CN212699587U

CN212699587U - 一种辅助老年人下肢锻炼装置

Info

Publication number: CN212699587U
Application number: CN202021885243.5U
Authority: CN
Inventors: 钱少明; 昌斌
Original assignee: Zhijiang College of ZJUT
Current assignee: Zhijiang College of ZJUT
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2030-09-02

Abstract

本实用新型公开了一种辅助老年人下肢锻炼装置，包括至少一套仿下肢辅助机构，所述仿下肢辅助机构包括固定支架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂、第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机，所述固定支架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂依次首尾铰接形成三个转动自由度，所述的三个转动自由度分别大致对应人体的髋关节、膝关节和踝关节，所述第三关节臂远离第二关节臂的一端设有踏板；本实用新型在保证舒适和安全的同时让老年人下肢得到有效的锻炼，结构简单，可靠性高，具有较大的应用价值。

Description

一种辅助老年人下肢锻炼装置

技术领域

本实用新型涉及保健器械技术领域，具体涉及一种辅助老年人下肢锻炼装置。

背景技术

随着我国经济的发展和医疗条件的改善，老年人的锻炼健康问题也受到了人们的重视。老年人随着年龄的增长，身体机能逐步退化，尤其是下肢肌肉群的衰退，可能导致其易跌倒或受伤(如骨折)。目前老年人下肢运动不便引起的问题，严重影响了老年人的生活质量。研究表明，老年人进行适当的下肢训练能够延缓衰老，保持下肢力量，增加身体活力，必须通过加强下肢肌肉的锻炼来加强老年人下肢关节的运动性。目前老年人的锻炼方式大多为散步，此种锻炼方式下肢需要承受身体上半部分的重量，导致下肢肌肉长时间处于压力状态，锻炼肌肉单一。又考虑到老年人的下肢肌肉退化程度和锻炼时的舒适性，所以锻炼装置要实现对关节运动进行不同运动轨迹的调节，另一方面，要使锻炼时下肢肌肉不承受身体上半部部分重量。综上考虑，需要研制一种对下肢三个关节(髋、膝、踝)进行锻炼且具有多种运动模式的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种辅助老年人下肢锻炼装置，旨在解决老年人下肢肌肉锻炼不足的问题，使老年人下肢更加健康。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种辅助老年人下肢锻炼装置，包括至少一套仿下肢辅助机构，所述仿下肢辅助机构包括固定支架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂、第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机，所述固定支架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂依次首尾铰接形成三个转动自由度，所述的三个转动自由度分别大致对应人体的髋关节、膝关节和踝关节，所述第三关节臂远离第二关节臂的一端设有踏板；

定义第一关节臂与水平面的夹角为θ₁，第一关节臂的延长线与第二关节臂的夹角为θ₂，第二关节臂的延长线与第三关节臂的夹角为θ₂，并定义逆时针转动方向为正；

所述第一伺服电机可驱动第一关节臂在θ₁＝-20°～50°的最大角度范围内往复转动，所述第二伺服电机可驱动第二关节臂在θ₂＝-80°～0°的最大角度范围内往复转动，所述第三伺服电机可驱动第三关节臂在θ₃＝-20°～50°的最大角度范围内往复转动。

进一步的设置在于，所述第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机均为带有码盘的伺服电机。

进一步的设置在于，所述第一伺服电机的输出轴通过第一减速箱与第一关节臂的端部连接；所述第二伺服电机的输出轴通过第二减速箱与第二关节臂的端部连接；所述第三伺服电机的输出轴通过第三减速箱与第三关节臂的端部连接。

进一步的设置在于，所述踏板设置于第三关节臂的前侧；所述第一伺服电机和第一变速箱固定设置于固定支架的背侧；所述第二伺服电机和第二变速箱固定设置于第一关节臂的背侧；所述第三伺服电机和第三变速箱固定设置于第二关节臂的背侧。

进一步的设置在于，所述第一关节臂和第二关节臂均为弯折形，使得第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂的前侧面相对齐平。

进一步的设置在于，所述第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机中同时工作的电机数量为一个或多个。

进一步的设置在于，所述仿下肢辅助机构的数量为两套，对称设置并对应人体的两条下肢。

进一步的设置在于，所述髋关节对应的转动自由度下方设有座椅。

本实用新型与现有技术相对比，其有益效果在于：

1、本实用新型通过仿下肢辅助机构的三个转动自由度对下肢三个关节进行辅助运动，同时起到适量的肌肉拉伸效果，三个转动自由度可分别单独对其中一个关节进行锻炼，也可两个或三个同时工作进行复合式锻炼，运动模式多样化，对肌肉组织群的锻炼较为全面，并且强度适中，可提升老年人锻炼的柔和度。

2、本实用新型提供科学的关节旋转角度，在保证舒适和安全的同时让老年人下肢得到有效的锻炼，结构简单，可靠性高，具有较大的应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的俯视结构示意图。

图3是本实用新型的侧面结构示意图。

图中：1、机架；2、固定支架；3、第一关节臂；4、第二关节臂；5、第三关节臂；6、第一伺服电机；7、第二伺服电机；8、第三伺服电机；9、第一减速箱；10、第二减速箱；11、第三减速箱；12、踏板；13、法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：一种辅助老年人下肢锻炼装置，如图1-3所示，包括固定于地面的机架1以及对称设置于机架1上的两套仿下肢辅助机构，分别用于对两腿进行辅助锻炼，并在两套仿下肢辅助机构之间设置有座椅(图中未示出)。由于两套仿下肢辅助机构结构相同，本实施例对其中一套进行详细描述。

仿下肢辅助机构包括固定支架2、第一关节臂3、第二关节臂4、第三关节臂5、第一伺服电机6、第二伺服电机7、第三伺服电机8、第一减速箱9、第二减速箱10以及第三减速箱11，其中固定支架2截面呈L形且其一面固定安装在机架1上，另一面垂直于机架1且垂直于地面，固定支架2、第一关节臂3、第二关节臂4、第三关节臂5依次首尾铰接形成三个转动自由度，三个转动自由度分别大致对应人体的髋关节、膝关节和踝关节。座椅位于对应髋关节的转动自由度下方。

具体而言，第一减速箱9固定安装于固定支架2的背侧，第一伺服电机6固定安装在第一减速箱9上，第一伺服电机6的输出轴与第一减速箱9的输入端键连接，第一减速箱9的输出轴穿过固定支架2上的孔后通过法兰13与第一关节臂3的一端固定连接，此时便可通过第一伺服电机6带动第一关节臂3旋转；第二减速箱10固定安装于第一关节臂3的另一端背侧，类似的，第二伺服电机7与第二减速箱10连接，第二减速箱10的输出轴穿过第一关节臂3的孔后通过法兰与第二关节臂4的一端固定连接，此时便可通过第二伺服电机7带动第二关节臂4绕第一关节臂3的端部旋转；第三减速箱11固定安装于第二关节臂4的另一端背侧，同样的，第三伺服电机8与第三减速箱11连接，第三减速箱11的输出轴穿过第二关节臂4的孔后通过法兰与第三关节臂5的一端固定连接，此时便可通过第三伺服电机8带动第三关节臂5绕第二关节臂4的端部旋转；第三关节臂5的自由端位于前侧设有用于脚踏的踏板12。

上述结构中，第一关节臂3和第二关节臂4均为弯折形，使得第一关节臂3、第二关节臂4和第三关节臂5的前侧面相对齐平，以免其在工作时与腿部发生干涉。

本实施例中，第一伺服电机6、第二伺服电机7以及第三伺服电机8均为带有码盘(编码器)的伺服电机，通过码盘可控制伺服电机的旋转角度。具体的，定义第一关节臂3与水平面的夹角为θ₁，第一关节臂3的延长线与第二关节臂4的夹角为θ₂，第二关节臂4的延长线与第三关节臂5的夹角为θ₂，并定义逆时针转动方向为正，为了使设计的一种辅助老年人下肢锻炼装置锻炼效果能达到最佳，综合分析正常人体步态分析数据和人体关节运动范围数据，本实施例初步设定如下转动自由度的转动角度范围：

第一伺服电机6驱动第一关节臂3作往复运动的最大角度范围为θ₁＝-20°～50°；

第二伺服电机7驱动第二关节臂4作往复运动的最大角度范围为θ₂＝-80°～0°；

第三伺服电机8驱动第三关节臂5作往复运动的最大角度范围为θ₃＝-20°～50°；

具体实施时，可根据实际情况在上述范围内调整具体的角度范围，但不应超过上述的角度范围，以免造成肌肉损伤。

本实施例可以仅由其中一个转动自由度对一个关节进行单独锻炼，例如单一髋关节运动模式、单一膝关节运动模式、单一踝关节运动模式；也可以由其中两个或三个转动自由度同时对多个关节进行复合运动训练。在关节肌肉中，多关节肌占多数，因此复合运动训练的效果最佳，通过复合运动可以锻炼肌肉的运动协调能力，以及对多种肌肉群的控制能力。将复合运动训练设计成不同的动作组，动作组由不同的单一运动模式(单一髋关节运动模式、单一膝关节运动模式、单一踝关节运动模式)通过不同的转向、节奏或频率组成，可形成多种不同的组合运动模式，不同的组合运动模式可锻炼不同的肌肉组织群，可以让锻炼效果更全面。同样也可以是组合运动模式和单一运动模式交替进行，例如由单一髋关节运动模式和单一膝关节运动模式组合形成的组合运动模式与单一踝关节运动模式交替锻炼。

本实施例在具体实施时，可通过下面几种较为典型的组合运动模式进行锻炼。

(1)初始位置：

θ₁＝40°，

θ₂＝-70°，

θ₃＝0°，

第一关节臂3向下转动使θ₁逐渐减小至0°，与此同时，第二关节臂4向上转动使θ₂逐渐增加至-10°；随后第一关节臂3和第二关节臂4均反向转动，并保持在上述角度内往复摆动，在此过程中，第三关节臂5相对第二关节臂4保持不动，从而完成大腿的摆动和膝关节的屈伸运动。

(2)初始位置：

θ₁＝40°，

θ₂＝-70°，

θ₃＝0°，

第一关节臂3向下转动使θ₁逐渐减小至0°，与此同时，第二关节臂4向上转动使θ₂逐渐增加至0°，当第一关节臂3和第二关节臂4相对水平时，第三关节臂5向上转动使θ₃增加至40°，对踝关节施加扭力，然后第三关节臂5恢复初始位置；随后第一关节臂3、第二关节臂4均反向转动至初始位置，完成一个训练动作，接着按照上述步骤进行下一个训练动作，以此往复。

(3)初始位置：

θ₁＝0°，

θ₂＝0°，

θ₃＝0°，

第一关节臂3向上转动θ₁逐渐增大至50°，与此同时，第三关节臂5向上转动使θ₃增加至30°，对踝关节施加扭力；然后第一关节臂3和第三关节臂5恢复初始位置，并以此摆动；在此过程中，第二关节臂4保持不动，从而完成对髋关节和踝关节的训练，同时保持膝关节的伸展状态。

本实施例还有很多其他训练方式组合，在此不一一列举；此外，本实施例中的两套仿下肢辅助机构可以同步运动，也可以是反向同步运动或交替运动，甚至可以根据实际情况采取两侧不相关的运动模式。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，包括至少一套仿下肢辅助机构，所述仿下肢辅助机构包括固定支架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂、第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机，所述固定支架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂依次首尾铰接形成三个转动自由度，所述的三个转动自由度分别大致对应人体的髋关节、膝关节和踝关节，所述第三关节臂远离第二关节臂的一端设有踏板；

2.根据权利要求1所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机均为带有码盘的伺服电机。

3.根据权利要求2所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述第一伺服电机的输出轴通过第一减速箱与第一关节臂的端部连接；所述第二伺服电机的输出轴通过第二减速箱与第二关节臂的端部连接；所述第三伺服电机的输出轴通过第三减速箱与第三关节臂的端部连接。

4.根据权利要求3所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述踏板设置于第三关节臂的前侧；所述第一伺服电机和第一变速箱固定设置于固定支架的背侧；所述第二伺服电机和第二变速箱固定设置于第一关节臂的背侧；所述第三伺服电机和第三变速箱固定设置于第二关节臂的背侧。

5.根据权利要求4所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述第一关节臂和第二关节臂均为弯折形，使得第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂的前侧面相对齐平。

6.根据权利要求1所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机中同时工作的电机数量为一个或多个。

7.根据权利要求1所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述仿下肢辅助机构的数量为两套，对称设置并对应人体的两条下肢。

8.根据权利要求1或7所述的一种辅助老年人下肢锻炼装置，其特征在于，所述髋关节对应的转动自由度下方设有座椅。