基于并联机构和二维测力机构的下肢双关节康复训练机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于康复医疗器械领域，尤其涉及一种利用并联机构实现下肢双关节康复 训练并具备二维测力机构的下肢双关节康复训练机构。
【背景技术】
[0002] 康复机器人是工程学与康复医学的结合，是典型的人_机一体化系统，是当前康 复医学与机器人领域的前沿技术，而下肢康复机构是目前机械领域在康复医学领域的一个 主要研究对象。机器人辅助训练作为近十年来一种方兴未艾的智能化康复治疗技术，得到 各发达国家的普遍重视。康复训练机器人不仅可以将理疗师从医患一对一甚至多对一的繁 重康复过程中解放出来，而且可以对因脑卒中（中风）和脊髓损伤等引起的肢体运动功能障 碍患者进行安全可靠、自适应与针对性强的康复训练，通过定量运动、实时监测可以为患者 提供更加科学的康复训练模式，将运动康复疗法通过自动化康复设备付诸实践，对于提高 肢体运动功能障碍患者的康复质量、促进患者的及早康复、减轻社会负担具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 本发明需要解决的技术问题是：为了提供一种安全、有效的下肢双关节康复训练 机构设计，可以同时给康复训练者提供下肢膝关节和踝关节的康复训练，提出了一种基于 并联机构和二维测力机构的下肢双关节康复训练机构。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：提供一种基于并联机构和二维 测力机构的下肢双关节康复训练机构，其特征是本下肢双关节康复训练机构由并联机构和 二维测力机构两部分组成：本并联机构安装于座椅1下方，由不等长并行联杆、一根一端固 定的短连杆2、驱动电机4、角度传感器3和转动轴0和7组成，不等长并行联杆由一根可转 动的长连杆5和一根可转动短连杆6组成，驱动电机4出轴与长连杆5在靠近座椅1端的 转动轴〇相连，角度传感器3设置于两根短连杆2和6的连接处；本二维测力机构由踏板 和两组桥式电路组成，踏板包括脚踏板17、左侧支撑梁11、右侧支撑梁12、前端固定装置和 外围部分16,每组桥式电路由4片应变片14组成，用于测量脚部对脚踏板17垂直方向上 的作用力的桥式电路由脚踏板17左侧支撑梁11和右侧支撑梁12上下共四个面上的4片 应变片14组成，而用于测量脚部对脚踏板17前后运动方向上作用力的桥式电路由脚踏板 17左侧支撑梁11和右侧支撑梁12前、后共四个面上的4片应变片14组成；其中，角度传 感器3经过接口电路与计算机连接，二维测力机构中的桥式电路经过接口电路与计算机连 接，计算机与驱动电机4的控制电路连接，驱动电机4可以驱动不等长并行联杆中的长连杆 5转动，进而带动踏板和可转动短连杆6的运动，实现一个电机带动膝关节与踝关节两个关 节的康复运动训练，角度传感器3用于测量不等长并行联杆中的可转动短连杆6的转动角 度，计算机通过接口电路获取并处理所测数据，从而控制驱动电机4的转动，通过与阈值的 比较，可以保证康复训练者的安全和机构的安全。
[0005] 优化的，上述前端固定装置、后端固定装置可分别为弹性的固定装置，所述角度传 感器3是经过放大接口电路与计算机通过总线连接，二维测力机构中的桥式电路经过放大 接口电路与计算机通过总线连接，所述踏板的前后端分别设置前端浮梁9、后端浮梁15用 以牢固踏板。
[0006] 此外，本发明所述基于并联机构和二维测力机构的下肢双关节康复训练机构的使 用方法，其具体步骤如下：
别为可转动短连杆6的前向和后向转动角度阈值，单位：度； 步骤2 :康复训练者坐上座椅1并使用脚踏板17上的前端弹性固定装置10和后端弹 性固定装置13将康复训练者脚部固定在脚踏板17上； 步骤3 :在康复训练者准备好之后打开各部分电源，机构即开始工作； 步骤4 :角度传感器3测量不等长并行联杆中的可转动短连杆6的转动角度，计算机通 过放大接口电路获取并处理所测数据并与设定的阈值If: : 比较，保证康复训练者和机 构的安全； 步骤5 :应变片14组成的两个桥式电路测量脚部对脚踏板17垂直方向上和对脚踏板 17前后运动方向上对脚踏板17的作用力，计算机通过放大接口电路获取桥式电路的输出 数据，进而可以实时观察到康复训练者脚部受力情况并调整康复训练策略，通过与所设阈 值，、:_、峡％比较，保证康复训练者的安全； 步骤6 :计算机在确认所获取的角度数据和受力数据符合设定阈值要求时，通过驱动 电路控制驱动电机4旋转，驱动长连杆5转动，带动踏板和可转动短连杆6的运动，康复训 练者开始下肢双关节的康复训练； 步骤7 :下肢康双关节康复训练结束，计算机通过驱动电路控制驱动电机4旋，带动长 连杆转至初始位置，护理人员帮助康复训练者安全卸下设备，关闭设备电源。
[0007]与现有技术相比，本发明具有如下优点： (1) 本发明采用并联机构，其中的不等长并行联杆和踏板的配合可以简单有效地实现 下肢膝关节和踝关节的康复训练，其中的角度传感器可以反馈机构姿态，保证康复训练者 和机构的安全； (2) 本发明中的二维测力机构，可以实时监测康复训练者脚部对脚踏板垂直方向上的 作用力和前后运动方向上的作用力，在设定阈值的帮助下可以有效保证康复训练者的安全 的同时，还可以调整康复运动策略，提高康复运动安全性、科学性和效率； (3) 本发明中脚踏板采用左右两侧支撑梁，前后浮梁设计，使踏板结构更加牢固、不易 损坏的同时，前后浮梁设计不会对左右支撑梁上的两组桥式测量电路的测量结果造成较大 的影响，不会影响桥式电路的功能实现； (4) 本发明通过精简有效的控制方法，控制过程连续，实时性好，计算机可以根据获取 并分析处理测得的角度信息和受力信息，编程通过驱动电路控制驱动电机旋转以实现康复 训练方法如按一定规律的膝关节和踝关节的康复运动在本下肢双关节康复训练机构上的 应用。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明中并联机构的结构示意图； 图2为本发明中踏板的结构示意图； 图3为本发明中踏板前端的俯视图； 图4为本发明中踏板前端的斜视图； 图5为本发明中并联机构的运动形态示意图； 附图中标号为：〇.转动轴；1.座椅；2. -端固定的短连杆；3.角度传感器；4.驱动电 机；5.长连杆；6.可转动短连杆；7.转动轴；8.踏板前端；9.前端浮梁；10.前端弹性固定 装置；11.左侧支撑梁；12.右侧支撑梁；13.后端弹性固定装置；14.应变片；15.后端浮 梁；16.外围部分；17.脚踏板。
[0009]
【具体实施方式】： 下面以图1并联机构的结构示意图和图2踏板的结构示意图为例，结合图3踏板前端 的俯视图、图4踏板前端的斜视图和图5并联机构的运动形态示意图说明本发明的具体实 施步骤： 本发明公开了一种基于并联机构和二维测力机构的下肢双关节康复训练机构，其特征 是本下肢双关节康复训练机构由并联机构和二维测力机构两部分组成：本并联机构安装于 座椅1下方，由不等长并行联杆、一根一端固定的短连杆2、驱动电机4、角度传感器3和转 动轴0和7组成，不等长并行联杆由一根可转动的长连杆5和一根可转动短连杆6组成，驱 动电机4出轴与长连杆5靠近座椅1端的转动轴0相连，角度传感器3设置于两根短连杆 2和6的连接处；本二维测力机构由踏板和两组桥式电路组成，踏板由脚踏板17、前端浮梁 9、后端浮梁15,左侧支撑梁11、右侧支撑梁12、前端弹性固定装置10、后端弹性固定装置13 和外围部分16组成，每组桥式电路由4片应变片14组成，用于测量脚部对脚踏板17垂直 方向上的作用力的桥式电路由脚踏板17左侧支撑梁11和右侧支撑梁12上下共四个面上 的4片应变片14组成，而用于测量脚部对脚踏板17前后运动方向上作用力的桥式电路由 脚踏板17左侧支撑梁11和右侧支撑梁12前、后共四个面上的4片应变片14组成；其中， 角度传感器3经过放大接口电路与计算机通过总线连接，二维测力机构中的桥式电路经过 放大接口电路与计算机通过总线连接，计算机与驱动电机4的控制电路连接。驱动电机4可 以驱动不等长并行联杆中的长连杆5转动，进而带动踏板和可转动短连杆6的运动，实现一 个电机带动膝关节与踝关节两个关节的康复运动训练，角度传感器3用于测量不等长并行 联杆中的可转动短连杆6的转动角度，计算机通过放大接口电路获取并处理所测数据，从 而控制驱动电机4