CN213724664U - 一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其体积小，功能强，可以独立拆卸和安装于轮椅，所述模拟运动装置包括箱体，所述箱体包括电动机，所述电动机上设置第一轴，所述第一轴具有第一端和第二端，第一端和第二端水平伸出所述箱体；支撑组件，所述支撑组件包括一对支撑构件、第一连接臂、第二连接臂、延长臂、第二轴以及一对连接件；一对踏板，分别连接到第一轴的第一端和第二端。该模拟运动装置非常适合瘫痪的人士和行动不便的老年人士，使他们不必在外人的帮助下就可以独立自主地坐在轮椅上自由地锻炼下肢，加强腿部肌肉运动，进而促进肢体的血液循环，以此改善和提高自身的健康状况。

Description

一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置

技术领域

本实用新型主要涉及康复锻炼器械相关技术领域，具体是一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置。

背景技术

我们经常看到，行动不便的老人和残疾人使用(电动)轮椅外出游玩。目前，这些轮椅功能单一，大部分只用于坐着和短途出行，车上没有任何康复锻炼装置用来锻炼他们的身体，以此改善和提高他们的健康状态。

全世界数百万人有下肢行走功能障碍，也就是通常所说的“瘫痪/截瘫”，有些人由中风或脊髓损伤引起，也有些人天生就截瘫，和部分人因车祸等意外事故而被迫坐到轮椅上，这些行动不便的人士通常需要在医院和疗养康复机构的专业人士指导和帮助下进行适当的下肢锻炼，增加腿部肌肉运动，进而促进肢体的血液循环，以此改善和提高自身的健康状况；

为了解决这一问题，过去人们发明了一些锻炼装置，使残疾人士能够适当锻炼下肢，比如经常用于下肢康复锻炼并符合人体工程学的固定式自行车，但其主要适合于室内进行下肢锻炼，而且造价昂贵，体积也大，不易被一般消费者所接受。此外，用户需要坐在自行车鞍座上，并抓住自行车把手和用两个踏板锻炼肢体，这种固定式自行车比较适合那些不需要外人协助下就可以独立行走运动和坐在自行车鞍座上的用户，然而，绝大多数的瘫痪人士都不能独立地骑行自行车及独自站立(需要外人帮助和搀扶)，所以他们不适用这种固定式自行车的锻炼装置。

此外，我们还看到许多瘫痪人士在医院和康复中心接受专业医师指导下的锻炼和理疗，通常这样的下肢康复锻炼花费巨大，耗时长，也不方便。

实用新型内容

本实用新型从日常实际需求和实用功能出发，研究一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，这种装置体积小，功能强，便携且安装方便，其非常适合行动不便的老年人和残疾人士，特别是瘫痪人士，帮助他们坐在轮椅上的就可以独立(无需外人帮助)自主地锻炼下肢。

本实用新型的技术方案如下：

一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其可以独立拆卸和安装于轮椅，所述模拟运动装置包括：

箱体，所述箱体包括电动机，所述电动机上设置第一轴，所述第一轴具有第一端和第二端，第一端和第二端水平伸出所述箱体；

支撑组件，所述支撑组件包括一对支撑构件、第一连接臂、第二连接臂、延长臂、第二轴以及一对连接件；每个支撑构件包括相互连接的第一臂、第二臂，第一连接臂的两端分别连接在每个支撑构件的第一臂、第二臂结合处，第二连接臂的两端分别连接在每个支撑构件的第二臂处；所述延长臂具有近端和远端，其远端与第一连接臂连接，近端设置第一旋转把手，用于支撑和移动所述箱体；所述第二轴连接第二连接臂和一支架，支架与第一连接臂连接，第二轴上设置第二旋转把手，用于调整箱体的倾斜角度；一对连接件分别连接在每个支撑构件的第一臂处，每个连接件包括与轮椅的基架结合的夹持组件；

一对踏板，分别连接到第一轴的第一端和第二端。

进一步，所述连接件包括夹持组件以及安装在夹持组件上的立轴，所述立轴与支撑构件的第一臂连接，所述夹持组件与轮椅的基架连接。

进一步，所述第一连接臂通过至少一对螺母、一个或多个垫圈、一个或多个套筒与所述支撑构件连接。

进一步，所述第一连接臂和第二连接臂在适当的距离处平行的设置。

进一步，一对支撑构件彼此平行的设置。

进一步，所述延长臂内设置第三轴，所述第一旋转把手安装在第三轴的端部，所述第三轴包含弹簧。

进一步，所述踏板通过含有多个槽的高度调节构件连接到第一轴的第一端和第二端。

进一步，所述踏板包括脚踏板以及固定在上面的皮带。

进一步，所述模拟运动装置还包括：

电驱动单元，配置用于控制驱动电动机；

一个或多个用户接口设备，连接电驱动单元，用于供用户操作或连接外部设备。

进一步，所述模拟运动装置还包括一个或多个手柄，配置在轮椅上的扶手前面的区域中，其中，一个或多个手柄可将一个或多个用于接口设备保持在一个位置。

本实用新型的有益效果：

本实用新型属于一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其目的是让坐在轮椅上的用户能够独立(无需外人帮助)自主地锻炼下肢，其可以在室内或室外进行主动或被动地锻炼下肢，比如，用户可以主动地踩动踏板进行下肢锻炼，也可以在电机辅助运动(被动)状态下用户下肢跟随踏板慢速(速度可以按需调节)运动。本装置体积小，功能强，可以被快速地安装到轮椅上，并且易于拆卸，从而方便大家在家或者外出游玩时携带使用。

附图说明：

图1是本实用新型安装在轮椅上的模拟运动装置示意图；

图2是本实用新型安装在轮椅上的模拟运动装置，以及坐在轮椅上的用户正在使用该装置的示意图；

图3是图1中的模拟运动装置的前侧视图，其中一些组件被移除；

图4是图1中的模拟运动装置的后侧视图，其中一些组件被移除；

图5是图4的模拟运动装置的后视图；

图6是坐在轮椅上的用户进行操作的装置控制界面设备的前视图；

图7是电动机箱体的电源连接，还有紧急刹车示意图；

图8是电动机驱动装置，装有电动机的箱体，以及用户界面设备之间三者的电流连接的示意图；

图9是一个坐在轮椅上的用户正在独自使用模拟运动装置的示意图；

图10是坐在轮椅上的用户锻炼下肢的方法流程示意图。

具体实施方式：

结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解的是，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外还应理解，在阅读了本实用新型内容之后，本领域的技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本实用新型专利申请所限定的范围。

根据各种实例并参考图1-2，本实用新型中提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置100安装在轮椅200上，让坐在轮椅200上的用户使用。本实用新型中的所述的轮椅200包括传统轮椅、手推轮椅车或者类似于帮助病人的轮椅工具，可以是手动轮椅，也可以是电动轮椅。日常下肢的康复锻炼对患有脑瘫、四肢瘫痪、中风的病人来说是必不可少的，也可以提高身体机能，在安装本模拟运动装置后，其能够让行动不便的老年人和瘫痪残疾人在没有外人帮助下独立自主地锻炼下肢。

如图1所示，轮椅200包括由一根或多根杆焊接在一起形成的基架202。基架202上连接有靠背208的座椅和多个轮子。基架202一端的轮子是可以旋转 360度的主轮206，固定在基架202另一端的轮子是驱动轮204，可由用户手动独立操作以驱动轮椅200。

如图1-8所示，模拟运动装置100可独立拆卸和安装在轮椅200上，坐在轮椅200上的用户也可借此装置锻炼下肢。

根据实施例图示，模拟运动装置100包括箱体101，箱体101包括电动机 102，电动机102具有第一轴103，第一轴103具有两端即第一端和第二端。第一轴103的第一端和第二端通过同一水平面101a水平地伸出箱体101(图示上仅可见一个侧面)。其中，电动机102是齿轮电动机，齿轮电动机是包括连接到主电动机转子上的一系列齿轮或齿轮箱，以便在低马力或低速状态下的电动机输出并产生高扭矩。

模拟运动装置100还包括支撑组件。支撑组件包括一对支撑构件104。每个支撑构件104包括有第一槽的第一臂104a和有第二槽的第二臂104b。每个支撑构件104的第一臂104a和第二臂104b在第三槽的接合构件处接合。此外，根据本实用新型的实施例图示，一对支撑构件104配置为相互平行状态。

支撑组件还包括第一连接臂105，第一连接臂105包括两端，即第一端和第二端。第一连接臂105经其第一端和第二端接合到每对支撑构件104中的第三槽中。如图3和4所示，第一连接臂105通过一对螺母105a与一对支撑构件104 接合。此外，第一连接臂105使用一个或多个垫圈105b和一个或多个套筒(图示看不到)接合到每对支撑构件104中的第三槽中。一对螺母105a有助于将模拟运动装置100安装或组装在不同宽度的轮椅200上。例如，在安装期间，安装者可以松开螺母105a以创建额外的宽度或空间，允许模拟运动装置100安装在其不同宽度的轮椅200上。

支撑组件还包括第二连接臂106，其有第一端和第二端。第二连接臂106经由第一端和第二端接合到每对支撑构件104中的第二槽中。根据本实施例，第一连接臂105和第二连接臂106以适当的距离相互平行的配置，所述第一连接臂105和第二连接臂106接合到一对支撑构件104上。

另外，支撑组件还包括延长臂107，其具有近端和远端的。延长臂107与第一连接臂105的远端进行接合。箱体101安装在延长臂107上。延长臂107有助于箱体101沿其纵轴或横轴的滑动移动/运动，通过使用靠近近端的第一旋转把手107a。第一旋转把手107a专门安装在轴体107b的端部。轴体107b包含弹簧(图示中看不到)，并且位于延长臂107内。

支撑组件还包括安装在第二轴108上的第二旋转把手108a。第二轴108连接到第二连接臂106和支架109上。支架109与第一连接臂105接合。第二旋转把手108a可以滑动地旋转，以调整接在延长臂107上的箱体101的倾斜角度或坡度。当模拟运动装置100安装在轮椅200上时，调整第二旋转把手108a可为支撑组件提供稳定性。

支撑组件还包括一对连接构件110。每个连接构件110包括夹持组件 110b-110d和安装在夹持组件110b-110d上的立轴110a。如图4所示，夹持组件包括一对夹持爪(上爪110b和下爪110b)，该夹持爪可中枢性的安装在支架 110d内。该对夹爪110b通过别针110c或类似装置固定在一起，该装置可使两个爪保持在一起。每对连接构件110的立轴110a与每对支撑构件104中的第一个槽接合。如图1-2所示，每对连接构件110的夹持组件110b-110d在两侧与轮椅200的基架202接合，以便于将模拟运动装置100安装在轮椅200上。

根据实施例图示，模拟运动装置100还包括一对踏板111。如图1和3所示，踏板111上设置带子，该带子有助于将坐在轮椅200上的用户下肢固定到踏板 111上，如图2和9所示。如图2和3所示，每个踏板111包括带有裂缝111b 的脚踏板111a、带缝隙111d的脚踏杆111c，以及固定在上面的皮带111e。每个踏板111分别连接到第一轴103的第一端和第二端。根据本实施例图示，每个踏板111可通过高度调节构件112连接到轴103的第一端和第二端。

如图1和3所示，高度调节构件112包括多个槽，多个槽有助于踏板111 相对于箱体101的高度调整。根据坐在轮椅200上的用户所需的踏板111的高度，踏板111可以安装在最低的槽或最高的槽中。当坐在轮椅200上的用户将其下肢放在踏板111上并启动模拟运动装置100进行锻炼时，高度调节部件112 可将电动机102机械性连动上踏板111上，帮助踏板实现循环运动。在踏板的循环运动期间，踏板111的位置角度可以在水平面和垂直面上发生相应变化。如图8所示，模拟运动装置100还包括电驱动单元120，配置控制驱动电动机 102，从而使得在操作上，接到电动机102的第一轴103并联动到的踏板111能够以指定的方向(可以是顺时针和/或逆时针方向)旋转运动。

模拟运动装置100还包括一个或多个用户接口设备125，以使得坐在轮椅 200上的用户能够至少查看和操作与电动机102和踏板111相关联的一个或多个参数，这些参数包括但不限于踏板111的速度和方向、电动机102产生的转矩、电动机电流、齿轮速度或换挡等。一个或多个用户接口设备125可以是有线或无线设备。如图6所示，有线设备的图示包括具有两段指示器的监视器/显示面板126，一些导航按钮用于输入或设置参数以及查看/监控信息，例如踏板对相关的速度、运动时消耗的热量、通过踩踏板行驶的距离、用户运动时体重的变化、测量的心率、与所进行运动相关的代谢当量、计数模拟水平、用户的脉搏率和血氧饱和度水平等。如图8所示，用户接口设备125可通过使用控制卡在操作上控制到电驱动单元120。电驱动单元120控制用户接口设备125上可显示各种参数和信息，特别是七段式指示器。应理解，就本实用新型而言，可使用任何其他形式的显示设备。

根据另一个实施例图示，一个或多个用户接口设备125可以是有集成无线通信模块的无线设备，例如，如图9所示的移动电话。坐在轮椅200上的用户可以使用装载在她/他的手机上的特定应用程序APP，来将手机与模拟运动装置 100相接通，例如允许用户输入或设置诸如踏板的速度和方向、电动机电流等参数，以及监控信息，包括但不限于与踏板相关的速度，运动过程中消耗的卡路里量，以及踏板运动的假设距离，使用者运动时体重的变化，心率，与所进行运动相关的运动代谢当量，计算用户的最佳运动模拟水平，脉搏率和血氧饱和度。

根据另一个实施例图示，可以将一个或多个用户接口设备125连接到其他通信设备，如外置智能平板、笔记本电脑、智能手表等。例如，用户接口设备 125可以配备一条或多条USB电线，使得用户接口设备125可以和外部通信设备相连接。

此外，一个或多个用户接口设备125可以配备诸如蓝牙等无线通信设备，以使得用户接口设备125能够连接到蓝牙服务器(未展示出)。考虑到医院场景中，可部署模拟运动装置100来训练患者，模拟运动装置100可以安装在轮椅 200上以供残疾人士锻炼使用。用户接口设备125的信息和数据可以让远离模拟运动装置100和轮椅200位置的专家医生，在他们的控制下把这些信息和数据发送到服务器。

电驱动单元120配置控制驱动电动机102、踏板111、以及由一个或多个电源、优选电池123供应的用户接口设备125。电驱动单元120还包括一个或多个传感器121，传感器121可监视电动机102、一对踏板111相关联的各种参数。传感器121可以包括但不限于踏板速度传感器、电动机电流传感器、电压传感器和扭矩传感器等。由传感器121感测或监视的参数包括但不限于踏板111的速度和方向、电动机102产生的扭矩、电动机电流、齿轮速度或齿轮变化等。

电驱动单元120还包括一个或多个功率调制器(未展示出)，其被配置为控制对电动机102的电源供应。在诸如启动、制动和速度、反转等瞬态操作期间，会从一个或多个电源(电池)123吸取较大电流。功率调制器可以为根据电动机 102的要求转换电流能量。

电驱动单元120还包括控制单元122、一个或多个可在操作上耦合到用户接口设备125的控制器，电动机102，还有一个传感器121，以及一个或多个功率调制器。控制单元122可接收一个或多个参数，这些参数与电动机102相关联，与一个或多个用户接口设备125的一对踏板111及传感器121相关联。此外，控制单元122对从传感器121和一个或多个用户接口设备125接收到的参数进行处理或分析，以此做出分析并生成一个或多个校正命令。通过对接收参数的分析生成校正命令，该校正命令基于接收/监视参数与存储在控制单元122中的预定义值集(预设值)的比较分析，或基于接收/监视参数与控制单元122接受到的来自于电动机102、踏板111的储存器接收的每个参数的比较分析。作为校正命令的一部分，电驱动单元120的控制单元122可以改变踏板111的速度和施加在患者肢体上的力量。此外，控制单元122可以控制功率调制器，功率调制器通过调整提供给电动机102的功率电流来保护电动机102。

如图8所示，一个或多个电源123与电动机102、传感器121、用户接口设备125、功率调制器和控制单元122相接通并可以通电。通常，一个或多个电源 123(例如电池)位于轮椅200的座椅208下面。电池123与控制单元122电相同，并且通常采用外部电源为其充电。

本实用新型的模拟运动装置100还包括一个或多个制动器，可以使用户能够在特定方向和位置锁定踏板。根据实施例图示，制动器功能可以让用户接口设备125的来实现一部分。例如，当使用者切换到用户接口设备125时，通过关闭电驱动122，可以自动使用制动器来制动踏板111在任何位置的循环运动。根据其他的一些实施例图示，物理制动器101b以多种不同的形式存在，例如通过按钮来使用制动器以制动踏板111上的运动，如图7所示。

本实用新型的模拟运动装置100还包括一个或多个手柄127，该手柄127可配置在如图1-2所示，在轮椅200上的扶手前的区域中。如图所示，手柄127 可以将用户接口设备125保持在一个位置，以便于坐在轮椅200上的用户查看和操作与电动机102和踏板111相关联的一个或多个参数。手柄127可以采用接合件127a安装在轮椅200的两侧或一侧。如图1所示，用户接口设备125可以直接安装在手柄127上，也可以采用附加支架安装在手柄127上，例如，如图2所示的三脚架。

本实用新型的实例还公开了一种坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法1000，现将图1-8和图10结合起来描述该方法。该方法包括可安装在轮椅 200上的模拟运动装置100的步骤(步骤1001)。模拟运动装置100包括由齿轮电动机102、一对踏板111、电驱动单元120、一个或多个用户接口设备125和支撑组件组成的箱体101组成，如参考上文中的图1-8。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，使用配置用户接口设备125与电动机102和踏板111相关联的一个或多个参数的步骤(步骤1002)。各种参数包括踏板111的速度和方向、电动机102产生的扭矩、电动机电流、其产生的输出功率、齿轮速度等。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，在特定方向和位置配置或设置踏板111的步骤，以及让坐在轮椅200上的用户舒适地将其下肢放在踏板111上(步骤1003)。通过使用第一旋转把手107a和第二旋转把108a，来调整安装在支撑组件的延长臂107上的箱体101的倾斜角度和位置，同时也可间接地调整踏板111的方向和位置。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，通过使用用户接口设备125(步骤1004)，可让坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的步骤。用户可以操作用户接口设备125上提供的按钮或接口，来设置或配置与电动机102或踏板111相关联的一个或多个参数。一旦用户设置了参数，用户就可以开始练习。根据使用者的健康状况或肢体运动的不同程度，可以选择在室内或室外进行任何特定时间的锻炼。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，在用户接口设备125 上可选择性地监测在锻炼期间或之后的与踏板有关的一组信息的步骤(步骤 1005)。该组信息包括但不限于踏板相关联的速度、运动过程中燃烧的卡路里的量、通过踏板运动行走的距离、用户运动的体重变化、测量心率、与所进行的运动相关的运动代谢当量、计数模拟水平、脉率以及使用者的血氧饱和度。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，从用户接口设备125接收与电动机102、踏板111和传感器121相关联的参数的步骤(步骤1006)。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，处理或分析从传感器121 和用户接口设备125接收到的参数的步骤(步骤1007)。

坐在轮椅200上的用户进行下肢锻炼的方法还包括，基于从传感器121和用户接口设备125接收到的参数，并对其进行分析和生成一个或多个校正命令的步骤(步骤1008)。对接收参数的分析生成校对命令，基于接收/监视的参数与存储在控制单元122中的预定义值集(预设值)的比较分析，或基于接收/监视的参数与与电动机102、踏板111相关联的每个对应接收或储存的参数的比较分析。作为校正动作/命令的一部分，电驱动单元120的控制单元122可以改变踏板111的速度和施加在用户肢体上的力量。此外，控制单元122可以命令一个或多个功率调制器来保护电动机102，通过调整提供给电动机102的功率电流水平。

除了上述方法和说明中所述的特点外，该装置采用不同材料(比如铝合金，钛合金，碳纤维等等)打造出一体式结构，其具有体积小、运动功能强、轻量坚固、便携性和防水功能，从而最大限度地提高该装置的优势和实用功能。本实用新型的模拟运动装置100能够承受-10℃到+30℃的温度差变化。在另一实施例图示中，模拟运动装置100还可以为用户动态调整踏板111的运动幅度，以此满足不同体型和身高的用户的肢体运动。

Claims (10)

1.一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，可独立拆卸和安装于轮椅，其特征在于，所述模拟运动装置包括：

箱体，所述箱体包括电动机，所述电动机上设置第一轴，所述第一轴具有第一端和第二端，第一端和第二端水平伸出所述箱体；

支撑组件，所述支撑组件包括一对支撑构件、第一连接臂、第二连接臂、延长臂、第二轴以及一对连接件；每个支撑构件包括相互连接的第一臂、第二臂，第一连接臂的两端分别连接在每个支撑构件的第一臂、第二臂结合处，第二连接臂的两端分别连接在每个支撑构件的第二臂处；所述延长臂具有近端和远端，其远端与第一连接臂连接，近端设置第一旋转把手，用于支撑和移动所述箱体；所述第二轴连接第二连接臂和一支架，支架与第一连接臂连接，第二轴上设置第二旋转把手，用于调整箱体的倾斜角度；一对连接件分别连接在每个支撑构件的第一臂处，每个连接件包括与轮椅的基架结合的夹持组件；

一对踏板，分别连接到第一轴的第一端和第二端。

2.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述连接件包括夹持组件以及安装在夹持组件上的立轴，所述立轴与支撑构件的第一臂连接，所述夹持组件与轮椅的基架连接。

3.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述第一连接臂通过至少一对螺母、一个或多个垫圈、一个或多个套筒与所述支撑构件连接。

4.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述第一连接臂和第二连接臂在适当的距离处平行的设置。

5.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，一对支撑构件彼此平行的设置。

6.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述延长臂内设置第三轴，所述第一旋转把手安装在第三轴的端部，所述第三轴包含弹簧。

7.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述踏板通过含有多个槽的高度调节构件连接到第一轴的第一端和第二端。

8.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述踏板包括脚踏板以及固定在上面的皮带。

9.根据权利要求1所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述模拟运动装置还包括：

电驱动单元，配置用于控制驱动电动机；

一个或多个用户接口设备，连接电驱动单元，用于供用户操作或连接外部设备。

10.根据权利要求9所述的一种提供给轮椅用户的便携式锻炼下肢的模拟运动装置，其特征在于，所述模拟运动装置还包括一个或多个手柄，配置在轮椅上的扶手前面的区域中，其中，一个或多个手柄可将一个或多个用于接口设备固定在一个位置。

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