CN202437606U - 下肢康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种下肢康复训练装置，该下肢康复训练装置在现有下肢康复训练装置的基础上，于脚踏与腿部训练机构之间增设了连接架，脚踏通过第二转动副转动装配在该连接架上，并且由于第一、二转动副的其中一个的轴线与人体脚部左右摆动的轴线平行，在使用时，脚踏会在第一、二驱动机构的驱动下做左右摆动，使得脚踏能够带动人体的脚部做左右摆动，进而通过脚部带动整个下肢做左右摆动的运动，使得人体的下肢能够得到充分的锻炼，避免因人体的下肢不能做左右摆动使患者的下肢中的各个关节与下肢的左右摆动相关的部分出现粘接或坏死的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及医用器械中的一种下肢康复训练装置。
背景技术
卧式下肢康复训练是下肢康复训练方式中的一种方式,这种康复训练方式非常适用于病情较重、下肢行走站立能力丧失的患者的下肢康复训练，如脑中风偏瘫患者，这种病人不具备行走和站立的能力，并且由于常年卧床不起使下肢缺乏活动，进而导致患者出现不同程度的肌肉萎缩和关节粘连，长期这样下去患者的下肢将失去活动的能力，而卧式下肢康复训练装置可以使此类病人在平躺的状态下，下肢得到充分的活动从而达到康复的目的。
目前市场常用的卧式下肢康复装置大多是类似与膝关节功能训练机（CPM机）的康复形式，该训练机通过采用一种类似外骨骼的腿部训练机构，将人体的腿部与外骨骼捆绑，让下肢在微曲的状态下，控制踝关节的旋转中心在水平方向上做往复直线移动，然后通过踝关节的移动带动腿部做曲伸运动。这种训练方式，虽然下肢活动范围达到了一定的运动幅度，长期下去会起到一定的康复训练效果，但由于运动训练模式只有一种，训练范围、速度、强度等参数调节不变，所以不能使患者的下肢韧带得到全方位的拉伸运动，训练效果有限。
申请号为201020604325.8的中国实用新型专利公开了一种气压驱动式下肢行走康复训练机器人外骨骼机械结构，该外骨骼结构由支撑架、与支撑架连接的腿部训练机构、腿部训练机构远离支撑架的一端设置的脚踏、用于驱动腿部运动的气动驱动装置构成，该气动驱动装置由腿部训练机构与支撑架之间、腿部训练机构中的两个连接杆之间的气缸及腿部训练机构与脚踏之间的气动人工肌肉组成，其中，处于腿部训练机构和支撑架之间的气缸的收张能够通过腿部训练机构牵动下肢中的髋关节活动；腿部训练机构中的两个连接杆之间的气缸的收张能够通过两个连接杆牵动人体的腿部做曲伸运动，使得下肢中的膝关节活动；腿部训练机构和脚踏之间的气动人工肌肉的收张能够通过脚踏牵动人体的脚部做俯仰摆动，使得下肢中的踝关节活动，从而使得人体的下肢中的各个部分得到锻炼，但是由于该外骨骼机械结构只能使人体的下肢的各个部分在腿部曲伸的运动方向上得到锻炼，而不能使人体的下肢做左右摆动，因而不能使得人体的下肢得到全面充分的锻炼，如果长期使用的话，将造成患者的下肢中的各个关节与下肢的左右摆动相关的部分出现粘接或坏死，从而只能通过医护人员的手动操作来使得患者下肢实现左右摆动的运动，使得患者的下肢的康复训练费事费力。
实用新型内容
本实用新型提出了一种下肢康复训练装置，旨在解决现有技术中的下肢康复训练装置不能使患者的脚部左右摆动的问题。
该下肢康复训练装置的技术方案如下：
一种下肢康复训练装置，包括腿部训练机构和脚部训练机构，所述脚部训练机构包括用于固定人体脚部的脚踏及驱动脚踏转动的踝关节训练机构，所述踝关节训练机构是由分别驱动人体脚部做俯仰摆动、左右摆动的第一、二踝关节训练机构构成，所述第一、二踝关节训练机构的其中一个包括装配于腿部训练机构上的第一转动副、通过第一转动副转动装配在腿部训练机构上的连接架及驱动连接架相对于腿部训练机构转动的第一转动驱动机构，所述第一、二踝关节训练机构的其中另外一个包括装配于所述连接架与所述脚踏之间的第二转轴、驱动脚踏相对于连接架转动的第二转动驱动机构；所述第一转动副的轴线与人体脚部俯仰摆动和左右摆动的其中一个的轴线平行，所述第二转动副的轴线与人体脚部俯仰摆动和左右摆动的其中另一个的轴线平行。
所述第一转动副的轴线与人体脚部俯仰摆动的轴线平行，所述第二转动副与人体脚部左右摆动的轴线平行。
所述第一转动副于靠近所述连接架的一端连接有用于在脚踏牵引使用者的脚部俯仰摆动时，与所述脚踏相对于第一转动副相对转动的腿部固定架，所述腿部固定架与所述腿部训练机构固定连接。
所述第一转动副包括转动装配在腿部训练机构上的第一转动轴，所述第一转动轴与所述连接架固定连接；所述第二转动副包括转动装配在所述连接架上的第二转动轴，所述第二转动轴与所述脚踏固定连接。
所述第一驱动机构包括第一驱动电机及第一驱动电机与所述第一转动副之间设置的传动机构，所述第二驱动机构包括第二驱动电机及第二驱动电机与所述第二转动副之间设置的传动机构。
所述腿部训练机构包括两个连接杆、两个连接杆之间设置的轴线与人体腿部曲伸运动的轴线平行的膝关节转动副、驱动两个连接杆相对转动以使人体腿部曲伸运动的膝关节驱动机构。
所述腿部训练机构于远离所述脚踏的一端设置有用于与病床连接的支撑架，所述支撑架上设置有输出端与所述腿部训练机构传动连接的用于驱动腿部训练机构在竖直平面内转动的支撑架电机。
所述支撑架和支撑架电机之间设置有用于使支撑架电机在竖直方向上相对于支撑架移动的电机移动装置，所述电机移动装置包括与支撑架固定连接的移动平台、移动平台上连接的用于驱动移动平台在竖直方向上移动的移动机构。
所述支撑架上连接有用于控制腿部训练机构和/或脚部训练机构和/或支撑架电机动作的控制器，所述控制器具有用于供使用者手动输入动作指令的触屏控制装置。
本实用新型在现有下肢康复训练装置的基础上，于脚踏与腿部训练机构之间增设了连接架，脚踏通过第二转动副转动装配在该连接架上，并且由于第一、二转动副的其中一个的轴线与人体脚部左右摆动的轴线平行，在使用时，脚踏会在第一、二驱动机构的驱动下做左右摆动，使得脚踏能够带动人体的脚部做左右摆动，进而通过脚部带动整个下肢做左右摆动的运动，使得人体的下肢能够得到充分的锻炼，避免因人体的下肢不能做左右摆动使患者的下肢中的各个关节与下肢的左右摆动相关的部分出现粘接或坏死的问题。
附图说明
图1是本实用新型的实施例的结构示意图；
图2是图1中脚踏部分的局部放大结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的下肢康复训练装置的实施例：如图1和图2所示，该下肢康复训练装置包括用于连接在病床上的支撑架1、支撑架1上连接的腿部训练机构2、腿部训练机构2于远离支撑架1的一端连接的脚部训练机构3，其中，腿部训练机构包括与支撑架1连接的第一连接杆201、与脚部训练机构3连接的第二连接杆202；脚部训练机构3由用于固定人体脚部的脚踏8及驱动脚踏8转动的踝关节训练机构构成，所述踝关节训练机构由分别驱动人体脚部做俯仰摆动、左右摆动的第一、二踝关节训练机构构成，第一踝关节训练机构由脚踏8和第二连接杆202之间设置的连接架6、轴线与在脚踏8牵引使用者的脚部做俯仰摆动时脚踏8的转动轴线重合的第一转动轴501、用于驱动脚踏8绕第一转动轴501的轴线转动的第一驱动电机502构成；第二踝关节训练机构由轴线与在脚踏8牵引使用者的脚部做左右摆动时脚踏8的转动轴线重合的第二转动轴701、用于驱动脚踏8绕第二转动轴701的轴线转动的第二驱动电机702构成，第一转动轴501与第一驱动电机502、第二转动轴701与第二驱动电机702均通过两者之间设置的皮带传动机构传动连接；脚踏8绕第二转动轴701的轴线转动装配在连接架6上，连接架6固定在第一转动轴501的端部，并绕第一转动轴501的轴线转动装配在第二连接杆202上，第一转动轴501通过其远离连接架6的一端与第二驱动电机702固定连接；第一转动轴501于靠近连接架6的一端的绕其轴线转动装配有用于在脚踏8在牵引使用者的脚部做俯仰摆动时，绕第一转动轴501与脚踏8相对转动的腿部固定架9，腿部固定架9与第二连接杆202固定连接。
所述第一连接杆201和第二连接杆202之间设置有轴线与在两个连接杆201、202牵引使用者的脚部做曲伸运动时两个连接杆201、202相对转动的转轴线重合的膝关节转轴401，并在第一连接杆201上固定有用于驱动膝关节转轴401转动的膝关节电机402。第二连接杆202固定在膝关节转轴401的端部，并绕膝关节转轴401的轴线转动装配在第一连接杆201上，膝关节转轴401于远离第二连接杆202的一端通过皮带传动机构与膝关节电机402传动连接。
所述支撑架1包括用于与病床连接的框架101，框架101内装设有用于驱动腿部训练机构2-在竖直平面内转动的支撑架电机102、用于托放支撑架电机102的移动平台104和用于驱动移动电机102移动的丝杠丝母移动机构105，其中，支撑架电机102的输出端通过皮带传动机构传动连接有用于与第一连接杆201连接的支架转轴103；支撑架电机102固定在移动平台104上，移动平台104通过其上开设的导向孔与框架101内设置的导向杆106沿移动方向导向配合；丝杠丝母移动机构105中的丝母固定在移动平台104上开设的通孔内，丝杠丝母移动机构105中的丝杠的一端装设在框架101上并在其端部插装有转动手柄115，丝杠的另一端与丝母配合。另外，在框架101上还装设有用于向驱动各个电机工作的控制系统中输入指令的触屏控制单元107。
使用时，根据预先测量的患者下肢的基本尺寸和使用病床的高度，取出转动手柄115套在丝杠末端的卡紧装置上，通过摇动转动手柄115使移动平台104在丝杠的带动下沿导向杆106移动运动，带动固定在移动平台104上的支撑架电机102做上下移动，使得腿部训练机构2和脚部训练机构3能够适用于不同高度的病床。调整完毕后，摘下转动手柄115放在框架101内。开启该康复训练装置使其处于初始工作位置（在保证不伤害病人的情况下），将患者的脚放置在脚踏8上，同时将患者的小腿适当地放在腿部固定架9上，用绷带固定好脚和小腿，注意腿部固定架9的绷带不要过紧（因下肢要做内外旋动作）。通过触摸触屏控制装置107将患者各关节允许活动的范围输入下肢康复装置内，选择一种合适的康复训练模式，设定好康复训练时间，然后启动康复训练装置。按照设定的康复训练模式，腿部训练机构2和连接架6上的四个电机，通过各自传动连接的转轴带动各自的关节机构协调动作。各关节的运动角度和速度由各电机自带的光电编码器检测（图中未视出），适时反馈给安装在框架101内装设的计算机进行运算处理（图中未视出），并通过运动控制器发出下一步的电机动作指令，从而达到各关节的运动的精确平稳控制。在训练过程中，可以根据患者各自下肢康复的具体状况，通过按键操作任意设置动作次数、速度和训练强度。
图示状态属于患者左脚的康复模式，若要康复右脚只需将与人体的大臂、小臂、鞋套相关支撑架电机102和膝关节电机402的驱动下逆时针旋转九十度左右，绕后使第一转动轴501和第二转动轴701在各自对应的电机的驱动下顺时针旋转一百八十度，然后把腿部固定架9取下，保持绷带在上面的方向将另一边的小腿插进腿部固定架装置，即可实现由左、右腿轮换康复训练动作的转换。
本实用新型中的腿部训练机构2和脚部训练机构3组成了一种类似四自由度的外骨骼机器人手臂结构，从而通过该外骨骼机器人手臂驱动人体的下肢的各个部分来完成各种动作。外骨骼机器人手臂的伺服系统由交流伺服电机，运动控制器与角度编码器构成，形成一个能够精确控制下肢运动范围和训练强度的闭环系统。外骨骼机器人手臂由大臂（第一连接杆201）、小臂（第二连接杆202）和脚部（脚踏8）组成，共有髋关节（支架转轴103）、膝关节（膝关节转轴401）各1个以及两个踝关节（第一转动轴501和第二转动轴701）构成的四自由度施力机构，每个自由度都有一个电机驱动。其中，髋关节电机（支撑架电机102）、膝关节电机402协调动作，完成对人体踝关节轴线在矢状面内的轨迹控制；踝关节的两个电机502、702的轴线呈十字交叉布置，第二连接杆202上固定的电机502实现踝关节的跖曲、背曲运动，用来控制脚和小腿在运动过程中的姿态；第二转动轴501上固定的电机702实现踝关节的内旋、外旋运动，用来控制下肢的左右摆动，从而使该康复训练装置可以根据病人的具体情况选择相应的康复模式，利用电机协调动作来驱动人体下肢完成多模式大幅度康复训练运动，实时采集机器人各关节的力矩信号和角度信号达到对下肢精确的柔性控制，在不伤害病人的前提上得到较好的康复效果。
在上述实施例中，膝关节电机、第一驱动电机和第二驱动电机与各自对应的转轴均是通过皮带传动传动连接，在其他实施例中，皮带传动也可以通过键传动、齿轮传动、链条传动等传动机构替换；或者，膝关节电机、第一驱动电机和第二驱动电机直接通过其输出端与各自对应的动作元件固定连接，从而使得各个动作元件直接通过电机驱动。
在上述实施例中，第二驱动电机通过与第一转动轴之间的固定连接来保证在脚踏带动使用者的脚部做俯仰摆动时、第二驱动电机也能够随脚踏一起转动，从而使得第二驱动电机、第二转动轴及两者之间的传动机构能够一起在第一转动轴的带动下转动，在其他实施例中，第二驱动电机也可以固定在连接架上，或者活动连接在第二连接杆上。当第二驱动电机活动连接在第二连接杆上时，脚踏在带动使用者的脚部做俯仰摆动时，第二转动轴能够通过传动机构牵引第二驱动电机活动，从而使得第二转动轴和第二驱动电机之间的连接良好，使得第二驱动电机启动时，能够通过传动机构带动第二转动轴转动。
在上述实施例中，该下肢康复训练装置通过在第一驱动电机驱动第一转动轴转动时、脚踏和腿部固定架绕第一转动轴的相对转动来牵引使用者的脚部做俯仰摆动，在其他实施例中，也可以将使用者的腿部直接通过绑带绑缚在腿部训练机构上，从而通过脚踏和腿部训练机构之间的相对转动来牵引使用者的脚部做俯仰摆动，该方法属于现有技术，因而不再详述。
在上述实施例中，腿部固定架转动装配在第一转动轴上，脚踏通过连接架固定在第一踝关节的端部，在其他实施例中，腿部固定架也可以固定在第一踝关节的端部，同时，脚踏则必须转动装配在第一转动轴上，使得第一踝关节在转动时，腿部固定架会随着第一转动轴一起转动，而脚踏则不会转动，从而使得脚踏和腿部固定架绕第一转动轴相对转动，从而牵引使用者的脚部实现俯仰摆动。
在上述实施例中，腿部训练机构和支撑架之间、腿部训练机构的两个连接杆之间、腿部训练机构和连接架之间、连接架和脚踏之间均是通过电机、转轴和两者之间设置的传动机构配合作为动力源来实现相关的运动，在其他实施例中，腿部训练机构和支撑架之间、腿部训练机构的两个连接杆之间也可以采用液压缸或气缸作为动力源，对应的腿部训练机构和连接架之间、连接架和脚踏之间则可以通过气动人工肌肉配合作为动力源；液压缸、气缸和气动人工肌肉的安装方式与申请号为201020604325.8的中国实用新型专利的公开说明书中公开的安装方式一致，而处于连接架和脚踏之间的气动人工肌肉和第二转动轴则分别设置在脚踏的底部的前后两端，从而使得脚踏能够绕其端部转动。另外，用于使脚踏转动的气动人工肌肉可以固定在第一转动轴或第二连接杆上，当该气动人工肌肉固定在第二连接杆上时，在脚踏带动使用者的脚部做俯仰摆动时，该气动人工肌肉应当一致处于松弛状态，从而使得该气动人工肌肉不会对第一转动轴的转动产生干涉。
在上述实施例中，腿部训练机构的两个连接杆之间、连接架与腿部训练机构之间、脚踏与连接架之间设置的用于使对应的两个动作元件相对转动的连接件均为转动轴，在其他实施例中，该转动轴也可以用钢球、轴承等构件作为连接件来代替。当采用轴承和电机配合来驱动对应的两个转动元件相对转动时，轴承的外圈与固定有电机的动作元件固定连接，轴承的内圈的一端与电机传动连接，另一端与另一动作元件固定连接；当采用轴承和气缸或气动人工肌肉配合来驱动对应的两个转动元件相对转动时，轴承的内圈和外圈分别于两个转动元件固定连接。
在上述实施例中，第一踝关节训练机构用于控制人体脚部做俯仰摆动，第二踝关节训练机构用于控制人体脚部做左右摆动，在其他实施例中，第一踝关节训练机构也可以控制人体脚部做左右摆动，第二踝关节训练机构则控制人体脚部做俯仰摆动，此时，连接架通过与第二转动副转动装配在腿部训练机构上，而第一转动副则设置在连接架和脚踏之间，从而与上述实施例相比，第一、二踝关节训练机构与腿部训练机构之间的连接顺序颠倒。
在上述实施例中，移动平台通过其上连接的丝杠丝母移动机构控制移动，在其他实施例中，丝杠丝母移动机构也可以由液压缸、气缸或电动推杆来替换。
Claims (9)
1.一种下肢康复训练装置，包括腿部训练机构和脚部训练机构，所述脚部训练机构包括用于固定人体脚部的脚踏及驱动脚踏转动的踝关节训练机构，其特征在于：所述踝关节训练机构是由分别驱动人体脚部做俯仰摆动、左右摆动的第一、二踝关节训练机构构成，所述第一、二踝关节训练机构的其中一个包括装配于腿部训练机构上的第一转动副、通过第一转动副转动装配在腿部训练机构上的连接架及驱动连接架相对于腿部训练机构转动的第一转动驱动机构，所述第一、二踝关节训练机构的其中另外一个包括装配于所述连接架与所述脚踏之间的第二转轴、驱动脚踏相对于连接架转动的第二转动驱动机构；所述第一转动副的轴线与人体脚部俯仰摆动和左右摆动的其中一个的轴线平行，所述第二转动副的轴线与人体脚部俯仰摆动和左右摆动的其中另一个的轴线平行。
2.根据权利要求1所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述第一转动副的轴线与人体脚部俯仰摆动的轴线平行，所述第二转动副与人体脚部左右摆动的轴线平行。
3.根据权利要求2所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述第一转动副于靠近所述连接架的一端连接有用于在脚踏牵引使用者的脚部俯仰摆动时，与所述脚踏相对于第一转动副相对转动的腿部固定架，所述腿部固定架与所述腿部训练机构固定连接。
4.根据权利要求1所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述第一转动副包括转动装配在腿部训练机构上的第一转动轴，所述第一转动轴与所述连接架固定连接；所述第二转动副包括转动装配在所述连接架上的第二转动轴，所述第二转动轴与所述脚踏固定连接。
5.根据权利要求1所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一驱动电机及第一驱动电机与所述第一转动副之间设置的传动机构，所述第二驱动机构包括第二驱动电机及第二驱动电机与所述第二转动副之间设置的传动机构。
6.根据权利要求1所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述腿部训练机构包括两个连接杆、两个连接杆之间设置的轴线与人体腿部曲伸运动的轴线平行的膝关节转动副、驱动两个连接杆相对转动以使人体腿部曲伸运动的膝关节驱动机构。
7.根据权利要求1所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述腿部训练机构于远离所述脚踏的一端设置有用于与病床连接的支撑架，所述支撑架上设置有输出端与所述腿部训练机构传动连接的用于驱动腿部训练机构在竖直平面内转动的支撑架电机。
8.根据权利要求7所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述支撑架和支撑架电机之间设置有用于使支撑架电机在竖直方向上相对于支撑架移动的电机移动装置，所述电机移动装置包括与支撑架固定连接的移动平台、移动平台上连接的用于驱动移动平台在竖直方向上移动的移动机构。
9.根据权利要求7所述的下肢康复训练装置，其特征在于：所述支撑架上连接有用于控制腿部训练机构和/或脚部训练机构和/或支撑架电机动作的控制器，所述控制器具有用于供使用者手动输入动作指令的触屏控制装置。
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