专利名称：一种多模式下肢康复训练平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种康复治疗器材，特别是一种多模式下肢康复训练平台。
背景技术：
依据中枢神经系统可重塑理论，对于因中风、外伤等原因导致下肢行动障碍的患者，通过适当的康复理疗和训练，可刺激中枢神经的重构和自动修复，并且使肌力得到恢复，从而使患者恢复下肢机能。目前，采用下肢外骨骼康复机器人辅助患者进行康复训练的技术广泛应用于对下肢运动功能障碍患者的康复理疗中。理想的训练应能辅助患者在多种地形上进行训练，如平地、坡道、阶梯等，可以使患者患侧肢体的不同肌群都得到训练和激励，从而均衡地恢复肢体肌肉的运动机能。但目前多数训练系统使用跑步机作为训练平台，只能提供给患者单一的平地模式的运动训练，不能满足使患者在多种地形模式下训练的需要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种多模式下肢康复训练平台。该训练平台具有依据平地、阶梯或坡道地形的特点可以变换训练模式，使一台训练平台为下肢康复训练者提供多种模拟环境的有效训练。本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种多模式下肢康复训练平台，其特征在于该训练平台包含六个部分:纵倾调整机构、侧倾调整机构、伺服电机、传动机构、运动平台机构和阶梯/平面变换机构，所述纵倾调整机构通过其平台二级基座与侧倾调整机构连接，所述伺服电机、传动机构均直接安装在侧倾调整机构的三级基座上；运动平台机构通过其机构内的两端链轮 轴的四个轴承座装配于侧倾调整机构的三级基座上；运动阶梯/平面变换机构通过其机构内的支架安装于侧倾调整机构的三级基座上；所述纵倾调整机构主要包含铰链、平台底座、纵倾调整传动装置和平台二级基座；结构相同的两个铰链对称安装在平台底座的两个角上，结构相同的两个纵倾调整传动装置对称安装在平台底座的两条边上，且所述铰链和纵倾调整传动装置均与平台底座上的平台二级基座连接；平台二级基座与平台底座结构相同；所述纵倾调整传动装置主要是由蜗轮蜗杆调整装置和丝杠螺母副组成的传动机构，蜗轮蜗杆调整装置安装于平台底座上，其输出蜗轮与丝杠螺母副的丝杠联接，丝杠螺母副的螺母铰接在平台二级基座上；所述侧倾调整机构包含三级基座、铰链和侧倾调整传动装置；两个铰链对称安装于纵倾调整机构中的平台二级基座上，通过铰链轴与三级基座联接，三级基座可绕铰链转动；侧倾调整传动装置包含蜗轮蜗杆调整装置和丝杠螺母副组成侧倾调整传动链，蜗轮蜗杆调整装置铰接于纵倾调整机构中的平台二级基座上，丝杠螺母副的丝杠与蜗轮蜗杆调整装置的蜗轮轴联接，侧倾调整丝杠螺母副232的螺母与三级基座21铰接；所述伺服电机的输出轴与传动机构内的减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴连接传动机构的链轮传动副的主动链轮，通过链条把驱动力输出到被动链轮；被动链轮与运动平台机构的输入轴连接，驱动运动平台机构转动；运动平台机构的输入轴驱动其内的链轮和链条；所述运动平台机构包含导向主轨道、链轮、链条和设计数量的平台单元；导向主轨道固定联接在侧倾调整机构中的三级基座上。链轮的轴承座固定装配于侧倾调整机构中的三级基座上，链轮的轴与传动机构的链轮传动副的被动轮连接，并受之驱动；链轮带动链条运动；平台单元包含平台单元引导轮、平台单元调整轮和梯级单元；平台单元引导轮和平台单元调整轮铰接于梯级单元上，每级平台单元的平台单元引导轮的铰链轴同时铰接于链条的链节上，平台单元引导轮受运动平台机构的导向主轨道槽型导轨约束，可在链条带动下沿导向主轨道滚动，平台单元调整轮受阶梯/平面变换机构中可动导轨的槽型导轨导向约束；设计数量的平台单元沿链条环形分布，所有平台单元组成循环运动的平台面，运动平台机构可在链条传动下，驱动沿链条铰接的每个平台单元沿导向主轨道运动；所述阶梯/平面变换机构包含可动导轨和动轨驱动装置；动轨驱动装置包含蜗轮蜗杆调整装置、丝杠螺母副、动轨导向装置和支架；动轨导向装置的导向柱安装于侧倾调整机构的三级基座上；蜗轮蜗杆调整装置铰接于侧倾调整机构的三级基座上，输出轴联接丝杠螺母副的丝杠，丝杠螺母副的螺母安装于导向装置的滑动部分上，导向装置的滑动部分安装在可动导轨的架体上。与现有技术相比，本发明多模式下肢康复训练平台将模拟生活环境中常见的平地、坡道和阶梯地形融合为一体设计，因而具有可以满足康复训练者在一台康复训练机上完成多种模拟环境训练的特点，且结构简单，操作容易，价格适当。
图1本发明多模式下肢康复训练平台一种实施例的整体主视结构示意图。图2本发明多模式 下肢康复训练平台一种实施例的整体立体结构示意图。图3本发明多模式下肢康复训练平台一种实施例的运动平台驱动传动链和阶梯/平面变换机构示意图。图4本发明多模式下肢康复训练平台一种实施例的运动平台工作原理示意图。图5本发明多模式下肢康复训练平台一种实施例的运动的平面/阶梯变换机构示意图，其中，图5 Ca)为处于平台(平面或斜坡)状态的梯级状态示意图；图5 (b)为处于台阶状态的梯级状态示意图。
具体实施例方式下面结合实例及其附图进一步描述本发明。本发明设计的多模式下肢康复训练平台(简称训练平台或平台，参见图1-5)，其特征在于该训练平台主要包含六个部分:纵倾调整机构1、侧倾调整机构2、伺服电机3、传动机构4、运动平台机构5和阶梯/平面变换机构6，所述纵倾调整机构I通过其平台二级基座14与侧倾调整机构2连接，所述伺服电机3、传动机构4均直接安装在侧倾调整机构2的三级基座21上；运动平台机构5通过其机构内的两端链轮轴的四个轴承座装配于侧倾调整机构2的三级基座21上；运动阶梯/平面变换机构6通过其机构内的支架624安装于侧倾调整机构2的三级基座21上。所述伺服电机3的输出轴与传动机构4内的减速箱41的输入轴连接，减速箱41的输出轴连接传动机构4的链轮传动副42的主动链轮421，通过链条422把驱动力输出到被动链轮423。被动链轮423与运动平台机构5的输入轴连接，驱动运动平台机构5转动。运动平台机构5的输入轴驱动其内的运动平台链轮52和链条51。所述每一个平台单元54都铰接在链条51上，并被链条51带动；在平台单元54随链条51运动时，平台单元54的平台单元引导轮541可沿运动平台机构5的导向主轨道51内滚动，并受导向主轨道51的导向；运动平台机构5内的平台单元调整轮542安装后，可在阶梯/平面变换机构6的可动导轨61内滚动，并受可动导轨61的导向。所述纵倾调整机构I主要包含:纵倾调整铰链11、平台底座12、纵倾调整传动装置13和平台二级基座 14 ;结构相同的两个纵倾调整铰链11对称安装在平台底座12的两个角上，结构相同的两个纵倾调整传动装置13对称安装在平台底座12的两条边上，且所述纵倾调整铰链11和纵倾调整传动装置13均与平台底座12上的平台二级基座14连接；所述的平台二级基座14与平台底座12结构相同；所述纵倾调整传动装置13内主要是由纵倾调整蜗轮蜗杆调整装置131和纵倾调整丝杠螺母副132组成的传动机构。纵倾调整蜗轮蜗杆调整装置131安装于平台底座12上，纵倾调整蜗轮蜗杆调整装置131的输出蜗轮联接纵倾调整丝杠螺母副132的丝杠上，纵倾调整丝杠螺母副132的螺母铰接在平台二级基座14上；通过手动可驱动纵倾调整蜗轮蜗杆调整装置131，由蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动与之连接的纵倾调整丝杠螺母副132的丝杠转动，丝杠驱动纵倾调整丝杠螺母副132的螺母移动，可驱动与螺母连接的二级基座14绕纵倾调整铰链11转动。纵倾调整机构I可以实现运动平台绕纵倾调整铰链11的倾斜角度调整功能，实现平台纵向倾斜的功能。所述侧倾调整机构2包含:三级基座21、铰链22和侧倾调整传动装置23。两个铰链22对称安装于纵倾调整机构I中的平台二级基座14上，通过铰链轴与三级基座21联接。三级基座21可绕铰链22转动。侧倾调整传动装置23中包含侧倾蜗轮蜗杆调整装置231和侧倾调整丝杠螺母副232组成侧倾调整传动链。侧倾蜗轮蜗杆调整装置231铰接于纵倾调整机构I中的平台二级基座14上，侧倾调整丝杠螺母副232的丝杠与侧倾蜗轮蜗杆调整装置231的蜗轮轴联接，侧倾调整丝杠螺母副232的螺母与三级基座21铰接。通过手动驱动侧倾蜗轮蜗杆调整装置231的蜗杆，带动侧倾调整丝杠螺母副232的蜗轮转动，由蜗轮带动与之连接的侧倾调整丝杠螺母副232的丝杠转动，侧倾调整丝杠螺母副232的丝杠带动侧倾调整丝杠螺母副232的螺母移动，可以驱动与螺母连接的三级基座21绕铰链22转动。所述侧倾调整机构2可以实现运动平台绕铰链22的倾斜角度的调整功能，实现平台侧向倾斜的功能。所述伺服电机3安装于侧倾调整机构2中的三级基座21上，伺服电机3的输出轴与传动机构4中的减速器41的输入轴连接。伺服电机3通过传动机构4为运动平台机构5提供驱动。所述传动机构4主要由机械减速器41和链轮传动副42组成。机械减速器41的输入轴接受来自伺服电机3的动力，机械减速器41的输出轴连接链轮传动副42的主动轮421，通过链条422传动，驱动链轮传动副42的被动轮423。链轮传动副42的被动轮423与运动平台链轮52同轴，把动力输出给运动平台机构5。所述传动机构4实现伺服电机3的原动力到运动平台机构5的动力传递和转速、转矩变换功能，驱动运动平台机构5工作。所述运动平台机构5包含导向主轨道51、运动平台链轮52、运动平台链条53和设计数量的平台单元54。导向主轨道51固定联接在侧倾调整机构2中的三级基座21上。运动平台链轮52的轴承座固定装配于侧倾调整机构2中的三级基座21上，运动平台链轮52的轴与传动机构4的链轮传动副42的被动轮423联接，并受之驱动运动平台链轮52带动运动平台链条53运动。平台单元54包含平台单元引导轮541、平台单元调整轮542、梯级单元543。平台单元引导轮541和平台单元调整轮542铰接于梯级单元543上。每级平台单元54的平台单元引导轮541的铰链轴同时铰接于运动平台链条53的链节上，平台单元引导轮541受运动平台机构5的导向主轨道51槽型导轨约束，可在链条带动下沿导向主轨道51滚动。平台单元调整轮542受阶梯/平面变换机构6中可动导轨61的槽型导轨导向约束。所有平台单元54沿链条环形分布，组成循环运动的平台面；运动平台机构5可在链条传动下，驱动沿链条铰接的每个平台单元54沿导向主轨道51运动。所述阶梯/平面变换机构6包含可动导轨61和动轨驱动装置62。动轨驱动装置62包含动轨驱动蜗轮蜗杆调整装置621、动轨驱动丝杠螺母副622和动轨导向装置623、支架624。动轨导向装置623的导向柱安装于侧倾调整机构2的三级基座21上，导向柱对可动导轨61实现导向。动轨驱动蜗轮蜗杆调整装置621铰接于侧倾调整机构2的三级基座21上，输出轴联接动轨驱动丝杠螺母副622的丝杠，动轨驱动丝杠螺母副622螺母安装于导向装置623的滑动部分上，导向装置623的滑动部分安装在可动导轨61的架体上。通过手动调整动轨驱动蜗轮蜗杆调整装置621，带动动轨驱动丝杠螺母副622的丝杠旋转可以通过螺母机构驱动导向装置623的滑动部分沿导向装置623的导向柱平行移动，带动可动导轨61沿导向柱平行移动，以此调整可动导轨61相对于运动平台机构5的导向主轨道51位置。每个平台单元5 4的平台单元调整轮542随阶梯/平面变换机构6的可动导轨61的位置变化改变相对于平台单元54中的平台单元引导轮541的位置，并以此决定平台单元54的姿态是处于平面平台状态(参见图5 (a))，还是处于阶梯平台状态(参见图5 (b))。所述阶梯/平面变换机构6可以调整可动导轨61相对于运动平台机构5的导向主轨道51位置，以此调整平台单元调整轮542相对于平台单元引导轮541的位置关系，实现运动平台阶梯/平面功能的转换。本发明训练平台的运动平台机构5由驱动伺服电机3经由传动装置4驱动，可在平面跑步机和循环阶梯两种状态下工作。训练平台的阶梯/平面运动方式的变换由调整阶梯/平面变换机构6实现。本发明训练平台机构调整功能包括:纵倾调整、侧倾调整和平台的阶梯/平面变换。I)纵倾调整由纵倾调整机构I实现平台坡度的调整，通过调整纵倾调整传动装置13，通过其中纵倾调整蜗轮蜗杆调整装置131和纵倾调整丝杠螺母副132的传动，可实现O 30°范围坡度的变换。2)侧倾调整由调整侧倾调整机构2的侧倾调整传动装置23，通过其中侧倾蜗轮蜗杆调整装置231和侧倾调整丝杠螺母副232的传动，可实现平台-10 +10°范围的侧向倾斜度的调
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3)平台的阶梯/平面变换平台的阶梯/平面变换机构6用于控制运动平台5的阶梯/平面模式的转换。主要控制装置包括两侧的可动导轨61和动轨驱动装置62。平台单元54的调整轮542在可动动轨61中滚动连接，平台单元引导轮541在导向主轨道51中滚动连接。平台单元引导轮541和平台单元调整轮542之间的相互关系决定平台单元54的姿态。调整动轨61与导向主轨道51的距离，即可改变平台单元54的姿态，亦即处于平面模式还是台阶模式。调整动轨驱动装置62通过其中的丝杠螺母幅可控制动轨61相对导向主轨道51做平移运动，改变可动导轨61和导向主轨道51之间的距离，由此可调整平台单元54的姿态，并在平面和阶梯两种模式间变换(参见图5。在图5 (a)中，由调整动轨驱动装置62驱动，使可动导轨61相对导向主轨道51在阶梯/平面变换机构6中的动轨驱动装置62所包含的导向柱的导向下平移。远离导向主轨道51，各个平台单元54的平面对齐，形成平面平台模式；在图5(b)中，由调整动轨驱动装置62使可动导轨61相对导向主轨道51在阶梯/平面变换机构6中的动轨驱动装置62所包含的导向柱的导向下平移，接近导向主轨道51，各个平台单元54的平面错开，形成阶梯平台模式。本发明多地形模式训练平台按模块化设计，对各个模块分别调整可以组合出多种训练地形模式，可实现平地、坡道、倾斜或台阶地形方式，可配合下肢外骨骼康复训练机器人进行智能的多模式康复训练，也可作为多地形模式训练健身平台单独使用。在前一种情况下，对平台运动速度的控制可由机器人控制系统结合传感器，实现对平台速度的智能的闭环控制，以实现系统整体的速度协调。在后一种情况下，其速度由专门的控制系统进行设定控制 。也可以配置传感器，实现平台速度对训练者的训练情况具有适应性的智能控制。本发明训练平台各部分的调整装置，包括纵倾调整装置13、侧倾调整装置23和调整动轨驱动装置62，实施例均采用蜗轮蜗杆-丝杆螺母传动机构，以实现伸长量的变化，但本领域技术人员容易理解，该伸长量的变化亦可采用油缸、气缸、连杆、电动缸或其它直线传动装置，实现相同的功能。本发明未述及之处适用于现有技术。
权利要求
1.一种多模式下肢康复训练平台，其特征在于该训练平台包含六个部分:纵倾调整机构、侧倾调整机构、伺服电机、传动机构、运动平台机构和阶梯/平面变换机构，所述纵倾调整机构通过其平台二级基座与侧倾调整机构连接，所述伺服电机、传动机构均直接安装在侧倾调整机构的三级基座上；运动平台机构通过其机构内的两端链轮轴的四个轴承座装配于侧倾调整机构的三级基座上；运动阶梯/平面变换机构通过其机构内的支架安装于侧倾调整机构的三级基座上； 所述纵倾调整机构主要包含铰链、平台底座、纵倾调整传动装置和平台二级基座；结构相同的两个铰链对称安装在平台底座的两个角上，结构相同的两个纵倾调整传动装置对称安装在平台底座的两条边上，且所述铰链和纵倾调整传动装置均与平台底座上的平台二级基座连接；平台二级基座与平台底座结构相同；所述纵倾调整传动装置主要是由蜗轮蜗杆调整装置和丝杠螺母副组成的传动机构，蜗轮蜗杆调整装置安装于平台底座上，其输出蜗轮与丝杠螺母副的丝杠联接，丝杠螺母副的螺母铰接在平台二级基座上； 所述侧倾调整机构包含三级基座、铰链和侧倾调整传动装置；两个铰链对称安装于纵倾调整机构中的平台二级基座上，通过铰链轴与三级基座联接，三级基座可绕铰链转动；侧倾调整传动装置包含蜗轮蜗杆调整装置和丝杠螺母副组成侧倾调整传动链，蜗轮蜗杆调整装置铰接于纵倾调整机构中的平台二级基座上，丝杠螺母副的丝杠与蜗轮蜗杆调整装置的蜗轮轴联接，丝杠螺母副的螺母与三级基座铰接； 所述伺服电机的输出轴与传动机构内的减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴连接传动机构的链轮传动副的主动链轮，通过链条把驱动力输出到被动链轮；被动链轮与运动平台机构的输入轴连接，驱动运动平台机构转动；运动平台机构的输入轴驱动其内的链轮和链条； 所述运动平台机构包含导向主轨道、链轮、链条和设计数量的平台单元；导向主轨道固定联接在侧倾调整机构中的三级基座上，链轮的轴承座固定装配于侧倾调整机构中的三级基座上，链轮的轴与传动机构的链轮传动副的被动轮连接，并受之驱动；链轮带动链条运动；平台单元包含平台 单元引导轮、平台单元调整轮和梯级单元；平台单元引导轮和平台单元调整轮铰接于梯级单元上，每级平台单元的平台单元引导轮的铰链轴同时铰接于链条的链节上，平台单元引导轮受运动平台机构的导向主轨道槽型导轨约束，可在链条带动下沿导向主轨道滚动，平台单元调整轮受阶梯/平面变换机构中可动导轨的槽型导轨导向约束；设计数量的平台单元沿链条环形分布，所有平台单元组成循环运动的平台面，运动平台机构可在链条传动下，驱动沿链条铰接的每个平台单元沿导向主轨道运动； 所述阶梯/平面变换机构包含可动导轨和动轨驱动装置；动轨驱动装置包含蜗轮蜗杆调整装置、丝杠螺母副、动轨导向装置和支架；动轨导向装置的导向柱安装于侧倾调整机构的三级基座上；蜗轮蜗杆调整装置铰接于侧倾调整机构的三级基座上，输出轴联接丝杠螺母副的丝杠，丝杠螺母副的螺母安装于导向装置的滑动部分上，导向装置的滑动部分安装在可动导轨的架体上。
2.根据权利要求1所述的多模式下肢康复训练平台，其特征在于由纵倾调整机构实现平台坡度的调整，通过调整纵倾调整传动装置，通过其中纵倾调整蜗轮蜗杆调整装置和纵倾调整丝杠螺母副的传动，可实现O 30°范围坡度的变换。
3.根据权利要求1所述的多模式下肢康复训练平台，其特征在于由调整侧倾调整机构的侧倾调整传动装置， 通过其中侧倾蜗轮蜗杆调整装置和侧倾调整丝杠螺母副的传动，可实现平台-10 +10°范围的侧向倾斜度的调整。
全文摘要
本发明公开一种多模式下肢康复训练平台，其特征在于该训练平台包含纵倾调整机构、侧倾调整机构、伺服电机、传动机构、运动平台机构和阶梯/平面变换机构，所述纵倾调整机构通过其平台二级基座与侧倾调整机构连接，伺服电机、传动机构均直接安装在侧倾调整机构的三级基座上；运动平台机构装配于侧倾调整机构的三级基座上；运动阶梯/平面变换机构安装于侧倾调整机构的三级基座上；所述纵倾调整机构主要包含铰链、平台底座、纵倾调整传动装置和平台二级基座；所述侧倾调整机构包含三级基座、铰链和侧倾调整传动装置；所述运动平台机构包含导向主轨道、链轮、链条和设计数量的平台单元；所述阶梯/平面变换机构包含可动导轨和动轨驱动装置。
文档编号A63B23/04GK103212187SQ201310127200
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月13日 优先权日2013年4月13日
发明者刘更谦, 陈贵亮, 张小俊, 张新华 申请人:河北工业大学