雙肢鏡像運動訓練設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙肢鏡像運動訓練設備，包括主機構、能量補償模塊和從機構，所述的主機構含有主電機，從機構含有從電機，兩個電機與能量補償模塊串聯(lián)起來；主機構安裝在患者的健肢關節(jié)處，從機構安裝在患者的患肢關節(jié)處，所述的主機構跟著健肢關節(jié)運動而產生電能，該電能與主機構產生的電能相結合作為電源，并通過能量補償模塊調整回路電流，使得實現(xiàn)雙肢體鏡像運動的同時，可以充分調動患肢關節(jié)的主動運動能力。
【專利說明】雙肢鏡像運動訓練設備
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種肢體康復運動設備。
【背景技術】
[0002]當今已經入高齡化社會，有上肢或是下肢障礙的患者越來越多，但是肢體的康復訓練需要在治療醫(yī)師的指導下訓練，患者常常需要在醫(yī)院或者康復訓練中心應用專業(yè)的設備，并在治療醫(yī)師的陪伴下進行訓練。在訓練過程中需要按時到醫(yī)院或康復中心，需要花費大量的費用，并需要最少一到兩名家屬陪伴，需要大量的人力物力。目前大多數(shù)的肢體運動輔助設備僅僅依靠外部電源提供動力，患者常常擔心機械會超出運動范圍，造成意外傷害?，F(xiàn)有的訓練設備中存在一些問題:
[0003]1.訓練前患者可以設置運動速度、運動范圍和阻抗強度等等，盡管有幾個檔位可供選擇，但是選擇某一固定檔位不能確保充分發(fā)揮和訓練病患部位的主動運動能力，而且，如果檔位選擇不當超過患者病患部位的運動承受能力會引發(fā)患者的不適以及疼痛。固定的幾個檔位還降低了設備的智能型，不利于加快運動功能的恢復與增強。
[0004]2.實現(xiàn)鏡像運動的同時，不一定充分調動病患關節(jié)的主動運動能力；或是充分調動病患關節(jié)主動運動能力的同時，不一定實現(xiàn)鏡像運動，即二者不可同時實現(xiàn)。
[0005]3.盡管有的設備可以實時顯示病患部位的負載力或是主動作用力的大小，但是需要應用力/力矩傳感器來測試力/力矩，增加了開發(fā)成本以及設備的體積和重量。
[0006]4.設備的結構固定單一，不能夠支持不同關節(jié)進行不同自由度的訓練。因此研究一種安全、方便的智`能肢體康復訓練設備就成為需要解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種安全、方便的肢體康復訓練設備，可以讓患者在家中自主完成康復訓練，設計相對位置可調的主從對稱式運動訓練機構，支持肢體不同關節(jié)進行不同自由度的運動訓練。實現(xiàn)雙肢體對應關節(jié)鏡像運動的同時，可以基于病患部位的作用力以及舒適度實時調整運動速度、運動幅度以及阻抗力大小，充分調動病患部位的主動運動能力。同時，不應用力/力矩傳感器即可實現(xiàn)雙肢體關節(jié)作用力信息的實時反饋。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，提供一種技術方案:
[0009]一種雙肢鏡像運動訓練設備，包括主機構、能量補償模塊和從機構，所述的主機構含有主電機，從機構含有從電機，兩個電機與能量補償模塊串聯(lián)起來；主機構安裝在患者的健肢關節(jié)處，從機構安裝在患者的患肢關節(jié)處，所述的主機構跟著健肢關節(jié)運動而產生電能，同時根據主從關節(jié)的實際運動速度控制能量補償模塊的電能輸出，該電能與主機構產生的電能相結合作為電源，驅動從機構從而帶動患者患肢關節(jié)運動，實現(xiàn)肢體對應關節(jié)的鏡像運動訓練。通過能量補償模塊調整回路電流，進而增加或減小提供給從機構端的輔助作用力或是阻礙作用力，使得實現(xiàn)雙肢體鏡像運動的同時，可以充分調動患肢關節(jié)的主動運動能力。
[0010]作為本發(fā)明雙肢鏡像運動訓練設備的一種優(yōu)選方案，根據主從電機閉環(huán)電路的電壓平衡方程、主從機構的轉矩/功率平衡方程，基于能量補償模塊輸出能量和閉環(huán)電流的大小，可以直接計算出雙肢體對應關節(jié)的負載力或者主動作用力。
[0011]作為本發(fā)明雙肢鏡像運動訓練設備的一種優(yōu)選方案，所述的主機構和從機構設計成左右對稱結構并應用相同器件，使得設備的使用不受左右肢體穿戴方向的限制，并可以通過調整主機構和從機構的相對方位，支持不同關節(jié)進行不同自由度的鏡像運動訓練。
[0012]本發(fā)明考慮只應用一個能量補償模塊同時給兩個電機提供電能，因此，兩個電機電源端與能量補償模塊直接串聯(lián)，并且，兩個電機的電源端子反向連接，即，應用一個能源供給帶動兩個電機分別實現(xiàn)正轉和反轉。
[0013]本發(fā)明所述的雙肢鏡像運動訓練設備，主要用來協(xié)助一側肢體有運動功能障礙或是雙側肢體運動功能減退的患者進行康復訓練或是運動功能增強訓練，支持雙側肢體實現(xiàn)鏡像對稱運動或是鏡像反對稱運動，增加雙側肢體運動的對稱性以及身體的平衡能力。該設計方案可以用于支持患者進行雙肢體對應關節(jié)的被動-主動訓練、主動-輔助訓練和主動-阻抗訓練(分隔符前代表患肢關節(jié)運動狀態(tài)，分隔符后代表健肢關節(jié)運動狀態(tài))，其中主機構和從機構分別置于患者兩肢體旁側。
[0014]有益效果:
[0015]1.以健肢關節(jié)運動作為參考，根據主從機構運動速度差異控制能量補償模塊輸出能量的大小，支持雙肢體對應關節(jié)實現(xiàn)鏡像運動，同時，在不同訓練模式下，通過調整能量補償模塊能量輸出的大小和方向，改變了主從機構的制動電流，進而平衡對應關節(jié)作用力的差異，使得在實現(xiàn)鏡像運動的同時仍可以充分調動病患部位的主動運動能力。
[0016]2.根據主從電機閉環(huán)電路的電壓平衡方程、主從機構的轉矩/功率平衡方程和能量補償模塊輸出能量的大小，可以直接計算出雙肢體對應關節(jié)的負載力或者主動作用力，不需要力/力矩傳感器即可實時反饋作用力情況。使得在不降低設備智能性的同時，節(jié)省開發(fā)成本，減小設備體積和重量，有利于實現(xiàn)便攜式康復訓練應用。
[0017]3.兩個電機的線連接結構使得主從機構相對位置可調，因此，可以支持不同關節(jié)進行不同自由度的運動訓練。此外，若是應用到外骨骼康復訓練系統(tǒng)，雙側肢體對應關節(jié)和對應自由度應用獨立的主從控制機構，線連接結構有利于支持雙肢體在任意方位實現(xiàn)鏡像運動，增加肢體運動的靈活性與自然性。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1為被動-主動訓練模式下閉環(huán)電路電壓平衡示意圖。
[0019]圖2為主動-輔助訓練模式下閉環(huán)電路電壓平衡示意圖。
[0020]圖3為主動-阻抗訓練模式下閉環(huán)電路電壓平衡示意圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]被動-主動訓練
[0023]健肢關節(jié)的運動帶動主電機(文中用下標I代表主機構元器件)轉動，電機工作在發(fā)電狀態(tài)并產生一定的電能，即，主機構不需要能源供給，能量補償模塊只需給從機構提供電能，而且主電機產生的電能提供給從電機，通過控制能量補償模塊的電能輸出量使從電機(文中用下標2代表從機構元器件)重復主電機的轉動運動，進而，從機構帶動病患關節(jié)重復健肢關節(jié)運動。
[0024]基于圖1所示，閉環(huán)電路的電壓平衡方程為:
【權利要求】
1.一種雙肢鏡像運動訓練設備，其特征在于:包括主機構、能量補償模塊和從機構，所述的主機構含有主電機，從機構含有從電機，兩個電機與能量補償輸出模塊串聯(lián)起來；主機構安裝在患者的健肢關節(jié)處，從機構安裝在患者的患肢關節(jié)處，所述的主機構跟著健肢關節(jié)運動而產生電能，同時根據主從關節(jié)的實際運動速度控制能量補償模塊的電能輸出，該電能與主機構產生的電能相結合作為電源，驅動從機構從而帶動患者患肢關節(jié)運動，實現(xiàn)肢體對應關節(jié)的鏡像運動訓練；通過能量補償模塊調整回路電流，進而增加或減小提供給從機構端的輔助作用力或是阻礙作用力，使得實現(xiàn)雙肢體鏡像運動的同時，可以充分調動患肢關節(jié)的主動運動能力。
2.根據權利要求1所述的雙肢鏡像運動訓練設備，其特征在于:根據主從電機閉環(huán)電路的電壓平衡方程、主從機構的轉矩/功率平衡方程，基于能量補償模塊輸出能量和閉環(huán)電流的大小，可以直接計算出雙肢體對應關節(jié)的負載力或者主動作用力。
3.根據權利要求1或2所述的雙肢鏡像運動訓練設備，其特征在于:所述的主機構和從機構設計成左右對稱結構并應用相同器件，使得設備的使用不受左右肢體穿戴方向的限制，并可以通過調整主機構和從機構的相對方位，支持不同關節(jié)進行不同自由度的鏡像運動訓練。`
【文檔編號】A63B21/005GK103860355SQ201210536801
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權日:2012年12月13日
【發(fā)明者】李春光 申請人:李春光