二步态参数和第一步态参数进行分析对比，并将分析对比生成新的控制参数，控制模块接收到新的控制参数对动态减重模块提供的承载力的位置和方向进行调整，以便于患者的行走更加自然。

实施时，如附图2，动态减重模块采用螺栓固定在行走支撑模块上，其中行走支撑模块上方为倒U形的竖向框架11，其中竖向框架11为开放式结构，不会对患者造成干扰；竖向框架11的底部均焊接在两组行走底座12上，其中行走底座12下方均设置移动轮组13，具体，如附图2，的移动轮组13的左侧和右侧为万向轮131，中部为驱动轮132，行走底座12具体结构可采用专利CN106422169B中的移动底盘结构。

实施时，动态减重模块由悬架14、动态减重机构2和悬吊背心带(为常规结构，图中为示意)组成，其中悬架14包括相互垂直且一体式成型的连接板141和悬挂板142，动态减重机构2包括驱动电机21、绞盘22、滑轮组23、牵引绳24和拉力传感器25，其中驱动电机21的输出轴与绞盘的转轴连接，具体采用齿轮连接，牵引绳24的一端缠绕在绞盘22上，牵引绳24另一端通过滑轮组23与悬吊背心带连接（图中未示），其中拉力传感器25固定在牵引绳24靠近悬吊背心带一侧；实施时，驱动电机21带动绞盘22进行对牵引绳24进行收放，牵引绳24通过滑轮组23与悬吊背心带连接，这样驱动电机21通过绞盘22和滑轮组23为悬吊背心带端提供承载力。

具体的，连接板141用于与竖向框架11滑动连接，其中竖向框架11上用螺钉固定有滑轨和第一伸缩结构，具体的第一伸缩结构可以为电动缸、电动推杆或者其他能带动连接板141在竖向框架11上升降的其他结构，第一伸缩结构可带动连接板141在竖向框架11上完成升降，悬挂板142下方连接有吊带，其中吊带用于连接悬吊背心带，方便为患者分担部分自重；实际应用时，将患者推到竖向支架下方，固定好悬吊背心带，通过控制连接板141的升降能够将人提升到便于行走的高度，不用他人进行搀扶，简单方便；具体的，悬挂板142的内部还安装有第二伸缩单元和滑轨，其中第二伸缩单元为电动推杆，电动推杆的端部通过螺钉固定有安装座，安装座上通过螺栓固定有定滑轮，其中电动推杆可推动安装座和定滑轮在滑轨上移动；具体的，牵引绳24的一端通过此定滑轮与吊带连接；这样设置的好处在于，在患者实际进行行走康复训练中，患者的身体位置，如重心和肩部会在水平和竖直方向上动态变化，通过第一伸缩结构和第二伸缩结构能够使承载力的施力位置跟随患者身体姿态进行变化，进而使得承载力更加稳定，训练效果更好；

滑轮组23具体设置如附图3，具体的，本实施例中滑轮组23由四个定滑轮组成，最右侧为固定在安装座上的定滑轮，连接板141内的竖直方向转动连接有两个定滑轮，另一定滑轮用于使牵引绳24与绞盘22连接；本实施例中的动态减重模块为两组，分别设置在竖向框架11两侧，用于为患者的左右两侧提供不同的承载力。

在本实例中，数据采集模块具体为：角度传感器，用于实时采集患者身上吊带的倾角，能够对患者的肩部的变化情况进行判断；压力传感器，用于采集患者脚部的压力数据，通过压力传感器检测的压力值能够判断出患者的承载力的变化，便于动态减重模块进行压力调节；拉力传感器25，用于实时监测牵引绳24提供的拉力，通过拉力传感器25的检测值也是动态减重模块进行压力调节的重要参考值；

控制模块包括三组控制器：第一控制器，用于控制伺服电机，具体可以为伺服驱动器，伺服驱动器对伺服电机进行控制，能够输出扭矩，稳定的输出拉力；第二控制器，用于控制第一伸缩单元以控制悬架14的高度，悬架14高度跟随患者的肩部高度变化，能够更好的跟随患者，输出的承载力更加稳定，第三控制器，用于控制第二伸缩单元，以控制定滑轮在悬挂板142的位置，进而跟随患者在水平方向的移动，提供更稳定的承载力。

具体实施时，在进行训练前，先采集患者在外骨骼带动下的第一步态参数，计算机对此步态参数进行处理，生成控制参数；实际训练时，患者先装配上动态减重模块和行走支撑模块，具体的，动态减重模块中的驱动电机21在第一控制器的带动下为患者提供行走的承载力，在患者行走训练时，第二控制器和第四按控制器分别带动连接板141和最右侧定滑轮跟随患者的姿态变化进行往复运动，使得在输出的承载力更加稳定，大幅降低因为患者的行走导致牵引绳24角度变化过大引起的承载力波动，更加稳定；在此基础上，数据采集模块实时的采集患者的第二步态参数，由控制器根据第一和第二步态参数的比较值对动态减重模块提供的承载力进行微调，这样所提供的承载力更接近患者自然行走训练所需要的助力，在保证训练强度的基础上帮助患者更自然的行走，也更有利于患者的平衡训练。

实施时，竖向支撑杆上还设置有扶手杆，在实际应用时，扶手杆可以帮助患者保持平衡，其中扶手杆在竖向支撑杆上的位置可调，以便于适应不同高度的患者。

本实施例所提供的行走训练康复系统，能够让患者自主独立的进行康复训练，无需工作人员进行搀扶，节省人力；同时系统能够自主的跟随人，让患者的行走更接近实际行走状态，训练效果更佳；同时，为患者提供的助力数据均取决于患者自身的数据，并基于实际训练的反馈不断修正为患者提供的承载力，实现动态的减重，有利于患者的平衡能力恢复。

实施例2：

与实施例1不同的是，本实施例中，还包括图像显示模块，具体的图像显示模块由图像采集单元、图像处理单元和图像显示单元组成，具体的，图像显示单元可以为显示屏或者设置在固定位置如墙面的投影仪，也可以是VR设备，所述图像显示单元为多个摄像头，分别设置在竖向框架11的各个位置，用于采集患者行走的图像，图像处理单元为计算机，用于将采集的图像进行处理，其中图像处理技术为常规现有技术，不做过多描述。

在本实施例中，患者能够通过图像显示单元实时观看自己行走的图像，能够清楚的知道行走中存在的不足，便于及时纠正；同时，图像显示单元能够播放训练前后的对比行走图像，图像处理单元能够突出对比效果，能够增强患者的自信心，有助于提升患者的康复动力。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种行走训练康复系统，其特征在于：包括步态采集模块、数据采集模块、信息处理模块、控制模块和行走支撑模块；所述步态采集单元用于采集患者在辅助装置带动下的第一步态参数；所述数据采集模块用于实时采集患者在实际康复训练时的第二步态参数；所述信息处理模块用于根据第一步态参数生成第一控制参数，还用于对所采集的第一步态参数和采集的第二步态参数进行实时分析对比，并基于实时分析对比的结果生成第二控制参数，并将生成的第一控制参数和第二控制参数传输给控制模块；所述控制模块根据第一控制参数和第二控制参数生成控制指令，并基于控制指令对动态减重模块进行驱动，在患者训练过程中进行动态减重；所述行走支撑模块用于安装动态减重模块，还用于跟随患者移动，为患者提供行走支撑。

2.根据权利要求1所述的行走训练康复系统，其特征在于：所述辅助装置为用于带动患者自由行走的下肢外骨骼，所述第一步态参数包括辅助装置为患者行走提供的助力数据和患者在辅助装置带动行走时的体态变换参数。

3.根据权利要求1所述的行走训练康复系统，其特征在于：所述行走支撑模块包括的竖向框架，所述竖向框架底部对称设置有两组行走底座，所述动态减重模块设置在竖向框架上；所述动态减重模块包括减重机构、悬架和悬吊背心带，所述悬架包括一体式设置的连接板和悬挂板，所述连接板安装在竖向框架上并可沿竖向框架滑动。

4.根据权利要求3所述的行走训练康复系统，其特征在于：所述动态减重机构和悬架均为两组，对称的设置在竖向框架上。

5.根据权利要求3所述的行走训练康复系统，其特征在于：所述竖向框架上可拆卸的安装有手扶杆，所述手扶杆在竖向框架上的位置可调。

6.根据权利要求3所述的行走训练康复系统，其特征在于：所述减重机构具体包括驱动电机、绞盘、滑轮组、牵引绳和拉力传感器；所述驱动电机的输出轴与绞盘连接，所述牵引绳一端缠绕在绞盘上，牵引绳的另一端通过滑轮组与悬挂背心带连接，所述拉力传感器设置在牵引绳与悬挂背心带连接的一侧。

7.根据权利要求6所述的行走训练康复系统，其特征在于：所述悬挂板上滑动连接有安装座，所述安装座固定设置有滑轮组中的一个定滑轮，所述牵引绳通过安装座上的定滑轮与所述悬挂背心带连接。

8.根据权利要求1所述的行走训练康复系统，其特征在于：还包括图像显示模块，所述图像显示模块用于显示患者的行走步态图像，所述图像显示模块包括图像采集单元、图像处理单元和图像显示单元，所述图像采集单元用于采集患者行走步态图像，所述图像处理单元用于将图像采集单元所采集的行走步态图像的格式和尺寸进行规格化。