CN204952087U - 一种用于下肢患者康复训练的减重系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于下肢患者康复训练的减重系统，包括系统支架装置、跑步机训练平台装置和控制装置，系统支架装置固定在跑步机训练平台装置的两侧，系统支架装置包括竖直支架、减重平台支架、扶杆和调节支撑架，扶杆通过相应的调节支撑架安装在相应的竖直支架的内侧，竖直支架的上方连接有减重平台支架，减重平台支架为矩形；所述跑步机训练平台装置包括训练平台和驱动电机，驱动电机通过控制装置进行控制；其特征在于该系统还包括跟随减重平台装置，所述跟随减重平台装置固定在减重平台支架上方；控制装置用于控制跟随减重平台装置和跑步机训练平台装置的运动。

Description

一种用于下肢患者康复训练的减重系统

技术领域

本实用新型涉及医疗康复器械领域，特别是涉及一种用于下肢患者康复训练的减重系统。

背景技术

随着社会的发展，人们的生活水平和物质条件的不断地提高，人们开始越来越重视自身和家人的健康，由于外伤、意外伤害、脑卒中等原因造成的腿疾患者在治疗的中后期需通过康复理疗才能恢复功能。现在对于腿疾患者的康复训练主要是有医师和医护人员充当“人体支架”来帮助患者训练，这样一来对医师和医护人员的体力是一个极大的考验，由于人的体力和精力以及经济等原因患者得不到充分的训练，而且在这种训练模式下患者得不到全方面的训练，虽然对患者的康复起到了一定的正面作用，但是达不到理想的程度。这就需要一种康复训练系统来代替医师和医护人员对患者进行训练，减轻医师和医护人员的体力劳动，并使患者在较经济的情况下得到充足又全方面的康复训练。

由于患者下肢没有支撑能力或者只有部分支撑能力但不足以支撑自身的全部重量，这就对康复减重系统提出了替患者减重的要求。减重步行训练(BodyWeightSupportTraining，BWST)是现在比较好的一种减重方式，它是利用悬吊方式，通过绳索连接患者穿戴的减重背心上对患者进行减重的。德国柏林弗朗霍费尔研究所(FRANHOFFINSTITUT)研制的绳驱动康复机器人STRING-MAN，患者站于训练机构中上身穿着减重马甲，马甲上有若干跟绳索连接实现减重，绳索分布在马甲的不同部位。瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)与Balgrist医学康复中心联合研发了LOKOMAT，LOKOMAT的早期产品是有一个配重块，通过配重块的重力来实现减重的，后期产品是减重系统是通过螺母丝杠带动一组弹簧实现训练中的减重。虽然，现有康复训练减重系统可以在一定程度上为患者减重，但是，减重操作比较复杂，并只允许患者在固定的位置运动，因此限制了患者的运动空间，影响训练效果。需要一种具有可设定恒力的减重系统和跟随患者在较大空间范围内进行训练的减重系统。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种用于下肢患者康复训练的减重系统。该减重系统将可跟随患者运动的随动减重系统与常用于下肢康复训练的跑步机式训练平台相结合，实现了可设定减重值的恒力减重和对患者运动的跟随功能，同时能允许患者具有更大幅度的运动自由，从而提高腿疾患者进行训练的理疗训练效果。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种用于下肢患者康复训练的减重系统，包括系统支架装置、跑步机训练平台装置和控制装置，系统支架装置固定在跑步机训练平台装置的两侧，系统支架装置包括竖直支架、减重平台支架、扶杆和调节支撑架，扶杆通过相应的调节支撑架安装在相应的竖直支架的内侧，竖直支架的上方连接有减重平台支架，减重平台支架为矩形；所述跑步机训练平台装置包括训练平台和驱动电机，驱动电机通过控制装置进行控制；其特征在于该系统还包括跟随减重平台装置，所述跟随减重平台装置固定在减重平台支架上方；控制装置用于控制跟随减重平台装置和跑步机训练平台装置的运动，控制装置设有恒力减重控制程序以及跑步机训练平台装置和跟随减重平台装置的速度控制程序；

所述跟随减重平台装置包括移动平台、第一导轨、第二导轨、绳驱跟随机构、绳张力控制恒减重机构、减重马甲、支撑机构和导轨滑块；

所述第一导轨沿扶杆长度方向固定在减重平台支架上方，且第一导轨与减重平台支架之间留有间隙；所述第二导轨平行于第一导轨固定在减重平台支架的表面上，且第二导轨与第一导轨的上表面在同一水平面上；移动平台通过导轨滑块安装在第一导轨和第二导轨上，且移动平台可在第一导轨和第二导轨上沿扶杆长度方向前后移动；所述移动平台中心设有通孔，所述支撑机构为两个支撑板，两个支撑板沿着扶杆长度方向相对安装在移动平台的通孔两侧；所述减重马甲用于训练者穿戴，所述绳张力控制恒减重机构位于支撑机构的右边支撑板的左侧，绳驱跟随机构位于支撑机构的右侧；

所述绳张力控制恒减重机构包括减重电机、减重电机联轴器、两个相互啮合的锥齿轮、绕线轮、导引轮、减重绳、弹簧和绳张力传感器；所述减重电机固定在移动平台上表面边缘上，减重电机的轴通过减重电机联轴器和一个锥齿轮的轴连接在一起，另一个锥齿轮的轴与绕线轮的轴连接，两个锥齿轮相互啮合，且减重电机联轴器和两个相互啮合的锥齿轮均位于支撑机构的左端；所述绕线轮和导引轮的轴的两端分别固定在两个支撑板上，绕线轮和导引轮均位于两个支撑板之间，且导引轮位于移动平台的通孔的上方；减重绳一端固定在绕线轮上，另一端经导引轮穿过移动平台的通孔固定于减重马甲的上端，与减重马甲相连的减重绳上从上至下依次连接有弹簧和绳张力传感器；

所述绳驱跟随机构包括移动电机、移动电机联轴器、牵引轮、滑轮、两个吊环和两个压力传感器、牵引绳索、压板、导向板、导向套、角度传感器、连接轴、轴承、角度传感器联轴器、固定板和垫板；所述移动电机固定在移动平台上，且位于支撑机构的右端，移动电机通过移动电机联轴器与牵引轮连接，移动电机的轴与减重电机的轴相互垂直；所述滑轮固定安装在减重平台支架的两个短边上，每个短边上均安装有两个滑轮；两个吊环沿扶杆长度方向分别对称安装在移动平台上表面边缘，且位于移动平台的中线上；所述牵引绳索有两段，每一段牵引绳索的一端固定在牵引轮上，另一端绕过一条短边上的两个滑轮固定在相应的吊环上，且从牵引轮引出至一个滑轮的牵引绳索部分与从另一个滑轮至相应吊环的牵引绳索部分相互平行；所述角度传感器通过固定板固定在支撑机构的右边支撑板外侧上，且位于移动电机的后方；所述角度传感器的轴通过角度传感器联轴器与连接轴连接，所述连接轴穿过右边支撑板与导向板连接，并通过轴承固定连接轴；所述导向板中心设有开孔，导向板的两端固定在两个支撑板的内侧，且位于导引轮的下方；导向板中心的开孔处连接有一个导向套，该导向套一直延伸至移动平台的通孔且穿过移动平台通孔；减重绳穿过该导向套与减重马甲连接；每个压力传感器的一端通过垫板固定在第一导轨所在的减重平台支架的边上，该压力传感器的另一端通过压板与第一导轨的一端连接，压板与减重平台支架不接触。

上述用于下肢患者康复训练的减重系统，所述竖直支架的高度为训练者身高的1.3-2倍。

上述用于下肢患者康复训练的减重系统，所述绳张力传感器采用S型张力传感器。

上述用于下肢患者康复训练的减重系统，控制装置中恒力减重控制程序的具体流程是：首先要启动控制装置，在控制装置稳定后开始设定适合训练的减重值，即减重值为G，这个设定的减重值会存储在系统内作为标准值，绳张力传感器会测出绳子的张力值，这个张力值与标准值比较，如果大于标准值，则控制减重电机放绳，以减小绳子张力；如果绳子张力值不大于标准值，则再次判断绳子张力是否小于标准值，如果小于标准值则控制减重电机收绳，以增加绳子张力；如果绳子张力既不大于也不小标准值则减重电机不做任何处理；在上述三种情况判断完并且减重电机也做了相应的动作以后，再进行判断是否有结束指令，如果有结束指令，则训练结束；如果没有结束指令，则返回绳子张力和标准值比较阶段，即最初判断绳子张力值是否大于标准值G，并一直循环此过程。

上述用于下肢患者康复训练的减重系统，控制装置中跑步机训练平台装置和跟随减重平台装置的速度控制程序的具体流程是：首先要启动控制装置，在控制装置稳定后，第一导轨两端的压力传感器会测出两个压力值，分别为N₁和N₂，系统会根据这两个压力值N₁和N₂计算出移动平台的位置偏差ΔX，然后判断这个偏差是否超出允许值，如果超出了允许值，则调整训练平台的跑步机速度V_P，来减小移动平台的位置偏差；如果没有超出偏差的允许值，则此时训练平台的跑步机速度V_P不需要调整，当训练平台的跑步机速度V_P是否调整并已作出相应动作之后，再判断是否有结束指令，如果没有结束指令，则返回至压力传感器检测压力值阶段并一直循环这个过程，如果有结束指令，则训练结束；同时，控制装置稳定后，角度传感器会检测出减重绳与竖直方向的摆角θ，控制装置根据这个摆角计算出角度偏差Δθ，然后判断这个偏差是否超出允许值，如果超出了允许值，则控制移动电机转动，调整移动平台速度V_T，用来减小角度偏差，如果没有超出偏差的允许值，则此时移动平台速度V_T不需要调整，当移动平台速度V_T是否调整并已作出相应动作之后，再判断是否有结束指令，如果没有结束指令，则返回至角度传感器检测角度值阶段并一直循环这个过程，如果有结束指令，则训练结束。

与现有技术相比，本实用新型具有突出的实质性特点和显著的进步：

本实用新型采用绳驱跟随机构和绳张力控制恒减重机构，通过绳驱减重的方式使减重绳跟随患者摆动，利用角度传感器检测减重绳和竖直方向的夹角，并把这个夹角作为控制函数的输入实现减重平台的移动，从而实现跟随减重，为患者提供更大训练空间，这是现有的减重方式所不能达到的。如果只采用绳驱减重，而没有角度传感器及其控制装置，那么绳驱减重的特点会给训练带来不稳定；如果采用其他固定式减重方式，患者会被固定在一个位置，从而影响训练效果。本实用新型中将跑步机训练平台装置和跟随减重平台装置的有机结合，最终实现跟随减重控制，从而确保患者是能在训练平台的范围内自由运动，而不是现有技术中被固定在一个点上的运动，极大的扩大了患者的训练运动空间。

本实用新型的关键点在于传感器的设置，包括角度传感器、绳张力传感器和压力传感器，每一种传感器都通过相应的控制程序获得所测数据，进而使控制装置控制相应部件执行相应操作。角度传感器的设置可以检测出减重绳与竖直方向的摆角，然后通过控制装置控制移动平台的速度；绳张力传感器可以检测出减重绳的张力，然后通过控制装置控制绳张力控制恒减重机构的减重电机收、放减重绳；压力传感器可以检测出导轨两端的压力值，然后通过控制装置控制训练平台的跑步机速度。通过相应的传感器再结合控制装置进而实现整体减重系统的恒力减重和跟随减重，保证患者有较大的训练空间，满足患者对训练过程中恒力减重的要求，使患者的速度与训练平台的跑步机速度相匹配，并保障患者的安全。

附图说明

图1是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统一种实施例的左视结构示意图；

图2是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统一种实施例的俯视结构示意图；

图3是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统一种实施例的系统支架装置2的立体结构示意图；

图4是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统一种实施例的跟随减重平台装置1的左视结构示意图；

图5是图4中I部分的局部放大结构示意图；

图6是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统一种实施例的移动平台11上各部分的立体结构示意图；

图7是图6中II部分的局部剖视主视结构示意图；

图8是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统的恒力减重控制程序流程图；

图9是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统的跑步机训练平台和跟随减重平台装置的速度控制程序流程图；

图中，1.跟随减重平台装置、2.系统支架装置、3.跑步机训练平台装置、21.竖直支架、22.减重平台支架、23.扶杆、24.调节支撑架；11.移动平台、12.第一导轨、13.第二导轨、14.绳驱跟随机构、15.绳张力控制恒减重机构、16.减重马甲、17.支撑机构、18.导轨滑块；1501.减重电机、1502.减重电机联轴器、1503.锥齿轮、1504.绕线轮、1505.导引轮、1506.减重绳、1507.弹簧、1508.绳张力传感器；1401.移动电机、1402.移动电机联轴器、1403牵引轮、1404滑轮、1405吊环、1406压力传感器、1407.牵引绳索、1408.压板、1409.导向板、1410.导向套、1411.角度传感器、1412.连接轴、1413.轴承、1414.角度传感器联轴器、1415.固定板、1416.垫板。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步详细解释本实用新型，但并不以此作为对本实用新型权利要求保护范围的限定。

本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统(简称减重系统或系统，参见图1)包括跟随减重平台装置1、系统支架装置2、跑步机训练平台装置3和控制装置(图中未绘出)；系统支架装置2固定在跑步机训练平台装置3的两侧，所述跟随减重平台装置1位于系统支架装置2的上方；控制装置用于控制跟随减重平台装置1和跑步机训练平台装置3的运动，控制装置设有恒力减重控制程序以及跑步机训练平台装置3和跟随减重平台装置1的速度控制程序；所述跑步机训练平台装置包括训练平台和驱动电机，驱动电机通过控制装置进行控制；

所述系统支架装置2(参见图3)整体由型材组合而成，包括两组竖直支架21、减重平台支架22、两个扶杆23和四个调节支撑架24，两组竖直支架21分别竖直固定在跑步机训练平台装置3的两侧，两个扶杆23通过相应的调节支撑架24安装在相应的竖直支架21的内侧，扶杆23为训练者提供安全保护，通过调节支撑架24调节扶杆23与竖直支架21之间的距离，同时可以实现扶杆23沿竖直支架21的上下移动，以满足不同患者的需要；竖直支架21的上方连接有减重平台支架22，减重平台支架22为矩形，减重平台支架22上固定有跟随减重平台装置1，减重平台支架22用于支撑跟随减重平台装置1，由减重平台支架22和竖直支架21以及跑步机训练平台装置3共同形成训练运动空间；

所述跟随减重平台装置1(参见图2、图4和图6)包括移动平台11、第一导轨12、第二导轨13、绳驱跟随机构14、绳张力控制恒减重机构15、减重马甲16、支撑机构17和导轨滑块18；

所述第一导轨12沿扶杆23长度方向固定在减重平台支架22上方，且第一导轨12与减重平台支架22之间留有间隙；所述第二导轨13平行于第一导轨12固定在减重平台支架22的表面上，且第二导轨13与第一导轨12的上表面在同一水平面上；移动平台11通过导轨滑块18安装在第一导轨12和第二导轨13上，且移动平台11可在第一导轨12和第二导轨13上沿扶杆长度方向前后移动；所述移动平台11中心设有通孔，所述支撑机构17为两个支撑板，两个支撑板沿着扶杆23长度方向相对安装在移动平台11的通孔两侧；所述减重马甲16用于训练者穿戴，减重马甲16的上端通过减重绳与绳张力控制恒减重机构15相连，所述绳张力控制恒减重机构15位于支撑机构17的右边支撑板的左侧，绳驱跟随机构14位于支撑机构17的右侧；

所述绳张力控制恒减重机构15包括减重电机1501、减重电机联轴器1502、两个相互啮合的锥齿轮1503、绕线轮1504、导引轮1505、减重绳1506、弹簧1507和绳张力传感器1508；所述减重电机1501固定在移动平台11上表面边缘上，减重电机1501的轴通过减重电机联轴器1502和一个锥齿轮1503的轴连接在一起，另一个锥齿轮的轴与绕线轮1504的轴连接，两个锥齿轮相互啮合，且减重电机联轴器1502和两个相互啮合的锥齿轮1503均位于支撑机构17的左端；所述绕线轮1504和导引轮1505的轴的两端分别固定在两个支撑板上，绕线轮1504和导引轮1505均位于两个支撑板之间，且导引轮1505位于移动平台11的通孔的上方；减重绳1506一端固定在绕线轮1504上，另一端经导引轮1505穿过移动平台11的通孔固定于减重马甲16的上端，与减重马甲16相连的减重绳上从上至下依次连接有弹簧1507和绳张力传感器1508；减重电机1501的动力通过减重电机联轴器1502传给两个相互啮合的锥齿轮1503，两个锥齿轮1503通过锥齿的啮合把动力传给绕线轮1504，绕线轮1504的转动带动减重绳1506收缩或伸张来实现绳张力的控制；

所述绳驱跟随机构14包括移动电机1401、移动电机联轴器1402、牵引轮1403、滑轮1404、两个吊环1405和两个压力传感器1406、牵引绳索1407、压板1408、导向板1409、导向套1410、角度传感器1411、连接轴1412、轴承1413、角度传感器联轴器1414、固定板1415和垫板1416；所述移动电机1401固定在移动平台11上，且位于支撑机构17的右端，移动电机1401通过移动电机联轴器1402与牵引轮1403连接，移动电机1401的轴与减重电机1501的轴相互垂直；所述滑轮1404固定安装在减重平台支架22的两个短边上，每个短边上均安装有两个滑轮1404；两个吊环1405沿扶杆23长度方向分别对称安装在移动平台11上表面边缘，且位于移动平台的中线上；所述牵引绳索1407有两段，每一段牵引绳索的一端固定在牵引轮1403上，另一端绕过一条短边上的两个滑轮1404固定在相应的吊环1405上，且从牵引轮引出至一个滑轮的牵引绳索部分与从另一个滑轮至相应吊环1405的牵引绳索部分相互平行；所述角度传感器1411(参见图7)通过固定板1415固定在支撑机构17的右边支撑板外侧上，且位于移动电机1401的后方；所述角度传感器的轴通过角度传感器联轴器1414与连接轴1412连接，所述连接轴1412穿过右边支撑板与导向板1409连接，并通过轴承1413固定连接轴1412；所述导向板1409中心设有开孔，导向板1409的两端固定在两个支撑板的内侧，且位于导引轮1505的下方；导向板1409中心的开孔处连接有一个导向套1410，该导向套一直延伸至移动平台11的通孔且穿过移动平台通孔；减重绳1506穿过该导向套与减重马甲16连接；每个压力传感器1406(参见图4和图5)的一端通过垫板1416固定在第一导轨12所在的减重平台支架22的边上，该压力传感器1406的另一端通过压板1408与第一导轨12的一端连接，压板1408与减重平台支架22不接触。由于减重绳1506穿过导向套1410，所以减重绳1506的摆动会导致导向套1410摆动，而导向套1410与导向板1409固定在一起，带动导向板转动，从而带动角度传感器1411的轴转动，实现导向板1409和角度传感器1411的轴同步转动，且提高了角度传感器的检测精度；动力部分，移动电机1401通过移动电机联轴器1402把动力传给牵引轮1403，由牵引轮1403的转动带动牵引绳索1407收缩和伸张来实现移动平台11的移动。

本实用新型的进一步特征在于所述竖直支架21的高度为训练者身高的1.3-2倍，既节省系统占用的空间，又能满足患者在一个相对自由的空间内进行康复训练的要求。

本实用新型的进一步特征在于所述绳张力传感器1508采用S型张力传感器。

图8为本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统的控制装置中恒力减重控制程序，其具体流程是：首先要启动控制装置，在控制装置稳定后开始设定适合训练的减重值，即减重值为G，这个设定的减重值会存储在系统内作为标准值，绳张力传感器1508会测出绳子的张力值，这个张力值与标准值比较，如果大于标准值，则控制减重电机1501放绳，以减小绳子张力；如果绳子张力值不大于标准值，则再次判断绳子张力是否小于标准值，如果小于标准值则控制减重电机1501收绳，以增加绳子张力；如果绳子张力既不大于也不小标准值则减重电机1501不做任何处理；在上述三种情况判断完并且减重电机1501也做了相应的动作以后，再进行判断是否有结束指令，如果有结束指令，则训练结束；如果没有结束指令，则返回绳子张力和标准值比较阶段，即最初判断绳子张力值是否大于标准值G，并一直循环此过程。训练过程中实时监测绳子张力，直至训练结束。

图9是本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统的控制装置中跑步机训练平台装置3和跟随减重平台装置1的速度控制程序，其具体流程是：首先要启动控制装置，在控制装置稳定后，第一导轨12两端的压力传感器1406会测出两个压力值，分别为N₁和N₂，系统会根据这两个压力值N₁和N₂计算出移动平台11的位置偏差ΔX，然后判断这个偏差是否超出允许值，如果超出了允许值，则调整训练平台的跑步机速度V_P，即V_P＝-f₁(ΔX)，来减小移动平台11的位置偏差；如果没有超出偏差的允许值，则此时训练平台的跑步机速度V_P不需要调整，当训练平台的跑步机速度V_P是否调整并已作出相应动作之后，再判断是否有结束指令，如果没有结束指令，则返回至压力传感器1406检测压力值阶段并一直循环这个过程，如果有结束指令，则训练结束；同时，控制装置稳定后，角度传感器1411会检测出减重绳1506与竖直方向的摆角θ，控制装置根据这个摆角计算出角度偏差Δθ，然后判断这个偏差是否超出允许值，如果超出了允许值，则控制移动电机1401转动，调整移动平台11速度V_T，即V_T＝-f₂(Δθ)，用来减小角度偏差，如果没有超出偏差的允许值，则此时移动平台速度V_T不需要调整，当移动平台速度V_T是否调整并已作出相应动作之后，再判断是否有结束指令，如果没有结束指令，则返回至角度传感器1411检测角度值阶段并一直循环这个过程，如果有结束指令，则训练结束；所有的检测都是实时的，并且是在整个训练过程中，直至训练结束，关闭系统。

本实用新型由减重电机1501控制减重绳1506的收、放可以控制减重绳的张力，从而实现张力控制。导向套1410可沿减重绳1506的引出方向随着绳子摆动而改变角度，角度传感器1411可检测出导向套1410的角度值。角度传感器1411通过固定板1415固定于支撑机构17的右边支撑板外侧上，角度传感器1411的轴与连接轴1412采用角度传感器联轴器1414连接，连接轴1412穿过右边支撑板与导向板1409的一端连接，连接轴1412与支撑机构的右边支撑板之间通过轴承1413固定，从而减少了连接轴1412与支撑机构17之间的摩擦，同时还提高角度传感器的灵敏度和使用寿命。

如图2所示，第一导轨12和第二导轨13置于减重平台支架22上，且沿着减重平台支架的长边方向平行布置，移动平台11通过导轨滑块18安装在第一导轨12和第二导轨13上，且移动平台11能在第一导轨12和第二导轨13上前后移动。绳驱跟随机构14包括移动电机1401、移动电机联轴器1402、牵引轮1403、滑轮1404、两个吊环1405和两个压力传感器1406、牵引绳索1407、压板1408、导向板1409、导向套1410、角度传感器1411、连接轴1412、轴承1413、角度传感器联轴器1414、固定板1415和垫板1416。移动电机1401通过移动电机联轴器1402控制牵引轮1403，牵引轮1403通过牵引绳索1407、滑轮1404及吊环1405牵引移动平台11沿第一导轨12和第二导轨13移动。两个压力传感器1406分别置于第一导轨12的两端，每个压力传感器1406(参见图4和图5)的一端通过垫板1416固定在第一导轨12所在的减重平台支架22的边上，该压力传感器1406的另一端通过压板1408与第一导轨12的一端连接，压板1408与减重平台支架22不接触，通过两个压力传感器可以检测该第一导轨两端的压力值。本实用新型中压力传感器还可以安装在第二导轨13的两端，安装方式与在第一导轨12上的安装方式相同，本实用新型中所述的第一导轨12和第二导轨13中的第一和第二只是代表压力传感器是否安装，第一导轨两端上安装压力传感器。由移动平台11的跟随控制和对跑步机训练平台装置3的速度控制联合实现对患者运动持续的跟随减重和安全防护。

本实用新型中的控制装置中恒力减重控制程序是指减重绳1506的恒张力控制，即在控制装置中设计恒力控制函数用于控制驱动减重电机1501的速度和方向，通过绳张力传感器1508检测减重绳1506张力，并与设定的减重力值进行比较，得到的减重绳1506张力与设定值的差作为恒力控制函数的自变量。函数的输出值用于控制减重电机1501通过传动系统收、放减重绳1506以调整减重绳张力，使减重绳张力保持在允许的误差范围内。恒力控制函数可以导用比例函数、比例微分函数、模糊函数等常用控制函数，使减重电机1501转向和转速控制的趋势为：当张力大于设定值时，减重电机1501转向使减重绳放出，当张力小于设定值时，减重电机1501转向使减重绳回收，且当差值幅值大时减重电机1501转速偏大，差值幅度小时，减重电机1501转速偏小，差值为零则转速为零。

本实用新型中的控制装置中跑步机训练平台装置3和跟随减重平台装置1的速度控制程序是指移动平台11的速度控制和跑步机训练平台装置3的速度控制，其中移动平台11的速度控制是在控制装置中设计移动平台11速度控制函数，用于控制绳驱跟随机构14移动电机1401的转向和转速。通过角度传感器1411可检测减重绳1506与竖直方向的角度值，以其作为移动平台速度控制函数的自变量，得出的函数值用于控制绳驱跟随机构的移动电机1401的转速和转向。移动电机1401通过牵引绳索1407、滑轮1404和吊环1405驱动移动平台11在第一导轨12和第二导轨13上移动，移动方向使导向套1410与竖直方向的夹角减小，移动速度大小与夹角的幅值大小保持相同的趋势，从而实现移动平台11对训练者的跟随。

跑步机训练平台装置3的速度控制是在控制装置中设计训练平台速度控制函数，用于控制跑步机训练平台装置的驱动电机的转向和速度。通过与第一导轨12两端相连的压力传感器1406，检测第一导轨12两端的压力值，分别记为N₁和N₂。根据第一导轨12受力的杠杆原理可计算出减重施力点相对于第一导轨12的位置x。根据这个位置x和第一导轨12的长度可计算出减重绳1506施力点相对于第一导轨12中点的长度Δx。Δx即为训练者相对于训练运动空间中点的位置。以Δx为自变量，利用训练平台的跑步机速度控制函数得出函数值，用于控制跑步机训练平台装置的驱动电机，使训练平台运动速度为使Δx减小的趋势。速度大小趋势保持与Δx值幅值大小相一致。以此使训练者在训练中始终保持位于训练运动空间的中间位置，且使训练平台的跑步机速度与训练者运动速度相匹配，实现持续的训练并使训练者的安全得到保障。

为了使训练过程中的运动平稳，本实用新型的控制装置中的控制程序的所有函数自变量都设有一定范围内的允许值。即在允许值范围内认为函数没有输入值，系统不做调整动作，只有超出允许值时，函数才有输入值，经过函数运算也就有了输出值，系统根据函数的输出值做出相应的调整动作。从而减小误差，以实现恒力减重和跟随减重平稳的目的。所述移动平台速度控制函数和训练平台控制函数可采用比例函数、比例微分函数、模糊函数等常用控制函数。

本实用新型的三种传感器的位置布置以及减重电机、移动电机随移动平台的移动是整个减重系统的结构特点。在此结构特点的基础上，运用传感器检测的信号并配备相应的控制装置，实现恒力减重、移动平台的跟随以及跑步机速度和患者训练速度的匹配。

本实用新型用于下肢患者康复训练的减重系统的工作原理及操作流程是：

首先将系统初始化，将减重马甲16和扶杆23调整至患者适合的位置，在开始训练前，治疗师帮助患者穿戴减重马甲16，患者手握扶杆23。

治疗师根据患者的需要设定适合患者的减重值G和训练速度，该减重值作为控制系统控制缆绳张力的标准值，训练速度值则是跑步机的初始速度，实际训练过程中跑步机速度会随着患者实际训练速度及时调整。

绳张力控制恒减重机构15是利用上述恒力控制函数输出函数值用以控制减重电机1501，减重电机1501通过减重电机联轴器1502驱动锥齿1503转动，从而带动绕线轮1504转动，最终实现收、放减重绳1506的动作，通过控制减重绳1506的张力来达到恒力减重的目的。

绳驱跟随机构14是利用上述移动平台速度控制函数输出函数值用以控制移动电机1401，移动电机1401通过移动电机联轴器1402驱动绕线轮1403转动实现牵引绳索1407不同方向的收、放，牵引绳索1407通过相应的滑轮1404和吊环1405固定在移动平台11上，通过牵引绳索1407的收、放实现移动平台11的移动。跑步机训练平台装置3是利用上述训练平台控制函数输出值用以控制驱动电机对训练平台的跑步机速度控制，实现跑步机速度与训练速度的匹配。跑步机训练平台装置3和跟随减重平台装置1的有机结合，最终实现跟随减重控制。

本实用新型中所提到的“前”、“后”、“左”、“右”为一个相对概念，定义扶杆23的把手方向(即扶杆伸出部分)为前，减重电机1501所在方向为左，移动电机1401所在方向为右。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种用于下肢患者康复训练的减重系统，包括系统支架装置、跑步机训练平台装置和控制装置，系统支架装置固定在跑步机训练平台装置的两侧，系统支架装置包括竖直支架、减重平台支架、扶杆和调节支撑架，扶杆通过相应的调节支撑架安装在相应的竖直支架的内侧，竖直支架的上方连接有减重平台支架，减重平台支架为矩形；所述跑步机训练平台装置包括训练平台和驱动电机，驱动电机通过控制装置进行控制；其特征在于该系统还包括跟随减重平台装置，所述跟随减重平台装置固定在减重平台支架上方；控制装置用于控制跟随减重平台装置和跑步机训练平台装置的运动；

所述跟随减重平台装置包括移动平台、第一导轨、第二导轨、绳驱跟随机构、绳张力控制恒减重机构、减重马甲、支撑机构和导轨滑块；

所述第一导轨沿扶杆长度方向固定在减重平台支架上方，且第一导轨与减重平台支架之间留有间隙；所述第二导轨平行于第一导轨固定在减重平台支架的表面上，且第二导轨与第一导轨的上表面在同一水平面上；移动平台通过导轨滑块安装在第一导轨和第二导轨上，且移动平台可在第一导轨和第二导轨上沿扶杆长度方向前后移动；所述移动平台中心设有通孔，所述支撑机构为两个支撑板，两个支撑板沿着扶杆长度方向相对安装在移动平台的通孔两侧；所述减重马甲用于训练者穿戴，所述绳张力控制恒减重机构位于支撑机构的右边支撑板的左侧，绳驱跟随机构位于支撑机构的右侧；

所述绳张力控制恒减重机构包括减重电机、减重电机联轴器、两个相互啮合的锥齿轮、绕线轮、导引轮、减重绳、弹簧和绳张力传感器；所述减重电机固定在移动平台上表面边缘上，减重电机的轴通过减重电机联轴器和一个锥齿轮的轴连接在一起，另一个锥齿轮的轴与绕线轮的轴连接，两个锥齿轮相互啮合，且减重电机联轴器和两个相互啮合的锥齿轮均位于支撑机构的左端；所述绕线轮和导引轮的轴的两端分别固定在两个支撑板上，绕线轮和导引轮均位于两个支撑板之间，且导引轮位于移动平台的通孔的上方；减重绳一端固定在绕线轮上，另一端经导引轮穿过移动平台的通孔固定于减重马甲的上端，与减重马甲相连的减重绳上从上至下依次连接有弹簧和绳张力传感器；

所述绳驱跟随机构包括移动电机、移动电机联轴器、牵引轮、滑轮、两个吊环和两个压力传感器、牵引绳索、压板、导向板、导向套、角度传感器、连接轴、轴承、角度传感器联轴器、固定板和垫板；所述移动电机固定在移动平台上，且位于支撑机构的右端，移动电机通过移动电机联轴器与牵引轮连接，移动电机的轴与减重电机的轴相互垂直；所述滑轮固定安装在减重平台支架的两个短边上，每个短边上均安装有两个滑轮；两个吊环沿扶杆长度方向分别对称安装在移动平台上表面边缘，且位于移动平台的中线上；所述牵引绳索有两段，每一段牵引绳索的一端固定在牵引轮上，另一端绕过一条短边上的两个滑轮固定在相应的吊环上，且从牵引轮引出至一个滑轮的牵引绳索部分与从另一个滑轮至相应吊环的牵引绳索部分相互平行；所述角度传感器通过固定板固定在支撑机构的右边支撑板外侧上，且位于移动电机的后方；所述角度传感器的轴通过角度传感器联轴器与连接轴连接，所述连接轴穿过右边支撑板与导向板连接，并通过轴承固定连接轴；所述导向板中心设有开孔，导向板的两端固定在两个支撑板的内侧，且位于导引轮的下方；导向板中心的开孔处连接有一个导向套，该导向套一直延伸至移动平台的通孔且穿过移动平台通孔；减重绳穿过该导向套与减重马甲连接；每个压力传感器的一端通过垫板固定在第一导轨所在的减重平台支架的边上，该压力传感器的另一端通过压板与第一导轨的一端连接，压板与减重平台支架不接触。

2.根据权利要求1所述的用于下肢患者康复训练的减重系统，其特征在于所述竖直支架的高度为训练者身高的1.3-2倍。