專利名稱：一種用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是涉及一種可用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，人口老齡化加劇 ，各種不健康的生活方式以及交通事故、工傷等不斷增力口，由中風(fēng)、脊柱損傷或意外事故等造成的行走功能障礙的患者已成為現(xiàn)代社會的常見群體。對這類患者除了采用藥物和手術(shù)治療外，主要依靠的是物理治療，即進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。研究表明，患者不能正常行走的很大一部分原因是下肢不能負(fù)重，即下肢承受不了身體的重量。傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法是通過治療師將患者攙扶起來進(jìn)行訓(xùn)練，這樣的方法勞動強(qiáng)度大，效率低。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，各種康復(fù)機(jī)器人相繼出現(xiàn)，減重系統(tǒng)成為了康復(fù)機(jī)器人研究的一個熱點(diǎn)。目前常用的減重系統(tǒng)主要是通過在患者背部系上安全帶，由繩索通過位于患者頭頂上的支架將患者垂直拉起以達(dá)到減重的目的，稱之為繩索型減重系統(tǒng)。這樣的減重方式給患者較大的束縛，訓(xùn)練過程很不舒適，限制了患者軀干和骨盆等多個方向的自由度，使患者在訓(xùn)練過程中不能自主的移動自己的身體。而相關(guān)研究表明軀干和骨盆的自由運(yùn)動對患者平衡能力的訓(xùn)練有著非常重要的作用，繩索型減重系統(tǒng)僅關(guān)注于患者下肢的減重和行走功能，忽略了平衡能力訓(xùn)練對患者康復(fù)的重要性，從而影響了康復(fù)訓(xùn)練效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種由力矩電機(jī)驅(qū)動U型手臂支架在患者骨盆處提供向上的支撐，以實(shí)現(xiàn)減重功能的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)。可減少對患者軀干和骨盆運(yùn)動自由度的束縛，使患者能夠自由運(yùn)動軀干和骨盆，提高訓(xùn)練過程的舒適度，保護(hù)患者不會摔倒，在訓(xùn)練下肢行走功能的同時訓(xùn)練平衡能力，達(dá)到更好的訓(xùn)練效果。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案
一種用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，由結(jié)構(gòu)型減重裝置、控制系統(tǒng)和機(jī)架底座三部分組成；其特征在于所述結(jié)構(gòu)型減重裝置通過一個立柱由螺栓安裝在機(jī)架底座上，有一個力矩電機(jī)和控制系統(tǒng)中的一個嵌入式主機(jī)及一個控制器嵌入在機(jī)架底座內(nèi)部，所述控制系統(tǒng)根據(jù)輸入信號控制力矩電機(jī)輸出恒定力矩，驅(qū)動結(jié)構(gòu)型減重裝置末端的安全帶在患者骨盆處施加向上的支撐力，提供患者所需的減重值，實(shí)現(xiàn)主動減重的功能。所述結(jié)構(gòu)型減重裝置包括所述安全帶、一個U形手臂支架、一個滑塊基座、四個滑塊、兩根導(dǎo)軌、一圈同步齒形帶、兩個同步帶輪、一個力矩電機(jī)和所述立柱；所述安全帶固定于U型手臂支架末端，U型手臂支架與滑塊基座鉚接在一起，滑塊基座通過螺栓與四個滑塊聯(lián)接，四個滑塊可分別沿兩根導(dǎo)軌上下移動，兩根導(dǎo)軌由螺栓固定在立柱上，所述力矩電機(jī)的輸出軸通過普通平鍵與兩個同步帶輪中位于下方的一個聯(lián)接，同步齒形帶嚙合于兩個同步帶輪上，滑塊基座與同步齒形帶通過螺釘固定于一起；訓(xùn)練時，力矩電機(jī)驅(qū)動同步帶輪旋轉(zhuǎn)，與同步帶輪嚙合的同步齒形帶隨之運(yùn)動將力矩電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，同步齒形帶的運(yùn)動將帶動與之固連的滑塊基座通過滑塊沿導(dǎo)軌上下移動，最終帶動固定于U型手臂支架末端的安全帶以實(shí)現(xiàn)減重的功能。控制系統(tǒng)包括一個嵌入式主機(jī)、一個控制器、一個人機(jī)操作面板和兩個環(huán)狀力傳感器；所述嵌入式主機(jī)接收來自于固定在立上的人機(jī)操作面板的輸入信號并與控制器相連，控制器與力矩電機(jī)相連，嵌入式主機(jī)根據(jù)輸入信號由控制器輸出指令信號控制力矩電機(jī)旋轉(zhuǎn)。所述機(jī)架底座包括一個U型底座支架、兩個主動萬向輪和兩個隨動輪；所述主動萬向輪和隨動輪通過螺栓固定在所述U型底座支架底部，主動萬向輪安裝在后，可以控制運(yùn)動方向并提供動力朝任意方向運(yùn)動，隨動輪安裝在前，整臺機(jī)器可以在地面自由移動進(jìn)行移動式減重康復(fù)訓(xùn)練，也可以根據(jù)需要選擇與跑步機(jī)固接，進(jìn)行固定式減重康復(fù)訓(xùn)練。 所述U型手臂支架末端兩側(cè)各固定有一個環(huán)狀力傳感器，環(huán)狀力傳感器可以檢測力的方向并將數(shù)據(jù)傳送給嵌入式主機(jī)，從而通過控制力矩電機(jī)帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置末端的安全帶上下移動以達(dá)到幫助患者恢復(fù)站立和調(diào)節(jié)減重值的功能，在訓(xùn)練過程中，當(dāng)患者失去平衡后，可以通過手指給予環(huán)狀力傳感器一個向上的力，控制力矩電機(jī)帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置中的滑塊向上滑動，幫助患者恢復(fù)站立，患者還可以通過環(huán)狀力傳感器自主的調(diào)節(jié)減重值。所述人機(jī)操作面板可以設(shè)定安全范圍，既設(shè)定滑塊下滑的極限距離，當(dāng)滑塊下滑到極限位置后就不能繼續(xù)下滑，通過安全帶和U型手臂支架共同起著防止患者摔倒的作用。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)
I K
少:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。使用時，患者將安全帶穿戴于骨盆位置，通過力矩電機(jī)驅(qū)動滑塊及U型手臂式支架給予患者一個向上的支撐力，以減輕患者下肢的負(fù)重，這種方式的減重系統(tǒng)給患者的束縛小，能夠保持最大的舒適度，患者在訓(xùn)練過程中能夠自由運(yùn)動軀干和骨盆，在訓(xùn)練下肢行走功能的同時達(dá)到訓(xùn)練平衡能力的效果。根據(jù)病人的恢復(fù)情況，通過操作面板能夠調(diào)整力矩電機(jī)輸出的大小，實(shí)現(xiàn)減重值的調(diào)節(jié)，患者在訓(xùn)練過程中也可通過環(huán)狀力傳感器自行調(diào)節(jié)減重值。同時本發(fā)明能夠防止患者意外摔倒，保證訓(xùn)練過程的安全，在患者失去平衡后還能通過環(huán)狀力傳感器使自己恢復(fù)站立。
圖1是用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)的示意圖。圖2是結(jié)構(gòu)型減重裝置中立柱滑塊機(jī)構(gòu)和部分控制系統(tǒng)示意圖。圖3是典型實(shí)施例的工作流程示意圖。圖4是控制系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的典型實(shí)施例。
實(shí)施例一
參見附圖1和2，一種用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，由結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )、控制系統(tǒng)(II )和機(jī)架底座(III)三部分組成；其特征在于所述結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )通過一個立柱(9)由螺栓安裝在機(jī)架底座(III)上，有一個力矩電機(jī)(8)和控制系統(tǒng)中的一個嵌入式主機(jī)(10)及一個控制器(11)嵌入在機(jī)架底座(III)內(nèi)部，所述控制系統(tǒng)(II )根據(jù)輸入信號控制力矩電機(jī)(8)輸出恒定力矩，驅(qū)動結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )末端的安全帶(I)在患者骨盆處施加向上的支撐力，提供患者所需的減重值，實(shí)現(xiàn)主動減重的功能。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于所述的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )包括所述安全帶(I)、一個U形手臂支架(2)、一個滑塊基座(3)、四個滑塊(4)、兩根導(dǎo)軌(5)、一圈同步齒形帶(6)、兩個同步帶輪(7)、一
個力矩電機(jī)(8 )和所述立柱(9 );所述安全帶(I)固定于U型手臂支架(2 )末端，U型手臂支架(2)與滑塊基座(3)鉚接在一起，滑塊基座(3)通過螺栓與四個滑塊(4)聯(lián)接，四個滑塊
(4)可分別沿兩根導(dǎo)軌(5)上下移動，兩根導(dǎo)軌(5)由螺栓固定在立柱(9)上，所述力矩電機(jī)(8)的輸出軸通過普通平鍵與兩個同步帶輪(7)中位于下方的一個聯(lián)接，同步齒形帶(6)嚙合于兩個同步帶輪(7)上，滑塊基座(3)與同步齒形帶(6)通過螺釘固定于一起；訓(xùn)練時，力矩電機(jī)(8)驅(qū)動同步帶輪(7)旋轉(zhuǎn)，與同步帶輪(7)嚙合的同步齒形帶(6)隨之運(yùn)動將力矩電機(jī)(8)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，同步齒形帶(6)的運(yùn)動將帶動與之固連的滑塊基座(3)通過滑塊(4)沿導(dǎo)軌(5)上下移動，最終帶動固定于U型手臂支架(2)末端的安全帶(I)以實(shí)現(xiàn)減重的功能。所述的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)(II )包括一個嵌入式主機(jī)(10)、一個控制器(11)、一個人機(jī)操作面板(12)和兩個環(huán)狀力傳感器(13)；所述嵌入式主機(jī)(10)接收來自于固定在立柱(9)上的人機(jī)操作面板(12)的輸入信號并與控制器(11)相連，控制器(11)與力矩電機(jī)(8 )相連，嵌入式主機(jī)(10 )根據(jù)輸入信號由控制器(11)輸出指令信號控制力矩電機(jī)(8)旋轉(zhuǎn)。所述的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)架底座(III)包括一個U型底座支架(14)、兩個主動萬向輪(15)和兩個隨動輪(16);所述主動萬向輪(15)和隨動輪(16)通過螺栓固定在所述U型底座支架(14)底部，主動萬向輪(15)安裝在后，可以控制運(yùn)動方向并提供動力朝任意方向運(yùn)動，隨動輪(16)安裝在前，整臺機(jī)器可以在地面自由移動進(jìn)行移動式減重康復(fù)訓(xùn)練，也可以根據(jù)需要選擇與跑步機(jī)固接，進(jìn)行固定式減重康復(fù)訓(xùn)練。所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述U型手臂支架(2)末端兩側(cè)各固定有一個環(huán)狀力傳感器(13)，環(huán)狀力傳感器(13)可以檢測力的方向并將數(shù)據(jù)傳送給嵌入式主機(jī)(10)，從而通過控制力矩電機(jī)(8)帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置末端的安全帶(I)上下移動以達(dá)到幫助患者恢復(fù)站立和調(diào)節(jié)減重值的功能，在訓(xùn)練過程中，當(dāng)患者失去平衡后，可以通過手指給予環(huán)狀力傳感器(13) —個向上的力，控制力矩電機(jī)(8 )帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置中的滑塊(4)向上滑動，幫助患者恢復(fù)站立，患者還可以通過環(huán)狀力傳感器(13)自主的調(diào)節(jié)減重值。所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述人機(jī)操作面板(12)可以設(shè)定安全范圍，既設(shè)定滑塊(4)下滑的極限距離，當(dāng)滑塊(4)下滑到極限位置后就不能繼續(xù)下滑，通過安全帶(I)和U型手臂支架(2)共同起著防止患者摔倒的作用。工作原理及操作流程如下
參見附圖3和4，首先，將系統(tǒng)開機(jī)初始化，根據(jù)治療師的意見選擇是在地面自由移動進(jìn)行移動式減重康復(fù)訓(xùn)練或是將整臺設(shè)備與跑步機(jī)固接進(jìn)行固定式減重康復(fù)訓(xùn)練。訓(xùn)練開始前，治療師將安全帶(I)穿戴于患者骨盆處，U型手臂支架(2)夾持于患者骨盆兩側(cè)。治療師通過人機(jī)操作面板(12)設(shè)定不同的減重值，嵌入式主機(jī)(10)根據(jù)所設(shè)定的減重值通過控制器(11)控制力矩電機(jī)(8)輸出恒定的力矩帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置末端的安全帶(I)在患者骨盆處施加向上的支撐力，達(dá)到患者所需的減重值，在訓(xùn)練過程中，患者也可以給環(huán)狀力傳感器(13)施加向上或是向下的力調(diào)節(jié)力矩電機(jī)(8)的輸出，自主調(diào)節(jié)減 重值。訓(xùn)練過程中，骨盆會隨著患者的走動上下輕微的運(yùn)動，當(dāng)骨盆運(yùn)動時，力矩電機(jī)
(8)的負(fù)載也會隨著變化，而力矩電機(jī)(8)的輸出值恒定，因而通過同步帶輪(7)驅(qū)動同步齒形帶(6)運(yùn)動，同步齒形帶(6)帶動固連的滑塊基座(3)通過滑塊(4)沿導(dǎo)軌(5)移動，從而帶動與滑塊基座(3)固連的U型手臂支架(2)及其上的安全帶(I)跟隨患者的運(yùn)動上下移動，減少對患者的束縛。治療師通過操作面板(12)可以設(shè)定安全范圍，既設(shè)定滑塊(4)的下滑極限，在訓(xùn)練過程中，當(dāng)患者失去平衡摔倒后，整個結(jié)構(gòu)型減重裝置會隨著患者一起下滑，當(dāng)滑塊(4)滑至極限位置后將不能繼續(xù)下滑，從而保護(hù)患者不會繼續(xù)摔倒。當(dāng)患者失去平衡后需要重新站立時，可以給環(huán)狀力傳感器(13)施加一個向上的力，環(huán)狀力傳感器(13)測出力的方向后傳給嵌入式主機(jī)(10)，嵌入式主機(jī)(10)通過控制器
(II)控制力矩電機(jī)(8)的輸出，驅(qū)動結(jié)構(gòu)型減重裝置末端的安全帶(I)帶動患者向上運(yùn)動，幫助患者重新恢復(fù)站立。由于本發(fā)明對患者的束縛較小，患者的軀干和骨盆能夠進(jìn)行各個方向的自由運(yùn)動，保持患者最大的舒適度，在訓(xùn)練下肢行走功能的同時訓(xùn)練平衡能力，并能保證患者訓(xùn)練過程的安全，加速康復(fù)的進(jìn)程。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，由結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )、控制系統(tǒng) (II )和機(jī)架底座(III)三部分組成；其特征在于所述結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )通過一個立柱(9)由螺栓安裝在機(jī)架底座(III)上，有一個力矩電機(jī)(8)和控制系統(tǒng)中的一個嵌入式主機(jī)(10)及一個控制器(11)嵌入在機(jī)架底座(III)內(nèi)部，所述控制系統(tǒng)(II )根據(jù)輸入信號控制力矩電機(jī)(8)輸出恒定力矩，驅(qū)動結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )末端的安全帶(I)在患者骨盆處施加向上的支撐力，提供患者所需的減重值，實(shí)現(xiàn)主動減重的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)型減重裝置(I )包括所述安全帶(I)、一個U形手臂支架(2)、一個滑塊基座(3)、四個滑塊(4)、兩根導(dǎo)軌(5)、一圈同步齒形帶(6)、兩個同步帶輪(7)、一個力矩電機(jī)(8)和所述立柱(9);所述安全帶(I)固定于U型手臂支架(2)末端，U型手臂支架(2)與滑塊基座(3) 鉚接在一起，滑塊基座(3)通過螺栓與四個滑塊(4)聯(lián)接，四個滑塊(4)可分別沿兩根導(dǎo)軌(5)上下移動，兩根導(dǎo)軌(5)由螺栓固定在立柱(9)上，所述力矩電機(jī)(8)的輸出軸通過普通平鍵與兩個同步帶輪(7)中位于下方的一個聯(lián)接，同步齒形帶(6)嚙合于兩個同步帶輪(7) 上，滑塊基座(3)與同步齒形帶(6)通過螺釘固定于一起；訓(xùn)練時，力矩電機(jī)(8)驅(qū)動同步帶輪(7)旋轉(zhuǎn)，與同步帶輪(7)嚙合的同步齒形帶(6)隨之運(yùn)動將力矩電機(jī)(8)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，同步齒形帶(6)的運(yùn)動將帶動與之固連的滑塊基座(3)通過滑塊(4) 沿導(dǎo)軌(5)上下移動，最終帶動固定于U型手臂支架(2)末端的安全帶(I)以實(shí)現(xiàn)減重的功倉泛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)(II )包括一個嵌入式主機(jī)(10)、一個控制器(11)、一個人機(jī)操作面板(12)和兩個環(huán)狀力傳感器(13);所述嵌入式主機(jī)(10)接收來自于固定在立柱(9)上的人機(jī)操作面板(12)的輸入信號并與控制器(11)相連，控制器(11)與力矩電機(jī)(8)相連,嵌入式主機(jī)(10)根據(jù)輸入信號由控制器(11)輸出指令信號控制力矩電機(jī)(8)旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)架底座(III)包括一個U型底座支架(14)、兩個主動萬向輪(15)和兩個隨動輪(16);所述主動萬向輪(15)和隨動輪(16)通過螺栓固定在所述U型底座支架(14)底部，主動萬向輪 (15)安裝在后，可以控制運(yùn)動方向并提供動力朝任意方向運(yùn)動，隨動輪(16)安裝在前，整臺機(jī)器可以在地面自由移動進(jìn)行移動式減重康復(fù)訓(xùn)練，也可以根據(jù)需要選擇與跑步機(jī)固接， 進(jìn)行固定式減重康復(fù)訓(xùn)練。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述U型手臂支架(2)末端兩側(cè)各固定有一個環(huán)狀力傳感器(13)，環(huán)狀力傳感器(13)可以檢測力的方向并將數(shù)據(jù)傳送給嵌入式主機(jī)(10)，從而通過控制力矩電機(jī)(8)帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置末端的安全帶(I)上下移動以達(dá)到幫助患者恢復(fù)站立和調(diào)節(jié)減重值的功能，在訓(xùn)練過程中，當(dāng)患者失去平衡后，可以通過手指給予環(huán)狀力傳感器(13) —個向上的力，控制力矩電機(jī)(8)帶動結(jié)構(gòu)型減重裝置中的滑塊(4)向上滑動，幫助患者恢復(fù)站立，患者還可以通過環(huán)狀力傳感器(13)自主的調(diào)節(jié)減重值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述人機(jī)操作面板(12)可以設(shè)定安全范圍，既設(shè)定滑塊(4)下滑的極限距離，當(dāng)滑塊(4)下滑到極限位置后就不能繼續(xù)下滑， 通過安全帶(I)和U型手臂支架(2)共同起著防止患者摔倒的作用。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種可用于步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)型減重系統(tǒng)。該系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)型減重裝置、控制系統(tǒng)和機(jī)架底座三部分構(gòu)成。立柱通過螺栓安裝在機(jī)架底座上，夾持在患者骨盆兩側(cè)的U形手臂支架與滑塊固連，可沿固定于立柱上的導(dǎo)軌移動，控制系統(tǒng)根據(jù)輸入信號控制力矩電機(jī)輸出恒定力矩，驅(qū)動U形手臂末端安全帶在患者骨盆處施加向上的支撐力。本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)型減重裝置有效的減少了繩索型減重系統(tǒng)對患者軀干和骨盆運(yùn)動的束縛并防止病人摔倒，提高了舒適度，在訓(xùn)練患者下肢行走功能的同時訓(xùn)練了平衡能力，加速康復(fù)進(jìn)程；治療師可以根據(jù)患者的康復(fù)情況設(shè)定不同的減重值，患者也可在訓(xùn)練過程中自主地調(diào)節(jié)減重值。
文檔編號A61H3/04GK102988153SQ20121051680
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者郭帥, 程泓井, 謝春生 申請人:上海大學(xué)