专利名称：一种膝关节康复训练器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种人肢体康复器械，具体为一种可实现患者膝关节自动做康复 运动的康复训练器。
背景技术：
随着对康复医疗的需要与日剧增，康复锻炼已经成为骨科或者其他疾病治疗中不 可或缺的主要环节。进行骨科治疗后的病人或者患脑出血、脑血栓及其后遗症的病人在治 疗过程中或治疗后，还必须经过积极的康复锻炼，才能获得明显的治疗效果。膝关节是人体 下肢的重要部位，发病率较高，因此膝关节的康复锻炼尤为重要。现有的膝关节康复训练机 构一般采用手动或电动马达来驱动机械装置进行被动的活动锻炼。手动的康复器械操作 不方面，容易使人疲劳，锻炼效果差；电动马达驱动的机械装置体积较大，且不易控制，噪音 大，传动机构力不稳定，结构不紧凑。电致活性聚合物是一种相对新的、在电刺激下产生明显尺寸和形状变化的、具有 很好前景的驱动器材料。在人工肌肉领域，电致活性聚合物较之常规的驱动器技术如气动 驱动器、形状记忆合金及电活化陶瓷等具有诸多优点。该材料的应变比压电陶瓷高两个数 量级；较之形状记忆合金，具有更高的反应速度，更低的密度及更大的回弹力。介电弹性体 是电致活性聚合物家族的一员。介电弹性体中的硅树脂和丙烯酸弹性体作为人工肌肉驱动 器材料，在所有电致活性聚合物中表现出最好的整体性能，成为开发机械肌肉驱动器的新 型材料。介电弹性体驱动器由两柔顺电极及夹在其间的聚合物薄膜组成，在两个电极之间 施加电压将引起薄膜的厚度收缩而面积扩大，从而产生驱动力。
发明内容本实用新型提供一种膝关节康复训练器，以克服现有技术中存在的体积较大、且 不易控制、噪音大、传动机构力不稳定、结构不紧凑的问题。本实用新型采取的技术方案是 托架内置于驱动绷带中，托架由半圆筒型的小腿托架和大腿托架铰接而成，小腿托架和大 腿托架的转动夹角α为60° 180°，位置传感器和力矩传感器分别与转动轴固定连接； 驱动绷带内嵌圆柱形驱动器，圆柱形驱动器绕绷带均勻布置；所述的圆柱形驱动器结构是 环形介电弹性体上半部外侧套接上侧柔性电极、下半部外侧套接下侧柔性电极，该上侧柔 性电极和下侧柔性电极外部套接绝缘薄膜，弹簧位于环形内部，圆柱形驱动器两端固定连 接固定端子，各圆柱形驱动器、位置传感器和力矩传感器分别与控制器连接。本实用新型的优点是结构新颖，采用类似人工肌肉的电致活性聚合物做驱动器， 可直接缠绕在患者其关节部位，体积小，结构紧凑，无噪音，传动平稳，调节方便，内置力矩 传感器和位置传感器，可以方便的测量力和位置参数，有利于膝关节科学治疗与康复。本实用新型膝关节康复训练器特别适用于因外伤或者心脑血管引起的膝关节功 能失调的患者，通过科学康复训练，可以较好地恢复膝关节的正常功能。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的横截面图。图3是本实用新型的托架结构主视图。图4是本实用新型的托架结构俯视图。图5是本实用新型的圆柱形驱动器结构示意图。图6是本实用新型的圆柱形驱动器横截面图。图7是本实用新型的控制器原理框图。
具体实施方式
托架2内置于驱动绷带1中，托架2由半圆筒型的小腿托架5和大腿托架8铰接 而成，小腿托架5和大腿托架8的转动夹角α为60° 180°，位置传感器6和力矩传感 器7分别与转动轴固定连接；驱动绷带内嵌圆柱形驱动器3，圆柱形驱动器3绕绷带均勻布 置；所述的圆柱形驱动器3结构是环形介电弹性体11上半部外侧套接上侧柔性电极10、 下半部外侧套接下侧柔性电极13，该上侧柔性电极和下侧柔性电极外部套接绝缘薄膜9， 弹簧12位于环形内部，圆柱形驱动器3两端固定连接固定端子14，各圆柱形驱动器3、位置 传感器6和力矩传感器7分别与控制器4连接。本实用新型控制器4的结构是嵌入式处理器分别与位置传感器、力矩传感器、显 示屏、存储器和驱动控制模块连接，该驱动控制模块分别连接各圆柱形驱动器。本实用新型的工作原理和过程如下康复患者坐在椅子上，将膝关节康复训练器 缠绕在腿部膝关节处。接通电源，根据患者的伤病情况，通过控制器4选择膝关节的运动参 数，调节收展角、收展速度和收展力以及运动次数。由控制器4及其软件通过内部驱动控制 模块分别控制各圆柱形驱动器3的弯转程度和力矩。控制器4通过控制上、下两侧柔性电 极的电压调节弯曲程度。柔性电极得电，介电弹性体11扩展伸长，当上下两侧柔性电极电 压不一致时，介电弹性体11的伸长量不一致，从而产生弯曲。调节上、下两侧柔性电极的电 压差，从而调节圆柱形驱动器3的弯曲程度，进而使训练器弯曲，使患者膝关节进行弯曲康 复训练。患者可通过查看控制器4的显示屏观测到康复肢体的运动情况。同时控制器通过 内部的位置传感器6和力矩传感器7将患者每次康复运动的数据存储在设定的内部数据库 内。
权利要求一种膝关节康复训练器，其特征在于托架内置于驱动绷带中，托架由半圆筒型的小腿托架和大腿托架铰接而成，小腿托架和大腿托架的转动夹角α为60°～180°，位置传感器和力矩传感器分别与转动轴固定连接；驱动绷带内嵌圆柱形驱动器，圆柱形驱动器绕绷带均匀布置；所述的圆柱形驱动器结构是环形介电弹性体上半部外侧套接上侧柔性电极、下半部外侧套接下侧柔性电极，该上侧柔性电极和下侧柔性电极外部套接绝缘薄膜，弹簧位于环形内部，圆柱形驱动器两端固定连接固定端子，各圆柱形驱动器、位置传感器和力矩传感器分别与控制器连接。
专利摘要本实用新型涉及一种膝关节康复训练器，属于人肢体康复器械。托架内置于驱动绷带中，托架由半圆筒型的小腿托架和大腿托架铰接而成，位置传感器和力矩传感器分别与转动轴固定连接；驱动绷带内嵌圆柱形驱动器，圆柱形驱动器绕绷带均匀布置；所述的圆柱形驱动器结构是环形介电弹性体上半部外侧套接上侧柔性电极、下半部外侧套接下侧柔性电极，外部套接绝缘薄膜，弹簧位于环形内部，各圆柱形驱动器、位置传感器和力矩传感器分别与控制器连接。优点是结构新颖，采用类似人工肌肉的电致活性聚合物做驱动器，体积小，无噪音，传动平稳，有利于膝关节科学治疗与康复。
文档编号A61H1/00GK201743876SQ201020217560
公开日2011年2月16日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者惠安峰, 朱喜林, 罗志勇, 贺新升, 鄂世举, 高春甫 申请人:浙江师范大学