本实用新型涉及康复平台技术领域，尤其涉及一种减重训练康复平台。
背景技术：
减重训练康复的一种新型结构平台，本实用新型适用于康复训练技术领域，可应用于罹患脊髓损伤、脑损伤等疾病导致的偏瘫大鼠的减重训练的技术领域。以脊髓损伤、脑中风等为代表的致残性疾病的发病率有逐年升高的趋势，由此导致患者生活质量下降、家属看护成本增加、医疗费用升高等一系列问题亟待解决。目前针对脊髓损伤等的康复治疗主要有手术治疗法、药物治疗法和运动训练三种。前两者有实施难度大，治愈率低以及具有副作用等缺点，结合运动训练的综合疗法被更加广泛的接受。目前，针对运动康复平台的设计，国内外已有一些研究，如跑步机平台、外骨骼机器人等，但存在训练方式单一、无法给予患者减重支持等不足之处，对于患者的康复训练也难以达到预期的效果。因此，对于具有减重功能的主、被动运动结合多任务运动康复平台研究也具有迫切的需求。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种减重训练康复平台，所述减重训练康复平台具有减重的主、被动运动接合的多种任务运动模式。
根据本实用新型实施例的减重训练康复平台，包括：支架；并联驱动机构，所述并联驱动机构可活动地设在所述支架上，训练者适于在所述并联驱动机构的支撑下运动，且所述并联驱动机构可检测训练者的运动方向；驱动系统，所述驱动系统与所述并联驱动机构相连以驱动所述并联驱动机构在所述支架上活动；控制系统，所述控制系统分别与所述并联驱动机构和所述驱动系统电连接。
根据本实用新型实施例的减重训练康复平台，由于并联驱动机构可活动地设在支架上，训练者适于在并联驱动机构的支撑下运动，且并联驱动机构可检测训练者的运动方向，使得减重训练康复平台具有多种运动模式，适用于患者的不同康复阶段，并且采用并联驱动机构实现弹性连接与主动的柔顺跟踪，保证了执行端仅具有平动自由度，防止训练者出现侧翻，提高了减重训练康复平台的安全性能。
在一些实施例中，所述驱动系统包括水平运动系统，所述水平运动系统具有：在水平面上延伸的水平导轨；水平导块，所述水平导块可滑动地设在所述水平导轨上，所述并联驱动机构与所述水平导块相连；水平传动机构，所述水平传动机构驱动所述水平导块沿所述水平导轨滑动。
具体地，所述水平传动机构为皮带传动机构。
具体地，所述驱动系统包括竖直运动系统，所述竖直运动系统具有：在竖直面上延伸的竖直导轨；竖直导块，所述竖直导块可滑动地设在所述竖直导轨上，所述并联驱动机构与所述竖直导块相连；竖直传动机构，所述竖直传动机构驱动所述竖直导块沿所述竖直导轨滑动。
具体地，所述竖直传动机构为丝杠螺母传动机构。
在一些实施例中，所述驱动系统包括：两个X轴导轨，所述两个X轴导轨间隔开地设置在所述支架上；两个X轴导块，所述两个X轴导块分别可滑动地设在所述两个X轴导轨上；至少一个X轴方向皮带传动机构，所述X轴方向皮带传动机构设在所述X轴导轨上且与所述X轴导块相连；两个Z轴导轨，所述两个Z轴导轨分别固定在所述两个X 轴导块上；两个Z轴导块，所述两个Z轴导块分别可滑动地设在所述两个Z轴导轨上；至少一个Z轴方向丝杠螺母传动机构，所述Z轴方向丝杠螺母传动机构设在所述Z轴导轨上且与所述Z轴导块相连；Y轴导轨，所述Y轴导轨的两端分别固定在所述两个Z轴导块上；Y轴导块，所述Y轴导块可滑动地设在所述Y轴导轨上；Y轴方向皮带传动机构，所述Y轴方向皮带传动机构设在所述Y轴导轨上且与所述Y轴导块相连；其中，所述并联驱动机构设在所述Y轴导块上。
在一些实施例中，所述驱动系统包括转动运动系统，所述转动运动系统包括：转动支撑架，所述并联驱动机构可转动地设在所述转动支撑架上；转动电机，所述转动电机设在所述转动支撑架上，所述转动电机的电机轴与所述并联驱动机构相连以驱动所述并联驱动机构转动。
在一些实施例中，所述并联驱动机构包括：静平台，所述静平台可活动地设在所述支架上；动平台，所述动平台设在所述静平台的下方；动臂组件，所述动臂组件连接在所述静平台和所述动平台之间，在所述动平台与所述静平台发生相对平移时所述动臂组件角度发生变化；平动传感组件，所述平动传感组件设在所述静平台上，所述平动传感组件检测所述动臂组件的角度变化；吊杆，所述吊杆设在所述动平台上，且所述吊杆用于支撑训练者运动。
具体地，所述吊杆可转动地设在所述动平台上，所述并联驱动机构包括：转动传感器，所述转动传感器设在所述动平台上且用于检测所述吊杆的转动角度。
在一些实施例中，所述并联驱动机构包括：外框架，所述外框架与所述静平台相连且设在所述动臂组件和所述动平台的外侧。
具体地，所述并联驱动机构包括：多个弹簧，所述多个弹簧分别连接在所述外框架和所述动平台之间。
在一些实施例中，所述并联驱动机构还包括力传感器，所述力传感器设在所述外框架上，所述力传感器用于检测所述并联驱动机构对训练者的减重量。
在一些实施例中，所述减重训练康复平台具有主动模式和被动模式，在主动模式，所述控制系统沿所述并联驱动机构检测出的训练者运动方向来控制所述并联驱动机构的活动方向；在被动模式，所述控制系统按照预先设定方向来控制所述并联驱动机构的活动方向。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型实施例的减重训练康复平台整体结构主视图。
图2是本实用新型实施例的减重训练康复平台整体结构立体图。
图3是本实用新型实施例的并联驱动机构局部结构图。
图4是本实用新型实施例的动平台的结构图。
图5是本实用新型实施例的吊杆的局部结构图。
图6是本实用新型实施例的减重训练康复平台的工作原理示意图。
附图标记：
减重训练康复平台1000、
支架100、
并联驱动机构200、
静平台210、动平台220、动臂组件230、平动传感组件240、吊杆250、连接架251、转动传感器260、外框架270、弹簧280、力传感器290、
驱动系统300、
水平运动系统310、
X轴导轨311、X轴导块312、X轴方向皮带传动机构313、Y轴导轨314、Y 轴导块315、Y轴方向皮带传动机构316、
竖直运动系统320、
Z轴导轨321、Z轴导块322、Z轴方向丝杠螺母传动机构323、
转动运动系统330、
转动电机331、转动支撑架332、
控制系统400。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面参考图1-图5描述根据本实用新型实施例的减重训练康复平台1000的具体结构。
如图1所示，根据本实用新型实施例的减重训练康复平台1000包括支架100、并联驱动机构200、驱动系统300及控制系统400。并联驱动机构200可活动地设在支架100 上，训练者适于在并联驱动机构200的支撑下运动，且并联驱动机构200可检测训练者的运动方向。驱动系统300与并联驱动机构200相连以驱动并联驱动机构200在支架100 上活动。控制系统400分别与并联驱动机构200和驱动系统300电连接。
需要说明的是，本发明实施例的减重训练康复平台1000可以包括多种模式，例如，在第一种模式下，控制系统400接收并联驱动机构200检测出的训练者的运动方向，且控制系统400根据并联驱动机构200检测结果向驱动系统300传输指令，使得驱动并联驱动机构200跟随训练者运动。在第二种模式下，控制系统400直接向驱动系统300传输信号，驱动并联驱动机构200带动训练者运动。可以理解的是，第二种模式用于康复训练初期，训练者自身运动有一定困难时，第二种模式可以很好的辅助训练者运动。第一种模式用于康复训练后期，训练自身能够运动但仍需一定辅助时，第一种模式可以很好的辅助训练者运动，且训练者具有较好地自主能力。此外，采用并联驱动机构200实现弹性连接与主动的柔顺跟踪，保证了执行端仅具有平动自由度，防止训练者出现侧翻，提高了减重训练康复平台1000的安全性能。
根据本实用新型实施例的减重训练康复平台1000，由于并联驱动机构200可活动地设在支架100上，训练者适于在并联驱动机构200的支撑下运动，且并联驱动机构200 可检测训练者的运动方向，使得减重训练康复平台1000具有多种运动模式，适用于患者的不同康复阶段，并且采用并联驱动机构200实现弹性连接与主动的柔顺跟踪，保证了执行端仅具有平动自由度，防止训练者出现侧翻，提高了减重训练康复平台1000的安全性能。
在一些实施例中，如图1所示，驱动系统300包括水平运动系统310，水平运动系统310具有在水平面上延伸的水平导轨、水平导块及水平传动机构，水平导块可滑动地设在水平导轨上，并联驱动机构200与水平导块相连，水平传动机构驱动水平导块沿水平导轨滑动。由此，保证了并联驱动机构200可以沿X轴或者Y轴活动，从而可以实现训练者实现直线、曲线等等多种二维空间的运动，丰富了训练者的运动方式。
具体地，水平传动机构为皮带传动机构。可以理解的是，皮带轮传动结构的成本较低，水平传动结构采用皮带轮传动结构可以降低减重训练康复平台1000的生产成本。当然水平传动结构还可以为其他结构，例如丝杠螺母结构等等。
具体地，如图1所示，驱动系统300包括竖直运动系统320，竖直运动系统320具有在竖直面上延伸的竖直导轨、竖直导块及竖直传动机构。竖直导块可滑动地设在竖直导轨上，并联驱动机构200与竖直导块相连，竖直传动机构驱动竖直导块沿竖直导轨滑动。由此，保证了并联驱动机构200可以沿Z轴活动，由此实现了训练者上下楼梯，翻越障碍物等三维空间的运动，丰富了训练者的运动。此外，由于并联驱动可以沿竖直方向运动，在训练者运动之前可以将训练者“吊起”减轻了训练者自身重力对关节、脊柱的压力，更好地实现训练者的康复训练。
具体地，竖直传动机构为丝杠螺母传动机构。可以理解的是，当竖直传动机构停止运转时，竖直导块会在自身重力的作用下下落造成安全隐患。竖直传动机构选用丝杠螺母传动机构，由于丝杠螺母传动机构具有自锁功能，当竖直传动机构停止运转时竖直导块不会由于自身重力下落，提高了减重训练平台的安全性能。
在一些实施例中，如图1-图2所示，驱动系统300包括两个X轴导轨311、两个X 轴导块312、至少一个X轴方向皮带传动机构313、两个Z轴导轨321、两个Z轴导块 322、至少一个Z轴方向丝杠螺母传动机构323，Y轴导轨314、Y轴导块315及Y轴方向皮带传动机构316。两个X轴导轨311间隔开地设置在支架100上，两个X轴导块312 分别可滑动地设在两个X轴导轨311上，X轴方向皮带传动机构313设在X轴导轨311 上且与X轴导块312相连。两个Z轴导轨321分别固定在两个X轴导块312上，两个Z 轴导块322分别可滑动地设在两个Z轴导轨321上，Z轴方向丝杠螺母传动机构323设在Z轴导轨321上且与Z轴导块322相连。Y轴导轨314的两端分别固定在两个Z轴导块322上，Y轴导块315可滑动地设在Y轴导轨314上，Y轴方向皮带传动机构316设在Y轴导轨314上且与Y轴导块315相连。其中，并联驱动机构200设在Y轴导块315 上。
可以理解的是，由于并联驱动机构200设在Y轴导块315上，因此并联驱动机构200 可以沿Y轴运动。Y轴导轨314的两端固定在两个Z轴导块322上，因此，Z轴导块322 沿着Z轴导轨321滑动时，并联驱动机构200可沿Z轴上下滑动。Z轴导轨321设在X 导块上，因此，X轴导块312沿着Z轴导轨321滑动时，并联驱动机构200可沿X轴前后滑动。由此，实现了并联驱动机构200在X轴、Y轴及Z轴方向的平动，从而可以实现训练者实现直线、曲线、上下台阶、翻阅障碍等等多种空间的运动，丰富了训练者的运动方式。
需要说明的是，在本实用新型的一些实施例中，两个X轴导块312分别由两个X轴方向皮带传动机构313驱动，两个Z轴导块322分别由两个Z轴方向丝杠螺母传动结构相连，这样可以使得并联驱动的运动更加平稳。在本实用新型的另一些实施例中，两个 X轴导块312由一个X轴方向皮带传动机构313驱动，两个Z轴导块322由一个Z轴方向丝杠螺母传动结构相连，这样降低生成成本。
在一些实施例中，如图1所示，驱动系统300包括转动运动系统330，转动运动系统330包括转动支撑架332和转动电机331，并联驱动机构200可转动地设在转动支撑架332上，转动电机331设在转动支撑架332上，转动电机331的电机轴与并联驱动机构200相连以驱动并联驱动机构200转动。可以理解的是，主动模式下，当训练者作转体运动时，并联驱动机构200可以跟随训练者转动，由此可以增加训练者的训练动作，提高康复训练效果。
在一些实施例中，如图3所示，并联驱动机构200包括静平台210、动平台220、动臂组件230、平动传感组件240及吊杆250。静平台210可活动地设在支架100上，动平台220设在静平台210的下方，动臂组件230连接在静平台210和动平台220之间，在动平台220与静平台210发生相对平移时动臂组件230角度发生变化。平动传感组件 240设在静平台210上，平动传感组件240检测动臂组件230的角度变化。吊杆250设在动平台220上，且吊杆250用于支撑训练者运动。
可以理解的是，主动模式下，训练者的运动会带动动平台220运动，动平台220相对静平台210发生运动时，动臂组件230的角度发生变化，平动传感组件240能够检测动臂组件230的角度变化，并且将变化值传输到控制系统400上，控制系统400根据平动传感组件240传输的角度信息计算出训练者的位置，从而向驱动结构发出指令，驱动并联驱动机构200的随着训练者运动。
具体地，图3所示，吊杆250可转动地设在动平台220上，并联驱动机构200包括转动传感器260，转动传感器260设在动平台220上且用于检测吊杆250的转动角度。可以理解的是，当训练者做出转体运动时，吊杆250的转动角度可以可由转动传感器260 测量，并且传输到控制系统400上，控制系统400根据转动传感传输的角度信息计算出训练者的转动角度，从而向驱动结构发出指令，驱动并联驱动机构200的随着训练者转动。
在一些实施例中，如图3所示，并联驱动机构200包括外框架270，外框架270与静平台210相连且设在动臂组件230和动平台220的外侧。外框架270可以对静平台210，动平台220及动臂组件230起到一定的保护作用。
具体地，如图3所示，并联驱动机构200包括多个弹簧280，多个弹簧280分别连接在外框架270和动平台220之间。
可以理解的是，当训练者支撑在吊杆250上且未发生运动时，训练者自身的重力会驱动动平台220向下运动，弹簧280会被伸长，由于弹簧280的弹力的作用，会将训练者自身提起，降低了地面对训练者的支持力，这样相当于“降低”了训练者的体重，从而减轻了训练者自身重力对关节、脊柱的压力，更好地实现训练者的康复训练。需要说明的是，配合并联驱动在Z轴方向的运动，可以使得地面对训练者的支撑力在0％-100％的训练者自重调节。需要说明的是，在实际应用过程中，可以根据训练者的训练强度更换弹簧280的刚度。
在一些实施例中，如图1所示，并联驱动机构200还包括力传感器290，力传感器 290设在并联驱动机构200与Y轴导块315之间，力传感器290可以用测检测并联驱动机构200的减重量，并将减重量传输者控制系统400。需要说明的是，用户可以通过调节Z轴导块332的高度，带动并联驱动机构200上下运动，同时与动平台220相连的弹簧280长度发生变化，力传感器可检测并联驱动机构200减重量的变化，以实现对训练者的定量减重从0-100％可调，适用于不同康复阶段的调节。
在一些实施例中，减重训练康复平台1000具有主动模式和被动模式，在主动模式，控制系统400沿并联驱动机构200检测出的训练者运动方向来控制并联驱动机构200的活动方向；在被动模式，控制系统400按照预先设定方向来控制并联驱动机构200的活动方向。
可以理解的是，被动模式用于康复训练初期，训练者自身运动有一定困难时，被动模式可以很好的辅助训练者运动。主动模式用于康复训练后期，训练自身能够运动但仍需一定辅助时，主动模式可以很好的辅助训练者运动，且训练者具有较好地自主能力。此外，采用并联驱动机构200实现弹性连接与主动的柔顺跟踪，保证了执行端仅具有平动自由度，防止训练者出现侧翻，提高了减重训练康复平台1000的安全性能。
在一些实施例中，主动模式下，吊杆250可以相对动平台220发生转动，被动模式下吊杆250不能相对动平台220发生转动。
具体地，动平台220上的孔形成为大体圆孔，在周向方向上设有四个角。主动模式下采用的吊杆250为圆头，由此可以实现吊杆250相对动平台220发生旋转。被动模式下采用的吊杆250为方头，方头的四个角配合在圆孔上的四角处，由于可以实现吊杆250 不能相对动平台220运动。
在一些实施例中，并联驱动机构200还包括可转动地连接在吊杆250底部的连接架 251。用户可以调整连接架251与吊杆250的夹角使得训练者可以不同的姿态支撑在吊杆250上，例如站立姿态，躺卧姿态等等。
在一些实施例中，支架100与地面接触处形成为滚轮，由此用户可以非常方便地推动减重训练康复平台1000运动。
下面参考图1-图6描述本实用新型一个具体实施例的减重训练康复平台1000。
本实施例的减重训练康复平台1000用于大鼠的训练康复。如图1所示，所述减重训练康复平台1000包括支架100、并联驱动机构200、驱动系统300及控制系统400。并联驱动机构200可活动地设在支架100上，训练者适于在并联驱动机构200的支撑下运动，且并联驱动机构200可检测训练者的运动方向。驱动系统300与并联驱动机构200 相连以驱动并联驱动机构200在支架100上活动。控制系统400分别与并联驱动机构200 和驱动系统300电连接。
如图2所示，驱动系统300包括两个X轴导轨311、两个X轴导块312、两个X轴方向皮带传动机构313、两个Z轴导轨321、两个Z轴导块322、两个Z轴方向丝杠螺母传动机构323，Y轴导轨314、Y轴导块315及Y轴方向皮带传动机构316。两个X轴导轨 311间隔开地设置在支架100上，两个X轴导块312分别可滑动地设在两个X轴导轨311 上，X轴方向皮带传动机构313设在X轴导轨311上且与X轴导块312相连。两个Z轴导轨321分别固定在两个X轴导块312上，两个Z轴导块322分别可滑动地设在两个Z 轴导轨321上，Z轴方向丝杠螺母传动机构323设在Z轴导轨321上且与Z轴导块322 相连。Y轴导轨314的两端分别固定在两个Z轴导块322上，Y轴导块315可滑动地设在Y轴导轨314上，Y轴方向皮带传动机构316设在Y轴导轨314上且与Y轴导块315 相连。其中，并联驱动机构200设在Y轴导块315上。驱动系统300还包括转动运动系统330，转动运动系统330包括转动支撑架332和转动电机331，并联驱动机构200可转动地设在转动支撑架332上，转动电机331设在转动支撑架332上，转动电机331的电机轴与并联驱动机构200相连以驱动并联驱动机构200转动。
如图3-图5所示，并联驱动机构200包括静平台210、动平台220、动臂组件230、平动传感组件240、吊杆250、转动传感器260、外框架270、弹簧280及力传感器290。静平台210可活动地设在支架100上，动平台220设在静平台210的下方，动臂组件230 连接在静平台210和动平台220之间，在动平台220与静平台210发生相对平移时动臂组件230角度发生变化。平动传感组件240设在静平台210上，平动传感组件240检测动臂组件230的角度变化。吊杆250设在动平台220上，且吊杆250用于支撑训练者运动。吊杆250可转动地设在动平台220上，转动传感器260设在动平台220上且用于检测吊杆250的转动角度。外框架270与静平台210相连且设在动臂组件230和动平台220 的外侧，三个弹簧280分别连接在外框架270和动平台220之间。力传感器290设在并联驱动机构200与Y轴导块315之间，用测检测并联驱动的减重量，并将减重量传输者控制系统400。
本实施例的减重训练康复平台1000的工作原理：如图6所示，减重训练康复运动平台220可分为机械结构部分和控制系统400部分。并联驱动机构200作为减重调节部分，是机械结构的核心，完成定量减重和运动反馈功能。检测装置中力传感器290、平动传感组件240及转动传感器260检测患鼠的运动，传输回控制系统400，对并联驱动机构 200的位置做出反馈调节。主动模式的原理为，首先对动平台220位置进行初始化和阈值设置，患鼠完成相应的运动，接着控制系统400发送指令，读取力传感器290、平动传感组件240及转动传感器260数值，进行并联驱动机构200的位置解算，比较平衡位置与调节阈，对驱动发送相应指令，利用PID位置算法进行运动的反馈调节，实现主动柔顺跟踪过程。
本实施例的减重训练康复平台1000具有以下特点为：
(1)采用龙门式三轴运动方式，提高了系统的刚度和稳定性，增大了三维运动空间。
(2)利用改进的并联驱动机构200结合相应的传感器，实现主动跟随和被动运动两种模式，并可对患鼠提供定量的减重支撑，主动跟踪过程具有柔顺性，被动运动可设置直线、曲线、变速、转弯、避障等多任务模式，提升康复训练效果。
本实施例的减重训练康复平台1000结构简洁，布局合理，操作简便，具有一定的可移植性，适用于各种小动物的康复运动训练过程。其中，主动跟随运动可保证柔顺跟踪，被动运动过程可根据需求完成对患鼠的直线、曲线、变速、转弯、避障等多任务模式，提高康复训练效果。同时，动物实验作为康复平台的验证已经开展，未来也将应用到广大的脊髓损伤、脑损伤导致偏瘫的患鼠的康复训练中去。
本实施例的减重训练康复平台1000的技术指标：力传感器290量程位3kg，分辨率 1g，精度3g(1％)；平动传感组件240和转动传感器260量程为0-360°，测量精度为全量程0.3％即1.08°。驱动系统300的电机扭矩为3Nm，转速达1000r/min。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。