用于人体康复训练中自动固定装置及康复训练方法
专利汇可以提供用于人体康复训练中自动固定装置及康复训练方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种结构简单且采用模 块 化设计思想，可在人体康复训练中用于人体自动固定的装置及方法，其特征是：包括 框架 ，框架内底部设有交流伺服 电机 ，框架内底部中间设有站立平台，交流 伺服电机 的 输出轴 分别通过柔索与站立平台连接，框架顶部还架设有 铝 合金 型材 ， 铝合金 型材位于站立平台正上方，铝合金型材与站立平台之间竖直连接有左、右侧人体 支撑 机构，左、右侧人体支撑机构与康复人体相固定，左、右侧人体支撑机构内设有交流伺服电机、肌肉电 信号 传感器 ，根据人体在康复过程中的肌肉 电信号 反馈，由工控机处理分析后，通过 控制信号 调整交流伺服电机状态，从而带动左、右侧人体支撑机构发生形变，实现人体康复训练。本发明方法结构简单，且具有良好的减震效果，有效的避免的对人体的二次伤害，在末端固定装置上设有肌电传感器，能够实时监测人体康复情况，能够配合工控机等控制部件实现人体康复训练。，下面是用于人体康复训练中自动固定装置及康复训练方法专利的具体信息内容。
1.用于人体康复训练中自动固定装置，其特征在于：包括立向设置的框架，框架内底部四角位置分别设有交流伺服电机，框架内底部中间设有站立平台，每个交流伺服电机的输出轴分别通过向上绕过框架顶部滑轮再向下延伸的柔索与站立平台连接，所述框架顶部还架设有铝合金型材，铝合金型材位于站立平台正上方，铝合金型材与站立平台之间竖直连接有左、右侧人体支撑机构，左、右侧人体支撑机构结构相同，每侧人体支撑机构从上至下分别包括腰部固定模块、大腿固定模块、小腿固定模块，其中腰部固定模块上端与铝合金型材连接，腰部固定模块下端依次通过腰部关节活动单元、大腿关节活动单元与大腿固定模块上端连接，大腿固定模块下端通过小腿关节活动单元与小腿固定模块上端连接，小腿固定模块下端与站立平台连接，腰部固定模块、大腿固定模块、小腿固定模块的内侧分别连接有身体部位固定单元。
2.根据权利要求1所述的用于人体康复训练中自动固定装置，其特征在于： 所述腰部固定模块、大腿固定模块、小腿固定模块均由尺寸调节单元构成，尺寸调节单元包括竖直设置的尺寸调节模块铝合金外框架，以及从尺寸调节模块铝合金外框架上端竖直滑动安装在尺寸调节模块铝合金外框架中的尺寸调节模块铝合金内框架，尺寸调节模块铝合金外框架内底部通过电机固定板竖直安装有尺寸调节步进电机，尺寸调节步进电机输出轴竖直向上，且尺寸调节步进电机输出轴通过双膜片联轴器共中心轴传动连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠上端转动连接在尺寸调节模块铝合金外框架顶部，尺寸调节模块铝合金内框架底部框板设有滚珠螺母后构成滚珠螺母固定板，且尺寸调节模块铝合金内框架底部框板通过滚珠螺母螺纹装配在滚珠丝杠上构成丝杠螺母副，尺寸调节模块铝合金外框架内位于双膜片联轴器一侧还设有激光测距传感器；
所述腰部固定模块中，尺寸调节模块铝合金内框架上端与铝合金型材连接，尺寸调节模块铝合金外框架下端依次通过腰部关节活动单元、大腿关节活动单元与大腿固定模块中的尺寸调节模块铝合金内框架上端连接，大腿固定模块中的尺寸调节模块铝合金外框架下端通过小腿关节活动单元与小腿固定模块中的尺寸调节模块铝合金内框架上端连接，小腿固定模块中的尺寸调节模块铝合金内框架下端与站立平台连接。
3.根据权利要求2所述的用于人体康复训练中自动固定装置，其特征在于：所述腰部关节活动单元包括水平的腰部转动副步进电机固定板、位于腰部转动副步进电机固定板下方的水平的腰部转动副上板、通过转轴转动连接在腰部转动副上板底面的腰部转动副下板，所述腰部转动副步进电机固定板顶面与腰部固定模块中尺寸调节模块铝合金外框架下端固定连接，腰部转动副步进电机固定板底面通过连接架与腰部转动副上板顶面固定连接，腰部转动副步进电机固定板中设有腰部转动副步进电机，腰部转动副步进电机的输出轴轴端与腰部转动副下板的转轴对应端之间通过大带轮传动模块传动连接，腰部转动副上板与大带轮传动模块相反方向的一侧还通过转轴转动安装有腰部卡板，腰部转动副上板顶面设有卡板舵机，卡板舵机的输出轴通过卡板带传动模块与腰部卡板的转轴传动连接，所述腰部转动副下板底部、腰部卡板下端分别连接至大腿关节活动单元。
4.根据权利要求3所述的用于人体康复训练中自动固定装置，其特征在于：所述大腿关节活动单元包括水平的鱼眼接头连杆固定板、转动轴固定板，以及中心轴水平的鱼眼接头连杆转轴、中心轴竖直的鱼眼接头连杆，所述鱼眼接头连杆转轴固定安装在转动轴固定板顶面，鱼眼接头连杆下端转动安装在鱼眼接头连杆转轴上，鱼眼接头连杆上端与鱼眼接头连杆固定板固定连接，所述鱼眼接头连杆固定板顶面与腰部关节活动单元中腰部转动副下板底部固定连接，转动轴固定板底部与大腿固定模块中尺寸调节模块铝合金内框架上端固定连接，转动轴固定板一侧还设有卡块，所述腰部关节活动单元中腰部卡板下端设有卡在卡块上的卡口。
5.根据权利要求4所述的用于人体康复训练中自动固定装置，其特征在于：所述小腿关节活动单元包括水平的卡板舵机固定板、鱼眼接头连杆固定板、转动轴固定板，以及中心轴水平的鱼眼接头连杆转轴、中心轴竖直的鱼眼接头连杆，其中卡板舵机固定板顶部与大腿固定模块中尺寸调节模块铝合金外框架下端固定连接，卡板舵机固定板中设有卡板舵机，转动轴固定板底部与小腿固定模块中尺寸调节模块铝合金内框架上端固定连接，鱼眼接头连杆转轴固定在转动轴固定板顶部，鱼眼接头连杆下端转动安装在鱼眼接头连杆转轴上，鱼眼接头连杆上端与鱼眼接头连杆固定板固定连接，鱼眼接头连杆固定板通过螺栓与卡板舵机固定板固定连接，还包括设置在卡板舵机固定板一侧的卡板，卡板上端与卡板舵机的输出轴固定连接，卡板下端延伸至小腿固定模块中尺寸调节模块铝合金内框架上端，小腿固定模块中尺寸调节模块铝合金内框架上端一侧设有卡头，所述卡板下端设有卡在卡头上的卡口。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于人体康复训练中自动固定装置，其特征在于：所述身体部位固定单元包括竖直的人体固定装置固定板，人体固定装置固定板背面分别固定在腰部固定模块、大腿固定模块、小腿固定模块中尺寸调节模块铝合金外框架内侧，人体固定装置固定板中设有竖直的滑槽，滑槽中滑动安装有人体固定装置活动块，且人体固定装置活动块与滑槽的上、下端槽壁之间分别连接有人体固定装置弹簧，人体固定装置活动块正面连接有呈半环形的身体部位固定器，身体部位固定器的两端内壁分别设有肌电信号传感器。
7.一种基于权利要求1所述装置的人体康复训练方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：令工控机、尺寸调节单元，腰部关节活动单元内的各电机上电，初始化小腿关节活动单元、大腿关节活动单元内的各舵机，初始化尺寸调节单元内的激光测距传感器，初始化身体部位固定单元中的肌电信号采集模块；
步骤二：向工控机上输入患者大小腿长度、身高及腰部位置信息，向工控机上预设所需要康复模块，可选择脚踝康复、膝关节康复、大腿关节康复、腰部关节康复；
步骤三：患者站立于站立平台之上，根据步骤二中输入的患者腿部、腰部、身高信息，首先控制小腿固定模块中的尺寸调节单元中电机进行运动，带动滚珠丝杠机构运动，从而使得尺寸调节模块铝合金外框架与尺寸调节模块铝合金内框架间相对位置发生改变，将小腿模块调整至患者需要长度，并使得小腿关节活动单元与患者膝盖关节处于同一平面内，调整过程由激光测距传感器实时测量距离信息，并及时反馈给工控机，结合电机反馈信息，保证尺寸调节的准确性；
步骤四：大腿固定模块的调节过程与步骤三相同，身高及腰部位置的调节主要由腰部固定模块中的尺寸调节单元完成，调节过程与步骤三相同；
步骤五：将腰部固定模块、大腿固定模块、小腿固定模块中的身体部位固定单元上的身体部位固定器分别绑在患者的小腿、大腿、腰部位置，使得肌电信号传感器与人体小腿处比目鱼肌、腓肠肌，人体大腿处股二头肌、股四头肌，人体腰部位置阔背肌、腹直肌等肌肉部位紧密贴合，保证测电硅胶头粘附在身体皮肤之上；
步骤六：根据步骤二中输入的康复模式，即脚踝康复、膝关节康复、大腿关节康复、腰部关节康复等康复模式，工控机驱动小腿关节活动单元、大腿关节活动单元中的卡板舵机运动，带动卡板运动，卡板上设有卡槽，与相应关节位置卡头相互配合，将关节卡死，根据患者选择情况，若只需对踝关节进行康复，可调节卡板舵机，将小腿关节、大腿关节卡死，通过患者站立平台的运动，带动患者脚踝关节运动，若需要进行膝盖关节康复，可将大腿关节卡死，通过患者站立平台的运动，带动患者膝盖关节运动，若需要进行腰部关节康复或大腿关节康复，可将小腿关节卡死，通过患者站立平台的运动，带动患者腰部、大腿关节运动；
步骤七：由工控机控制交流伺服电机旋转，带动柔索发生伸缩运动，实现患者站立平台的运动，实现人体各关节的康复训练，通过固定在人体小腿、大腿、腰部各肌肉上的肌电信号传感器，实时测量人体肌肉电信号，并反馈给工控机，工控机根据程序设定，对比接收到肌肉信号信息与健康人体肌肉电信号信息之间的区别，灵活调整交流伺服电机旋转角度与旋转速度，实现对患者康复运动过程中，康复状况的实时反馈，并根据工控机控制信号，及时有效的反馈给交流伺服电机，实现运动轨迹的灵活调整功能；
步骤八：根据患者对康复过程的选择，如需腰部辅助康复，可执行步骤八，首先调节腰部固定模块上的尺寸调节单元，使得腰部关节活动单元位于患者腰部，腰部关节活动单元中，腰部转动副步进电机通过大带轮传动模块，将旋转运动传递至腰部转动副下板，实现腰部关节的运动，当患者腰部肌肉受到损害，又需要康复膝盖、脚踝关节时，可将腰部关节旋转90°，形成座椅状，辅助支撑人体，使得患者能够以坐姿完成腿部康复训练，极大的减小了患者康复过程中二次伤害的概率；
步骤九：康复训练完成，手动接触患者小腿、大腿、腰部约束，令患者走下站立平台103；
步骤十：令各功能部件复位，关闭交流伺服电机，关闭腰部转动副步进电机，关闭肌电信号传感器、激光测距传感器，关闭工控机电源。
用于人体康复训练中自动固定装置及康复训练方法
技术领域
背景技术
其次，该申请设备与运动平台采用固定连接，无可活动关节，这一设计不利于患者脚步踝关节活动，容易导致因运动过程中踝关节卡死而导致二次伤害；
再者：该申请设备的活动关节处采用转动副链接，只能实现脚步各关节处单自由度运动，对康复运动设计造成了一定的限制；
最后：整体设计装置无法实现人体康复状态与计算机控制系统的实时交互，无法根据人体所处的实际情况，制定及时有效的运动方式；为此，有必要对该申请的机械结构进一步改进。
步骤二：向工控机上输入患者大小腿长度、身高及腰部位置信息，向工控机上预设所需要康复模块，可选择脚踝康复、膝关节康复、大腿关节康复、腰部关节康复；
步骤三：患者站立于站立平台之上，根据步骤二中输入的患者腿部、腰部、身高信息，首先控制小腿固定模块中的尺寸调节单元中电机进行运动，带动滚珠丝杠机构运动，从而使得尺寸调节模块铝合金外框架与尺寸调节模块铝合金内框架间相对位置发生改变，将小腿模块调整至患者需要长度，并使得小腿关节活动单元与患者膝盖关节处于同一平面内，调整过程由激光测距传感器实时测量距离信息，并及时反馈给工控机，结合电机反馈信息，保证尺寸调节的准确性；
步骤四：大腿固定模块的调节过程与步骤三相同，身高及腰部位置的调节主要由腰部固定模块中的尺寸调节单元完成，调节过程与步骤三相同；
步骤五：将腰部固定模块、大腿固定模块、小腿固定模块中的身体部位固定单元上的身体部位固定器分别绑在患者的小腿、大腿、腰部位置，使得肌电信号传感器与人体小腿处比目鱼肌、腓肠肌，人体大腿处股二头肌、股四头肌，人体腰部位置阔背肌、腹直肌等肌肉部位紧密贴合，保证测电硅胶头粘附在身体皮肤之上；
步骤六：根据步骤二中输入的康复模式，即脚踝康复、膝关节康复、大腿关节康复、腰部关节康复等康复模式，工控机驱动小腿关节活动单元、大腿关节活动单元中的卡板舵机运动，带动卡板运动，卡板上设有卡槽，与相应关节位置卡头相互配合，将关节卡死，根据患者选择情况，若只需对踝关节进行康复，可调节卡板舵机，将小腿关节、大腿关节卡死，通过患者站立平台的运动，带动患者脚踝关节运动，若需要进行膝盖关节康复，可将大腿关节卡死，通过患者站立平台的运动，带动患者膝盖关节运动，若需要进行腰部关节康复或大腿关节康复，可将小腿关节卡死，通过患者站立平台的运动，带动患者腰部、大腿关节运动；
步骤七：由工控机控制交流伺服电机旋转，带动柔索发生伸缩运动，实现患者站立平台的运动，实现人体各关节的康复训练，通过固定在人体小腿、大腿、腰部各肌肉上的肌电信号传感器，实时测量人体肌肉电信号，并反馈给工控机，工控机根据程序设定，对比接收到肌肉信号信息与健康人体肌肉电信号信息之间的区别，灵活调整交流伺服电机旋转角度与旋转速度，实现对患者康复运动过程中，康复状况的实时反馈，并根据工控机控制信号，及时有效的反馈给交流伺服电机，实现运动轨迹的灵活调整功能；
步骤八：根据患者对康复过程的选择，如需腰部辅助康复，可执行步骤八，首先调节腰部固定模块上的尺寸调节单元，使得腰部关节活动单元位于患者腰部，腰部关节活动单元中，腰部转动副步进电机通过大带轮传动模块，将旋转运动传递至腰部转动副下板，实现腰部关节的运动，当患者腰部肌肉受到损害，又需要康复膝盖、脚踝关节时，可将腰部关节旋转90°，形成座椅状，辅助支撑人体，使得患者能够以坐姿完成腿部康复训练，极大的减小了患者康复过程中二次伤害的概率；
步骤九：康复训练完成，手动接触患者小腿、大腿、腰部约束，令患者走下站立平台103；
步骤十：令各功能部件复位，关闭交流伺服电机，关闭腰部转动副步进电机，关闭肌电信号传感器、激光测距传感器，关闭工控机电源。
1100，腰部转动副下板1101，腰部转动副上板1102，大带轮传动模块1103，腰部转动副步进电机1104，腰部转动副步进电机固定板1105，卡板舵机1106，卡板带传动模块1107，腰部卡板1108。
具体实施方式
103连接。
1004通过长螺栓与长螺母安装于腰部转动副下板1101上。所实现功能与小腿关节活动单元
900相同。
1108构成。其中腰部转动副下板1101通过长螺栓与长螺母与大腿关节活动单元1000中鱼眼接头连杆固定板1004固定，并通过转动轴与腰部转动副上板1102构成转动副，其中，转动轴与腰部转动副下板1101之间通过键槽固定，使得二者能够同步转动。卡板舵机1106通过螺栓螺母固定于腰部转动副上板1102上，卡板舵机1106输出头与卡板带传动模块1107中带轮固定，带传动另一端带轮与腰部转动副上板1102上的安装槽固定，并将卡板1108与其另一端带轮固定连接，实现由舵机向卡板的运动传递。
808的内侧表面，激光测距传感器803通过螺栓固定于尺寸调节模块铝合金外框架807的内侧表面。尺寸调节模块铝合金外框架807与尺寸调节模块铝合金内框架808之间通过凹槽相互连接，形成单自由度的移动副，可通过尺寸调节步进电机801转动，驱动滚珠丝杠805，从而带动尺寸调节模块铝合金内框架808沿着导轨槽，做直线运动。
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