本發(fā)明涉及康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，特別是涉及一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機。

背景技術(shù)：

全球范圍來講，隨著科技的不斷進步，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)也不斷在發(fā)展進步，人們的壽命在整體上延長了，許多發(fā)達國家已經(jīng)逐步進入了老齡社會。我國于2003年已經(jīng)步入了老齡社會(按照國際慣例60歲以上為老年人，占人口比例達到10％以上或者65歲老人占人口比例7％以上即開始進入老齡社會)截至2008年6月，中國60歲及以上的老年人口總數(shù)已達1.49億占我國總?cè)丝诘?1.5％，占全球老年人口的21.4％，居世界首位。這也帶來了一定的負面影響，隨著我國人口老齡化的加劇，中風及其它一些造成人體腿部神經(jīng)損傷的疾病越來越多的影響到老年人的生活，造成老年人的下肢癱瘓，給社會和家庭帶來了很重的負擔。在我國60歲以上的老年人中，一半的人都有骨關(guān)節(jié)炎的表現(xiàn)，其中有四分之一的人癥狀明顯，上樓時會感覺腿疼。這些疾病的出現(xiàn)給他們的日常生活帶來了許多不便。

運動再學(xué)習康復(fù)理論研究表明，重復(fù)性特定功能訓(xùn)練能有效促進因神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如腦卒中、脊髓損傷、顱腦外傷、多發(fā)硬化、帕金森病)造成的運動障礙患者的神經(jīng)功能的重組和代償，促進患者運動功能康復(fù)。傳統(tǒng)的運動康復(fù)訓(xùn)練治療，醫(yī)護人員不僅勞動強度大，而且很難保證實現(xiàn)穩(wěn)定的持續(xù)性運動訓(xùn)練。利用訓(xùn)練機在提供長期、穩(wěn)定的重復(fù)訓(xùn)練等方面的優(yōu)勢，自上個世紀90年代起，國內(nèi)對康復(fù)訓(xùn)練機器人技術(shù)進行了大量的探索和研究，并開發(fā)出各種康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品，臨床應(yīng)用取得了積極的效果?？祻?fù)訓(xùn)練機用于輔助患者完成步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練，國外在下肢康復(fù)訓(xùn)練機的機構(gòu)及控制策略等方面做了較多研究，有些產(chǎn)品已經(jīng)投入臨床使用。

康復(fù)訓(xùn)練機的主要功能是幫助有運動障礙的病人完成各種運動功能恢復(fù)訓(xùn)練，下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人主要針對下肢有運動障礙的病人，它是根據(jù)康復(fù)醫(yī)學(xué)理論和人機合作機器人原理，通過一套計算機控制下的步姿模擬控制系統(tǒng)，使患者模擬正常人的步伐規(guī)律進行康復(fù)訓(xùn)練運動，鍛煉下肢的肌肉，恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)對行走功能的控制能力，達到恢復(fù)走路機能的目的。

康復(fù)訓(xùn)練機是最近十幾年來迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是機械人技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。國外的康復(fù)訓(xùn)練機器人研究比較發(fā)達，而國內(nèi)康復(fù)訓(xùn)練機器人的研究如今還處于起步階段。因此下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的研究對于國內(nèi)康復(fù)訓(xùn)練機器人的發(fā)展有著積極的意義。

下肢康復(fù)訓(xùn)練機通過模擬正常人在行走過程中的運動軌跡，對下肢運動有障礙的患者進行康復(fù)訓(xùn)練。本課題主要研究內(nèi)容包括正常人標準步態(tài)的獲取與分析、人體模型的動力學(xué)分析、下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的運動學(xué)分析及仿真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機，能夠仿真模擬步行步態(tài)，通過單片機可靠控制，訓(xùn)練機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，仿真性好，適于在下肢康復(fù)中推廣應(yīng)用。

下肢康復(fù)訓(xùn)練機，包括機械結(jié)構(gòu)單元和控制單元，所述的機械結(jié)構(gòu)單元包括基座支架、設(shè)置在所述的基座支架上的步態(tài)控制電機、安裝在所述的步態(tài)控制電機的輸出端的主動鏈輪及通過傳動鏈與所述的主動鏈輪傳動連接的從動鏈輪，所述的從動鏈輪上軸向的兩側(cè)分別固定安裝有曲柄，兩個所述的曲柄水平面內(nèi)的投影呈中心對稱，兩個所述的曲柄的遠離所述的從動鏈輪的軸心的一端分別鉸接設(shè)置有連桿，所述的連桿的遠離所述的曲柄的一端分別安裝有能夠轉(zhuǎn)動的滾輪，所述的連桿上分別安裝有腳踏板；所述的控制單元包括單片機及外圍電路，所述的控制單元的信號輸出端通過調(diào)速器連接至步態(tài)控制電機。

優(yōu)選地，所述的基座支架上設(shè)置有一對第一支撐座，所述的步態(tài)控制電機的輸出端通過一對圓錐滾子軸承安裝在一對所述的第一支撐座上。

優(yōu)選地，所述的基座支架上設(shè)置有一對第二支撐座，兩個所述的曲柄及所述的從動鏈輪均固定安裝在一個橫軸上，所述的橫軸通過一對圓錐滾子軸承安裝在一對所述的第二支撐座上。

優(yōu)選地，所述的外圍電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、行程開關(guān)接口，串口電平轉(zhuǎn)換電路及pwm信號調(diào)理電路。

優(yōu)選地，所述的連桿上分別設(shè)置有限位槽，所述的限位槽內(nèi)分別設(shè)置有鉸接軸，所述的腳踏板分別鉸接安裝在對應(yīng)的所述的鉸接軸上。

優(yōu)選地，所述的腳踏板的上表面設(shè)置有防滑凸棱。

本發(fā)明的下肢康復(fù)訓(xùn)練機通過電機、曲柄及連桿驅(qū)動腳踏板仿真模擬人行走步態(tài)，以促進使用者的下肢康復(fù)，并通過單片機對電機進行調(diào)速控制，可根據(jù)使用者的不同階段的康復(fù)需求調(diào)整步伐頻率，整體結(jié)構(gòu)可靠，運行平穩(wěn)，仿真性好，適于在下肢康復(fù)中推廣應(yīng)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的下肢康復(fù)訓(xùn)練機的機械結(jié)構(gòu)的主視圖(部分剖視)；

圖2為本發(fā)明實施例提供的下肢康復(fù)訓(xùn)練機的機械結(jié)構(gòu)的俯視圖(部分剖視)；

圖3為本發(fā)明實施例提供的下肢康復(fù)訓(xùn)練機的運行控制圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的下肢康復(fù)訓(xùn)練機的控制單元的原理框圖。

附圖標記說明：

1-基座支架，2-步態(tài)控制電機，3-主動鏈輪，4-從動鏈輪，5-曲柄，6-連桿，7-滾輪，8-腳踏板，9-第一支撐座，10-第二支撐座，11-限位槽。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1至圖4所示，一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機，包括機械結(jié)構(gòu)單元和控制單元，所述的機械結(jié)構(gòu)單元包括基座支架1、設(shè)置在所述的基座支架1上的步態(tài)控制電機2、安裝在所述的步態(tài)控制電機2的輸出端的主動鏈輪3及通過傳動鏈與所述的主動鏈輪3傳動連接的從動鏈輪4，所述的從動鏈輪4上軸向的兩側(cè)分別固定安裝有曲柄5，兩個所述的曲柄5水平面內(nèi)的投影呈中心對稱，兩個所述的曲柄5的遠離所述的從動鏈輪4的軸心的一端分別鉸接設(shè)置有連桿6，所述的連桿6的遠離所述的曲柄5的一端分別安裝有能夠轉(zhuǎn)動的滾輪7，所述的連桿6上分別安裝有腳踏板8；所述的基座支架1上設(shè)置有一對第一支撐座9，所述的步態(tài)控制電機2的輸出端通過一對圓錐滾子軸承安裝在一對所述的第一支撐座9上，所述的基座支架1上設(shè)置有一對第二支撐座10，兩個所述的曲柄5及所述的從動鏈輪4均固定安裝在一個橫軸上，所述的橫軸通過一對圓錐滾子軸承安裝在一對所述的第二支撐座10上，所述的連桿6上分別設(shè)置有限位槽11，所述的限位槽11內(nèi)分別設(shè)置有鉸接軸，所述的腳踏板8分別鉸接安裝在對應(yīng)的所述的鉸接軸上，所述的腳踏板8的上表面設(shè)置有防滑凸棱；所述的控制單元包括單片機及外圍電路，所述的控制單元的信號輸出端通過調(diào)速器連接至步態(tài)控制電機，所述的外圍電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、行程開關(guān)接口，串口電平轉(zhuǎn)換電路及pwm信號調(diào)理電路；該訓(xùn)練機的控制單元的上位機負責系統(tǒng)管理、人機對話，實時監(jiān)控患者的生理反饋，協(xié)調(diào)多控制系統(tǒng)；下位從單片機作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行級控制，實現(xiàn)步態(tài)伺服控制和姿態(tài)伺服控制。上位機采用atmel公司的avr系列單片機at90s2313，上位機的任務(wù)包括命令輸入，狀態(tài)顯示，與下位機接口，給步態(tài)系統(tǒng)發(fā)命令等，同時作為主單片機與pc機之間進行串口通訊。下位從單片機也采用at90s2313單片機，其主要任務(wù)是執(zhí)行姿態(tài)系統(tǒng)的控制。pc機通過串行通信接口與上位的單片機進行通信，可以實現(xiàn)下肢康復(fù)訓(xùn)練機的單片機自主控制和pc機控制兩種方式，上位機接受pc機的控制指令或自主控制電機驅(qū)動電路以實現(xiàn)所要求的功能，pc機可以實現(xiàn)下肢康復(fù)訓(xùn)練機的遠程在線控制，進行訓(xùn)練效果監(jiān)測；控制系統(tǒng)還包括直流穩(wěn)壓電源，顯示與鍵盤接口，通訊接口，單片機，步態(tài)交流電機，腳踝關(guān)節(jié)姿態(tài)控制直流伺服電機，步態(tài)控制交流調(diào)速器，位置和速度傳感器等。交流電機(步態(tài))和直流伺服電機(姿態(tài))在單片機的控制下進行速度、位置和角度的協(xié)調(diào)控制，以適應(yīng)不同狀態(tài)的康復(fù)訓(xùn)練。控制單片機與執(zhí)行機構(gòu)之間經(jīng)過調(diào)速器，pwm信號調(diào)理電路，其中光電耦合電路，用于減少干擾，并對信號進行整形濾波；pc機通過串行通信接口與上位avr單片機at90s2313進行通信，pc機發(fā)出控制指令傳給at90s2313，at90s2313產(chǎn)生的pwm信號經(jīng)過信號調(diào)理電路，產(chǎn)生電機調(diào)速系統(tǒng)所需的。0～10v的輸入電壓，進而實現(xiàn)步態(tài)系統(tǒng)的調(diào)速控制。at90s2313的外圍電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、行程開關(guān)接口，串口電平轉(zhuǎn)換電路、pwm信號調(diào)理電路。串行通信接口標準采用rs-232c標準，單片機的串行口經(jīng)過max232芯片轉(zhuǎn)換成為rs-232c標準電平，在pc機和avr90s2313系列單片機之間傳送數(shù)據(jù)。信號調(diào)理電路包括光電隔離電路，整形電路，t形濾波電路三部分。電機調(diào)速系統(tǒng)采用交流電機調(diào)速器進行調(diào)速。avr單片機是atmel公司將閃速存儲技術(shù)應(yīng)用于單片機產(chǎn)品所推出的flash單片機，它采用低功率、非揮發(fā)的cmos工藝制造，通過spi口和一般的編程器，可以對avr單片機的flash存儲器進行編程。本控制驅(qū)動系統(tǒng)使用的是at90s2313型avr單片機，它是基于新的精簡指令risc結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)是在90年代開發(fā)出來的，綜合了半導(dǎo)體集成技術(shù)和軟件性能的新結(jié)構(gòu)。上述的單片機采用at90s2313，其是avr增強性能risc結(jié)構(gòu)的低功耗coms技術(shù)八位微控制器。該結(jié)構(gòu)有效的支持高級語言，以及密集度極大的匯編代碼程序。該單片機具有以下特征:120條功能強大的指令；2k字節(jié)可下載的flash存儲器；128字節(jié)eeprom；128字節(jié)內(nèi)部ram；15條可編程i/0線；32個8位通用寄存器；內(nèi)部及外部中斷，片內(nèi)模擬比較器，帶有一個8位可預(yù)分頻的定時器/計數(shù)器，帶有比較和捕獲模式的16位預(yù)分頻的定時器/計數(shù)器，全雙工uart，可選擇的8位、9位或10位pwm，外部和內(nèi)部中斷源，可編程看門狗和片內(nèi)晶振器；一個為下載程序而設(shè)計的串行口，以及2個可通過軟件選擇的電源保留模式。

綜上，該下肢康復(fù)訓(xùn)練機通過電機、曲柄及連桿驅(qū)動腳踏板仿真模擬人行走步態(tài)，以促進使用者的下肢康復(fù)，并通過單片機對電機進行調(diào)速控制，可根據(jù)使用者的不同階段的康復(fù)需求調(diào)整步伐頻率，整體結(jié)構(gòu)可靠，運行平穩(wěn)，仿真性好，適于在下肢康復(fù)中推廣應(yīng)用。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。