一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，包括座椅裝置、連接裝置、髖關節驅動機構、傳感裝置和下肢桿裝置，座椅裝置卡裝在連接裝置上，髖關節驅動機構與連接裝置和傳感裝置連接固定，下肢桿裝置與傳感裝置活動裝接，傳感裝置包括同步傳動板、髖關節軸、磁鐵和霍爾傳感器，髖關節軸一端固定安裝在同步傳動板內、另一端活動裝設在連接裝置內，磁鐵沿髖關節軸徑向方向嵌裝在該髖關節軸內，霍爾傳感器安裝在連接裝置內，同步傳動板與髖關節驅動機構連接。本發明能夠為下肢偏癱患者提供行走、自行車、家庭座椅、醫療輪椅等康復訓練方式，利用患者的健康側下肢步態為殘障側下肢提供步態康復輔助運動。
【專利說明】
一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置
技術領域
[0001]本發明屬于康復醫療器械和助力器械領域，尤其涉及一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置。
【背景技術】
[0002]隨著社會老齡化的加劇，下肢髖關節肌肉萎縮病人和髖關節偏癱患者不斷增多，患者康復訓練、正常行走的需求強烈。同時，由于日常交通事故的頻發，下肢癱瘓病人的數量不斷增多，髖關節置換術后等運動康復任務日益嚴重。現有的人體下肢髖關節康復輔助訓練主要是預約理療師在醫院康復科憑個人經驗進行手把手的肢體運動。這種康復方式:一方面，時間、地點限制很大，僅限于病床上或者雙杠手扶訓練，工作效率低，勞動強度大，醫療成本高，不適合大規模臨床應用；另一方面，理療師個人經驗的主觀性較大，每次康復的動作重復度較低，患者個體的行走習慣考慮不足，沒有前期正常行走和訓練康復的歷史數據庫可以參考，康復方法并不科學。然而與行走困難所不同，一些下肢偏癱患者在自行車上能夠比較正常地騎行，很多下肢偏癱患者也更傾向于在家庭式的座椅上活動或者在醫療輪椅上進行康復運動。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種安裝方便，更加科學地提供髖關節康復輔助運動的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明采取以下技術方案:
一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，包括座椅裝置、連接裝置、髖關節驅動機構、傳感裝置和下肢桿裝置，座椅裝置卡裝在連接裝置上，髖關節驅動機構與連接裝置和傳感裝置連接固定，下肢桿裝置與傳感裝置活動裝接。
[0005]所述傳感裝置包括同步傳動板、髖關節軸、磁鐵和霍爾傳感器，髖關節軸一端固定安裝在同步傳動板內、另一端活動裝設在連接裝置內，磁鐵沿髖關節軸徑向方向嵌裝在該髖關節軸內，霍爾傳感器安裝在連接裝置內，同步傳動板與髖關節驅動機構連接。
[0006]所述傳感裝置還包括慣性測量模塊，該慣性測量模塊裝設在下肢桿裝置內。
[0007]所述髖關節驅動機構包括電機、電機支座、扭矩傳感器、同步帶輪和同步帶，電機支座固定在連接裝置上，電機安裝在電機支座上，同步帶輪套裝在電機的輸出軸上，扭矩傳感器套裝在電機的輸出軸上，同步帶套裝在同步帶輪上且該同步帶與同步傳動板固定連接。
[0008]所述同步帶與同步帶輪之間以嗤合方式連接。
[0009]所述下肢桿裝置包括髖關節活頁、活頁連接板、大腿桿和大腿綁帶，髖關節活動頁與同步傳動板固定連接，髖關節活頁內裝設有轉軸，活頁連接板上端活動套裝在該轉軸上，大腿桿與活頁連接板連接，大腿綁帶安裝在大腿桿上，慣性測量模塊安裝在大腿桿內。
[0010]所述大腿桿由大腿上桿和大腿下桿組成，大腿上桿上端與活頁連接板連接，腿上桿下部插裝入大腿下桿內并固定連接。
[0011 ]所述連接裝置包括電機上連接座和電機下連接座，電機上連接座安裝在電機下連接座上，髖關節軸活動裝設在該電機下連接座內，霍爾傳感器安裝在該電機下連接座內。
[0012]所述連接裝置還包括與座椅裝置連接的自行車座板，該自行車座板上設有連接孔。
[0013]所述座椅裝置包括人體腰部綁帶、座椅綁帶、座椅和橫梁，座椅綁帶一端與座椅固定連接、另一端與人體腰部綁帶固定連接，座椅安裝在橫梁上，橫梁安裝在電機上連接座和電機下連接座間，自行車座板安裝在橫梁上。
[0014]本發明的有益效果為:當健康人體行走、騎自行車或者在家庭座椅、醫療輪椅上運動時，感知左右側髖關節在矢狀面和額狀面的擺動角度，建立人體健康時期的髖關節步態數據庫，為人體髖關節患病時提供康復輔助的科學依據。當偏癱患者行走、騎自行車或者在家庭座椅、醫療輪椅上康復訓練時，實時監測偏癱患者健康側的髖關節矢狀面運動步態，以此健康側步態為依據延時半個步態周期驅動患者殘障側髖關節，將健康側的髖關節步態復制給殘障側的髖關節，實現兩側下肢的步態協調。扭矩傳感器控制、檢測患者殘障側髖關節的電機驅動力矩，感知、評價患者的康復效果。同時，此裝置可以架在自行車座椅的豎直梁上或者家庭座椅、醫療輪椅等梁上，并方便、安全地鎖緊和卸下，提供下肢偏癱患者殘障側的輔助運動。
【附圖說明】
[0015]附圖1為本發明立體結構示意圖；
附圖2為本發明去掉座椅裝置后的分解狀態結構示意圖；
附圖3為本發明自行車座板的立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0017]如附圖1?3所示，本發明揭示了一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，包括座椅裝置1、連接裝置2、髖關節驅動機構3、傳感裝置4和下肢桿裝置5，座椅裝置I卡裝在連接裝置2上，髖關節驅動機構3與連接裝置2和傳感裝置4連接固定，下肢桿裝置5與傳感裝置4活動裝接。
[0018]所述傳感裝置4包括同步傳動板44、髖關節軸41、磁鐵43和霍爾傳感器42，髖關節軸41 一端固定安裝在同步傳動板44內、另一端活動裝設在連接裝置2內，磁鐵43沿髖關節軸41徑向方向嵌裝在該髖關節軸41內，霍爾傳感器42安裝在連接裝置2內，同步傳動板44與髖關節驅動機構3連接。髖關節軸41在連接裝置2內轉動，從而帶動同步傳動板轉動，由于磁鐵是嵌裝在髖關節軸內，因此，磁鐵跟著髖關節軸的轉動而轉動，霍爾傳感器設置在靠近磁鐵的區域，霍爾傳感器用于檢測磁鐵轉動時的磁感應強度大小從而測量髖關節矢狀面旋轉角度。傳感裝置4還包括慣性測量模塊45，該慣性測量模塊45裝設在下肢桿裝置5內。該慣性測量模塊用于測量髖關節額狀面旋轉角度。
[0019]所述髖關節驅動機構3包括電機32、電機支座31、扭矩傳感器33、同步帶輪35和同步帶34，電機支座31固定在連接裝置2上，電機32安裝在電機支座31上，同步帶輪35套裝在電機32的輸出軸上，扭矩傳感器33套裝在電機32的輸出軸上，同步帶34套裝在同步帶輪35上且該同步帶34與同步傳動板44固定連接。同步帶34與同步帶輪35之間以嗤合方式連接。同步帶輪35、扭矩傳感器33從外到內依次套裝在電機32的輸出軸上。扭矩傳感器用于檢測電機的輸出力矩。同步帶一端與同步傳動板固定裝接，當同步帶輪轉動時，同步帶帶動同步傳動板以髖關節軸為轉動中心進行轉動，使得同步傳動板轉動一定角度。扭矩傳感器控制、檢測患者殘疾側髖關節的電機驅動力矩，感知和評價患者的康復效果。
[0020]所述下肢桿裝置5包括髖關節活頁51、活頁連接板52、大腿桿和大腿綁帶55，髖關節活頁51與同步傳動板44固定連接，髖關節活頁51具體是安裝固定在同步傳動板44的底面，髖關節活頁51內裝設有轉軸，活頁連接板52上端活動套裝在該轉軸上，大腿桿與活頁連接板52連接，大腿綁帶55安裝在大腿桿上，慣性測量模塊45安裝在大腿桿內。大腿桿由大腿上桿53和大腿下桿54組成，大腿上桿53上端與活頁連接板52連接，大腿上桿53下部插裝入大腿下桿54內并固定連接。慣性測量單元通常是卡裝在大腿上桿的上端口位置。活頁連接板相對于轉軸轉動，從而帶動下肢桿裝置和慣性測量模塊在額狀面方向的運動。
[0021]所述連接裝置2包括電機上連接座21和電機下連接座22，電機上連接座21安裝在電機下連接座22上，髖關節軸41活動裝設在該電機下連接座22內，霍爾傳感器42安裝在該電機下連接座22內，以及與座椅裝置I連接固定的自行車座板23，該自行車座板23上設有連接孔231，通過該連接孔231，可以方便的與自行車的豎直梁上卡裝或者家庭座椅、醫療座椅等設備的梁上，鎖緊和拆卸都較為方便。可在電機下連接座22上開設一個用于安裝髖關節軸的通孔以及一個用于安裝霍爾傳感器的卡槽，方便安裝。同步傳動板44設在電機下連接座22內，并且該同步傳動板44通過髖關節軸41與電機下連接座22連接。同步傳動板44受到同步帶34的傳動在矢狀面即前后方向的擺動，由于髖關節軸41 一端固定安裝在同步傳動板44上、另一端則是活動安裝在電機下連接座22內，因此髖關節軸41可在電機下連接座22內轉動，可預先在電機下連接座22內設置一個通孔，髖關節軸活動安裝在該通孔中。同樣可在電機下連接座上設置一個安裝槽，將霍爾傳感器卡裝在該安裝槽中。
[0022]所述座椅裝置I包括人體腰部綁帶11、座椅綁帶12、座椅13和橫梁14，座椅綁帶12一端與座椅13固定連接、另一端與人體腰部綁帶11固定連接，座椅13安裝在橫梁14上，橫梁14安裝在電機上連接座21和電機下連接座22間。自行車座板23固定安裝在橫梁14上。
[0023]另外，在本發明中，傳感裝置和下肢桿裝置分別對稱設置兩個，與人體左大腿和右大腿相符合。
[0024]本發明利用電機和各個傳感器，形成一體化結構設計，實現更好的控制，有助力康復訓練。
[0025]本發明中，當人體行走時，只需要將人體腰部綁帶綁在人體腰部上，大腿綁帶綁在人的大腿上即可。當人騎自行車或者家庭座椅、醫療座椅等裝置時，則將自行車座板安裝在自行車豎直梁、家庭座椅、醫療座椅等裝置的相應梁上，利用自行車座板上的連接孔可以較為輕松地安裝和拆卸。人坐在座椅上，人體腿部綁帶綁在人的腿部，人的腳則穿過大腿綁帶，該大腿綁帶綁在人的大腿上，從而使得本發明裝置與人體裝配在一起。或者直接將本發明裝置與人體綁緊，不與自行車、家庭座椅或者醫療座椅等連接。
[0026]當健康人體行走、騎自行車或者在家庭座椅、醫療座椅等裝置上運動時，大腿前后擺動，電機根據擺動的幅度輸出合適的力矩，電機運行時帶動同步帶輪轉動，同步帶輪帶動同步帶傳動，進而帶動同步傳動板以髖關節軸為中心軸前后擺動，扭矩傳感器實時檢測電機的輸出力矩。髖關節轉動時徑向嵌裝在該髖關節軸內的磁鐵也跟隨轉動，霍爾傳感器則檢測磁鐵轉動時的磁感應強度大小，從而測量得到髖關節矢狀面旋轉角度，大腿桿內的慣性測量模塊則隨著大腿桿的前后擺動來檢索髖關節額狀面旋轉角度，從而建立人體健康時期的髖關節步態數據庫，為人體髖關節患病時提供康復輔助的科學依據。
[0027]當偏癱患者穿戴上本發明裝置后行走、騎自行車或者在家庭座椅、醫療輪椅上康復訓練時，同樣根據霍爾傳感器實時監測偏癱患者健康側的髖關節矢狀面運動步態，利用慣性測量模塊實時監測髖關節額狀面旋轉角度，以此健康側步態為依據延時半個步態周期驅動患者殘障側髖關節運動，將健康側的髖關節步態復制給殘障側的髖關節，實現兩側下肢的步態協調。扭矩傳感器控制、檢測患者殘障側髖關節的電機驅動力矩，感知、評價患者的康復效果。
[0028]需要說明的是，以上所述并非是對發明技術方案的限定，在不脫離本發明的創造構思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，包括座椅裝置，其特征在于，還包括連接裝置、髖關節驅動機構、傳感裝置和下肢桿裝置，座椅裝置卡裝在連接裝置上，髖關節驅動機構與連接裝置和傳感裝置連接固定，下肢桿裝置與傳感裝置活動裝接。2.根據權利要求1所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述傳感裝置包括同步傳動板、髖關節軸、磁鐵和霍爾傳感器，髖關節軸一端固定安裝在同步傳動板內、另一端活動裝設在連接裝置內，磁鐵沿髖關節軸徑向方向嵌裝在該髖關節軸內，霍爾傳感器安裝在連接裝置內，同步傳動板與髖關節驅動機構連接。3.根據權利要求2所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述傳感裝置還包括慣性測量模塊，該慣性測量模塊裝設在下肢桿裝置內。4.根據權利要求3所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述髖關節驅動機構包括電機、電機支座、扭矩傳感器、同步帶輪和同步帶，電機支座固定在連接裝置上，電機安裝在電機支座上，同步帶輪套裝在電機的輸出軸上，扭矩傳感器套裝在電機的輸出軸上，同步帶套裝在同步帶輪上且該同步帶與同步傳動板固定連接。5.根據權利要求4所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述同步帶與同步帶輪之間以嗤合方式連接。6.根據權利要求5所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述下肢桿裝置包括髖關節活頁、活頁連接板、大腿桿和大腿綁帶，髖關節活動頁與同步傳動板固定連接，髖關節活頁內裝設有轉軸，活頁連接板上端活動套裝在該轉軸上，大腿桿與活頁連接板連接，大腿綁帶安裝在大腿桿上，慣性測量模塊安裝在大腿桿內。7.根據權利要求6所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述大腿桿由大腿上桿和大腿下桿組成，大腿上桿上端與活頁連接板連接，腿上桿下部插裝入大腿下桿內并固定連接。8.根據權利要求7所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述連接裝置包括電機上連接座和電機下連接座，電機上連接座安裝在電機下連接座上，髖關節軸活動裝設在該電機下連接座內，霍爾傳感器安裝在該電機下連接座內。9.根據權利要求8所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述連接裝置還包括與座椅裝置連接的自行車座板，該自行車座板上設有連接孔。10.根據權利要求9所述的基于傳感驅動一體化的髖關節康復輔助裝置，其特征在于，所述座椅裝置包括人體腰部綁帶、座椅綁帶、座椅和橫梁，座椅綁帶一端與座椅固定連接、另一端與人體腰部綁帶固定連接，座椅安裝在橫梁上，橫梁安裝在電機上連接座和電機下連接座間，自行車座板安裝在橫梁上。
【文檔編號】A61B5/11GK105943312SQ201610415631
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】王東海, 李國民
【申請人】華中科技大學, 廣東思谷智能技術有限公司