步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置及其方法與流程

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置及其方法。

背景技術(shù)：

我國對康復(fù)機(jī)器人的研究起步比較晚,輔助型康復(fù)機(jī)器人的研究成果相對較多,康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人方面的研究成果則比較少。清華大學(xué)在國內(nèi)率先研制了臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人樣機(jī)。我國簡易型的康復(fù)訓(xùn)練器械比較多，市場上賣的大多數(shù)就是這些簡易型的康復(fù)訓(xùn)練器械，原理是設(shè)置一定強(qiáng)度的運(yùn)動阻尼，模擬用戶運(yùn)動過程的阻尼，令用戶可以逐漸恢復(fù)運(yùn)動能力。

相比于其他的康復(fù)訓(xùn)練，步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人有著更好的人機(jī)和諧功能，能夠更科學(xué)、更智能、更和諧，而且只需通過用戶自身的調(diào)理應(yīng)用，不用再長時間呆在醫(yī)院里進(jìn)行治療，因此會有更加廣闊的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并提供一種步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置。本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

一種步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)、升降結(jié)構(gòu)、車輪結(jié)構(gòu)、u型車底盤；可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)包括扶手底盤和第一直線電機(jī)；扶手底盤底部一側(cè)固定于兩條直角連接桿上，直角連接桿另一端通過軸承固定于中心軸上，中心軸固定于升降結(jié)構(gòu)上；第一直線電機(jī)的機(jī)身底部鉸接于升降結(jié)構(gòu)上，其動力輸出軸頂部鉸接于扶手底盤底部，用于驅(qū)動扶手底盤繞中心軸旋轉(zhuǎn)；扶手底盤上部兩側(cè)均裝有圓柱型抓手；所述的升降結(jié)構(gòu)的頂部平臺中設(shè)置有容納座椅板的空腔，座椅板與頂部平臺構(gòu)成移動副，使座椅板能夠根據(jù)需要收納或者拉伸；升降結(jié)構(gòu)底部搭載于u型車底盤上，u型車底盤的開口朝向用戶站立方向；u型車底盤下方設(shè)有兩個步進(jìn)電機(jī)和四個車輪結(jié)構(gòu)，車輪分為兩個前輪和兩個后輪，步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動兩個前輪從而帶動整個步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置。

作為優(yōu)選，所述的座椅板位于升降結(jié)構(gòu)頂部平臺內(nèi)的部分帶有凸緣，用于控制座椅板的最大拉伸量；座椅板的前端可拆卸式連接有兩條連接繩，連接繩的另一端和扶手結(jié)構(gòu)相連，用于在座椅板拉出升降結(jié)構(gòu)頂部平臺后提供拉力。

作為優(yōu)選，所述的升降結(jié)構(gòu)采用鏈?zhǔn)缴笛b置，由多條直桿鉸接構(gòu)成剪刀叉式結(jié)構(gòu)，最頂部的兩條直桿之間橫跨有支承桿，第二直線電機(jī)的機(jī)身底部鉸接與u型車底盤上，其動力輸出軸頂部鉸接于支承桿上，用于推動鏈?zhǔn)缴笛b置以控制可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)的高度。

作為優(yōu)選，所述的第一直線電機(jī)的動力輸出軸伸縮行程需要滿足：動力輸出軸完全收縮時，扶手底盤上的圓柱型抓手在處于坐姿的用戶的雙手抓扶范圍內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述的u型車底盤由兩條并排的底桿中間通過兩條中間桿固定而成；底桿位于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置前進(jìn)方向的一端底部安裝前輪，步進(jìn)電機(jī)安裝于電機(jī)架上，且其動力輸出軸與前輪相連；電機(jī)架和底桿之間設(shè)置有彈簧減震器；底桿的另一端底部安裝后輪。

作為優(yōu)選，所述的扶手底盤上圓柱型抓手附近設(shè)置有柔軟手墊板。

作為優(yōu)選，還設(shè)有單片機(jī)作為控制單元，并與步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置中的各電機(jī)相連。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還設(shè)有與控制單元通過無線通信連接的慣性測量裝置，用于測量用戶的行進(jìn)速度。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用所述步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練方法，步驟如下：

首先，將慣性測量裝置佩戴于用戶下肢，并與控制單元建立數(shù)據(jù)交互連接；使步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置移動至用戶雙手可抓扶的范圍內(nèi)；使下肢需要鍛煉的用戶先保持坐姿，第一直線電機(jī)處于收縮最短狀態(tài)，使用戶雙手握住兩個圓柱型抓手后，控制第一直線電機(jī)運(yùn)行，推動整個可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)繞中心軸向上旋轉(zhuǎn)，輔助用戶站立；達(dá)到站立高度時，關(guān)閉第一直線電機(jī)；然后，通過控制第二直線電機(jī)，使其推動鏈?zhǔn)缴到Y(jié)構(gòu)，以調(diào)整可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)高度適應(yīng)用戶身高；啟動步進(jìn)電機(jī)，控制單元接收從用戶身上穿戴的慣性測量單元獲得的實(shí)時行走速度數(shù)據(jù)后，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)步態(tài)跟隨。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明通過可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)和升降結(jié)構(gòu)使其具有直線和旋轉(zhuǎn)兩個自由度，可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)依靠直線電機(jī)，在幫助了用戶使用其部分的剩余力量，不減少其肌肉力量的前提下，能將用戶攙扶起；同時在行走時也可以提供支撐力。

(2)本發(fā)明的可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)安裝壓力傳感器，根據(jù)壓力傳感器傳送的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)升降臺高度，使用戶達(dá)到最舒適的狀態(tài)，可以適應(yīng)不同的用戶。

(3)本發(fā)明的u型車底座中安裝合適的減震器，以此增強(qiáng)其在野外復(fù)雜環(huán)境下的使用性。

(4)本發(fā)明的控制單元與用戶穿戴的慣性測量單元相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了用戶開始運(yùn)動就啟動的自啟動功能，并可以在用戶使用時做到步態(tài)跟隨；人機(jī)結(jié)合，用戶不需要負(fù)重訓(xùn)練。

(5)本發(fā)明注重人機(jī)交互功能，能夠全方位監(jiān)測用戶的身體狀況，不僅僅從康復(fù)訓(xùn)練方面，更加延伸到醫(yī)學(xué)生理方面，一機(jī)多用，進(jìn)一步保護(hù)用戶的身體健康。

(6)本發(fā)明設(shè)置人性化座椅，方便用戶訓(xùn)練時休息

附圖說明

圖1步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置升降結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置前輪結(jié)構(gòu)等軸側(cè)視圖；

圖4為步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置輔助用戶使用的示意圖。

圖5為步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置的可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)旋至最低處時的狀態(tài)示意圖；

圖6為步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置的可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)旋至正常步態(tài)訓(xùn)練時的狀態(tài)示意圖。

圖中：扶手底盤15、第一直線電機(jī)38直角連接桿21、中心軸25、第一直線電機(jī)38、圓柱型抓手17、柔軟手墊板16、、直桿28、第二直線電機(jī)34、座椅板56、連接繩57、底桿1、中間桿40、前輪8、步進(jìn)電機(jī)6、電機(jī)架7、彈簧減震器55和后輪3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)、升降結(jié)構(gòu)、車輪結(jié)構(gòu)、u型車底盤和控制裝置。其作用是輔助下肢需要鍛煉的用戶實(shí)現(xiàn)站立、行走等功能，使其逐漸恢復(fù)下肢功能。

升降結(jié)構(gòu)用于調(diào)整扶手結(jié)構(gòu)對用戶的適應(yīng)高度；控制裝置用于根據(jù)用戶指令手動或自動地控制步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置的運(yùn)動；車輪機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置并根據(jù)控制單元的指令調(diào)節(jié)運(yùn)動速度和方向。用戶通過操作外部遙控器和可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)上的開關(guān)來控制步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置，裝置中的直線電機(jī)通過用戶手動操作和傳感器來調(diào)整工作狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)通過慣性測量單元的數(shù)據(jù)調(diào)整運(yùn)動裝置狀態(tài)。

可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)包括扶手底盤15和第一直線電機(jī)38；扶手底盤15底部一側(cè)固定于兩條直角連接桿21的水平部上，直角連接桿21垂直端通過軸承固定于中心軸25上，中心軸25通過另外的軸承固定于升降結(jié)構(gòu)上。由此，扶手底盤15可以整體以中心軸25進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整其與用戶的高度。第一直線電機(jī)38的機(jī)身底部鉸接于升降結(jié)構(gòu)上，其動力輸出軸頂部末端鉸接于扶手底盤15底部。當(dāng)動力輸出軸伸縮時，可以驅(qū)動扶手底盤15繞中心軸25旋轉(zhuǎn)。扶手底盤15上部兩側(cè)均裝有圓柱型抓手17，圓柱型抓手17附近設(shè)置有柔軟手墊板16，作為用戶手部的柔性緩沖。兩個圓柱型抓手17頂部可以分別設(shè)置控制開關(guān)，一個為整體開關(guān)，用于控制整體系統(tǒng)的運(yùn)動開啟和關(guān)閉，另一個為高度調(diào)節(jié)開關(guān)，用于控制整個扶手結(jié)構(gòu)的高度。其具體控制可與單片機(jī)等控制裝置聯(lián)動。

如圖2所示，升降結(jié)構(gòu)采用鏈?zhǔn)缴笛b置，由多條直桿28鉸接構(gòu)成剪刀叉式結(jié)構(gòu)，最頂部的兩條直桿28之間橫跨有支承桿，第二直線電機(jī)34的機(jī)身底部鉸接與u型車底盤上，其動力輸出軸頂部鉸接于支承桿上，用于推動鏈?zhǔn)缴笛b置以控制可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)的高度。升降結(jié)構(gòu)的頂部平臺中，由四條邊梁首位相連形成矩形支架，支架內(nèi)部布置加固梁。頂部平臺中一條梁體上開設(shè)通槽，用于容納座椅板56伸縮，座椅板56與頂部平臺的該條梁構(gòu)成移動副，使座椅板56能夠根據(jù)需要收納或者拉伸。座椅板56位于升降結(jié)構(gòu)頂部平臺內(nèi)的部分帶有凸緣，用于控制座椅板56的最大拉伸量。當(dāng)用戶需要坐下休息時，可以將其拉出，不使用時再收回去。同時為了給處于拉伸狀態(tài)的座椅板56提供支撐力，座椅板56的前端可拆卸式連接有兩條連接繩57，連接繩57的另一端和扶手結(jié)構(gòu)相連，由此為座椅板56拉出升降結(jié)構(gòu)頂部平臺后提供拉力。

u型車底盤由兩條并排的底桿1中間通過兩條中間桿40固定而成，中間桿40用于加強(qiáng)底座的抗彎強(qiáng)度。u型車底盤的開口朝向用戶站立方向。如圖3所示，底桿1位于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置前進(jìn)方向的一端底部安裝前輪8，步進(jìn)電機(jī)6安裝于電機(jī)架7上，且其動力輸出軸與前輪8相連。電機(jī)架7和底桿1之間設(shè)置有彈簧減震器55。彈簧減震器55與外部之間安裝墊片，用于減弱機(jī)械裝置之間的磨損。底桿1的另一端底部安裝后輪3，后輪3采用萬向輪。

升降結(jié)構(gòu)底部搭載于u型車底盤上，u型車底盤下方設(shè)有兩個步進(jìn)電機(jī)6和四個車輪結(jié)構(gòu)，車輪分為兩個前輪8和兩個后輪3，步進(jìn)電機(jī)6用于驅(qū)動兩個前輪8從而帶動整個步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置。

可旋轉(zhuǎn)扶手結(jié)構(gòu)通過外部設(shè)定直線電機(jī)的最大伸長值來限定扶手結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度最大值。一般來說，第一直線電機(jī)38的動力輸出軸伸縮行程需要滿足：動力輸出軸完全收縮時，扶手底盤15上的圓柱型抓手17在處于坐姿的用戶的雙手抓扶范圍內(nèi)。

同時，為了裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，可以另外設(shè)置單片機(jī)作為控制單元，并與步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置中的各電機(jī)相連。為了檢測用戶的行進(jìn)速度，還需要在用戶身上佩戴一個與控制單元通信連接的慣性測量裝置，用于測量用戶的行進(jìn)速度。連接方式可以采用藍(lán)牙、紅外等方式。

基于上述步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置，用戶的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練方法步驟如下：

首先，將慣性測量裝置佩戴于用戶下肢，并與控制單元建立數(shù)據(jù)交互連接；使步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練裝置移動至用戶雙手可抓扶的范圍內(nèi)，并處于如圖5所示狀態(tài)。使下肢需要鍛煉的用戶先保持坐姿，第一直線電機(jī)38處于收縮最短狀態(tài)，使用戶雙手握住兩個圓柱型抓手17后，控制第一直線電機(jī)38運(yùn)行，推動整個可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)繞中心軸25向上旋轉(zhuǎn)，輔助用戶站立，直至如圖6所示。達(dá)到站立高度時，關(guān)閉第一直線電機(jī)38；然后，通過控制第二直線電機(jī)34，使其推動鏈?zhǔn)缴到Y(jié)構(gòu)，以調(diào)整可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)高度適應(yīng)用戶身高。啟動步進(jìn)電機(jī)6，控制單元接收從用戶身上穿戴的慣性測量單元獲得的實(shí)時行走速度數(shù)據(jù)后，控制步進(jìn)電機(jī)6的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)步態(tài)跟隨。使用狀態(tài)示意圖如圖4所示，用戶前進(jìn)時，可旋轉(zhuǎn)式扶手結(jié)構(gòu)繼續(xù)給用戶提供支撐力。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。