下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構及控制方法，包括支架、設置在所述支架橫板上的踏板模塊，設置在所述支架豎板上的擺動桿，以及與所述擺動桿一端連接的固定模塊和另一端連接的配重模塊；本發(fā)明通過配重的左右移動實現(xiàn)配重模塊自身的重心調整，實現(xiàn)自適應配重平衡，從而帶動擺動桿上下擺動，實現(xiàn)康復訓練者上下移動，保證康復訓練者的設定姿態(tài)不隨自適應控制的調整而改變，實現(xiàn)下肢步態(tài)自適應減重康復訓練。
【專利說明】下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構及控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減重機構及控制方法，尤其涉及一種用于下肢康復訓練的具有自適應減重功能的減重機構及控制方法。

【背景技術】
[0002]在日常生活中，下肢運動功能障礙類疾病的患者，因為失去了軀體平衡能力，并且受限于下肢有限的支撐能力，他們的下肢康復訓練運動往往會遭遇很大的阻礙。目前，下肢康復訓練機構作為輔助患者進行康復訓練的自動化醫(yī)療儀器，可以給患者提供軀體的平衡，患者可以在康復訓練機構的支撐下主動進行康復訓練。但是康復訓練中并未充分合理地考慮到康復訓練者下肢有限的支撐能力，如果僅靠手臂的支撐力量進行的康復訓練，對于康復訓練者來說，負擔過重，困難過大而且還不安全，這時就離不開護理人員的小心幫助，對護理人員的要求就會很高。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明充分考慮下肢康復訓練者喪失的軀體平衡能力和有限的支撐能力，為了安全、可靠地解決下肢康復訓練者自主康復訓練問題，提出了一種能夠實現(xiàn)自適應減重的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構及控制方法。
[0004]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，包括支架、設置在所述支架橫板上的踏板模塊、轉動設置在所述支架豎板上的擺動桿、與所述擺動桿一端連接的固定模塊以及與所述擺動桿另一端連接的配重模塊；所述固定模塊用于固定康復訓練者；所述踏板模塊測量康復訓練者對踏板模塊施加的壓力；所述配重模塊通過調整自身重心實現(xiàn)擺動桿上下擺動，從而調整康復訓練者對踏板模塊的壓力。
[0006]所述固定模塊包括背帶和承重板。
[0007]所述踏板模塊由踏板和踏板下裝有的測力傳感器組組成。
[0008]所述測力傳感器組由四個測力傳感器組成，四個測力傳感器均勻分布在所述踏板下接近四個拐角處。測力傳感器組與計算機通信連接。
[0009]所述配重模塊包括配重架、配重、用于配重進行滑動的導軌以及與配重連接并驅動配重滑動的驅動機構；所述驅動機構包括電機、絲桿以及套設在所述絲桿上的螺母。在設計時可以通過修改配重質量和各部分長度，如導軌與絲桿的長度、擺動桿的長度等，以適用不同需求的人群。
[0010]所述支架上還設有安全擋板，所述安全擋板設置在所述擺動桿下方，用于限制擺動桿上下擺動的角度。
[0011]一種下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構控制方法，具體步驟如下:
[0012]步驟1:使用前通過計算機預設閾值z，z為康復訓練者期望對踏板造成的壓力值上限，單位N;
[0013]步驟2:使用固定模塊中的背帶將康復訓練者背靠承重板固定；
[0014]步驟3:在康復訓練者準備好之后打開各部分電源，機構即開始工作；
[0015]步驟4:測力傳感器組工作，測量康復訓練者對踏板實施的壓力值，并將數(shù)據(jù)通過通信連接發(fā)送給計算機，計算機接收的數(shù)據(jù)轉化為壓力值s，單位為N，并與預設閾值z比較，若s > z，則計算機控制電機轉動，電機通過聯(lián)軸器帶動絲桿轉動，再通過絲桿和螺母配合，通孔與導軌的配合，帶動配重背向康復訓練者移動，直到所測s滿足s < = z，電機停止轉動，等待下一次轉動命令；
[0016]步驟5:康復訓練者進行減重康復訓練；
[0017]步驟6:如果訓練過程中需要改變預設閾值，則在計算機上修改閾值，并返回步驟4 ；
[0018]步驟7:下肢康復訓練結束，計算機控制電機旋轉，帶動配重朝向康復訓練者移動至頂端，護理人員幫助康復訓練者安全卸下設備，關閉設備電源。
[0019]在步驟6中，計算機每隔5秒檢測預設閾值z是否變化，若無變化則繼續(xù)以預設閾值z運行，若檢測到閾值改變時，記錄改變后的閾值為Zl，此時仍然按照改變前的閾值z進行減重控制；在5秒后的下一次檢測中，若檢測到的閾值z2等于z i，則按照Zl進行減重控制；如果z2不等于z i，則繼續(xù)按照z進行控制，記錄此時的閾值。也就是改變后被檢測兩次的值相同，才改變控制閾值，控制量改變時間5-10秒之間。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0021](1)本發(fā)明采用擺動桿，自適應調節(jié)過程中實現(xiàn)上下擺動，而無平面轉動，可以保持康復訓練者的姿態(tài)保持不變，自適應調節(jié)過程不會給康復訓練者帶來不適；
[0022](2)本發(fā)明可以根據(jù)康復訓練者不同的體重，充分考慮其下肢支撐能力，可自適應的調節(jié)配重，使得康復訓練者對于踏板壓力低于所設閾值，實現(xiàn)下肢步態(tài)自適應減重康復訓練。
[0023](3)本發(fā)明可以進行自適應減重調節(jié)，適用人群廣，能達到更好的人群適應性。
[0024](4)本發(fā)明通過精簡有效的控制方法，控制過程連續(xù)，實時性好，發(fā)明中增設了安全擋板裝置，使得使用安全性得到更好的保障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明具體實施流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明中踏板模塊中的四個測力傳感器分布示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明的一個實例結構圖；
[0028]圖4為本發(fā)明的一個實例場景示意圖；
[0029]附圖中標號為:1.承重板和背帶；2.測力傳感器組；3.踏板；4.擺動桿；5.支架；6.安全擋板；7.電機；8.螺母；9.絲桿；10.配重；11.導軌；12.通孔；13.聯(lián)軸器；14.配重架。

【具體實施方式】
:
[0030]下面以圖3的實例場景示意圖為例，并結合圖1和圖2說明本發(fā)明的具體實施步驟:
[0031]如圖1和圖3所示，本發(fā)明公開了一種下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構及控制方法，本下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構包括支架、設置在所述支架橫板上的踏板模塊，轉動設置在所述支架豎板上的擺動桿、與所述擺動桿一端連接的固定模塊以及與所述擺動桿另一端連接的配重模塊；所述固定模塊固定模塊由背帶和承重板1組成，用于固定康復訓練者。所述踏板模塊由踏板3和踏板下裝有的測力傳感器組2組成，測力傳感器組2由四個測力傳感器組成，四個測力傳感器均勻分布在踏板下接近四個拐角處，分布如圖2。所述踏板模塊用于測量康復訓練者對踏板模塊施加的壓力；所述配重模塊包括配重架14、配重10、用于配重10進行滑動的導軌11以及與配重10連接的驅動機構，驅動機構用于驅動配重10滑動。在配重10上設有通孔12，用于導軌11通過配重10，并使配重10在導軌11上滑動。驅動機構包括電機7、聯(lián)軸器13、絲桿9以及套設在所述絲桿9上的螺母8，電機7使用四顆螺釘固定于配重架14上，電機7出軸與絲桿9通過聯(lián)軸器13連接，可帶動絲桿9旋轉。支架5上還設有安全擋板6，安全擋板6設置在擺動桿4下方，可以限制擺動桿4上下擺動的角度，起到安全作用，保證不會將康復訓練者抬得過高或壓得過低；測力傳感器組2與計算機通信連接，電機7與計算機通信連接；如圖4所示。
[0032]測力傳感器2用于測量康復訓練者對踏板施加的壓力，計算機通過通信連接獲取所測數(shù)據(jù)并與預設閾值Z比較，根據(jù)所測壓力s與預設閾值z比較的結果控制電機7旋轉，電機7通過聯(lián)軸器13帶動絲桿轉動，再通過配重10下的螺母8與絲桿9的配合，配重10上的通孔12與導軌11的配合，帶動配重10左右移動，實現(xiàn)配重模塊重心變化，自適應配重平衡。通過配重10左右移動調整自身重心變化，從而帶動擺動桿上下擺動，進而實現(xiàn)康復訓練者上下移動，調整康復訓練者對踏板模塊的壓力。本發(fā)明利用擺動桿4的上下擺動替代為平面內的轉動，保證康復訓練者的設定姿態(tài)不隨自適應控制的調整而改變，實現(xiàn)下肢步態(tài)自適應減重康復訓練。
[0033]其具體步驟如下:
[0034]步驟1:使用前通過計算機預設閾值z，z為康復訓練者期望對踏板3造成的壓力值上限，單位N;
[0035]步驟2:使用固定模塊中的背帶將康復訓練者背靠承重板1固定；
[0036]步驟3:在康復訓練者準備好之后打開各部分電源，機構即開始工作；
[0037]步驟4:測力傳感器組2工作，測量康復訓練者對踏板的壓力值，并將數(shù)據(jù)傳送給計算機，計算機將四個測力傳感器2測得數(shù)據(jù)求和并轉化為壓力值s，單位為N，并與預設閾值Z比較，若s > Z，則計算機控制電機7轉動，電機7通過聯(lián)軸器13帶動絲桿9轉動，通過絲桿9和螺母8配合，通孔12與導軌11的配合，帶動配重10背向康復訓練者移動，直到所測S滿足s < = z，電機7停止轉動，等待下一次轉動命令；
[0038]步驟5:康復訓練者進行減重康復訓練；
[0039]步驟6:如果訓練過程中需要改變預設閾值z，則在計算機上修改閾值z，并返回步驟4 ;計算機每隔5秒檢測預設閾值z是否變化，若無變化則繼續(xù)以預設閾值z運行，若檢測到閾值改變時，記錄改變后的閾值為Zl，此時仍然按照改變前的閾值z進行減重控制；在5秒后的下一次檢測中，若檢測到的閾值z2等于z i，則按照Zl進行減重控制；如果z 2不等于Zl，則繼續(xù)按照Z進行控制，記錄此時的閾值。也就是改變后被檢測兩次的值相同，才改變控制閾值，控制量改變時間5-10秒之間，起到延遲改變閾值的作用。之后，計算機對減重機構的閾值持續(xù)進行監(jiān)測。
[0040]步驟7:下肢康復訓練結束，計算機控制電機旋轉，帶動配重10朝向康復訓練者移動至頂端，護理人員幫助康復訓練者安全卸下設備，關閉設備電源。
[0041]在本發(fā)明具體實施例中，可在設計時通過修改配重質量和各部分長度，如導軌與絲桿的長度、擺動桿的長度等，以適用不同需求的人群。
[0042]在以上的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是以上描述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受上面公開的具體實施的限制。凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，其特征在于:包括支架、設置在所述支架橫板上的踏板模塊、轉動設置在所述支架豎板上的擺動桿、與所述擺動桿一端連接的固定模塊以及與所述擺動桿另一端連接的配重模塊；所述固定模塊用于固定康復訓練者；所述踏板模塊測量康復訓練者對踏板模塊施加的壓力；所述配重模塊通過調整自身重心實現(xiàn)擺動桿上下擺動，從而調整康復訓練者對踏板模塊的壓力。
2.根據(jù)權利要求1所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，其特征在于:所述固定模塊包括背帶和承重板。
3.根據(jù)權利要求1所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，其特征在于:所述踏板模塊由踏板和踏板下裝有的測力傳感器組組成。
4.根據(jù)權利要求3所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，其特征在于:所述測力傳感器組由四個測力傳感器組成，四個測力傳感器均勻分布在所述踏板下接近四個拐角處。
5.根據(jù)權利要求1所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，其特征在于:所述配重模塊包括配重架、配重、用于配重進行滑動的導軌以及與配重連接并驅動配重滑動的驅動機構。
6.根據(jù)權利要求1所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構，其特征在于:所述支架上還設有安全擋板，所述安全擋板設置在所述擺動桿下方。
7.—種應用權利要求1所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構控制方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟1:使用前通過計算機預設閾值2，2為康復訓練者期望對踏板造成的壓力值上限，單位X ； 步驟2:使用固定模塊中的背帶將康復訓練者背靠承重板固定； 步驟3:在康復訓練者準備好之后打開各部分電源，機構即開始工作； 步驟4:測力傳感器組工作，測量康復訓練者對踏板實施的壓力值，并將數(shù)據(jù)通過通信連接發(fā)送給計算機，計算機接收的數(shù)據(jù)轉化為壓力值8，單位為I并與預設閾值2比較，若8? 2，則計算機控制電機轉動，電機通過聯(lián)軸器帶動絲桿轉動，再通過絲桿和螺母配合，通孔與導軌的配合，帶動配重背向康復訓練者移動，擺動桿擺動，帶動康復訓練者向上移動；直到所測8滿足8 ?二 2，電機停止轉動，等待下一次轉動命令； 步驟5:康復訓練者進行減重康復訓練； 步驟6:如果訓練過程中需要改變預設閾值，則在計算機上修改閾值，并返回步驟4 ； 步驟7:下肢康復訓練結束，計算機控制電機旋轉，帶動配重朝向康復訓練者移動至頂端，護理人員幫助康復訓練者安全卸下設備，關閉設備電源。
8.根據(jù)權利要求7所述的下肢步態(tài)康復訓練自適應減重機構控制方法，其特征在于:在步驟6中，計算機每隔5秒檢測預設閾值2是否變化，若無變化則繼續(xù)以預設閾值2運行，若檢測到閾值改變時，記錄改變后的閾值為\，此時仍然按照改變前的閾值2進行減重控制；在5秒后的下一次檢測中，若檢測到的閾值22等于21，則按照21進行減重控制；如果%不等于2工，則繼續(xù)按照2進行控制，記錄此時的閾值。
【文檔編號】A63B24/00GK104474668SQ201410785391
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權日:2014年12月16日
【發(fā)明者】宋愛國, 秦超龍, 李會軍, 倪得晶 申請人:東南大學