康复训练球的制作方法

本实用新型属于保健康复设备领域，具体是一种康复训练球，主要应用于人体上肢的运动机能和神经系统机能的康复性训练。

背景技术：

对于事故伤残人士的术后康复训练，有助于患者保持较好的肢体机能，从而实现基本生活的自理，并且在康复过程中重塑生活信心。对于因体能和脑功能退化导致的老年肢体机能退行症患者，尽早开展康复训练有助于延缓机能退行，甚至可以恢复至正常状态。使用康复运动器材是康复训练的主要手段。在现有的康复运动器械中，大多通过各种机械设计，设计出各种运动机构，通过增加运动阻力来，让病患在运动中得到锻炼，从而达到康复训练的目的。然而由于人体各关节、肌肉群组相当复杂与精巧，机械结构无法达到人体关节活动的需求。目前现有的训练器械只能用于某个单一关节、肌肉群、神经丛运动训练。无法满足患者的康复需求。且此类康复训练多为枯燥、单调、重复的机械动作，往往没有什么趣味性可言，无法激发患者对康复训练积极性。能否激发者对康复训练积极性，对于老年病、脑损伤和脑瘫等智力较低的患者尤其重要。中国专利文献CN101063907A于2007年10月31日公开了“一种掌控型鼠标及其使用方法”，鼠标包括轨迹球和底座两大部件及底座上的：轨迹球支撑及复位机构、轨迹球旋转运动探测机构、轨迹球位置移动探测机构。鼠标各运动探测部件之间及其与主机之间有电气连接。其使用方法为：操作者推动轨迹球转动，则光标在屏幕上作相应移动；操作者手掌压击轨迹球，使轨迹球位置移动，等于点击鼠标左键或右键等；主机接到并反应，完成一个工作循环。该方案提供的是手掌控制鼠标的方案，其轨迹球仅能对手掌动作进行反应，因此无法推广到患者上肢的康复上。

技术实现要素：

基于以上问题，本实用新型提供一种康复训练球，可以应用在患者的上肢运动机能的康复训练中，克服传统锻炼器械的单调性和枯燥性，提高患者主动锻炼的兴趣。

为了实现发明目的，本实用新型采用如下技术方案：一种康复训练球，包括底座和定位于底座上方可自由转动的轨迹球，还设有微电脑、轨迹球滚动阻力调节机构和可捕捉轨迹球滚动动作的轨迹捕捉模块；轨迹球的直径与人体上肢伸展后的尺寸匹配；轨迹球滚动阻力调节机构设有可与轨迹球表面接触的摩擦件；微电脑与轨迹球滚动阻力调节机构、轨迹捕捉模块分别信号连接，使摩擦件与轨迹球表面的接触程度可调。

本方案设计的康复训练球，包括底座和轨迹球，底座在下，通常可以落地放置。轨迹球尺寸巨大，与人体上肢伸展后的尺寸匹配，轨迹球可自由转动的位于底座上方。理论上，底座在轨迹球的侧方甚至上方也可以，但是制造成本较高，装配困难，实用性不强，因此不予考虑。本方案中的轨迹球作用和机械鼠标中的轨迹球类似，其滚动动作可以被轨迹捕捉模块捕捉，形成相应的电信号输入微电脑。轨迹捕捉模块可以是类似机械鼠标中捕捉轨迹球的结构，也可以是在类似机械鼠标中捕捉轨迹球的结构和本例的轨迹球之间加装一个小轨迹球作为中介，而类似机械鼠标中捕捉轨迹球的结构仅捕捉小轨迹球的转动动作。在轨迹球旁还设计有一个轨迹球滚动阻力调节机构，通过其上设置的摩擦件与轨迹球表面产生摩擦，增加轨迹球的转动摩擦力。轨迹捕捉模块和轨迹球滚动阻力调节机构都与微电脑信号连接，可以通过微电脑的预设程序对轨迹球的运动状态进行分析，并相应的调整轨迹球滚动阻力调节机构对轨迹球表面的摩擦力大小，来形成适合训练者的滚动阻力。如此一来，训练者将张开手臂，调动各个相应的肌肉群和神经群，克服一定的阻力来推动轨迹球使之转动，从而达到康复训练的目的。同时，由于推动大尺寸的轨迹球的动作可以是多样化的，频率可高可低，方向性要求也不严格，因此训练动作不单调，不容易产生疲劳感，更容易使康复患者长时间使用。轨迹球滚动阻力调节机构可以是一个，也可以是多个；如果是多个，则每个轨迹球滚动阻力调节机构上的摩擦件可以分别对应轨迹球的一个方向形成阻力；在控制上，微电脑可以同时控制不同的摩擦件形成不同方向上的不同阻力，以满足不同的锻炼要求。为了便于设备布置，优选将微电脑、轨迹球滚动阻力调节机构、轨迹捕捉模块都置于底座内。

作为优选，轨迹球滚动阻力调节机构包括受微电脑控制的步进电机和位置固定的固定架；固定架上设有导轨；运动架在步进电机控制下可在导轨上滑动；运动架的端部安装有摩擦件，摩擦件的运动轨迹与轨迹球的球面相交。本方案设计的轨迹球滚动阻力调节机构，动力来自步进电机。步进电机的动作指令来自微电脑。固定架的位置相对固定，在固定架上设计有导轨，导轨上滑动设置有运动架，运动架的端部安装有摩擦件。运动架与步进电机连接，通过步进电机的转动，带动运动架在导轨上位移，使运动架端部的摩擦件与轨迹球表面的距离产生变化，从而调节摩擦阻力。

作为优选，底座上由轨迹球下方延伸至轨迹球侧方或上方设有轨迹球限位肋，轨迹球限位肋的数量不少于3个，相邻两轨迹球限位肋的水平投影间的夹角小于180°；各轨迹球限位肋的内侧壁包络形成的空间体为与轨迹球尺寸适配的球形、半球形或球冠形。本方案中为对轨迹球起到限位作用，设计了轨迹球限位肋。轨迹球限位肋下端连接在底座上，沿轨迹球下方至侧方，也可以继续向轨迹球上方延伸。轨迹球限位肋的数量不少于3个，相邻两轨迹球限位肋的水平投影间的夹角小于180°，使轨迹球无法从相邻两个轨迹球限位肋之间脱出。各个轨迹球限位肋的内侧壁之间形成一个包络空间，该空间的形状可以是球形，例如轨迹球限位肋一一直延伸至轨迹球上方，可以是半球形或者球冠形，例如轨迹球限位肋终止于轨迹球的侧方。该包络空间与轨迹球的形状尺寸适配，使轨迹球受限在此包络空间内，既可以自由滚动，也不会脱出。

作为优选，所述轨迹球的壳体为弹性材质；轨迹球限位肋的内侧壁上设有若干万向球；万向球的外侧端与轨迹球表面搭接。为了减少摩擦，提高轨迹球在各轨迹球限位肋之间转动的顺滑程度，在轨迹球限位肋的内侧壁上设有若干万向球。万象球也称牛眼万象球或牛眼轴承，因其外观类似牛眼得名。万象球可选用市售产品。

作为优选，轨迹球为可充气球，气压由微电脑控制可调。本方案设计的轨迹球为可充气的，由此可以更好的感受轨迹球滚动阻力调节机构的接触阻力。微电脑可以对轨迹球内的气压进行微调，例如一个对轨迹球内气体进行温度调节使球内气压随之变化的机构，这样就可以改变康复患者在训练时对轨迹球的触感，从而形成不同的个性化使用效果。

作为优选，还设有影像输出设备，影像输出设备与微电脑信号连接；微电脑内安装有模拟真实物理环境的软件，软件的影像输出至影像输出设备的同时，软件驱动轨迹球滚动阻力调节机构调节对轨迹球滚动的阻力。影像输出设备可以是显示屏，可以是投影，也可以是穿戴式显示系统、VR等。在微电脑内安装有程序，用来模拟真实物理环境，例如起伏的路面状况，用轨迹球滚动阻力调节机构来形成在起伏路面上滚动时轨迹球的物理特征，反馈形成康复患者的推动用力效果，用影像输出设备将起伏的路面传递给康复患者的视觉，从而使康复患者能够身临其境的感受在起伏路面上推动一个大圆球前进的真实感觉，进一步克服了康复训练的单调性，使训练过程更加多样性和趣味性。当然，还可以通过软件的程序控制，将轨迹球定义为一个在水面上漂浮的大圆球，患者的训练过程类似在水面上推动这个大圆球。此类程序开发方向不一而足，此处不再赘述。

综上所述，本实用新型的有益效果是：可以应用在患者的上肢运动机能的康复训练中，克服传统锻炼器械的单调性和枯燥性，提高患者主动锻炼的兴趣。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，其中影像输出设备未示出。

图2是图1中轨迹球滚动阻力调节机构的放大图。

图3是图1的侧视图。

图4是本实用新型的使用状态图。

其中：1底座，2轨迹球，3微电脑，4轨迹球滚动阻力调节机构，5轨迹捕捉模块，6轨迹球限位肋，7万向球，8步进驱动器，41步进电机，42固定架，43导轨，44运动架，45摩擦件，46螺杆，99影像输出设备。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1、图3所示的实施例，为一种康复训练球，专用于老年病、脑损伤、创伤病患等的上肢康复训练。该康复训练球设有一个底座1，底座上方设有可自由转动的轨迹球2。与常见的机械鼠标中的轨迹球相比，本例的轨迹球尺寸巨大，与人体上肢伸展后的尺寸匹配。底座内设有微电脑3、轨迹球滚动阻力调节机构4和轨迹捕捉模块5。底座上由轨迹球下方延伸至轨迹球侧方设有轨迹球限位肋6，本例中轨迹球限位肋的数量为4个；相邻两轨迹球限位肋的水平投影间的夹角小于180°，本例中3个相邻的夹角为70°，另一个为150°，该夹角对应的位置为患者站立位置。各轨迹球限位肋的内侧壁包络形成的空间体为与轨迹球尺寸适配的半球形。每个轨迹球限位肋的内侧壁上高低排列的设有3个万向球7，万向球的外侧端与轨迹球表面搭接。

底座内安装有微电脑3、轨迹球滚动阻力调节机构4和可捕捉轨迹球滚动动作的轨迹捕捉模块5。

微电脑内安装有模拟真实物理环境的软件，本例中的软件可模拟不同道路的不同路面起伏状况、滚动阻力变化状况等。

轨迹球滚动阻力调节机构的具体结构如图2所示，包括受微电脑控制的步进电机41和位置固定的固定架42；固定架上设有导轨43；运动架44在步进电机控制下可在导轨上滑动；运动架的端部安装有摩擦件45，摩擦件的运动轨迹与轨迹球的球面相交。本例中导轨为纵置的，摩擦件的升降影响到摩擦件与轨迹球表面的接触程度，从而改变轨迹球的滚动阻力。微电脑会根据软件的内置程序输出电脉冲信号，通过同样位于底座内的步进驱动器8来驱动步进电机动作，对摩擦件的升降进行控制。动作时，步进电机轴转动，带动螺杆46转动，螺杆上端螺纹连接着运动件，运动件随之沿导轨上下运动，使摩擦件同步上下运动，与轨迹球之间的距离可调。

轨迹捕捉模块的基本结构和远离类似普通机械鼠标中的轨迹捕捉模块，可以捕捉轨迹球滚动动作，此处不再赘述。

轨迹球可充气，微电脑控制一个定向红外线加温设备对轨迹球内的温度进行控制，从而影响轨迹球内气压的变化，以获得不同气压下球表面与摩擦件之间的摩擦力表现效果。

图4所示为本设备的使用状态示意图。微电脑还与影像输出设备99和声音输出设备连接，本例的影像输出设备为显示屏。在微电脑内安装的软件可模拟真实物理环境，本例中模拟的是不同路面状况，包括平地、山地、沙地、砾石滩、森林、沼泽、河流等。经过不同的场景，显示屏中会显示不同的画面信息，声音输出设备也会输出不同的声音效果，同步的，轨迹球滚动阻力调节机构会调节不同的轨迹球推动阻力，气压调节设备会为轨迹球设定不同的气压水平，都与软件中模拟的状态匹配。康复训练患者站在轨迹球旁，看着显示屏中的图像信息，听着声音效果，上肢伸展推动轨迹球沿软件设定的方向滚动，路过不同路况时的图像、声音和推动阻力都随之同步变化，形成了身临其境的效果。