專利名稱：下肢康復訓練裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫(yī)用器械中的ー種下肢康復訓練裝置。
技術背景 臥式下肢康復訓練是下肢康復訓練方式中的ー種方式，這種康復訓練方式非常適用于病情較重、下肢行走站立能力喪失的患者的下肢康復訓練，如腦中風偏癱患者，這種病人不具備行走和站立的能力，并且由于常年臥床不起使下肢缺乏活動，進而導致患者出現不同程度的肌肉萎縮和關節(jié)粘連，長期這樣下去患者的下肢將失去活動的能力，而臥式下肢康復訓練裝置可以使此類病人在平躺的狀態(tài)下，下肢得到充分的活動從而達到康復的目的。目前市場常用的臥式下肢康復裝置大多是類似與膝關節(jié)功能訓練機(CPM機)的康復形式，該訓練機通過采用一種類似外骨骼的腿部訓練機構，將人體的腿部與外骨骼捆綁，讓下肢在微曲的狀態(tài)下，控制踝關節(jié)的旋轉中心在水平方向上做往復直線移動，然后通過踝關節(jié)的移動帶動腿部做曲伸運動。這種訓練方式，雖然下肢活動范圍達到了一定的運動幅度，長期下去會起到一定的康復訓練效果，但由于運動訓練模式只有ー種，訓練范圍、速度、強度等參數調節(jié)不變，所以不能使患者的下肢韌帶得到全方位的拉伸運動，訓練效果有限。申請?zhí)枮?01020604325. 8的中國實用新型專利公開了ー種氣壓驅動式下肢行走康復訓練機器人外骨骼機械結構，該外骨骼結構由支撐架、與支撐架連接的腿部訓練機構、腿部訓練機構遠離支撐架的一端設置的腳踏、用于驅動腿部運動的氣動驅動裝置構成，該氣動驅動裝置由腿部訓練機構與支撐架之間、腿部訓練機構中的兩個連接桿之間的氣缸及腿部訓練機構與腳踏之間的氣動人工肌肉組成，其中，處于腿部訓練機構和支撐架之間的氣缸的收張能夠通過腿部訓練機構牽動下肢中的髖關節(jié)活動；腿部訓練機構中的兩個連接桿之間的氣缸的收張能夠通過兩個連接桿牽動人體的腿部做曲伸運動，使得下肢中的膝關節(jié)活動；腿部訓練機構和腳踏之間的氣動人工肌肉的收張能夠通過腳踏牽動人體的腳部做俯仰擺動，使得下肢中的踝關節(jié)活動，從而使得人體的下肢中的各個部分得到鍛煉，但是由于該外骨骼機械結構只能使人體的下肢的各個部分在腿部曲伸的運動方向上得到鍛煉，而不能使人體的下肢做左右擺動，因而不能使得人體的下肢得到全面充分的鍛煉，如果長期使用的話，將造成患者的下肢中的各個關節(jié)與下肢的左右擺動相關的部分出現粘接或壞死，從而只能通過醫(yī)護人員的手動操作來使得患者下肢實現左右擺動的運動，使得患者的下肢的康復訓練費事費力。

實用新型內容本實用新型提出了ー種下肢康復訓練裝置，g在解決現有技術中的下肢康復訓練裝置不能使患者的腳部左右擺動的問題。該下肢康復訓練裝置的技術方案如下[0007]ー種下肢康復訓練裝置，包括腿部訓練機構和腳部訓練機構，所述腳部訓練機構包括用于固定人體腳部的腳踏及驅動腳踏轉動的踝關節(jié)訓練機構，所述踝關節(jié)訓練機構是由分別驅動人體腳部做俯仰擺動、左右擺動的第一、ニ踝關節(jié)訓練機構構成，所述第一、ニ踝關節(jié)訓練機構的其中ー個包括裝配于腿部訓練機構上的第一轉動副、通過第一轉動副轉動裝配在腿部訓練機構上的連接架及驅動連接架相對于腿部訓練機構轉動的第一轉動驅動機構，所述第一、ニ踝關節(jié)訓練機構的其中另外ー個包括裝配于所述連接架與所述腳踏之間的第二轉軸、驅動腳踏相對于連接架轉動的第二轉動驅動機構；所述第一轉動副的軸線與人體腳部俯仰擺動和左右擺動的其中ー個的軸線平行 ，所述第二轉動副的軸線與人體腳部俯仰擺動和左右擺動的其中另ー個的軸線平行。所述第一轉動副的軸線與人體腳部俯仰擺動的軸線平行，所述第二轉動副與人體腳部左右擺動的軸線平行。所述第一轉動副于靠近所述連接架的一端連接有用于在腳踏牽引使用者的腳部俯仰擺動時，與所述腳踏相對于第一轉動副相對轉動的腿部固定架，所述腿部固定架與所述腿部訓練機構固定連接。所述第一轉動副包括轉動裝配在腿部訓練機構上的第一轉動軸，所述第一轉動軸與所述連接架固定連接；所述第二轉動副包括轉動裝配在所述連接架上的第二轉動軸，所述第二轉動軸與所述腳踏固定連接。所述第一驅動機構包括第一驅動電機及第一驅動電機與所述第一轉動副之間設置的傳動機構，所述第二驅動機構包括第二驅動電機及第ニ驅動電機與所述第二轉動副之間設置的傳動機構。所述腿部訓練機構包括兩個連接桿、兩個連接桿之間設置的軸線與人體腿部曲伸運動的軸線平行的膝關節(jié)轉動副、驅動兩個連接桿相對轉動以使人體腿部曲伸運動的膝關節(jié)驅動機構。所述腿部訓練機構于遠離所述腳踏的一端設置有用干與病床連接的支撐架，所述支撐架上設置有輸出端與所述腿部訓練機構傳動連接的用于驅動腿部訓練機構在豎直平面內轉動的支撐架電機。所述支撐架和支撐架電機之間設置有用于使支撐架電機在豎直方向上相對于支撐架移動的電機移動裝置，所述電機移動裝置包括與支撐架固定連接的移動平臺、移動平臺上連接的用于驅動移動平臺在豎直方向上移動的移動機構。所述支撐架上連接有用于控制腿部訓練機構和/或腳部訓練機構和/或支撐架電機動作的控制器，所述控制器具有用于供使用者手動輸入動作指令的觸屏控制裝置。本實用新型在現有下肢康復訓練裝置的基礎上，于腳踏與腿部訓練機構之間增設了連接架，腳踏通過第二轉動副轉動裝配在該連接架上，并且由于第一、ニ轉動副的其中一個的軸線與人體腳部左右擺動的軸線平行，在使用時，腳踏會在第一、ニ驅動機構的驅動下做左右擺動，使得腳踏能夠帶動人體的腳部做左右擺動，進而通過腳部帶動整個下肢做左右擺動的運動，使得人體的下肢能夠得到充分的鍛煉，避免因人體的下肢不能做左右擺動使患者的下肢中的各個關節(jié)與下肢的左右擺動相關的部分出現粘接或壞死的問題。

[0017]圖I是本實用新型的實施例的結構示意圖；圖2是圖I中腳踏部分的局部放大結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的下肢康復訓練裝置的實施例如圖I和圖2所示，該下肢康復訓練裝置包括用于連接在病床上的支撐架I、支撐架I上連接的腿部訓練機構2、腿部訓練機構2于遠離支撐架I的一端連接的腳部訓練機構3，其中，腿部訓練機構包括與支撐架I連接的第一連接桿201、與腳部訓練機構3連接的第二連接桿202 ;腳部訓練機構3由用于固定人體腳部的腳踏8及驅動腳踏8轉動的踝關節(jié)訓練機構構成，所述踝關節(jié)訓練機構由分別驅動人體腳部做俯仰擺動、左右擺動的第一、ニ踝關節(jié)訓練機構構成，第一踝關節(jié)訓練機構由腳踏8和第二連接桿202之間設置的連接架6、軸線與在腳踏8牽引使用者的腳部做俯仰擺動時腳踏8的轉動軸線重合的第一轉動軸501、用于驅動腳踏8繞第一轉動軸501的軸線轉動的第一驅動電機502構成；第二踝關節(jié)訓練機構由軸線與在腳踏8牽引使用者的腳部做左右擺動時腳踏8的轉動軸線重合的第二轉動軸701、用于驅動腳踏8繞第二轉動軸701的軸線轉動的第二驅動電機702構成，第一轉動軸501與第一驅動電機502、第二轉動軸701與第二驅動電機702均通過兩者之間設置的皮帶傳動機構傳動連接；腳踏8繞第二轉動軸701的軸線轉動裝配在連接架6上，連接架6固定在第一轉動軸501的端部，并繞第一轉動軸501的軸線轉動裝配在第二連接桿202上，第一轉動軸501通過其遠離連接架6的一端與第二驅動電機702固定連接；第一轉動軸501于靠近連接架6的一端的繞其軸線轉動裝配有用于在腳踏8在牽引使用者的腳部做俯仰擺動時，繞第一轉動軸501與腳踏8相對轉動的腿部固定架9，腿部固定架9與第二連接桿202固定連接。所述第一連接桿201和第二連接桿202之間設置有軸線與在兩個連接桿201、202牽引使用者的腳部做曲伸運動時兩個連接桿201、202相對轉動的轉軸線重合的膝關節(jié)轉軸401，并在第一連接桿201上固定有用于驅動膝關節(jié)轉軸401轉動的膝關節(jié)電機402。第ニ連接桿202固定在膝關節(jié)轉軸401的端部，并繞膝關節(jié)轉軸401的軸線轉動裝配在第一連接桿201上,膝關節(jié)轉軸401于遠離第二連接桿202的一端通過皮帶傳動機構與膝關節(jié)電機402傳動連接。 所述支撐架I包括用干與病床連接的框架101，框架101內裝設有用于驅動腿部訓練機構2-在豎直平面內轉動的支撐架電機102、用于托放支撐架電機102的移動平臺104和用于驅動移動電機102移動的絲杠絲母移動機構105，其中，支撐架電機102的輸出端通過皮帶傳動機構傳動連接有用于與第一連接桿201連接的支架轉軸103 ;支撐架電機102固定在移動平臺104上，移動平臺104通過其上開設的導向孔與框架101內設置的導向桿106沿移動方向導向配合；絲杠絲母移動機構105中的絲母固定在移動平臺104上開設的通孔內，絲杠絲母移動機構105中的絲杠的一端裝設在框架101上并在其端部插裝有轉動手柄115，絲杠的另一端與絲母配合。另外，在框架101上還裝設有用于向驅動各個電機エ作的控制系統中輸入指令的觸屏控制単元107。使用時，根據預先測量的患者下肢的基本尺寸和使用病床的高度，取出轉動手柄115套在絲杠末端的卡緊裝置上，通過搖動轉動手柄115使移動平臺104在絲杠的帶動下沿導向桿106移動運動，帶動固定在移動平臺104上的支撐架電機102做上下移動，使得腿部訓練機構2和腳部訓練機構3能夠適用于不同高度的病床。調整完畢后，摘下轉動手柄115放在框架101內。開啟該康復訓練裝置使其處于初始工作位置(在保證不傷害病人的情況下)，將患者的腳放置在腳踏8上，同時將患者的小腿適當地放在腿部固定架9上，用繃帶固定好腳和小腿，注意腿部固定架9的繃帶不要過緊(因下肢要做內外旋動作)。通過觸摸觸屏控制裝置107將患者各關節(jié)允許活動的范圍輸入下肢康復裝置內，選擇ー種合適的康復訓練模式，設定好康復訓練時間，然后啟動康復訓練裝置。按照設定的康復訓練模式，腿部訓練機構2和連接架6上的四個電機，通過各自傳動連接的轉軸帶動各自的關節(jié)機構協調動作。各關節(jié)的運動角度和速度由各電機自帶的光電編碼器檢測(圖中未視出)，適時反饋給安裝在框架101內裝設的計算機進行運算處理(圖中未視出)，并通過運動控制器發(fā)出下一歩的電機動作指令，從而達到各關節(jié)的運動的精確平穩(wěn)控制。在訓練過程中，可以根據患者各自下肢康復的具體狀況，通過按鍵操作任意設置動作次數、速度和訓練強度。圖示狀態(tài)屬于患者左腳的康復模式，若要康復右腳只需將與人體的大臂、小臂、鞋套相關支撐架電機102和膝關節(jié)電機402的驅動下逆時針旋轉九十度左右，繞后使第一轉動軸501和第二轉動軸701在各自對應的電機的驅動下順時針旋轉ー百八十度，然后把腿部固定架9取下，保持繃帶在上面的方向將另ー邊的小腿插進腿部固定架裝置，即可實現由左、右腿輪換康復訓練動作的轉換。本實用新型中的腿部訓練機構2和腳部訓練機構3組成了一種類似四自由度的外骨骼機器人手臂結構，從而通過該外骨骼機器人手臂驅動人體的下肢的各個部分來完成各種動作。外骨骼機器人手臂的伺服系統由交流伺服電機，運動控制器與角度編碼器構成，形成一個能夠精確控制下肢運動范圍和訓練強度的閉環(huán)系統。外骨骼機器人手臂由大臂(第一連接桿201)、小臂(第二連接桿202)和腳部(腳踏8)組成，共有髖關節(jié)(支架轉軸103)、膝關節(jié)(膝關節(jié)轉軸401)各I個以及兩個踝關節(jié)(第一轉動軸501和第二轉動軸701)構成的四自由度施カ機構，每個自由度都有ー個電機驅動。其中，髖關節(jié)電機(支撐架電機102)、膝關節(jié)電機402協調動作，完成對人體踝關節(jié)軸線在矢狀面內的軌跡控制；踝關節(jié)的兩個電機502、702的軸線呈十字交叉布置，第二連接桿202上固定的電機502實現踝關節(jié)的跖曲、背曲運動，用來控制腳和小腿在運動過程中的姿態(tài)；第二轉動軸501上固定的電機702實現踝關節(jié)的內旋、外旋運動，用來控制下肢的左右擺動，從而使該康復訓練裝置可以根據病人的具體情況選擇相應的康復模式，利用電機協調動作來驅動人體下肢完成多模式大幅度康復訓練運動，實時采集機器人各關節(jié)的カ矩信號和角度信號達到對下肢精確的柔性控制，在不傷害病人的前提上得到較好的康復效果。在上述實施例中，膝關節(jié)電機、第一驅動電機和第二驅動電機與各自對應的轉軸均是通過皮帶傳動傳動連接，在其他實施例中，皮帶傳動也可以通過鍵傳動、齒輪傳動、鏈條傳動等傳動機構替換；或者，膝關節(jié)電機、第一驅動電機和第二驅動電機直接通過其輸出端與各自對應的動作元件固定連接，從而使得各個動作元件直接通過電機驅動。在上述實施例中，第二驅動電機通過與第一轉動軸之間的固定連接來保證在腳踏帶動使用者的腳部做俯仰擺動時、第二驅動電機也能夠隨腳踏一起轉動，從而使得第二驅動電機、第二轉動軸及兩者之間的傳動機構能夠一起在第一轉動軸的帶動下轉動，在其他實施例中，第二驅動電機也可以固定在連接架上，或者活動連接在第二連接桿上。當第二驅動電機活動連接在第二連接桿上時，腳踏在帶動使用者的腳部做俯仰擺動時，第二轉動軸能夠通過傳動機構牽引第二驅動電機活動，從而使得第二轉動軸和第二驅動電機之間的連接良好，使得第二驅動電機啟動時，能夠通過傳動機構帶動第二轉動軸轉動。在上述實施例中，該下肢康復訓練裝置通過在第一驅動電機驅動第一轉動軸轉動時、腳踏和腿部固定架繞第一轉動軸的相對轉動來牽引使用者的腳部做俯仰擺動，在其他實施例中，也可以將使用者的腿部直接通過綁帶綁縛在腿部訓練機構上，從而通過腳踏和腿部訓練機構之間的相對轉動來牽引使用者的腳部做俯仰擺動，該方法屬于現有技術，因而不再詳述。在上述實施例中，腿部固定架轉動裝配在第一轉動軸上，腳踏通過連接架固定在第一踝關節(jié)的端部，在其他實施例中，腿部固定架也可以固定在第一踝關節(jié)的端部，同吋，腳踏則必須轉動裝配在第一轉動軸上，使得第一踝關節(jié)在轉動時，腿部固定架會隨著第一轉動軸一起轉動，而腳踏則不會轉動，從而使得腳踏和腿部固定架繞第一轉動軸相對轉動，從而牽弓I使用者的腳部實現俯仰擺動。在上述實施例中，腿部訓練機構和支撐架之間、腿部訓練機構的兩個連接桿之間、腿部訓練機構和連接架之間、連接架和腳踏之間均是通過電機、轉軸和兩者之間設置的傳動機構配合作為動カ源來實現相關的運動，在其他實施例中，腿部訓練機構和支撐架之間、腿部訓練機構的兩個連接桿之間也可以采用液壓缸或氣缸作為動カ源，對應的腿部訓練機構和連接架之間、連接架和腳踏之間則可以通過氣動人工肌肉配合作為動カ源；液壓缸、氣缸和氣動人工肌肉的安裝方式與申請?zhí)枮?01020604325. 8的中國實用新型專利的公開說明書中公開的安裝方式一致，而處于連接架和腳踏之間的氣動人工肌肉和第二轉動軸則分別設置在腳踏的底部的前后兩端，從而使得腳踏能夠繞其端部轉動。另外，用于使腳踏轉動的氣動人工肌肉可以固定在第一轉動軸或第二連接桿上，當該氣動人工肌肉固定在第二連接桿上時，在腳踏帶動使用者的腳部做俯仰擺動時，該氣動人工肌肉應當一致處于松弛狀態(tài)，從而使得該氣動人工肌肉不會對第一轉動軸的轉動產生干渉。在上述實施例中，腿部訓練機構的兩個連接桿之間、連接架與腿部訓練機構之間、腳踏與連接架之間設置的用于使對應的兩個動作元件相對轉動的連接件均為轉動軸，在其他實施例中，該轉動軸也可以用鋼球、軸承等構件作為連接件來代替。當采用軸承和電機配合來驅動對應的兩個轉動元件相對轉動時，軸承的外圈與固定有電機的動作元件固定連接，軸承的內圈的一端與電機傳動連接，另一端與另ー動作元件固定連接；當采用軸承和氣缸或氣動人工肌肉配合來驅動對應的兩個轉動元件相對轉動時，軸承的內圈和外圈分別于兩個轉動元件固定連接。在上述實施例中，第一踝關節(jié)訓練機構用于控制人體腳部做俯仰擺動，第二踝關節(jié)訓練機構用于控制人體腳部做左右擺動，在其他實施例中，第一踝關節(jié)訓練機構也可以控制人體腳部做左右擺動，第二踝關節(jié)訓練機構則控制人體腳部做俯仰擺動，此時，連接架通過與第二轉動副轉動裝配在腿部訓練機構上，而第一轉動副則設置在連接架和腳踏之間，從而與上述實施例相比，第一、ニ踝關節(jié)訓練機構與腿部訓練機構之間的連接順序顛倒。在上述實施例中，移動平臺通過其上連接的絲杠絲母移動機構控制移動，在其他實施例中，絲杠絲母移動機構也可以由液壓缸、氣缸或電動推桿來替換。
權利要求1.一種下肢康復訓練裝置，包括腿部訓練機構和腳部訓練機構，所述腳部訓練機構包括用于固定人體腳部的腳踏及驅動腳踏轉動的踝關節(jié)訓練機構，其特征在于所述踝關節(jié)訓練機構是由分別驅動人體腳部做俯仰擺動、左右擺動的第一、二踝關節(jié)訓練機構構成，所述第一、二踝關節(jié)訓練機構的其中一個包括裝配于腿部訓練機構上的第一轉動副、通過第一轉動副轉動裝配在腿部訓練機構上的連接架及驅動連接架相對于腿部訓練機構轉動的第一轉動驅動機構，所述第一、二踝關節(jié)訓練機構的其中另外一個包括裝配于所述連接架與所述腳踏之間的第二轉軸、驅動腳踏相對于連接架轉動的第二轉動驅動機構；所述第一轉動副的軸線與人體腳部俯仰擺動和左右擺動的其中一個的軸線平行，所述第二轉動副的軸線與人體腳部俯仰擺動和左右擺動的其中另一個的軸線平行。
2.根據權利要求I所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述第一轉動副的軸線與人體腳部俯仰擺動的軸線平行，所述第二轉動副與人體腳部左右擺動的軸線平行。
3.根據權利要求2所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述第一轉動副于靠近所述連接架的一端連接有用于在腳踏牽引使用者的腳部俯仰擺動時，與所述腳踏相對于第一轉動副相對轉動的腿部固定架，所述腿部固定架與所述腿部訓練機構固定連接。
4.根據權利要求I所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述第一轉動副包括轉動裝配在腿部訓練機構上的第一轉動軸，所述第一轉動軸與所述連接架固定連接；所述第二轉動副包括轉動裝配在所述連接架上的第二轉動軸，所述第二轉動軸與所述腳踏固定連接。
5.根據權利要求I所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述第一驅動機構包括第一驅動電機及第一驅動電機與所述第一轉動副之間設置的傳動機構，所述第二驅動機構包括第二驅動電機及第二驅動電機與所述第二轉動副之間設置的傳動機構。
6.根據權利要求I所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述腿部訓練機構包括兩個連接桿、兩個連接桿之間設置的軸線與人體腿部曲伸運動的軸線平行的膝關節(jié)轉動副、驅動兩個連接桿相對轉動以使人體腿部曲伸運動的膝關節(jié)驅動機構。
7.根據權利要求I所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述腿部訓練機構于遠離所述腳踏的一端設置有用于與病床連接的支撐架，所述支撐架上設置有輸出端與所述腿部訓練機構傳動連接的用于驅動腿部訓練機構在豎直平面內轉動的支撐架電機。
8.根據權利要求7所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述支撐架和支撐架電機之間設置有用于使支撐架電機在豎直方向上相對于支撐架移動的電機移動裝置，所述電機移動裝置包括與支撐架固定連接的移動平臺、移動平臺上連接的用于驅動移動平臺在豎直方向上移動的移動機構。
9.根據權利要求7所述的下肢康復訓練裝置，其特征在于所述支撐架上連接有用于控制腿部訓練機構和/或腳部訓練機構和/或支撐架電機動作的控制器，所述控制器具有用于供使用者手動輸入動作指令的觸屏控制裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種下肢康復訓練裝置，該下肢康復訓練裝置在現有下肢康復訓練裝置的基礎上，于腳踏與腿部訓練機構之間增設了連接架，腳踏通過第二轉動副轉動裝配在該連接架上，并且由于第一、二轉動副的其中一個的軸線與人體腳部左右擺動的軸線平行，在使用時，腳踏會在第一、二驅動機構的驅動下做左右擺動，使得腳踏能夠帶動人體的腳部做左右擺動，進而通過腳部帶動整個下肢做左右擺動的運動，使得人體的下肢能夠得到充分的鍛煉，避免因人體的下肢不能做左右擺動使患者的下肢中的各個關節(jié)與下肢的左右擺動相關的部分出現粘接或壞死的問題。
文檔編號A61H1/00GK202437606SQ201220015698
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月14日 優(yōu)先權日2012年1月14日
發(fā)明者尤愛民, 方濤濤, 王會良, 韓建海 申請人:河南科技大學