专利名称：下肢功能恢复训练器的制作方法
技术领域：
下肢功能恢复训练器技术领域[0001]本专利涉及一种康复训练设备，特别涉及一种下肢功能恢复训练器，属于医疗康复器械技术领域。
背景技术：
[0002]截瘫(paraplegia)，是指因各种原因造成脊髓损伤后，受伤平面以下双侧肢体感觉、运动、反射等消失和膀胱、肛门括约肌功能丧失的一种病症。随着医学科学的发展，脊髓损伤患者的存活率大大提高，因此而造成功能障碍的患者人数也在增加。由于截瘫患者的康复是一个长期的过程，这些患者影响着医院床位使用率和周转次数，使医院有限的资源得不到充分的利用，加大了患者经济费用的支出，给医院、家庭、社会都带来了不同程度的压力。因此，截瘫患者在经过系统的临床治疗及手术恢复脊柱的稳定性，渡过危险期后，后续的康复护理在家中进行很有必要，也是必然趋势。家庭康复可以解决由于疾病程度、家庭关系、经济问题等客观因素造成的医疗康复及护理困难，可以减轻许多方面带来的社会、家庭压力。此外，患者在家进行康复训练，不离开正常的生活环境，周围有亲属陪伴，因而心绪安定，心态良好，容易重新树立生活和康复的信心。[0003]传统的康复治疗中，康复师手把手地对患者进行一对一的康复训练，这种方式训练效果直接受到治疗师水平的影响，训练效率低，并且训练强度难以保证，而且缺乏评价训练参数和康复效果关系的客观数据。为了使患者得到更好的康复效果，近年来，国内外一些研究机构开展了下肢康复训练器的研究并且取得了很好的效果。德国Medical公司生产的 THERA-vital智能康复训练器对瘫痪、痉挛、帕金森氏综合征和肌肉无力等患者进行被动 (完全依靠电机)、助力(电机动力+人体下肢残存肌力)和主动(完全依靠人力)康复训练，获得很好的治疗效果。但是，THERA-vital智能康复训练器操作起来比较复杂，价格昂贵，一般应用在医院以及大型康复中心，患者只能进行短期或者周期性康复训练，若要进行长期治疗需要承担大量的费用，对一般中国家庭来说难以承担，不宜适用于家庭康复。中国专利CN200920037652. 7公开了一种“功能性电刺激下肢训练器”，这种训练器可以通过功能性电刺激器刺激下肢，刺激电流可引起靶标部位肌肉收缩，在此过程同时，传感器实时检测脚踏板位置和角度，并及时反馈给功能性电刺激器，使患者下肢根据电机转动的适应的频率进行往复式脚踏运动。这种训练器训练模式比较单一，并且训练实时信息不能反馈给患者，患者只能根据设定的模式进行训练，训练效果难以保证。实用新型内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种适用于家庭康复，操作方便，具有多种训练模式的下肢功能恢复训练器。[0005]为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案实现[0006]下肢功能恢复训练器，其特征在于主要包括脚踏板、底座、功能性电刺激器、传动单元以及控制单元；其中底座呈丁字形，底座上装有电机和电源，电机通过传动单元与脚踏板连接，底座前端开有长孔，与U形轴承架相连，调整装置安装于U形轴承架后部，通过螺钉与底座连接，控制单元控制各个传动单元。[0007]所述传动单元由第一传动轴、牙嵌式离合器、第一齿轮、第二齿轮、第二传动轴、第一带轮、第二带轮、第三传动轴、以及连接第一带轮和第二带轮的传动带组成；第一传动轴和第二传动轴安装在底座上，牙嵌式离合器套接在第一传动轴上，第一齿轮与牙嵌式离合器一端法兰固定连接，第二齿轮和第一带轮套接在第二传动轴上，第二带轮套接在第三传动轴上，第一带轮和第二带轮由传动带连接，第三传动轴安装在U形轴承架上，轴端与脚踏板连接，用螺母锁紧。[0008]所述控制单元包括电机控制器、编码器、复位开关、人机操作界面以及ARM单片机，人机操作界面和ARM单片机固定安装在外壳前端上部，电机控制器安装于底座上，编码器安装在编码器架上，编码器架通过轴承端盖与底座固接，编码器输出轴通过弹性联轴器与第二传动轴连接，复位开关安装在底座上；ARM单片机分别通过电路与电机控制器、编码器、复位开关、人机操作界面相连。[0009]所述的控制单元与功能性电刺激器相连，通过功能性电刺激器工作指令控制功能性电刺激器。[0010]本实用新型的优点是(1)传动单元通过控制牙嵌式离合器的接合与分离可以轻松实现主被动训练模式与功能性电刺激训练模式之间的切换，当牙嵌式离合器与第一传动轴接合时，可以实现主被动训练模式；当牙嵌式离合器与第一传动轴分离时，可以实现功能性电刺激训练模式；( 控制单元通过位置、速度、电流三种控制模式控制电机的工作状态，三种控制模式之间独立计算，可以实时切换，主动训练时，采用电流控制模式，电机控制方向与转动方向相反，使得患者能够感受到阻力，避免再另外安装施加阻力装置，简化控制程序，节约机构整体尺寸；在被动训练时，采用速度和位置控制模式，ARM单片机始终监视电机的位置、速度和电流变化，可以有效避免患者肌肉痉挛等带来的二次伤害；(3)控制单元中的编码器和复位开关检测脚踏板的位置参数并反馈给ARM单片机，ARM单片机发出功能性电刺激器工作指令，由ARM单片机自动设定刺激序列发出信号，牙嵌式离合器与第一传动轴分离，使得患者在无肌力或者很小肌力状态下通过功能性电刺激训练模式完成蹬车训练；(4)操作界面采用人性化设计，简单易用，大多数患者可容易操作，特别适用于家庭康复；尽管本发明是针对截瘫患者进行下肢功能恢复训练为背景而提出的，但不仅仅局限于截瘫患者，同样也适合于健康的老年人进行运动训练。
[0011]图1为本实用新型总体结构示意图；[0012]图2为本实用新型局部结构示意图；[0013]图3为本实用新型控制单元结构框图。
具体实施方式
[0014]如图所示，下肢功能恢复训练器，主要包括脚踏板13、底座1、功能性电刺激器24、 传动单元以及控制单元。底座1呈丁字形，承载着整个系统，底座1上装有电机2和电源 14，电机2由直流伺服电机、增量编码器以及减速器组合构成，电机2通过传动单元与脚踏板13连接，底座1前端开有长孔，与U形轴承架11相连，调整装置8安装于U形轴承架11 后部，通过螺钉与底座1连接，用来调整传动单元的张紧；根据需要可以在底座1上安装支架，方便应用于患者在轮椅、病床等多种场合锻炼下肢。传动单元由第一传动轴18、牙嵌式离合器3、第一齿轮4、第二齿轮6、第二传动轴5、第一带轮19、第二带轮9、第三传动轴12、 以及连接第一带轮19和第二带轮9的传动带7组成。第一传动轴18和第二传动轴5安装在底座1上，牙嵌式离合器3套接在第一传动轴18上，第一齿轮4与牙嵌式离合器3 —端法兰固定连接，第二齿轮6和第一带轮19套接在第二传动轴5上，第二带轮9套接在第三传动轴12上，第一带轮19和第二带轮9由传动带7连接，第三传动轴12安装在U形轴承架11上，轴端与脚踏板13连接，用螺母锁紧。所述的传动单元通过控制牙嵌式离合器3的接合与分离可以轻松实现主被动训练模式与功能性电刺激训练模式之间的切换。当牙嵌式离合器3接合时，电机2通过第一传动轴18带动牙嵌式离合器3转动，牙嵌式离合器3带动第一齿轮4转动，第一齿轮4与第二齿轮6啮合，带动第二传动轴5转动，第一带轮19与第二传动轴5套接，第二带轮9与第三传动轴12套接，从而可以通过传动带7将动力传递给第三传动轴12，进而带动脚踏板13转动，通过控制单元调节电机2控制模式，从而实现主被动训练模式；当牙嵌式离合器3分离时，电机2将动力传递给第一传动轴18，第一传动轴18带动牙嵌式离合器3旋转，但是由于牙嵌式离合器3处于分离状态，不能将动力传递给第一齿轮4，从而切断电机2与脚踏板13之间的动力传输，通过控制单元控制功能性电刺激器M时序可以实现功能性电刺激训练模式。[0015] 参照图1、图2、图3，所述的控制单元包括电机控制器17、编码器15、复位开关20、 人机操作界面10以及ARM单片机23。人机操作界面10和ARM单片机23固定安装在外壳 22前端上部，电机控制器17安装于底座1上，其控制模式不同于传统的固定控制模式，其能够实现位置控制、速度控制和电流控制，三种控制模式独立计算，可以实时切换，能够根据患者设定的训练模式采用相应的控制模式，电机2的位置、速度和电流能实时测量并通过电机控制器17发送给ARM单片机23。在主动训练时，选择电流控制模式，电流控制模式可以实现在外力作用下电机2的转动方向与电流的控制方向相反，即患者下肢蹬踏脚踏板13 作圆周运动，在蹬踏过程中，患者可以通过人机操作界面10选择合适的阻力，ARM单片机23 根据患者选择的阻力转化为对应的驱动电流，发送控制信号给电机控制器17，电机2在给定的电流下运转并且产生相应转矩，并且保持恒定不变，相当于给患者增加了设定的阻力， 在训练过程中，ARM单片机23始终监视电机的位置、速度和电流变化，如果测量的电机2速度小于某一阀值，意味着患者停止蹬车，继续对电机2进行非零指令的电流控制，容易造成对患者的伤害，此时电机2的电流控制指令将自动设置为零，使电机2处于无驱动的自由状态；在被动训练时，采用速度和位置控制模式，在此模式下，患者可以通过人机操作界面10 选择合适的速度进行蹬踏训练，在训练过程中，ARM单片机23通过电机控制器17始终监视电机2的位置、速度和电流变化，如果测量的电机2电流超过某一阀值，意味着使用者对脚踏板13施加了阻力，这种阻力可能来自于患者的肌肉痉挛等，继续对电机2进行非零指令的速度控制，带动患者下肢进行运动会对患者造成二次伤害，此时电机2的速度控制指令将自动设置为零，以停止电机2的驱动。编码器15本体安装在编码器架21上，编码器架21 通过轴承端盖与底座1固接，编码器15输出轴通过弹性联轴器16与第二传动轴5连接，用来采集脚踏板13旋转角度信号，复位开关20安装在底座1上，检测信号作为编码器15的起始信号，两者将采集信号反馈给ARM单片机23作为功能性电刺激器M工作的起始信号， 在患者选择功能性电刺激训练模式后，首先，电机2带动患者下肢做勻速踏车运动，与此同时，编码器15和复位开关20检测脚踏板13的位置参数并反馈给ARM单片机23，ARM单片机23发出功能性电刺激器M工作指令，由ARM单片机23自动设定刺激序列，当脚踏板13 转动与功能性电刺激器M时序协调一致时，ARM单片机23发出信号，牙嵌式离合器3与第一传动轴18分离，患者通过功能性电刺激训练模式完成蹬车运动。该训练方式主要适用于无肌力或0 1级肌力截瘫患者。
权利要求1.下肢功能恢复训练器，其特征在于主要包括脚踏板、底座、功能性电刺激器、传动单元以及控制单元；其中底座呈丁字形，底座上装有电机和电源，电机通过传动单元与脚踏板连接，底座前端开有长孔，与U形轴承架相连，调整装置安装于U形轴承架后部，通过螺钉与底座连接，控制单元控制各个传动单元。
2.根据权利要求1所述的下肢功能恢复训练器，其特征在于所述传动单元由第一传动轴、牙嵌式离合器、第一齿轮、第二齿轮、第二传动轴、第一带轮、第二带轮、第三传动轴、 以及连接第一带轮和第二带轮的传动带组成；第一传动轴和第二传动轴安装在底座上，牙嵌式离合器套接在第一传动轴上，第一齿轮与牙嵌式离合器一端法兰固定连接，第二齿轮和第一带轮套接在第二传动轴上，第二带轮套接在第三传动轴上，第一带轮和第二带轮由传动带连接，第三传动轴安装在U形轴承架上，轴端与脚踏板连接，用螺母锁紧。
3.根据权利要求1所述的下肢功能恢复训练器，其特征在于所述控制单元包括电机控制器、编码器、复位开关、人机操作界面以及ARM单片机；人机操作界面和ARM单片机固定安装在外壳前端上部，电机控制器安装于底座上，编码器安装在编码器架上，编码器架通过轴承端盖与底座固接，编码器输出轴通过弹性联轴器与第二传动轴连接，复位开关安装在底座上；ARM单片机分别通过电路与电机控制器、编码器、复位开关、人机操作界面相连。
4.根据权利要求1所述的下肢功能恢复训练器，其特征在于所述的控制单元与功能性电刺激器相连。
专利摘要本实用新型涉及一种下肢功能恢复训练器，属于医疗康复器械技术领域。为了满足截瘫患者术后进行家庭康复训练，解决现有家庭康复训练器械功能单一的问题，本实用新型提出一种集主被动训练模式、功能性电刺激训练模式于一体的下肢功能恢复训练器，它包括脚踏板、底座、功能性电刺激器、传动单元以及控制单元，通过控制传动单元中牙嵌式离合器的接合与分离可以实现各种训练模式之间的切换；电机控制模式之间独立计算，任意切换，通过电流控制模式可以实现阻力调节，控制单元实时监测电机状态，在患者在停止蹬踏或肌肉痉挛时自动识别，避免给患者造成二次伤害；在功能性电刺激训练模式下，牙嵌式离合器自动分离，使无肌力或者0～1级肌力患者完成踏车训练。
文档编号A61N1/36GK202288732SQ20112038840
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者王南 申请人:无锡佑仁科技有限公司