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腿部肌肉力量康复训练装置

阅读：837发布：2023-03-21

专利汇可以提供腿部肌肉力量康复训练装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型腿部肌肉力量康复训练装置，属于腿部康复医疗器械技术领域，解决了现有技术中存在的康复训练成本较高、穿戴费时、不能够实时监测患者的康复治疗效果的技术问题；本实用新型包括底座、动力源和丝杠滑台；本实用新型能够实现患者为主机器人为辅的训练方式，通过标准化重复运动，锻炼腿部肌肉，恢复下肢运动机能，不仅符合人体坐站转换运动规律，而且可平稳的辅助患者完成坐-站-坐腿部肌肉力量的康复训练。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是腿部肌肉力量康复训练装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.腿部肌肉力量康复训练装置，其特征在于，包括底座、动力源、和丝杠滑台机构(25)；
所述底座包括四个脚撑(1)、钣金(2)、四个薄膜压力传感器Ⅰ(3)、立柱(4)和两个扶手(5)；四个脚撑(1)分别固定连接在钣金(2)底部的四个角上，四个薄膜压力传感器Ⅰ(3)均固定连接在钣金(2)的前侧，四个立柱(4)分别与钣金(2)固定连接，两个扶手(5)分别固定连接在钣金(2)的左右两侧；
动力源包括步进电机Ⅱ(11)、蜗轮蜗杆减速器(12)、直角支架Ⅱ(13)、键(14)、轴承座(15)、滚珠轴承(16)、阶梯轴(17)、平键(18)、两个Z型支架(19)、联轴器Ⅱ(20)、角度编码器(22)、直角支架Ⅳ(23)和直角支架Ⅴ(24)；
步进电机Ⅱ(11)的输出轴与蜗轮蜗杆减速器的蜗杆通过键连接，蜗轮蜗杆减速器(12)与阶梯轴(17)一侧通过键(14)连接，且蜗轮蜗杆减速器(12)通过直角支架Ⅱ(13)分别与左侧两个立柱(4)的外侧为螺栓连接，阶梯轴(17)另一侧通过联轴器Ⅱ(20)连接角度编码器(22)，角度编码器(22)与直角支架Ⅳ(23)固定连接，直角支架Ⅳ(23)与直角支架Ⅴ(24)固定连接，直角支架Ⅴ(24)分别与右侧的两个立柱(4)螺栓连接，滚珠轴承(16)位于轴承座(15)内部，阶梯轴(17)一端的轴承座通过螺栓分别与左侧两个立柱(4)连接，阶梯轴(17)另一端的轴承座通过螺栓分别与右侧两个立柱(4)连接，两个Z型支架(19)分别位于阶梯轴(17)中心的平键(18)的两侧，每个Z型支架(19)与阶梯轴固定连接，横梁(34)与分别与两个Z型支架为螺栓连接；
丝杠滑台机构(25)包括坐垫(26)、薄膜压力传感器Ⅱ(27)、移动平台(28)、滚珠丝杠(29)、联轴器Ⅲ(30)、步进电机Ⅲ(31)、拉线式位移传感器(32)、直角支架Ⅵ(33)、两根横梁(34)和直角支架Ⅶ(35)；
步进电机Ⅲ(31)的底座与横梁(34)固定连接，步进电机Ⅲ(31)的输出轴通过联轴器Ⅲ(30)与滚珠丝杠(29)连接，滚珠丝杠(29)的两侧分别与横梁(34)通过螺栓连接，丝母与移动平台(28)固定连接，坐垫(26)与移动平台(28)固定连接，坐垫(26)上设有四个薄膜压力传感器Ⅱ(27)，移动平台(28)通过直角支架Ⅶ(35)与拉线式位移传感器(32)的一侧螺栓连接，拉线式位移传感器(32)另一侧通过直角支架Ⅵ(33)与横梁(34)螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的腿部肌肉力量康复训练装置，其特征在于，所述立柱(4)的材料是铝型材。
3.根据权利要求1所述的腿部肌肉力量康复训练装置，其特征在于，所述扶手(5)的材料是铝合金管。
4.根据权利要求1所述的腿部肌肉力量康复训练装置，其特征在于，进一步，所述横梁(34)的旋转角度范围0°至90°。
5.根据权利要求1所述的腿部肌肉力量康复训练装置，其特征在于，还包括靠背旋转机构，所述靠背旋转机构包括步进电机Ⅰ(6)、直角支架Ⅰ(7)、联轴器Ⅰ(8)、靠背(9)、旋转轴(10)和直角支架Ⅲ(21)；所述直角支架Ⅲ(21)与直角支架Ⅳ(23)为同一个结构；
步进电机Ⅰ(6)的输出轴通过联轴器Ⅰ(8)与旋转轴连接，旋转轴(10)与靠背(9)固定连接，步进电机Ⅰ(6)与直角支架Ⅰ(7)固定连接，直角支架Ⅰ(7)与直角支架Ⅲ(21)通过螺栓螺母紧固，直角支架Ⅲ(21)与横梁(34)固定连接。
6.根据权利要求1所述的腿部肌肉力量康复训练装置，其特征在于，还包括控制器，控制器分别与步进电机Ⅰ(6)、步进电机Ⅱ(11)，角度编码器(22)、薄膜压力传感器Ⅰ(3)、薄膜压力传感器Ⅱ(27)，步进电机Ⅲ(31)、拉线式位移传感器(32)连接，通过PLC编程或者单片机实现控制器控制各电子部件的运行。

说明书全文

腿部肌肉力量康复训练装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于腿部康复医疗器械技术领域，具体涉及一种腿部肌肉力量康复训练装置，即通过机械结构对人体臀部提供辅助力帮助人体从坐姿状态到站立状态的转换，实现下肢腿部肌肉力量的康复训练。

背景技术

[0002] 随着我国社会老龄化的加剧，脑卒中偏瘫患者、交通事故等意外事故造成的下肢损伤痛疾患者逐渐增多，康复设备的使用价值变得越来越大。国内多数康复医院仍借助于人工的传统康复方法或简单的康复医疗设备进行腿部康复治疗，不仅康复效率低下，而且治疗师的劳动强度大，限制了患者的训练时间，而康复训练装置以其自动化、精确化和智能化的特点开始逐渐替代治疗师完成一些康复训练任务，正在成为康复医疗器械研究领域的新热点。

[0003] 但现有技术存在以下技术缺陷：

[0004] (1)肢体功能障碍患者的传统康复治疗主要依赖于治疗师一对一的徒手训练，难以实现高强度、有针对性和重复性的康复训练要求，并且人工训练的成本较高，康复评价也多为主观评价，不能够实时监测患者的康复治疗效果。

[0005] (2)采用功能性电刺激技术刺激患者的受损肌肉或是老年人的相关部位，虽然可成功的辅助患者完成站立，但需要针对不同的患者和老年人，提供不同的刺激电流和脉宽而制定个性化的康复方案。

[0006] (3)下肢外骨骼康复机器人由于其造价、自身重量及穿戴费时等缺点，而只能针对特定患者以辅助康复治疗。

[0007] (4)部分辅助站立系统辅助患者坐-站-坐过程中需要上肢提供必要的辅助力来保持身体稳定和平衡，如何协调人体自主所提供辅助力与机器人所提供辅助力之间的关系，目前没有得到很好的解决。发明内容

[0008] 本实用新型的目的是提供一种腿部肌肉力量康复训练装置，解决现有技术中存在的康复训练成本较高、穿戴费时、不能够实时监测患者的康复治疗效果的技术问题。

[0009] 为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

[0010] 本实用新型腿部肌肉力量康复训练装置包括底座、动力源和丝杠滑台机构；

[0011] 所述底座包括四个脚撑、钣金、四个薄膜压力传感器Ⅰ、立柱和两个扶手；四个脚撑分别固定连接在钣金底部的四个角上，四个薄膜压力传感器Ⅰ均固定连接在钣金的前侧，四个立柱分别与钣金固定连接，两个扶手分别固定连接在钣金的左右两侧；

[0012] 动力源包括步进电机Ⅱ、蜗轮蜗杆减速器、直角支架Ⅱ、键、轴承座、滚珠轴承、阶梯轴、平键、两个Z型支架、联轴器Ⅱ、角度编码器、直角支架Ⅳ、直角支架Ⅴ；

[0013] 步进电机Ⅱ的输出轴与蜗轮蜗杆减速器的蜗杆通过键连接，步进电机Ⅱ的底座与蜗轮蜗杆减速器的壳体通过螺栓螺母连接，蜗轮蜗杆减速器与阶梯轴一侧通过键连接，且蜗轮蜗杆减速器通过直角支架Ⅱ分别与左侧两个立柱的外侧为螺栓连接，阶梯轴另一侧通过联轴器Ⅱ连接角度编码器，角度编码器与直角支架Ⅳ固定连接，直角支架Ⅳ与直角支架Ⅴ固定连接，直角支架Ⅴ分别与右侧的两个立柱螺栓连接，滚珠轴承位于轴承座内部，阶梯轴一端的轴承座通过螺栓分别与左侧两个立柱连接，阶梯轴另一端的轴承座通过螺栓分别与右侧两个立柱连接，两个Z型支架分别位于阶梯轴中心的平键的两侧，每个Z型支架与阶梯轴固定连接，横梁分别与两个Z型支架通过螺栓连接；

[0014] 丝杠滑台包括坐垫、薄膜压力传感器Ⅱ、移动平台、滚珠丝杠、联轴器Ⅲ、步进电机Ⅲ、拉线式位移传感器、直角支架Ⅵ、两根横梁和直角支架Ⅶ；

[0015] 步进电机Ⅲ的底座与横梁固定连接，步进电机Ⅲ的输出轴通过联轴器Ⅲ与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠的两侧分别与横梁通过螺栓连接，丝母与移动平台固定连接，坐垫与移动平台固定连接，坐垫上设有四个薄膜压力传感器Ⅱ，移动平台通过直角支架Ⅶ与拉线式位移传感器的一侧螺栓连接，拉线式位移传感器另一侧通过直角支架Ⅵ与横梁螺栓连接。

[0016] 进一步，所述立柱的材料是铝型材。

[0017] 进一步，所述扶手的材料是铝合金管。

[0018] 进一步，所述横梁的旋转角度范围为0°至90°。

[0019] 进一步，本实用新型还包括靠背旋转机构，所述靠背旋转机构包括步进电机Ⅰ、直角支架Ⅰ、联轴器Ⅰ、靠背、旋转轴和直角支架Ⅲ；所述直角支架Ⅲ与直角支架Ⅳ为同一个结构；

[0020] 步进电机Ⅰ的输出轴通过联轴器Ⅰ与旋转轴连接，旋转轴与靠背固定连接，步进电机Ⅰ与直角支架Ⅰ固定连接，直角支架Ⅰ与直角支架通过螺栓螺母紧固，直角支架Ⅲ与横梁固定连接。

[0021] 进一步，本实用新型还包括控制器，控制器分别与步进电机Ⅰ、步进电机Ⅱ，角度编码器、薄膜压力传感器Ⅰ、薄膜压力传感器Ⅱ，步进电机Ⅲ、拉线式位移传感器连接，通过PLC编程或者单片机实现控制器控制各电子部件的运行。

[0022] 本实用新型的有益技术效果：

[0023] 1、在底座的钣金上安装薄膜压力传感器，测量患者坐-站-坐过程中的足部压力；在坐垫上安装薄膜压力传感器，测量患者坐-站-坐过程中臀部的压力，通过牛顿欧拉逆动力学算法计算患者在坐-站-坐转换过程中缺少的腿部肌肉力量，利用装置提供精准的辅助力，同时底座上设计了扶手，扶手可以使患者在坐-站-坐过程中防止倾倒，同时手可以发力辅助起立，最大程度的发挥患者的主动力；

[0024] 2、在阶梯轴一侧安装角度编码器，可以准确测量横梁在径向平面的旋转角度，进一步得到膝关节角度变化，在移动平台外侧安装拉线式位移传感器，可以准确测量移动平台作直线运动的位移量，达到精准补偿患者在坐-站-坐过程中坐垫支撑臀部的位移量；

[0025] 3、在坐垫的基础上设计了靠背旋转机构，该机构可平稳的辅助支撑患者坐 -站-坐过程中的背部力量，起到防倾倒作用；

[0026] 4、根据康复医学理论和康复机器人相结合的原理，在控制系统的作用下，通过机械结构为患者提供适量的辅助力使横梁能够在径向平面内作旋转运动，丝杠滑台上的坐垫能够沿着横梁方向移动，使下肢功能障碍患者能够从初始坐姿状态在90度范围内进行坐-站-坐康复训练，同时靠背随着患者的坐-站-坐过程也随之作旋转运动，起到辅助支撑患者背部的作用，进而实现腿部肌肉力量康复训练的功能；

[0027] 本实用新型能够长期、稳定地提供强度适当的康复训练，并精确检测和反馈训练患者的运动信息实时进行控制，在坐-站-坐过程中患者可发挥自身主动力最大限度的参与其中，实现患者为主机器人为辅的训练方式；本实用新型通过标准化重复运动，锻炼腿部肌肉，恢复下肢运动机能，不仅符合人体坐站转换运动规律，而且可平稳的辅助患者完成坐-站-坐腿部肌肉力量的康复训练。附图说明

[0028] 图1为本实用新型腿部肌肉力量康复训练装置的结构示意图；

[0029] 图2为本实用新型腿部肌肉力量康复训练装置的轴测图；

[0030] 图3为本实用新型腿部肌肉力量康复训练装置的另一结构示意图；

[0031] 其中，1、脚撑，2、钣金，3、薄膜压力传感器Ⅰ，4、立柱，5、扶手，6、步进电机Ⅰ，7、直角支架Ⅰ，8、联轴器Ⅰ，9、靠背，10、旋转轴，11、步进电机Ⅱ，12、蜗轮蜗杆减速器，13、直角支架Ⅱ，14、键，15、轴承座，16、滚珠轴承，17、阶梯轴，18、平键，19、Z型支架，20、联轴器Ⅱ，21、直角支架Ⅲ，22、角度编码器，23、直角支架Ⅳ，24、直角支架Ⅴ，25、丝杠滑台， 26、坐垫，27、薄膜压力传感器Ⅱ，28、移动平台，29、滚珠丝杠，30、联轴器Ⅲ，31、步进电机Ⅲ，32、拉线式位移传感器，33、直角支架Ⅵ，34、横梁， 35、直角支架Ⅶ。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

[0033] 参见附图1-3，本实用新型腿部肌肉力量康复训练装置包括底座、动力源和丝杠滑台机构25；

[0034] 所述底座包括四个脚撑1、钣金2、四个薄膜压力传感器Ⅰ3、立柱4和两个扶手5；四个脚撑1分别固定连接在钣金2底部的四个角上，四个薄膜压力传感器Ⅰ3均固定连接在钣金2的前侧，四个立柱4分别与钣金2固定连接，两个扶手5分别固定连接在钣金2的左右两侧；

[0035] 动力源包括步进电机Ⅱ11、蜗轮蜗杆减速器12、直角支架Ⅱ13、键14、轴承座15、滚珠轴承16、阶梯轴17、平键18、两个Z型支架19、联轴器Ⅱ20、角度编码器22、直角支架Ⅳ23、直角支架Ⅴ24；

[0036] 步进电机Ⅱ11的输出轴与蜗轮蜗杆减速器的蜗杆通过键连接，步进电机Ⅱ的底座与蜗轮蜗杆减速器的壳体通过螺栓螺母连接，蜗轮蜗杆减速器12与阶梯轴17一侧通过键14连接，且蜗轮蜗杆减速器12通过直角支架Ⅱ13分别与左侧两个立柱4的外侧为螺栓连接，阶梯轴17另一侧通过联轴器Ⅱ20连接角度编码器22，角度编码器22与直角支架Ⅳ23固定连接，直角支架Ⅳ23与直角支架Ⅴ 24固定连接，直角支架Ⅴ24分别与右侧的两个立柱4螺栓连接，滚珠轴承16 位于轴承座15内部，阶梯轴17一端的轴承座通过螺栓分别与左侧两个立柱4 连接，阶梯轴17另一端的轴承座通过螺栓分别与右侧两个立柱4连接，两个Z 型支架19分别位于阶梯轴17中心的平键18的两侧，每个Z型支架19与阶梯轴固定连接，横梁34与分别与两个Z型支架为螺栓连接；

[0037] 丝杠滑台25包括坐垫26、薄膜压力传感器Ⅱ27、移动平台28、滚珠丝杠 29、联轴器Ⅲ30、步进电机Ⅲ31、拉线式位移传感器32、直角支架Ⅵ33、两根横梁34和直角支架Ⅶ35；

[0038] 步进电机Ⅲ31的底座与横梁34固定连接，步进电机Ⅲ31的输出轴通过联轴器Ⅲ30与滚珠丝杠29连接，滚珠丝杠29的两侧分别与横梁34通过螺栓连接，丝母与移动平台28固定连接，坐垫26与移动平台28固定连接，坐垫26上设有四个薄膜压力传感器Ⅱ27，移动平台28通过直角支架Ⅶ35与拉线式位移传感器32的一侧螺栓连接，拉线式位移传感器32另一侧通过直角支架Ⅵ33与横梁 34螺栓连接。

[0039] 所述立柱4的材料是铝型材。

[0040] 所述扶手5的材料是铝合金管。

[0041] 进一步，所述横梁34的旋转角度范围为0°-90°。

[0042] 进一步，本实用新型还包括靠背旋转机构，所述靠背旋转机构包括步进电机Ⅰ6、直角支架Ⅰ7、联轴器Ⅰ8、靠背9、旋转轴10和直角支架Ⅲ21；所述直角支架Ⅲ21与直角支架Ⅳ23为同一个结构；

[0043] 步进电机Ⅰ6的输出轴通过联轴器Ⅰ8与旋转轴连接，旋转轴10与靠背9 固定连接，步进电机Ⅰ6与直角支架Ⅰ7固定连接，直角支架Ⅰ7与直角支架Ⅲ21 通过螺栓螺母紧固，直角支架Ⅲ21与横梁34固定连接。

[0044] 进一步，本实用新型还包括控制器，控制器分别与步进电机Ⅰ6、步进电机Ⅱ11，角度编码器22、薄膜压力传感器Ⅰ3、薄膜压力传感器Ⅱ27，步进电机Ⅲ 31、拉线式位移传感器32连接，通过PLC编程或者单片机实现控制器控制各电子部件的运行。

[0045] 本实用新型的工作过程如下：

[0046] 初始状态下肢功能障碍患者平稳地坐在坐垫26上，脚底踩踏在薄膜压力传感器Ⅰ3上，步进电机Ⅱ11启动工作，经蜗轮蜗杆减速器12传递动力，使得横梁34作旋转运动，患者随着横梁34在径向平面内缓慢站立，与此同时横梁34 上丝杠滑台25的步进电机Ⅲ31驱动移动平台28带动坐垫26沿着横梁34的方向作直线运动支撑患者臀部，而靠背旋转机构上的靠背9在步进电机Ⅰ6的驱动下伴随患者在坐-站-坐过程中支撑患者背部，这样在三台步进电机的协调控制下使坐垫26处的运动轨迹与患者在坐-站-坐过程中臀部髋关节的运动轨迹近似重合，达到了辅助下肢功能障碍患者进行腿部肌肉力量康复训练的目的；控制器分别与步进电机Ⅰ6、步进电机Ⅱ11，角度编码器22、薄膜压力传感器Ⅰ3、薄膜压力传感器Ⅱ27，步进电机Ⅲ31、拉线式位移传感器32连接，控制器用于控制各电子部件的运行。

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