專利名稱：下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本專利涉及一種康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，特別涉及一種下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，屬于醫(yī)療康復(fù)器械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]截癱(paraplegia)，是指因各種原因造成脊髓損傷后，受傷平面以下雙側(cè)肢體感覺、運(yùn)動(dòng)、反射等消失和膀胱、肛門括約肌功能喪失的一種病癥。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，脊髓損傷患者的存活率大大提高，因此而造成功能障礙的患者人數(shù)也在增加。由于截癱患者的康復(fù)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，這些患者影響著醫(yī)院床位使用率和周轉(zhuǎn)次數(shù)，使醫(yī)院有限的資源得不到充分的利用，加大了患者經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的支出，給醫(yī)院、家庭、社會(huì)都帶來了不同程度的壓力。因此，截癱患者在經(jīng)過系統(tǒng)的臨床治療及手術(shù)恢復(fù)脊柱的穩(wěn)定性，渡過危險(xiǎn)期后，后續(xù)的康復(fù)護(hù)理在家中進(jìn)行很有必要，也是必然趨勢(shì)。家庭康復(fù)可以解決由于疾病程度、家庭關(guān)系、經(jīng)濟(jì)問題等客觀因素造成的醫(yī)療康復(fù)及護(hù)理困難，可以減輕許多方面帶來的社會(huì)、家庭壓力。此外，患者在家進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，不離開正常的生活環(huán)境，周圍有親屬陪伴，因而心緒安定，心態(tài)良好，容易重新樹立生活和康復(fù)的信心。[0003]傳統(tǒng)的康復(fù)治療中，康復(fù)師手把手地對(duì)患者進(jìn)行一對(duì)一的康復(fù)訓(xùn)練，這種方式訓(xùn)練效果直接受到治療師水平的影響，訓(xùn)練效率低，并且訓(xùn)練強(qiáng)度難以保證，而且缺乏評(píng)價(jià)訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效果關(guān)系的客觀數(shù)據(jù)。為了使患者得到更好的康復(fù)效果，近年來，國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)開展了下肢康復(fù)訓(xùn)練器的研究并且取得了很好的效果。德國(guó)Medical公司生產(chǎn)的 THERA-vital智能康復(fù)訓(xùn)練器對(duì)癱瘓、痙攣、帕金森氏綜合征和肌肉無力等患者進(jìn)行被動(dòng) (完全依靠電機(jī))、助力(電機(jī)動(dòng)力+人體下肢殘存肌力)和主動(dòng)(完全依靠人力)康復(fù)訓(xùn)練，獲得很好的治療效果。但是，THERA-vital智能康復(fù)訓(xùn)練器操作起來比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，一般應(yīng)用在醫(yī)院以及大型康復(fù)中心，患者只能進(jìn)行短期或者周期性康復(fù)訓(xùn)練，若要進(jìn)行長(zhǎng)期治療需要承擔(dān)大量的費(fèi)用，對(duì)一般中國(guó)家庭來說難以承擔(dān)，不宜適用于家庭康復(fù)。中國(guó)專利CN200920037652. 7公開了一種“功能性電刺激下肢訓(xùn)練器”，這種訓(xùn)練器可以通過功能性電刺激器刺激下肢，刺激電流可引起靶標(biāo)部位肌肉收縮，在此過程同時(shí)，傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)腳踏板位置和角度，并及時(shí)反饋給功能性電刺激器，使患者下肢根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的適應(yīng)的頻率進(jìn)行往復(fù)式腳踏運(yùn)動(dòng)。這種訓(xùn)練器訓(xùn)練模式比較單一，并且訓(xùn)練實(shí)時(shí)信息不能反饋給患者，患者只能根據(jù)設(shè)定的模式進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練效果難以保證。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于家庭康復(fù)，操作方便，具有多種訓(xùn)練模式的下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器。[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)[0006]下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于主要包括腳踏板、底座、功能性電刺激器、傳動(dòng)單元以及控制單元；其中底座呈丁字形，底座上裝有電機(jī)和電源，電機(jī)通過傳動(dòng)單元與腳踏板連接，底座前端開有長(zhǎng)孔，與U形軸承架相連，調(diào)整裝置安裝于U形軸承架后部，通過螺釘與底座連接，控制單元控制各個(gè)傳動(dòng)單元。[0007]所述傳動(dòng)單元由第一傳動(dòng)軸、牙嵌式離合器、第一齒輪、第二齒輪、第二傳動(dòng)軸、第一帶輪、第二帶輪、第三傳動(dòng)軸、以及連接第一帶輪和第二帶輪的傳動(dòng)帶組成；第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸安裝在底座上，牙嵌式離合器套接在第一傳動(dòng)軸上，第一齒輪與牙嵌式離合器一端法蘭固定連接，第二齒輪和第一帶輪套接在第二傳動(dòng)軸上，第二帶輪套接在第三傳動(dòng)軸上，第一帶輪和第二帶輪由傳動(dòng)帶連接，第三傳動(dòng)軸安裝在U形軸承架上，軸端與腳踏板連接，用螺母鎖緊。[0008]所述控制單元包括電機(jī)控制器、編碼器、復(fù)位開關(guān)、人機(jī)操作界面以及ARM單片機(jī)，人機(jī)操作界面和ARM單片機(jī)固定安裝在外殼前端上部，電機(jī)控制器安裝于底座上，編碼器安裝在編碼器架上，編碼器架通過軸承端蓋與底座固接，編碼器輸出軸通過彈性聯(lián)軸器與第二傳動(dòng)軸連接，復(fù)位開關(guān)安裝在底座上；ARM單片機(jī)分別通過電路與電機(jī)控制器、編碼器、復(fù)位開關(guān)、人機(jī)操作界面相連。[0009]所述的控制單元與功能性電刺激器相連，通過功能性電刺激器工作指令控制功能性電刺激器。[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(1)傳動(dòng)單元通過控制牙嵌式離合器的接合與分離可以輕松實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)訓(xùn)練模式與功能性電刺激訓(xùn)練模式之間的切換，當(dāng)牙嵌式離合器與第一傳動(dòng)軸接合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)訓(xùn)練模式；當(dāng)牙嵌式離合器與第一傳動(dòng)軸分離時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)功能性電刺激訓(xùn)練模式；( 控制單元通過位置、速度、電流三種控制模式控制電機(jī)的工作狀態(tài)，三種控制模式之間獨(dú)立計(jì)算，可以實(shí)時(shí)切換，主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，采用電流控制模式，電機(jī)控制方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使得患者能夠感受到阻力，避免再另外安裝施加阻力裝置，簡(jiǎn)化控制程序，節(jié)約機(jī)構(gòu)整體尺寸；在被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，采用速度和位置控制模式，ARM單片機(jī)始終監(jiān)視電機(jī)的位置、速度和電流變化，可以有效避免患者肌肉痙攣等帶來的二次傷害；(3)控制單元中的編碼器和復(fù)位開關(guān)檢測(cè)腳踏板的位置參數(shù)并反饋給ARM單片機(jī)，ARM單片機(jī)發(fā)出功能性電刺激器工作指令，由ARM單片機(jī)自動(dòng)設(shè)定刺激序列發(fā)出信號(hào)，牙嵌式離合器與第一傳動(dòng)軸分離，使得患者在無肌力或者很小肌力狀態(tài)下通過功能性電刺激訓(xùn)練模式完成蹬車訓(xùn)練；(4)操作界面采用人性化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單易用，大多數(shù)患者可容易操作，特別適用于家庭康復(fù)；盡管本發(fā)明是針對(duì)截癱患者進(jìn)行下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練為背景而提出的，但不僅僅局限于截癱患者，同樣也適合于健康的老年人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。


[0011]圖1為本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；[0012]圖2為本實(shí)用新型局部結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]圖3為本實(shí)用新型控制單元結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
[0014]如圖所示，下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，主要包括腳踏板13、底座1、功能性電刺激器24、 傳動(dòng)單元以及控制單元。底座1呈丁字形，承載著整個(gè)系統(tǒng)，底座1上裝有電機(jī)2和電源 14，電機(jī)2由直流伺服電機(jī)、增量編碼器以及減速器組合構(gòu)成，電機(jī)2通過傳動(dòng)單元與腳踏板13連接，底座1前端開有長(zhǎng)孔，與U形軸承架11相連，調(diào)整裝置8安裝于U形軸承架11 后部，通過螺釘與底座1連接，用來調(diào)整傳動(dòng)單元的張緊；根據(jù)需要可以在底座1上安裝支架，方便應(yīng)用于患者在輪椅、病床等多種場(chǎng)合鍛煉下肢。傳動(dòng)單元由第一傳動(dòng)軸18、牙嵌式離合器3、第一齒輪4、第二齒輪6、第二傳動(dòng)軸5、第一帶輪19、第二帶輪9、第三傳動(dòng)軸12、 以及連接第一帶輪19和第二帶輪9的傳動(dòng)帶7組成。第一傳動(dòng)軸18和第二傳動(dòng)軸5安裝在底座1上，牙嵌式離合器3套接在第一傳動(dòng)軸18上，第一齒輪4與牙嵌式離合器3 —端法蘭固定連接，第二齒輪6和第一帶輪19套接在第二傳動(dòng)軸5上，第二帶輪9套接在第三傳動(dòng)軸12上，第一帶輪19和第二帶輪9由傳動(dòng)帶7連接，第三傳動(dòng)軸12安裝在U形軸承架11上，軸端與腳踏板13連接，用螺母鎖緊。所述的傳動(dòng)單元通過控制牙嵌式離合器3的接合與分離可以輕松實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)訓(xùn)練模式與功能性電刺激訓(xùn)練模式之間的切換。當(dāng)牙嵌式離合器3接合時(shí)，電機(jī)2通過第一傳動(dòng)軸18帶動(dòng)牙嵌式離合器3轉(zhuǎn)動(dòng)，牙嵌式離合器3帶動(dòng)第一齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，第一齒輪4與第二齒輪6嚙合，帶動(dòng)第二傳動(dòng)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，第一帶輪19與第二傳動(dòng)軸5套接，第二帶輪9與第三傳動(dòng)軸12套接，從而可以通過傳動(dòng)帶7將動(dòng)力傳遞給第三傳動(dòng)軸12，進(jìn)而帶動(dòng)腳踏板13轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制單元調(diào)節(jié)電機(jī)2控制模式，從而實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)訓(xùn)練模式；當(dāng)牙嵌式離合器3分離時(shí)，電機(jī)2將動(dòng)力傳遞給第一傳動(dòng)軸18，第一傳動(dòng)軸18帶動(dòng)牙嵌式離合器3旋轉(zhuǎn)，但是由于牙嵌式離合器3處于分離狀態(tài)，不能將動(dòng)力傳遞給第一齒輪4，從而切斷電機(jī)2與腳踏板13之間的動(dòng)力傳輸，通過控制單元控制功能性電刺激器M時(shí)序可以實(shí)現(xiàn)功能性電刺激訓(xùn)練模式。[0015] 參照?qǐng)D1、圖2、圖3，所述的控制單元包括電機(jī)控制器17、編碼器15、復(fù)位開關(guān)20、 人機(jī)操作界面10以及ARM單片機(jī)23。人機(jī)操作界面10和ARM單片機(jī)23固定安裝在外殼 22前端上部，電機(jī)控制器17安裝于底座1上，其控制模式不同于傳統(tǒng)的固定控制模式，其能夠?qū)崿F(xiàn)位置控制、速度控制和電流控制，三種控制模式獨(dú)立計(jì)算，可以實(shí)時(shí)切換，能夠根據(jù)患者設(shè)定的訓(xùn)練模式采用相應(yīng)的控制模式，電機(jī)2的位置、速度和電流能實(shí)時(shí)測(cè)量并通過電機(jī)控制器17發(fā)送給ARM單片機(jī)23。在主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，選擇電流控制模式，電流控制模式可以實(shí)現(xiàn)在外力作用下電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與電流的控制方向相反，即患者下肢蹬踏腳踏板13 作圓周運(yùn)動(dòng)，在蹬踏過程中，患者可以通過人機(jī)操作界面10選擇合適的阻力，ARM單片機(jī)23 根據(jù)患者選擇的阻力轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流，發(fā)送控制信號(hào)給電機(jī)控制器17，電機(jī)2在給定的電流下運(yùn)轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生相應(yīng)轉(zhuǎn)矩，并且保持恒定不變，相當(dāng)于給患者增加了設(shè)定的阻力， 在訓(xùn)練過程中，ARM單片機(jī)23始終監(jiān)視電機(jī)的位置、速度和電流變化，如果測(cè)量的電機(jī)2速度小于某一閥值，意味著患者停止蹬車，繼續(xù)對(duì)電機(jī)2進(jìn)行非零指令的電流控制，容易造成對(duì)患者的傷害，此時(shí)電機(jī)2的電流控制指令將自動(dòng)設(shè)置為零，使電機(jī)2處于無驅(qū)動(dòng)的自由狀態(tài)；在被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，采用速度和位置控制模式，在此模式下，患者可以通過人機(jī)操作界面10 選擇合適的速度進(jìn)行蹬踏訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中，ARM單片機(jī)23通過電機(jī)控制器17始終監(jiān)視電機(jī)2的位置、速度和電流變化，如果測(cè)量的電機(jī)2電流超過某一閥值，意味著使用者對(duì)腳踏板13施加了阻力，這種阻力可能來自于患者的肌肉痙攣等，繼續(xù)對(duì)電機(jī)2進(jìn)行非零指令的速度控制，帶動(dòng)患者下肢進(jìn)行運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)患者造成二次傷害，此時(shí)電機(jī)2的速度控制指令將自動(dòng)設(shè)置為零，以停止電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)。編碼器15本體安裝在編碼器架21上，編碼器架21 通過軸承端蓋與底座1固接，編碼器15輸出軸通過彈性聯(lián)軸器16與第二傳動(dòng)軸5連接，用來采集腳踏板13旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)，復(fù)位開關(guān)20安裝在底座1上，檢測(cè)信號(hào)作為編碼器15的起始信號(hào)，兩者將采集信號(hào)反饋給ARM單片機(jī)23作為功能性電刺激器M工作的起始信號(hào)， 在患者選擇功能性電刺激訓(xùn)練模式后，首先，電機(jī)2帶動(dòng)患者下肢做勻速踏車運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，編碼器15和復(fù)位開關(guān)20檢測(cè)腳踏板13的位置參數(shù)并反饋給ARM單片機(jī)23，ARM單片機(jī)23發(fā)出功能性電刺激器M工作指令，由ARM單片機(jī)23自動(dòng)設(shè)定刺激序列，當(dāng)腳踏板13 轉(zhuǎn)動(dòng)與功能性電刺激器M時(shí)序協(xié)調(diào)一致時(shí)，ARM單片機(jī)23發(fā)出信號(hào)，牙嵌式離合器3與第一傳動(dòng)軸18分離，患者通過功能性電刺激訓(xùn)練模式完成蹬車運(yùn)動(dòng)。該訓(xùn)練方式主要適用于無肌力或0 1級(jí)肌力截癱患者。
權(quán)利要求1.下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于主要包括腳踏板、底座、功能性電刺激器、傳動(dòng)單元以及控制單元；其中底座呈丁字形，底座上裝有電機(jī)和電源，電機(jī)通過傳動(dòng)單元與腳踏板連接，底座前端開有長(zhǎng)孔，與U形軸承架相連，調(diào)整裝置安裝于U形軸承架后部，通過螺釘與底座連接，控制單元控制各個(gè)傳動(dòng)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述傳動(dòng)單元由第一傳動(dòng)軸、牙嵌式離合器、第一齒輪、第二齒輪、第二傳動(dòng)軸、第一帶輪、第二帶輪、第三傳動(dòng)軸、 以及連接第一帶輪和第二帶輪的傳動(dòng)帶組成；第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸安裝在底座上，牙嵌式離合器套接在第一傳動(dòng)軸上，第一齒輪與牙嵌式離合器一端法蘭固定連接，第二齒輪和第一帶輪套接在第二傳動(dòng)軸上，第二帶輪套接在第三傳動(dòng)軸上，第一帶輪和第二帶輪由傳動(dòng)帶連接，第三傳動(dòng)軸安裝在U形軸承架上，軸端與腳踏板連接，用螺母鎖緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述控制單元包括電機(jī)控制器、編碼器、復(fù)位開關(guān)、人機(jī)操作界面以及ARM單片機(jī)；人機(jī)操作界面和ARM單片機(jī)固定安裝在外殼前端上部，電機(jī)控制器安裝于底座上，編碼器安裝在編碼器架上，編碼器架通過軸承端蓋與底座固接，編碼器輸出軸通過彈性聯(lián)軸器與第二傳動(dòng)軸連接，復(fù)位開關(guān)安裝在底座上；ARM單片機(jī)分別通過電路與電機(jī)控制器、編碼器、復(fù)位開關(guān)、人機(jī)操作界面相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于所述的控制單元與功能性電刺激器相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，屬于醫(yī)療康復(fù)器械技術(shù)領(lǐng)域。為了滿足截癱患者術(shù)后進(jìn)行家庭康復(fù)訓(xùn)練，解決現(xiàn)有家庭康復(fù)訓(xùn)練器械功能單一的問題，本實(shí)用新型提出一種集主被動(dòng)訓(xùn)練模式、功能性電刺激訓(xùn)練模式于一體的下肢功能恢復(fù)訓(xùn)練器，它包括腳踏板、底座、功能性電刺激器、傳動(dòng)單元以及控制單元，通過控制傳動(dòng)單元中牙嵌式離合器的接合與分離可以實(shí)現(xiàn)各種訓(xùn)練模式之間的切換；電機(jī)控制模式之間獨(dú)立計(jì)算，任意切換，通過電流控制模式可以實(shí)現(xiàn)阻力調(diào)節(jié)，控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)狀態(tài)，在患者在停止蹬踏或肌肉痙攣時(shí)自動(dòng)識(shí)別，避免給患者造成二次傷害；在功能性電刺激訓(xùn)練模式下，牙嵌式離合器自動(dòng)分離，使無肌力或者0～1級(jí)肌力患者完成踏車訓(xùn)練。
文檔編號(hào)A61N1/36GK202288732SQ20112038840
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者王南 申請(qǐng)人:無錫佑仁科技有限公司