專利名稱：柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)損傷患者手術(shù)后進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)， 特別是一種柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。
背景技術(shù)：
膝關(guān)節(jié)是人體中承擔(dān)支承和運(yùn)動(dòng)功能的重要關(guān)節(jié)。如果膝關(guān)節(jié)在發(fā)生損傷或醫(yī)療手術(shù)后的康復(fù)期內(nèi)不能及時(shí)得到有效的鍛煉，則極易造成膝關(guān)節(jié)部位的粘連和肌肉萎縮 等，從而大大限制膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)能力，嚴(yán)重的甚至?xí)斐申P(guān)節(jié)部分功能的永久缺損。因此， 現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)認(rèn)為，術(shù)后及時(shí)對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行適度、有效的康復(fù)鍛煉，對(duì)恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能具有 非常重要的作用。目前已有不少關(guān)于關(guān)節(jié)康復(fù)器械的專利申請(qǐng)，例如美國專利US6325770B1和 US6221033B1、中國專利200410006254.0等，市場上關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的種類也比較多(一般 稱為CPM機(jī)，Continuous Passive Motion)，但它們的工作原理都是持續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)理論，基 本上都采用了電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。這種CPM機(jī)的缺點(diǎn)在于它們一般只能對(duì)患 者提供被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練，即由電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)患者肢體運(yùn)動(dòng)。 隨著康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，簡單的持續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練過多地關(guān)注于 對(duì)關(guān)節(jié)靈活性的鍛煉，而沒有對(duì)與關(guān)節(jié)關(guān)聯(lián)的肌肉和韌帶進(jìn)行必要的拉伸鍛煉，大大影響 了患肢康復(fù)的效果。越來越多的醫(yī)學(xué)專家強(qiáng)調(diào)，被動(dòng)的CPM訓(xùn)練必須與患者的主動(dòng)訓(xùn)練相 結(jié)合，因此迫切需要一種能夠提供主動(dòng)_被動(dòng)兩種不同訓(xùn)練方式的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。另 一方面，傳統(tǒng)CPM機(jī)由于是機(jī)械剛性聯(lián)接，若施力不當(dāng)或運(yùn)動(dòng)范圍超過患者關(guān)節(jié)所能承受 的動(dòng)作范圍時(shí)，則極易對(duì)關(guān)節(jié)造成二次傷害，因此迫切需要一種施加力度可調(diào)的、具有良好 柔順性的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。為解決傳統(tǒng)CPM機(jī)存在的上述問題，技術(shù)人員進(jìn)行了相關(guān)的研究，如中國專利申 請(qǐng)200910031938. 9與200410077721. 9等。但這些研究仍然沒有很好地全部解決傳統(tǒng)CPM 機(jī)存在的兩大主要問題。例如中國專利200910031938. 9中提出了一種雙出軸主被動(dòng)上下 肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)，利用磁流變阻尼器可提供主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練中的阻尼力，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)的主動(dòng) 訓(xùn)練，解決了康復(fù)訓(xùn)練不同階段對(duì)主-被動(dòng)訓(xùn)練的不同要求，但它仍然是利用電機(jī)作為康 復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)力源，仍然沒有避免電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛性結(jié)構(gòu)，所以仍然存在安全性差 的問題；中國專利200410077721. 9提出了一種利用Mckibben型氣動(dòng)肌肉的氣動(dòng)式下肢康 復(fù)裝置，由于利用了氣動(dòng)肌肉具有柔順性的特點(diǎn)，使得該康復(fù)裝置具有較好的柔順性和安 全性，但這種康復(fù)裝置仍然只能對(duì)患者實(shí)施被動(dòng)訓(xùn)練，無法滿足主動(dòng)訓(xùn)練的要求。同時(shí)，由 于Mckibben型氣動(dòng)肌肉的有效行程較短，使得該康復(fù)訓(xùn)練裝置所能提供的訓(xùn)練角度較小， 無法實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練中的大角度運(yùn)動(dòng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可適用于膝關(guān)節(jié)損傷患者術(shù)后進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的器械，該康復(fù)訓(xùn)練器械具有柔順性的特點(diǎn)，并可根據(jù)患者的康復(fù)進(jìn)程提供被動(dòng)訓(xùn)練、主動(dòng)訓(xùn)練等多種不同的訓(xùn)練方式，且具有施加力可調(diào)、最大訓(xùn)練轉(zhuǎn)動(dòng)角度可調(diào)等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括 直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及控制單元，所述的直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板、無桿氣缸、無 桿氣缸的滑臺(tái)、充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)桿、彈簧、固定支架、聯(lián)接件、可移動(dòng)支架和 滑動(dòng)副；下肢托架單元包括大腿桿、大腿托板、小腿桿、小腿托板、腳托架、聯(lián)接桿、T型連接 件、L型桿、第一調(diào)節(jié)裝置和第二調(diào)節(jié)裝置；控制單元包括角度位移傳感器、力傳感器、位移 傳感器和控制器；在無桿氣缸滑臺(tái)上沿?zé)o桿氣缸行程方向的兩側(cè)邊緣處對(duì)稱安裝有兩個(gè)固定支架， 該兩個(gè)固定支架之間沿?zé)o桿氣缸行程方向安裝有導(dǎo)桿，該導(dǎo)桿的軸線與無桿氣缸的活塞的 軸線平行，在導(dǎo)桿上從大腿桿向小腿桿所指的方向依次設(shè)置彈簧、可移動(dòng)支架和充氣伸長 型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器；所述的兩個(gè)固定支架上分別安裝有聯(lián)接件；兩對(duì)滑動(dòng)副對(duì)稱放置在無 桿氣缸滑臺(tái)沿?zé)o桿氣缸行程方向的中心線的兩側(cè)，且滑動(dòng)副的滑動(dòng)方向與無桿氣缸的活塞 的行程方向平行；每對(duì)滑動(dòng)副由桿件和滑塊組成，該桿件的兩端分別固定在兩個(gè)聯(lián)接件上， 該滑塊則固定在可移動(dòng)支架上，該可移動(dòng)支架在與無桿氣缸行程方向垂直的方向的兩側(cè)分 別固聯(lián)有T型連接件，該兩個(gè)T型連接件上各自聯(lián)接有小腿桿，兩個(gè)小腿桿之間聯(lián)接有聯(lián)接 桿，聯(lián)接桿上安裝有腳托架；無桿氣缸固定在底板上，兩個(gè)L型桿分別固定在底板的兩側(cè)； 兩個(gè)小腿桿和聯(lián)接桿之間設(shè)有可調(diào)節(jié)桿件長度的第一調(diào)節(jié)裝置，兩個(gè)L型桿上設(shè)有可調(diào)節(jié) 桿件長度的第二調(diào)節(jié)裝置；可移動(dòng)支架與T型連接件之間、小腿桿與大腿桿之間以及大腿 桿與L型桿之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；角度傳感器安裝在大腿桿與小腿桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處，并與該 轉(zhuǎn)動(dòng)副同心；力傳感器和位移傳感器安裝在無桿氣缸的滑臺(tái)上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)可根據(jù)患者的康復(fù)程度，方便地實(shí)現(xiàn)膝 關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練和主動(dòng)訓(xùn)練等多種康復(fù)訓(xùn)練模式，并且施力(包括被動(dòng)訓(xùn)練中的驅(qū)動(dòng)力和主 動(dòng)訓(xùn)練中的阻尼力)無級(jí)可調(diào)。(2)由于采用了氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器作為行程末端的驅(qū)動(dòng)裝置， 使本發(fā)明具有良好的柔順性，可有效避免膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練中可能產(chǎn)生的二次傷害。(3)由于 采用了無桿氣缸和氣動(dòng)肌肉復(fù)合的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，解決了單純采用氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí) 存在的行程小、訓(xùn)練角度小的技術(shù)難題。(4)相比于單活塞桿氣缸，采用無桿氣缸可有效節(jié) 約工作空間，使本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明E向局部放大示意圖。圖3為本發(fā)明力傳感器和位移傳感器放置位置示意圖。圖4為本發(fā)明的動(dòng)作原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及 控制單元。其中，直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板1(該底板可以如圖1所示是兩塊分開組成，也可以做成一個(gè)整體)、無桿氣缸2、無桿氣缸的滑臺(tái)3、充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4、導(dǎo)桿5、彈簧6、固定支架7、聯(lián)接件8、可移動(dòng)支架9、滑動(dòng)副10 ；在現(xiàn)有技術(shù)中也有下肢托架單元，下 肢托架單元包括大腿桿11、大腿托板12、小腿桿13、小腿托板14、腳托架15、聯(lián)接桿16，本 發(fā)明的結(jié)構(gòu)還增加了 T型連接件17、L型桿18、第一調(diào)節(jié)裝置19和第二調(diào)節(jié)裝置20 ；控制 單元包括角度位移傳感器21、力傳感器22、位移傳感器23和控制器(圖中沒有表示，可以 市購或者通過常規(guī)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)控制)。無桿氣缸2固定在底板1上，在無桿氣缸的滑 臺(tái)3上沿?zé)o桿氣缸2行程方向的兩側(cè)邊緣處對(duì)稱安裝有兩個(gè)固定支架7，兩個(gè)固定支架7之 間沿?zé)o桿氣缸2行程方向安裝有導(dǎo)桿5，該導(dǎo)桿5的軸線與無桿氣缸2活塞的軸線平行，在 導(dǎo)桿5上從L(圖2、圖3的左邊)向R(圖2、圖3的右邊)方向(即從大腿桿11向小腿桿 13所指的方向)依次安裝有彈簧6、可移動(dòng)支架9和充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4。彈簧6 在初始安裝時(shí)保證一定的初始?jí)嚎s量。兩個(gè)固定支架7上分別安裝有連接件8，兩對(duì)滑動(dòng) 副10對(duì)稱放置在無桿氣缸滑臺(tái)3沿?zé)o桿氣缸2行程方向的中心線的兩側(cè)，且滑動(dòng)副10的 滑動(dòng)方向與無桿氣缸2活塞的行程方向平行。每對(duì)滑動(dòng)副10由桿件和滑塊組成，滑動(dòng)副10 中的桿件的兩端分別固定在兩個(gè)聯(lián)接件8上，該滑動(dòng)副10中的滑塊則固定在可移動(dòng)支架9 上。當(dāng)無桿氣缸2或氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4動(dòng)作產(chǎn)生位移時(shí)，即可帶動(dòng)可移動(dòng)支架9產(chǎn)生位移。 進(jìn)一步，可移動(dòng)支架9在與無桿氣缸2行程方向垂直方向的兩側(cè)分別固聯(lián)有T型連接件17， 該兩個(gè)T型連接件17上各自連接有小腿桿13，兩個(gè)小腿桿13之間連接有聯(lián)接桿16，聯(lián)接 桿16上安裝有腳托架15，小腿桿13和聯(lián)接桿16之間設(shè)計(jì)有可調(diào)節(jié)桿件長度的第一調(diào)節(jié)裝 置19，兩個(gè)小腿桿之間設(shè)有材質(zhì)柔軟的小腿托板14。兩個(gè)大腿桿之間設(shè)有材質(zhì)柔軟的大腿 托板12，L型桿18固定在底板1上，并設(shè)計(jì)有可調(diào)節(jié)桿件長度的第二調(diào)節(jié)裝置20。可移動(dòng) 支架9與T型連接件17之間、小腿桿13與大腿桿11之間以及大腿桿11與L型桿18之間 構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。因此，可移動(dòng)支架9、T型連接件17、小腿桿13、大腿桿11構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī) 構(gòu)。進(jìn)一步，角度傳感器21安裝在大腿桿11與小腿桿13之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處，并與該轉(zhuǎn)動(dòng)副 同心；力傳感器22和位移傳感器23安裝在無桿氣缸的滑臺(tái)3上。將這些傳感器檢測出的 物理量信號(hào)傳送給控制器進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置對(duì)供 氣壓力、供氣方向和供氣流量的準(zhǔn)確控制，使之實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的被動(dòng)訓(xùn)練和主動(dòng)訓(xùn)練，并具有 柔順性的特點(diǎn)。充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4由初始截面形狀為扁平狀的、外圓周包覆加強(qiáng)網(wǎng)的 橡膠管經(jīng)螺旋卷繞形成，并在兩側(cè)安裝端蓋，充氣后在軸向方向上膨脹產(chǎn)生位移。其中該充 氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4的具體內(nèi)容在作為與本發(fā)明同時(shí)遞交的另一件專利申請(qǐng)中詳 細(xì)說明。下面結(jié)合附圖1 4說明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式一、被動(dòng)訓(xùn)練方式(1)被動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段患者在準(zhǔn)備進(jìn)行膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，首先取仰臥位，并將需訓(xùn)練的下肢置于柔順 主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的大腿托板和小腿托板上，腳置于腳托架上。通過第一調(diào)節(jié)裝 置19和第二調(diào)節(jié)裝置20，可調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置桿件的長度以適應(yīng)不同身高的康復(fù)訓(xùn)練對(duì) 象。利用固定繃帶將大腿和小腿固定在托板上。此時(shí)，無桿氣缸滑臺(tái)處于圖1所示視圖方 向的最右端，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4的氣孔通大氣，在彈簧6的作用下處于最大收縮狀態(tài)，也處于最右端。此時(shí)，大腿桿與小腿桿處于同一直線方向。患者下肢處于伸展?fàn)顟B(tài)?？梢苿?dòng)支 架處于圖4所示的A點(diǎn)位置。(2)被動(dòng)訓(xùn)練第一階段被動(dòng)訓(xùn)練第一階段為氣缸驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)屈膝被動(dòng)訓(xùn)練階段。在該階段，氣動(dòng)柔性 驅(qū)動(dòng)器一直處于非充氣的最大收縮狀態(tài)，與可移動(dòng)支架間沒有相對(duì)位移。無桿氣缸右邊氣 孔Pl進(jìn)氣，左邊氣孔P2排氣，此時(shí)無桿氣缸的滑臺(tái)向圖1所示的左方向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其上的 固定支架、導(dǎo)向桿、氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、可移動(dòng)支架、滑動(dòng)副等一起向左運(yùn)動(dòng)。由前可知，可移 動(dòng)支架、T型連接件、小腿桿、大腿桿構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)可移動(dòng)支架向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng) T型連接件進(jìn)而帶動(dòng)小腿桿和大腿桿做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動(dòng)。此時(shí)可移動(dòng) 支架運(yùn)動(dòng)至圖4所示的B點(diǎn)位置，大腿桿、小腿桿和T型連接件運(yùn)動(dòng)至圖4中虛線所示的位 置。在這一過程中，通過控制器控制無桿氣缸的供氣壓力和供氣流量，可以控制被動(dòng)康復(fù)訓(xùn) 練的施力大小和運(yùn)動(dòng)速度大小。通過控制器控制無桿氣缸的行程，可以控制膝關(guān)節(jié)的訓(xùn)練 角度。(3)被動(dòng)訓(xùn)練第二階段被動(dòng)訓(xùn)練第二階段為氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)屈膝被動(dòng)訓(xùn)練階段。在膝關(guān)節(jié) 康復(fù)訓(xùn)練末端的5°左右的角度行程范圍內(nèi)，由氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練。 此時(shí)，無桿氣缸兩腔同時(shí)供氣，使無桿氣缸滑臺(tái)停止在某一固定位置。同時(shí)，對(duì)氣動(dòng)柔性驅(qū) 動(dòng)器供氣，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器充氣后伸長產(chǎn)生與之前無桿氣缸行程相同方向的位移，即圖1 中向左的位移，帶動(dòng)可移動(dòng)支架繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)而帶動(dòng)T型連接件、小腿桿和大腿桿做 相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)彎曲運(yùn)動(dòng)。該階段結(jié)束時(shí)，可移動(dòng)支架處于 圖4中的C點(diǎn)位置，大腿桿、小腿桿和T型連接件運(yùn)動(dòng)至圖4中的粗實(shí)線位置。通過控制器 控制氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的供氣壓力可以控制該階段的施力大小。由于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器具有良 好的柔順性，因此可保證膝關(guān)節(jié)訓(xùn)練的柔順安全性。(4)被動(dòng)訓(xùn)練第三階段被動(dòng)訓(xùn)練第三階段為膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練的伸展回復(fù)階段。在這一階段，首先保持無 桿氣缸兩腔的供氣，即保持無桿氣缸滑臺(tái)不動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器放氣，收縮回 復(fù)至自由狀態(tài)，在彈簧的作用下，可移動(dòng)支架由C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)。此后，改變無桿氣缸的 供氣狀態(tài)為左邊的氣孔P2供氣，右邊的氣孔Pl排氣，無桿氣缸滑臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其上的 固定支架、導(dǎo)桿、氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、可移動(dòng)支架、滑動(dòng)副等一起向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)T型連接 件、小腿桿和大腿桿做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的伸展回復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終，可移動(dòng)支架返回至A 點(diǎn)，康復(fù)下肢回復(fù)到初始的伸展?fàn)顟B(tài)。至此，一個(gè)康復(fù)被動(dòng)訓(xùn)練循環(huán)周期結(jié)束。重復(fù)上述被動(dòng)訓(xùn)練第一 第三階段，便可得到循環(huán)往復(fù)的被動(dòng)訓(xùn)練。二、主動(dòng)訓(xùn)練方式(1)主動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段與被動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段相同，患者下肢置于大腿托板和小腿托板上，腳置于腳托架上。通過第一調(diào)節(jié)裝置19和第二調(diào)節(jié)裝置20，可調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置桿件的長度以適應(yīng)不同 身高的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)象。利用固定繃帶將大腿和小腿固定在托板上。在主動(dòng)訓(xùn)練過程中，氣 動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4 一直為放氣狀態(tài)，并利用另外的手動(dòng)定位裝置將其位置固定不動(dòng)。無桿氣 缸的兩腔回路上分別設(shè)置了氣動(dòng)比例流量閥。在主動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段，向無桿氣缸的P2孔供氣，使無桿氣缸滑臺(tái)處于圖1所示視圖方向的氣缸最右端。此時(shí)可移動(dòng)支架處于圖4所示 的A點(diǎn)位置，大腿桿與小腿桿處于同一直線方向，患者下肢處于伸展?fàn)顟B(tài)。(2)主動(dòng)訓(xùn)練第一階段該階段為膝關(guān)節(jié)屈膝主動(dòng)訓(xùn)練階段。此時(shí)，停止無桿氣缸P2孔的供氣，同時(shí)，與無桿氣缸Pl孔相聯(lián)的氣動(dòng)支路上的氣動(dòng)比例流量閥全開，通過控制器控制與無桿氣缸P2孔 相聯(lián)的氣動(dòng)支路上的氣動(dòng)比例流量閥的開度，可以控制無桿氣缸滑臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)的阻尼力， 即控制主動(dòng)訓(xùn)練的阻尼力。過程為人體下肢主動(dòng)施力，通過小腿桿、T型連接件、可移動(dòng)支 架，帶動(dòng)無桿氣缸滑臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)。(3)主動(dòng)訓(xùn)練第二階段該階段為膝關(guān)節(jié)主動(dòng)訓(xùn)練的伸展回復(fù)階段，與主動(dòng)訓(xùn)練第一階段的阻尼力設(shè)置相 反，在該階段，與無桿氣缸P2孔相聯(lián)的氣動(dòng)支路上的氣動(dòng)比例流量閥全開，通過控制器控 制與無桿氣缸Pl孔相聯(lián)的氣動(dòng)支路上的氣動(dòng)比例流量閥的開度，控制無桿氣缸滑臺(tái)向右 運(yùn)動(dòng)的阻尼力。過程為人體下肢主動(dòng)施力，通過小腿桿、T型連接件、可移動(dòng)支架帶動(dòng)無桿 氣缸滑臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)。重復(fù)上述過程，便可得到循環(huán)往復(fù)的主動(dòng)訓(xùn)練。
權(quán)利要求
一種柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及控制單元，所述的直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板[1]、無桿氣缸[2]、無桿氣缸的滑臺(tái)[3]、充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]、導(dǎo)桿[5]、彈簧[6]、固定支架[7]、聯(lián)接件[8]、可移動(dòng)支架[9]和滑動(dòng)副[10]；下肢托架單元包括大腿桿[11]、大腿托板[12]、小腿桿[13]、小腿托板[14]、腳托架[15]、聯(lián)接桿[16]、T型連接件[17]、L型桿[18]、第一調(diào)節(jié)裝置[19]和第二調(diào)節(jié)裝置[20]；控制單元包括角度位移傳感器[21]、力傳感器[22]、位移傳感器[23]和控制器；在無桿氣缸滑臺(tái)[3]上沿?zé)o桿氣缸[2]行程方向的兩側(cè)邊緣處對(duì)稱安裝有兩個(gè)固定支架[7]，該兩個(gè)固定支架[7]之間沿?zé)o桿氣缸[2]行程方向安裝有導(dǎo)桿[5]，該導(dǎo)桿[5]的軸線與無桿氣缸[2]的活塞的軸線平行，在導(dǎo)桿[5]上從大腿桿[11]向小腿桿[13]所指的方向依次設(shè)置彈簧[6]、可移動(dòng)支架[9]和充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]；所述的兩個(gè)固定支架[7]上分別安裝有聯(lián)接件[8]；兩對(duì)滑動(dòng)副[10]對(duì)稱放置在無桿氣缸滑臺(tái)[3]沿?zé)o桿氣缸[2]行程方向的中心線的兩側(cè)，且滑動(dòng)副[10]的滑動(dòng)方向與無桿氣缸[2]的活塞的行程方向平行；每對(duì)滑動(dòng)副[10]由桿件和滑塊組成，該桿件的兩端分別固定在兩個(gè)聯(lián)接件[8]上，該滑塊則固定在可移動(dòng)支架[9]上，該可移動(dòng)支架[9]在與無桿氣缸[2]行程方向垂直的方向的兩側(cè)分別固聯(lián)有T型連接件[17]，該兩個(gè)T型連接件[17]上各自聯(lián)接有小腿桿[13]，兩個(gè)小腿桿[13]之間聯(lián)接有聯(lián)接桿[16]，聯(lián)接桿[16]上安裝有腳托架[15]；無桿氣缸[2]固定在底板[1]上，兩個(gè)L型桿[18]分別固定在底板[1]的兩側(cè)；兩個(gè)小腿桿[13]和聯(lián)接桿[16]之間設(shè)有可調(diào)節(jié)桿件長度的第一調(diào)節(jié)裝置[19]，兩個(gè)L型桿[18]上設(shè)有可調(diào)節(jié)桿件長度的第二調(diào)節(jié)裝置[20]；可移動(dòng)支架[9]與T型連接件[17]之間、小腿桿[13]與大腿桿[11]之間以及大腿桿[11]與L型桿[18]之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；角度傳感器[21]安裝在大腿桿[11]與小腿桿[13]之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處，并與該轉(zhuǎn)動(dòng)副同心；力傳感器[22]和位移傳感器[23]安裝在無桿氣缸的滑臺(tái)[3]上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于充氣伸長型 氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]由初始截面形狀為扁平狀的、外圓周包覆加強(qiáng)網(wǎng)的橡膠管經(jīng)螺旋卷繞 形成，并在兩側(cè)安裝端蓋，充氣后在軸向方向上膨脹產(chǎn)生位移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柔順主被動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及控制單元，所述的直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板、無桿氣缸、無桿氣缸的滑臺(tái)、充氣伸長型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)桿、彈簧、固定支架、聯(lián)接件、可移動(dòng)支架和滑動(dòng)副；下肢托架單元包括大腿桿、大腿托板、小腿桿、小腿托板、腳托架、聯(lián)接桿、T型連接件、L型桿、第一調(diào)節(jié)裝置和第二調(diào)節(jié)裝置；控制單元包括角度位移傳感器、力傳感器、位移傳感器和控制器。本發(fā)明可根據(jù)患者的康復(fù)程度，方便地實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練和主動(dòng)訓(xùn)練等多種康復(fù)訓(xùn)練模式，并且施力(包括被動(dòng)訓(xùn)練中的驅(qū)動(dòng)力和主動(dòng)訓(xùn)練中的阻尼力)無級(jí)可調(diào)。
文檔編號(hào)A63B23/04GK101836930SQ201010146319
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者孫中圣, 李小寧, 楊罡, 滕燕, 路建萍 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)