专利名称：半身不遂患者康复学步机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种健身器，尤其是具有带动半身不遂患者的患肢，作被动模拟人走步运动的半身不遂患者康复学步机。
目前，公知的健身跑步机是针对健康人的，人在环形皮带上跑，环形皮带套在前后两个滚轮上转，人向前跑皮带向后转，人相对皮带运动，人作了功消耗了能量，从而达到了煅练的目的，这种跑步机对半身不遂的残疾人康复学步是不行的。
本实用新型的目的是提供一种半身不遂患者康复学步机，这种学步机能带动半身不遂患者的上下肢作类似走步运动，也能带动半身不遂患者的上下肢作模拟人走步的动作运动，使半身不遂患者的上下肢，在长时间的被动运动煅练中，逐渐产生主动运动的功能，从而学会走步。
本实用新型的目的是这样实现的通过对人上下肢走步摆动时，各点运动轨迹及规律的研究分析，发现了受大脑支配下的智能化走步时上下肢摆动的轨迹和运动规律，可以用简单的机械组合运动模拟实现，再利用这个简单的机械组合模拟人走步的动作，去带动半身不遂患者的患肢作模拟运动，从而达到学步的目的，
图1是将普通人走步时，摆臂与摆腿的动作按比例缩小后画出的侧面图，表示的左臂与左腿在走步时的演示过程，从
图1中可以看出，上肢从肩关节至肘关节的大臂运行规律，相当于一个长度为肩关节至肘关节距离的一个杆，绕着肩关节往复摆动，肘关节的运行轨迹是以肩关节O1为圆心，肩关节与肘关节距离R1为半径所画的一段弧1，上肢小臂的运动规律是，小臂相对肘关节在摆动，而肘关节又在绕肩关节摆动，即是两个摆动的组合，但通过
图1发现，小臂上的腕关节点，运行轨迹却是一个正圆弧弧2，然而弧2的圆心点不是肩关节点O1，我们可以通过腕关节点的运行轨迹弧2，用已知三点求圆心的几何作图法来找到圆心和半径，即当腕关节摆动在最前、最后、中间，三个定位点时，对三个点连线，作三个点连线的线段的垂直平分线，两个垂直平分线的交点即弧2的圆心点O2，O2到该三点的距离即弧2的半经R2，上肢从腕关节向手指中指节处的运行规律是腕关节在走步摆动时摆动量很小，可以近似看作腕关节点的延长，所以中指中节处的运行轨迹是以O2为圆心，R2加上腕关节至中指中节处的距离长度形成的半径R3所画的一段弧3。从
图1中还可以看出，下肢髋关节至膝关节大腿的运行规律，相当于一个长度为髋关节至膝关节距离的一个杆，绕髋关节作往复摆动，膝关节的运行轨迹是以髋关节O3为圆心，髋关节至膝关节的长度R4为半径所画的一段弧4，小腿的运行规律是小腿绕膝关节的摆动，同时膝关节也绕髋关节摆动，即两个摆动的组合，但踝关节的运行轨迹却是一段延圆弧5，同样又可以利用三点找圆心的方法找到圆弧5的圆心O4及圆弧5的半径R5，脚底重心处的运行规律，显然是下肢三个关节点摆动的组合，所以脚底重心点处的运动轨迹也是一个正圆弧6，是与弧5同心，R5加上踝关节至脚底重心点处的长形成的R6所画的一段弧6，从
图1中还可以看出，上肢摆至最后点时，大臂、小臂近似一直线，摆至最前点时，折线角度最大，下肢摆至最前点时，近似一直线，下肢摆至最后点时大腿、小腿折线角度最大，以上这些都是受自身大脑支配的智能化的运动规律。通过试验发现用三节安装在机架上的，按人的上下肢各关节间的长度参数制成的铰链板，用链轴连在一起，在外力作用下只要满足二个条件，这种链板的运动轨迹及运动规律，也能与受大脑支配下人的智能化走步运动的轨迹及规律相同。条件1肩关节、髋关节链孔固定在机架上，肘关节、膝关节铰链只能单向弯曲摆动，腕、踝关节链板只能有微小摆动的空间。条件2外力作用点必须在腕关节、踝关节链孔以下，且该点的运行轨迹与受大脑支配下的有固定圆心，固定半径的一段正圆弧轨迹相同，只能在这段轨迹中往复摆动。以上这两个结论，就是本实用新型的设计原理。参照半身不遂患者上、下肢各关节间的长度参数，每两关节间即制作一个两端有孔的铰链板，且两孔间的中心距离是两关节间的距离。两大臂链板及两大腿链板，一端链孔在平板上，另一端链孔在叉形板上，两小臂链板及两小腿链板，一端链孔在平板上，且链孔一侧有挡板限位，另一端链孔在叉形板上。两手柄链板及两踏板脚链板，一端链孔在平板上且两侧均有挡板限位，另一端链孔在平板上或在叉形板上均可以。两个大臂链板平板链孔一端，分别与机架上与患者肩关节同高，比肩部略宽的两个链孔用链轴相连，两大臂链板叉形板链孔一端，分别与两小臂链板一侧有挡板限位的平板链孔用链轴相连，两小臂链板叉形板链孔一端，分别与两手柄链板两侧均有挡板限位的链孔用链轴相连，两手柄链板的另一端链孔分别与两上肢连杆的一端链孔用特制大头链轴相连或分别与两上肢连杆及两上肢摆杆的一端链孔，即三个链板孔用同一个链轴相连，两上肢连杆的另一端链孔分别与两上肢大拐曲柄相连，两大腿链板平板链孔一端，分别与机架上与患者髋关节同高，比髋部略宽的两个链孔用链轴相连，两大腿链板的叉形板端链孔，分别与两小腿链板一侧有挡板限位的平板链孔用链轴相连，两小腿链板的叉形板链孔，分别与两踏板脚链板两侧均有挡板限位的一端链孔用链轴相连，两踏板脚链板的另一端链孔，分别与两下肢边杆的一端链孔用特制的大头链轴相连，或分别与下肢两连杆及下肢两摆杆一端的链孔用链轴相连，即三个链板孔用同一链轴相连，两下肢连杆孔的另一端，分别与两下肢大拐曲柄相连，对应的由链板组成的上下肢后部机架上，安装有一个鞍座、一台调速电机、用轴承支承固连安装有一个双联轮轴、一个三联轮轴、两个单联轮轴(为图面清晰，轴承在图中没有画出)，双联轮轴中部固连装有两个链轮，轴头两端固连安装两个上肢大拐曲柄，三联轮轴中部固连安装有三个链轮或两链轮一带轮，一个单联轮轴中部固连安装有一个链轮，轴头两端固连安装有两个大拐手柄，另一个单联轮中部固连安装一个链轮，轴头两端固连装有两个大拐脚蹬，电机轴上装有一个链轮或一个带轮，双联轮轴上的一个链轮与三联轮轴上的一个链轮用一根链条相连，双联轮轴上的另一个链轮与单联大拐手柄链轮用同一根链条相连，三联轮轴上的另一个链轮与单联轮轴大拐脚蹬链轮用同一根链条相连，三联轮轴上的链轮或带轮与调速电机轴上的带轮或链轮，用同一根三角带或同一链条相连，当两上肢手柄链板孔及两下肢踏板脚链板孔，分别与四个连杆一端链孔，用特制大头链轴相连时，特制大头链轴的大头部分被限制在导轨中只能往复摆动，当两上肢手柄链板孔及两下肢踏板脚链板孔，分别与四个连杆及四个摆杆一端链孔即三个链板用同一链轴相连时，四个摆杆的另一端链孔与机架上的链孔用链轴相连，限制大头链轴头部的导轨是分别按大头链轴铰链点，在模拟人走路时，该点应有的固定半径的正圆弧轨迹形状制成的，是按该正圆弧轨迹应在机架上的固定圆心点，定位安装在机架上的，所说的四个摆杆，两端链孔间的距离，是两手柄链板孔，分别与两上肢连杆孔及两上肢摆杆链孔，三个链板孔用同一链轴相连，两踏板脚链板孔，分别与两下肢连杆及两下肢摆杆孔，三个链板孔用同一链轴相连时，四个铰链点在模拟人走步时，该点正圆弧轨迹的固定半径长，四个摆杆的另一端铰链孔在机架上的定位安装链孔中心，是该点正圆弧轨迹的圆心。上述由铰链链板组成的上下肢只能在机架上，沿特定的与人走步时的运行轨迹及规律相同的状态运行，由于双联轮轴，三联轮轴及两单联轮轴间的链轮、链条连接关系表明，电机的转动可以带动所有轮轴全部转动，又由于除了电机上的链轮或带轮，与三联轮轴上的链轮或带轮牙数或半径不同外，其余所有链轮牙数均相同，所以电机一转所有链轮均同步转动，当然两端的大拐曲柄，大拐手柄，大拐脚蹬也同步转动，上下肢四个大拐曲柄，可带动上下肢四个连杆及与连杆相连的所有链板往复摆动，四个摆杆或四个导轨限制了各链板的运行轨迹，使之按模拟人的走步轨迹及规律运动，人站在两踏板脚链板的踏板上，双手握住两手柄链板的手柄上，半身不遂患者的上身用安全带与机架固定，两小臂与两小臂链板，两小腿与两小腿链板，也用安全带或其他定位装置使之固定，半身不遂患者的上下肢就可以按模拟人走路的运动轨迹及规律运动，半身不遂患者也可坐在鞍座上，上身用安全带与机架固定好，双手与大拐手柄，双脚与大拐脚蹬，用安全带使之固定住，当大拐手柄、大拐脚蹬同步转动时，也会带动半身不遂患者的患肢，作类似的走步动作运动。当电机不转时，大拐手柄、大拐脚蹬也可作为动力输入使用，因为当电机不转时，转动大拐手柄、踏动大拐脚蹬，均可使全部链轮同步转动，即可用人力实现本实用新型的目的，而且可以作为试验使用，因为半身不遂患者一开始被链板组成的上下肢带动时，总有个适应过程，认识过程，及电机的速度选择，大拐曲柄的长度选择问题，这些都可以通过试验来完成，从而使本实用新型的目的实现的更好。
由于采用了上述方案，可以使半身不遂患者的患肢按着主观意愿想动而达不到的动作，而由半身不遂患者康复学步机带动得以实现，这种被动运动对活动关节，对肌肉运动，对神经传导，对大脑皮层的刺激及恢复均有良好的效果，经过较长时间的被动运动的煅练，由被运动逐渐的向主动运动过渡，使患者的患肢功能得以恢复，从而真正学会走步。
以下结合附图，对本实用新型进一步说明
图1是人在走步时，侧面左臂与左腿摆动过程规律演示图，也是本实用新型的设计原理图。
图2是第一个实施例的结构连接示意图。
图3是第二个实施例的结构连接示意图的部分视图，图中从连杆(20)(40)、(44)、(55)处截断，以后于第一个实施例图2，相同部分省略没画。
图4是大臂链板、大腿链板一端是叉形板的主视图。
图5是大臂链板、大腿链板一叉形板的府视局部剖视图。
图6是手柄链板、踏板脚链板、去掉手柄，去掉踏板后，表示一端链孔两侧均有挡板限位的主视图。
图7是手柄链板、踏板脚链板去掉手柄、去掉踏板后，表示一端链孔两侧均有楼板限位的府视局部剖视图。
图8是连杆(20)、(40)、(55)、(4)的一端，分别于手柄链板(44)(33)及踏板脚链板(52)、(59)、用特制大头链轴(73)螺母(72)连接形成的铰链点(27)、(44)、(54)、(60)各点大头链轴限制在导轨(26)、(43)、(53)、(57)中的局部剖视图。
图9是小臂链板、小腿链板一端链孔一侧有挡板限位，另一端链孔在叉形板上的主视图。
图10是小臂链板、上腿链板一端链孔一侧有档板限位，另一端链孔在叉形板上的府视局部剖视图。
图11是连杆、摆杆的主视图。
图12是摆杆的府视局部剖视图。
图13是连杆的府视局部剖视图
图14是在第二个实施例中，连杆(20)、(40)、(55)、(4)的一端分别与手柄链板(33)、(42)及踏板脚链板(52)、(59)及摆杆(66)、(70)、(68)、(67)一端链孔，用普通链轴(71)、螺母(72)分别将三个链板连在一起形成的铰链点(27)、(44)、(54)、(60)各点，不用导轨限制而用摆杆限制轨迹的连接局部剖视图。
图中 1、调速电机 2、带轮或链轮 3、三角带或链条 4、54、40、20、连杆 5、61、18、34、大拐曲柄 6、8、12、15、17、24、链轮 7、三联轮轴 9、14、21、链条 10、13、大拐脚蹬 11、23、单联轮轴 16、双联轮轴 19、鞍座 22、25、大拐手柄 26、43、53、57导轨 27、44、54、60、在第一个实施例中是用特制大头链轴(73)连接形成的特制大头铰链点，在第二个实施例中是用普通链轴(71)连接形成的铰链点 28、41、51、58、由叉形链板孔与平板链板两侧均有挡板限位的链孔用链轴相连形成的只有微小摆动空间微摆铰链 29、39、小臂链板 30、38、47、50、由叉形链板孔与与一侧有挡板限位的手板链孔用链轴相连形成的只能单向弯曲的单摆铰链 31、37、大臂链板 32、36、大臂链板在机架上的定位铰链 33、42、手柄链板 35、45、大腿链板在机架上的定位铰链 46、48、大腿链板49、56、小腿链板 52、59、踏板脚链板 62、带轮或链轮 63、64、65、69、摆杆在机架上的定位铰链 66、67、68、70、摆杆 71、链轴 72、螺母 73、特制大头链轴。
在图2所示的实施例1中，两大臂链板(31)、(37)的一端链孔与机架上的链孔用链轴(71)相连，形成定位铰链(32)、(36)，另一端叉形板链孔，分别与两小臂链板(29)、(39)一端链孔一侧有挡板限位的链孔用链轴(71)相连，形成单摆铰链(30)、(38)，两小臂链板(29)、(39)的另一端叉形板孔，分别与手柄链板(33)、(42)一端两侧均有挡板限位的链孔用链轴(71)相连，形成微摆铰链(28)、(41)，两手柄链板(33)、(42)的另一端链孔，分别与上肢连杆(20)、(40)的一端链孔，分别用特制的大头链轴(73)相连，形成特制大头铰链点(28)、(44)，两连杆(20)、(40)的另一端链孔，分别与大拐曲柄(18)、(34)形成铰链连接，两大腿链板(46)、(48)的一端链孔，分别与机架上的链孔用链轴(71)相连形成定位铰链(35)、(45)，另一端叉形板上的链孔，分别与两小腿链板(49)、(56)一侧有挡板限位的一端链孔用链轴(71)相连，形成单摆铰链(47)、(50)，两小腿链板(49)、(55)的另一端叉形板链孔，分别与两踏板脚链板(52)、(59)两侧均有挡板限位的一端链孔，用链轴(71)相连，形成微摆铰链(51)、(58)，两踏板脚链板(52)、(59)的另一端链孔，分别两连杆(55)、(4)的一端链孔用特制的大头链轴(73)相连，形成特制铰链点(54)、(60)，两连杆(55)、(4)的另一端链孔，分别与大拐曲柄(61)、(5)形成铰链连接，四个特制大头铰链点(28)、(44)、(54)、(66)的特制大头链轴(73)的大头部分，被分别安装在模拟人走步时，该点应有固定半径正的圆弧轨迹形状制成的导轨(26)、(43)、(53)、(57)中，并且导轨是按该正圆弧轨迹应在机架上的固定圆心点，定位在机架上的，机架上还安装有一个鞍座(19)、调速电机(1)、双联轮轴(16)、三联轮轴(7)、单联轮轴(11)、(23)，(各轮轴用轴承支承固连在机架上，图中轴承没画)调速电机(1)上有链轮或带轮(2)，双联轮轴(16)上依次固连有大拐曲柄(18)、链轮(17)、(15)大拐曲柄(34)，三联轮轴(7)上依次固连有大拐曲柄(61)、链轮(8)、(6)、链轮或带轮(62)、大拐曲柄(5)，单联轮轴(23)上依次固连有大拐手柄(22)、链轮(24)、大拐手柄(25)，单联轮轴(11)上依次固连有大拐脚蹬(10)、链轮(12)、大拐脚蹬(13)，双联轮轴上(16)上的链轮(15)，与三联轮轴(7)上的链轮(6)用链条(14)相连，双联轮轴(16)上的链轮(17)，与单联轮轴(23)上的链轮(24)用链条(21)相连，三联轮轴(7)上的链轮(8)，与单联轮轴(11)上的链轮(12)用链条(9)相连，三联轮轴上(7)上的链轮或带轮(62)，与调速电机(1)上的链轮或带轮(2)用链条或三角带(3)相连，链轮(24)、(17)、(15)、(12)、(8)、(6)，牙数均相等，且在装链条时保证双联轮轴(16)与三联轮轴(7)之间有180度的转角差，即保证使大拐曲柄(34)在水平最前点时，大拐曲柄(5)在水平最后点状态下安装链条(14)，装链条(9)、(21)时还要保证单联轮轴(23)与单联轮轴(11)也有180度转角差，即大拐手柄(25)在水平最前位点时，大拐脚蹬(10)在水平最后点，由于以上的连接关系明显看出，当电机(1)转动时，或者摇动手柄(25)、(22)，或踏动脚蹬(10)、(13)时均可使所有轮轴(23)、(16)、(11)、(7)同步转动，大拐曲，(18)、(34)、(5)、(61)通过连杆(20)、(40)、(55)、(4)带动上下组合链板的特制大头链轴铰链点(27)、(44)、(54)、(60)的大头部分沿导轨(26)、(43)、(53)、(57)往复摆，完成模拟人的上下肢走步时的摆动动作，半身不遂患者的身体被安全带固定在机架上，双脚踏在踏板脚链板(52)、(59)上，两小腿也用安全带或其它方法使之与小腿链板(49)、(56)保持平行定位，双手握住手柄链板(33)、(42)的手柄上，两小臂也同样用安全带或其它方法使之与小臂链板(29)、(39)保持平行定位，这时由另一个健康人摇动大拐手柄(25)、(22)或踏动脚蹬(10)、(13)，使系统在人力动力下运行，在此期间可为患者选择适当电机速度，选择的大拐曲柄长度是否合适，作好试验，使患者了解机械的运动状态有个心理准备，一切准备好后，即可启动电机(1)，使系统连续运动，带动半身不遂者的患肢连续模拟走步动作运动。半身不遂患者也可坐在鞍座(19)上，上身用安全带固定在机架上，双手主动或被动握住大拐手柄(25)、(22)，双脚主动或被动蹬住大拐脚蹬(13)、(10)，被动握手柄的手，踏脚蹬的脚也用安全带系好使之不能离开手柄和脚蹬，当启动电机(1)，使系统连续运动，即可带动半身不遂患者的患肢，连续作类似走步动作运动，从而本实用新型目的实现。
在图3所示的第2个实施例中，只是将图2所示第1个实施例中的导轨(26)、(43)、(53)、(57)去掉，将(27)、(44)、(55)、(60)四个铰链点用特制大头链轴(73)连接改成用普通链轴(71)连接，同时在这四个铰链点处又分另加上了四个摆杆(66)、(67)、(68)、(70)，四个摆杆两链孔间距离，即是对应各点在模拟人走步时应有的正圆弧轨迹的半径长，四个摆杆在机架上的铰链孔(63)、(64)、(65)、(69)，即对应各点在模拟人走步时应有的正圆弧轨迹在机架上的圆心点中心，其余部分结构连接与形状均与图2所示实施例1相同，运动效果也均相同，不再重述。
权利要求1.一种半身不遂患者康复学步机，其特征是两个大臂链板平板孔一端链孔分别与机架上的两个链孔用链轴相连，两大臂链板叉形板一端链孔，分别与两小臂链板一侧有挡板限位的平板链孔用链轴相连，两小臂链板叉形板链孔一端，分别与两手柄链板链孔在平板上且两侧均有挡板限位的链孔用链轴相连，两手柄链板的另一端链孔，分别与两上肢连杆一端链孔用特制大头链轴相连，或分别与两上肢连杆及两上肢摆杆一端锁孔用链轴相连，两上肢连杆的另一端链孔，分别与两上肢大拐曲柄相连，两大腿链板平板链孔一端，分别与机架上的两链孔用链轴相连，两大腿链板的叉形板链孔一端，分别与两小腿链板一侧有挡板限位的平板链孔用链轴相连，两小腿链板的叉形板链孔一端，分别与两踏板脚链板两侧均有挡板限位的平板链孔用链轴相连，两踏板脚链板的另一端链孔，分别与两下肢连杆的一端链孔用特制大头链轴相连，或分别与两下肢连杆及两下肢摆杆的一端链孔用链轴相连，机架上双联轮轴的中部固连安装有两个链轮，双联轮轴轴头两端固连装有两个上肢大拐曲柄，三联轮轴中部固连有三个链轮或两链轮一带轮，三联轮轴轴头两端固连装有两个下肢大拐曲柄，一个单联轮轴上有一个链轮，轴头两端固连装有两个大拐手柄，另一个单联轮轴上有一个链轮，轴头两端固连装有两个大拐脚蹬，机架上还装有一个鞍座和一台调速电机，电机轴上装有一个链轮或一个带轮，双联轮轴上的一个链轮与三联轮轴上的一个链轮，用同一条链条相连，双联轮轴上的另一个链轮与两端有大拐手柄的链轮，用同一条链条相连，三联轮轴上的另一个链轮与两端有大拐脚蹬的链轮，用同一条链条相连，三联轮轴上的链轮或带轮，与调速电机上的链轮或带轮，用同一根链条或三角带相连，当两手柄链板及两踏板脚链板的一端链孔分别与上下肢四个连杆一端链孔用特制大头链轴相连时，其大头链轴的大头部分被限制在固定在机架上的导轨中只能往复摆动，当两手柄链板及两踏板脚链板的一端链孔，分别与上下肢四个连杆及上下肢四个摆杆的链孔用链轴相连时，四个摆杆的另一端链孔，分别与机架上的固定摆杆的链孔用链轴相连。
2.根据权利要求1所述的半身不遂患者康复学步机，其特征是固定两个大臂链板的两机架上的链孔在与半身不遂患者肩关节同高，比肩部略宽的位置上，固定两个大腿链板的两个机架上的链孔在与半身不遂患者髋关节同高，比髋部略宽的位置上。
3.根据权利要求1所述的半身不遂患者康复学步机，其特征是双联轮轴上的链轮，在与三联轮轴上的链轮用同一根链条相连时，要有180度的转角差，即保证上肢左大拐曲柄，在水平最前点时，下肢右大拐曲柄在水平最前点，双联轮轴上的另一个链轮与两端有大拐手柄的链轮用同一根链条连接后，三联链轴上的另一个链轮与两端有大拐脚蹬的链轮用同一根链条相连时，必须使左大拐手柄在水平最前点位置时，使右大拐脚蹬在水平最前点位置，即两个单联轮轴也有180度的转角差，而且综上所述的链轮牙数均相等。
4.根据权利要求1所述的半身不遂患者康复学步机，其特征是所说的导轨，是分别按两上肢连杆分别与两手柄链板，两下肢连杆分别与两踏板脚链板相连的四个特制铰链点，在模拟人走步时，该点应有的固定半径的正圆弧轨迹形状制成的，导轨是按正圆弧轨迹应在机架上的固定圆心点，定位安装在机架上的。
5.根据权利要求1所述的半身不遂患者康复学步机，其特征是所说的摆杆，其两端链孔间的距离是两手柄链板孔分别与两上肢连杆孔及两上肢摆杆三个链板用同一链轴相连，两踏板脚链板孔分别与两下肢连杆孔及两下肢摆杆孔三个链板孔用同一链轴相连时，四个铰链点，在模拟人走步时，该点应有的正圆弧轨迹的固定半径长，四个摆杆的另一端铰链孔在机架上的定位安装链孔中心，是该点应有的正圆弧轨迹的圆心。
专利摘要一种半身不遂患者康复学步机,由电机通过链轮、链条带动链轮轴及两端的大拐曲柄、大拐手柄、大拐脚蹬同步转动,连杆将大拐曲柄的转动,转变为可以模拟人走步时的运动轨迹及规律的组合链板的往复摆动,半身不遂患者的患肢,可以被转动的大拐手柄,大拐脚蹬带动作类似走步动作,更可以被组合链板按模拟走步时的运动轨迹及规律,带动往复摆动,这种被动带动的学步运动可以向主动运动过渡,是半身不遂患者康复学步的好方法。
文档编号A61H1/00GK2501492SQ0125102
公开日2002年7月24日 申请日期2001年10月15日 优先权日2001年10月15日
发明者刘柏林, 刘飓峰 申请人:刘柏林