绑带支架(302);在腿部弹性绑带支架(302)的末端设有腿部弹性绑带(303);在大腿支架(304)另一侧的转动轴(315)的端部设有同步带轮(314)； 当大腿气动人工肌肉(316)伸缩时，通过大腿部柔索(318)及大腿部弹簧(317)共同牵引髋关节弹性绑带支架(319)上下运动，进而调节与大腿支架(304)相连的腿部弹性绑带支架(302 )、腿部弹性绑带(303 )相对引髋关节弹性绑带支架(319)、髋关节弹性绑带(301)的位置； 小腿模块包括腿部弹性绑带支架(302)、腿部弹性绑带(303)、转动关节(306)、小腿部弹簧(307)、小腿部柔索(308)、小腿支架(309)、小腿部气动人工肌肉(310)、转动关节气动人工肌肉(311)、转动关节弹簧(312)、同步带(313)、同步带轮(314)、平键(320);其中， 转动关节(306)为矩形块；在转动关节(306)的顶部设有圆管；转动关节(306)的圆管的轴向与转动关节(306 )的宽度方向平行；转动关节(306 )的圆管套在相邻的转动轴(315)上，即转动关节(306)的顶部与大腿支架(304)的底部活动连接；在转动关节(306)的侧面开有矩形孔，转动关节(306)的侧矩形孔的开口方向与转动关节(306)顶部的圆管轴向相一致；在转动关节(306)的底部设有两个关节段插板；所述关节段插板均竖直向下延伸，且相互平行；关节段插板与转动关节(306)的圆管端面相垂直； 小腿支架(309)呈H形，包括2个小腿段竖板和I个小腿段横板；通过小腿段横板将2个小腿段竖板连接在一起；在小腿段横板上设有一个小孔； 在每个小腿段竖板的顶面上均开有I个小腿段插槽孔；所述小腿段插槽孔与关节段插板的外形相对应；即关节段插板插在相邻的小腿段插槽孔中； 小腿支架(309)的2个小腿段竖板的顶端分别与相邻的转动关节(306)的2块关节段插板的底端固定连接；小腿支架(309)的2个小腿段竖板的底端与站立平台(400)的顶面相连接； 在小腿支架(309)的一侧的小腿段竖板的外侧水平连接有腿部弹性绑带支架(302);在腿部弹性绑带支架(302)的末端设有腿部弹性绑带(303); 在小腿段横板的下方的站立平台(400)上设有小腿部气动人工肌肉(310);小腿部气动人工肌肉(310)的顶部与小腿部柔索(308)的一端相连接；小腿部柔索(308)的另一端穿过小腿段横板上的小孔后与转动关节(306)的底部固定连接； 在小腿段横板上方的小腿部柔索(308)的外部套有小腿部弹簧(307);小腿部弹簧(307)的底部与小腿段横板的顶面相接触，小腿部弹簧(307)的顶底部与转动关节(306)的底部相接触； 小腿支架(309)的另一侧的站立平台(400)上设有一个转动关节气动人工肌肉(311)和一个转动关节弹簧(312);通过一根同步带(313)将转动关节气动人工肌肉(311)的顶部与转动关节弹簧(312)的顶部连接在一起；所述同步带(313)的绕在同步带轮(314)上； 在转动轴(315)上设有平键(320)，在转动关节(306)的圆管内壁上设有对应的键槽，从而将转动轴(315)与转动关节(306)连接在一起；当转动关节气动人工肌肉(311)伸缩时，由转动关节气动人工肌肉(311)、转动关节弹簧(312)、同步带(313)、同步带轮(314)、平键(320)共同带动小腿模块相对大腿模块转动； 当小腿部气动人工肌肉(310)伸缩时，通过小腿部弹簧(307)、小腿部柔索(308)共同拉动转动关节(306 )相对小腿支架(309 )伸缩运动，进而调节与小腿支架(309 )相连的腿部弹性绑带支架(302)、腿部弹性绑带(303)相对引髋关节弹性绑带支架(319)、髋关节弹性绑带(301)的位置。7.根据权利要求6所述的用于腰部康复训练中的下肢自动调节平台，其特征在于:在由髋关节弹性绑带支架(319)、髋关节弹性绑带(301)与辅助腿部运动的调节装置连接而成的“η”形状的结构件中: 与大腿支架(304)相连的腿部弹性绑带支架(302)、与小腿支架(309)相连的腿部弹性绑带支架(302)均设置在“η”形状的结构件的内侧； 与大腿支架(304)内转动轴(315)的端部相连的同步带轮(314)均设置在“η”形状的结构件的外侧。8.根据权利要求6所述的用于腰部康复训练中的下肢自动调节平台，其特征在于: 所述的检测单元(800)，包括6个压力传感器(801)，4个激光测距传感器(802)和2个绝对式编码器(803);其中， 压力传感器(801)分安装在大腿气动人工肌肉(316)进气管端口处、小腿部气动人工肌肉(310)进气管端口处、转动关节气动人工肌肉(311)的进气管端口处，实时检测上述气动人工肌肉的压力值，并通过数据采集卡传送给工控机； 激光测距传感器(802)包括激光感应头和反光板；其中，激光测距传感器(802)的激光感应头分别安装在小腿支架(309)的顶部、大腿支架(304)的顶部，激光测距传感器(802)的反光板分别安装在髋关节弹性绑带支架(319)的底部和转动关节(306)的底部， 安装在大腿支架(304)顶部的激光感应头与安装在髋关节弹性绑带支架(319)底部的反光板相对应；安装在小腿支架(309)顶部的激光感应头与安装在转动关节(306)底部的反光板相对应； 由分别测量出大腿部弹簧(317)和小腿部弹簧(307)的长度，并通过数据采集卡传送给工控机，工控机结合已知的支架高度计算得出大腿模块与小腿模块的总高度； 在每个转动轴(315)的末端均安装有编码器(803)，通过编码器(803)检测转动关节(306)的旋转角度，并通过数据采集卡传送给工控机；该转动关节(306)的旋转角度即对应于小腿模块的旋转角度。9.根据权利要求8所述的用于腰部康复训练的装置，其特征在于:检测单元(800)还包括一台视觉传感器；所述视觉传感器安装在铝合金型材框架(100)上并与工控机相连接，通过视觉传感器检测站立平台(400)的空间位姿。10.采用权利要求9所述用于腰部康复训练中的下肢自动调节平台的训练方法，其特征在于:按如下步骤进行: 步骤一:令工控机、电机单元(500)内的各电机上电，令压力传感器(801)、激光测距传感器(802)和编码器(803)反馈信号，令大腿气动人工肌肉(316)、小腿部气动人工肌肉(310)、转动关节气动人工肌肉(311)、小腿部弹簧(307 )、转动关节弹簧(312)、大腿部弹簧(317)复位； 步骤二:向工控机上输入患者大小腿长度信息；向工控机上输入预设的空间位姿、以及允许的误差范围；所述预设的空间位姿为需要患者在腰部康复训练的装置上执行的康复动作信息姿； 步骤三:令患者站立在站立平台(400)上；由工控机根据步骤二输入的患者腿部信息，首先控制小腿气动人工肌肉(310)充气或放气，调整小腿模块的长度，由小腿模块内的激光测距传感器(802)实时检测小腿部弹簧(307)长度值，并将该数据传输给工控机进行计算和判断，直至转动关节(306)与患者膝关节齐平； 然后，由工控机控制大腿气动人工肌肉(316)充气或放气，调整大腿模块的长度，同时由大腿模块内的激光测距传感器(802)实时检测大腿部弹簧(317)长度，并将该数据传输给工控机进行计算和判断，使得髋关节弹性绑带(301)位于患者的髋关节部位； 步骤四:将大腿模块内的腿部弹性绑带(303)、小腿模块内的腿部弹性绑带(303)分别绑在患者的大腿、小腿上，将髋关节弹性绑带(301)绑在患者髋关节上，准备进行康复运动；步骤五:由工控机控制电机单元(500)内的电机旋转，使得柔索(600)伸缩，实现站立平台(400)的运动；由工控机根据站立平台(400)的空间位姿，实时控制2个转动关节气动人工肌肉(311)进气阀门和出气阀门的开关、控制小腿关节的转动，进而带动站立平台(400)运动；同时，工控机根据编码器(803)实时反馈的小腿模块的转动角度，对转动关节(306)的转动进行角度补偿，使得患者站立在站立平台(400)上的位姿符合步骤二输入的预设的空间位姿相一致； 步骤六:通过压力传感器(801)和视觉传感器分别实时监测大腿气动人工肌肉(316)的实时压力信息、小腿部气动人工肌肉(310)的实时压力信息、转动关节气动人工肌肉(311)的实时压力信息和站立平台(400)的实时空间位姿信息，并通过数据采集卡将前述的实时压力信息和实时空间位姿信息传送给工控机，如果超出在步骤二设置的允许的误差范围，则立即停止康复训练，并报警提示进行设备检查，避免患者在进行康复训练时出现意外； 步骤七:康复训练完成，人工解除腿部弹性绑带(303)和髋关节弹性绑带(301)，令患者走下站立平台(400)； 步骤八:令下肢自动调节平台(300)复位，关闭电机单元(400)、气动人工肌肉和工控机电源。
【专利摘要】本发明提供一种用于腰部康复训练中的下肢自动调节平台及训练方法，其中：所述的下肢自动调节平台，包括铝合金型材框架、下肢自动调节平台单元、站立平台、电机单元、柔索、和滑轮单元。本发明所述的训练方法，包括八个步骤，能够对下肢自动调节平台进行精确地控制，从而安全地辅助患者进行康复训练，避免患者在进行康复训练时出现意外。有益的技术效果：本发明所述的下肢自动调节平台能够使患者的腿部在下肢自动调节平台单元的工作范围内做弯曲或伸直运动，且能够调节站在站立平台上的患者的腰部挺直时的腿部姿态、以及腰部做弯曲活动时的腿部姿态。本发明所述的训练方法，能够避免患者在康复训练时避免二次伤害。
【IPC分类】A61H1/00
【公开号】CN105147493
【申请号】CN201510348989
【发明人】訾斌, 陈桥, 钱森, 尹光才, 李元
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年6月24日