一种下肢多功能辅助康复仪的制作方法

本发明涉及保健器械领域，尤其涉及一种下肢多功能辅助康复仪。

背景技术：

随着瘫痪病人、植物人、不能行走的老年人等缺乏自主运动能力的人口的急剧增长，康复性电子设备取代人力辅助康复训练成为人们持续关注的焦点，现市场主要有假肢、按摩椅等产品存在，但此类产品或针对于截肢却不瘫痪的患者，或针对于工作疲劳的健康人，并不能应用在无法自主行动的病患身上，也不能达到活动关节，拉伸肌肉以防肌肉萎缩的目的。

另外现市场还存在一些能进行简单腿部运动的机械，如CN201510494629.0专利公开了一种下肢运动康复仪，通过推拉杆进行外力推动使两端铰接的前托架和后托架的中部连接位置向上顶起，前托架前端后退，从而使得大腿和小腿在膝盖处弯折而产生屈伸运动。此发明虽然能活动膝关节，但不能使大腿、小腿摆动，活动范围窄，达不到防止肌肉萎缩的目的。

技术实现要素：

针对目前辅助病患进行腿部运动的现状，本发明针对瘫痪病人、植物人、不能行走的老年人等缺乏自主运动能力的病患，提供一种下肢多功能辅助康复仪，用以替代人工做腿部拉伸训练、防止肌肉萎缩或进行康复运动，使病患的下肢被动运动。

一种下肢多功能辅助康复仪，其特征在于，所述康复仪包括机械结构和控制系统；

所述机械结构包括大腿臂、小腿臂、轴承座、推杆a、推杆b、电机和万向节，所述大腿臂一端与所述小腿臂一端活动连接，所述大腿臂的另一端活动连接在所述轴承座上，所述推杆a和所述推杆b分别设置在所述大腿臂和所述小腿臂下方，所述推杆a和所述推杆b底部分别连接有所述电机，所述推杆a和所述推杆b分别通过所述万向节与所述大腿臂、所述小腿臂和所述电机连接，通过所述电机控制所述推杆a、所述推杆b的伸缩运动，带动所述大腿臂和/或所述小腿臂上下摆动；

所述控制系统包括微处理器MCU和控制模块，所述微处理器MCU通过程序代码实时处理接收到的信息，并实时发送指令，所述控制模块用于设定运动参数，并将所设定的参数输送至所述微处理器MCU；

所述机械结构通过所述控制系统实现所述大腿臂和所述小腿臂运动的单独控制以及所述大腿臂和所述小腿臂的摆动及循环运动的三种可调自动控制。

更进一步地，所述机械结构还包括两个U形槽和按摩加热软垫，所述U形槽分别固定在所述大腿臂和所述小腿臂上，所述按摩加热软垫固定安装在所述U形槽上表面。

更进一步地，所述大腿臂和所述小腿臂为可伸缩杆件。

更进一步地，所述控制系统还包括传感器检测，所述传感器检测将采集到的信号周期性的反馈给所述微处理器MCU。

更进一步地，所述传感器检测包括心率、血压、体温、温湿度、有毒气体、陀螺仪等传感器。

更进一步地，所述控制系统还包括集成LED灯显示或者蜂鸣器报警，所述集成LED灯显示或者所述蜂鸣器报警用于在心率测试时直观感受使用者心跳，以及运动时间提示、环境温湿度警戒、有毒气体警戒。

更进一步地，所述控制模块为控制面板，所述控制面板包括按键和拨码开关，所述按键用于单独控制所述大腿臂和所述小腿臂摆动、设定运动时间及所述大腿臂和所述小腿臂摆动角度，所述拨码开关用于控制振动按摩、软垫加热、运动速度、运动模式的设定，所述控制面板对设定的运动参数有可记忆功能。

更进一步地，所述控制系统还包括LCD液晶屏，所述LCD液晶屏与所述控制面板固定连接，所述LCD液晶屏用于显示所述控制系统内的数据。

更进一步地，所述控制模块为手机APP，所述微处理器MCU设有蓝牙连接模块，所述微处理器MCU通过所述蓝牙连接模块实现与所述手机APP的蓝牙通信以及数据的实时控制，所述手机APP的控制界面包括蓝牙连接按钮、大小腿臂单独运动控制按钮、大小腿臂运动模式、角度、时间、速度的参数设定按钮、振动按摩、软垫加热以及仪器启停等按钮，所述手机APP在特定范围内可以自由控制所述康复仪运动，实现参数设定、数据显示与报警，所述手机APP对设定的运动参数有可记忆功能。

本发明还包括一种下肢多功能辅助康复仪的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

(1)微处理器MCU完成各种初始化动作；

(2)微处理器MCU检测是否有按键按下，若有按键按下，便判断该按键传递的是什么信息，并对应做出处理与执行相应的控制与现实程序代码，否则继续判断是否有按键按下；

(3)微处理器MCU检测是否有蓝牙连接，若有蓝牙连接，便判断手机APP传递的是什么信息，并对应做出处理与执行相应的控制与现实程序代码，否则继续判断是否有蓝牙连接；

(4)微处理器MCU检测参数设定是否完成，若参数设定完成，则判断是否启动运动，若启动，则机械结构开始动作，若不启动，则机械结构不动作；

(5)微处理器MCU实时收集传感器检测反馈的信号，并对传感器信号做相应的处理，并判断相应的传感器数值是否超标，若超标则做相应的报警提示，若不超标则继续检测是否超标。

本发明的有益效果：

机械结构方面：基于下肢腿部结构设计了可伸缩的大小腿臂，用以保证病患的腿部支撑需求；可透气柔软的按摩加热软垫保证病患腿部的舒适性；采用万向节增强其运动的灵活性，提高运动效率。

控制系统方面：具备控制面板及手机APP双重控制的便利控制方式；具有大小腿运动的单独控制以及大小腿摆动及循环运动的三种可调自动控制；辅以振动按摩、软垫加热等可控功能；并且在功能调控中可任意设定运动时间、摆动角度、速度等运动参数，运动参数有可记忆功能以便在反复使用中简化设置操作。同时，集成多种传感器进行心率、血压、体温、环境温湿度、有毒气体、陀螺仪等有关健康参数监测并对参数实时监控与分析，用以实现调节运动参数或报警的目的。

因此，无论是在运动功能控制方面还是在人体健康参数和环境监测方面都有其便利多功能的特点。在简便的控制及运动参数的反馈下，使该辅助康复仪具备多功能、操作简便、低成本以及更加人性化的有利特点，而且本发明体积小、结构简单，方便患者使用。

附图说明

图1为本发明下肢多功能辅助康复仪的机械结构立体示意图；

图2为本发明的控制系统关系示意图；

图3为本发明的控制方法流程图；

图4为本发明的控制面板模块示意图。

其中：

1‐大腿臂、2‐连接块、3‐小腿臂、4‐连杆、5‐轴承、6‐轴承座、7‐底座、8‐推杆a、9‐推杆b、10‐电机、11‐电机底座、12‐万向节、13‐U形槽。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下通过实施例并结合附图对本发明做进一步详细说明。

本实施例的下肢多功能辅助康复仪包括机械结构和控制系统，为满足腿部运动规律的要求，机械结构包括大腿臂1、连接块2、小腿臂3、连杆4、轴承5、轴承座6、底座7、推杆a8、推杆b9、电机10、电机底座11和万向节12，如图1所示，大腿臂1一端通过连接块2与小腿臂3连接，另一端与连杆4相连，连杆4两端设有轴承5，通过轴承5大腿臂1可围绕连杆4摆动，轴承5安装在轴承座6上，轴承座6固定设置在底座7上，底座7为长槽形结构，主要用于支撑整个结构以及使整个运动仪器形成一个整体；在大腿臂1和小腿臂3下方分别设有推杆a8和推杆b9，在推杆a8、推杆b9底部分别连接有电机10，通过电机10控制推杆a8、推杆b9的伸缩运动，带动大腿臂1、小腿臂3上下摆动，电机10与电机底座11固定连接，电机底座11置于底座7上，并可在底座7上往复滑动，推杆a8、推杆b9分别通过万向节12与大腿臂1、小腿臂3以及电机10连接，以此提高结构的灵活性，提高运动效率，万向节12可采用十字万向节结构；大腿臂1和小腿臂3基于下肢腿部结构采用可伸缩杆件，可增强结构适应性。另外在大腿臂1和小腿臂3上还可分别固定设置用于腿部支撑的U形槽13，并在U形槽13表面铺上一层软质可透气的按摩加热软垫，以保证运动过程中使用者腿部的舒适性以及稳定性。该装置可采用不锈钢材料制作，在一定程度减轻装置重量。

如图2所示，控制系统包括微处理器MCU、传感器检测、控制面板、LCD液晶屏。该控制系统是本康复仪的核心控制部分，由微处理器MCU核心处理集成系统，起数据处理以及控制的作用，启动微处理器MCU以及其他功能模块，并通过手动按键输入或者记忆存储参数且通过LCD液晶屏显示数据，通过电机控制推杆a、b的伸缩运动，带动大小腿臂从而实现指定运动动作。

微处理器MCU通过程序代码实现对传感器检测的信息采集以及算法控制、实现数据的实时控制、实现实时控制机械结构、实现对来自控制面板的信息的处理、实现数据在LCD液晶屏的快速显示。总而言之，微处理器MCU通过程序代码实时处理各个模块反馈的信息并及时发送命令。

传感器检测包括心率、血压、体温、温湿度、有毒气体、陀螺仪等传感器，传感器检测将采集到的信号周期性的反馈给微处理器MCU，并对参数实时监控与分析，用以实现调节运动参数或报警的目的。上述传感器都有成品模块，并且价格低廉，数据可靠。

控制面板主要由按键与拨码开关组成，通过指定按键可单独控制大腿臂1和小腿臂3摆动、设定运动时间及大小腿臂摆动角度，也可通过拨码开关控制振动按摩、软垫加热、运动速度、运动模式的设定，该控制面板对设定的运动参数有可记忆功能，以便在反复使用中简化设置操作。该控制面板固定在仪器边，在人体运动时可触及的地方，以便使用者对仪器随时进行控制。

LCD液晶屏与控制面板固定连接，使用者可实时从LCD液晶屏查看各传感器实时反馈的数据以及自己设定的参数。

或者本例中的康复仪还可通过手机APP进行参数设定及数据显示，如图2所示，手机APP是基于MIT APP INVENTOR开发平台线上开发，通过自带蓝牙功能的手机安装自制手机APP预设参数或者记忆存储参数，且微处理器MCU带有蓝牙连接模块。该手机APP的控制界面包括蓝牙连接按钮、大小腿臂单独运动控制按钮、大小腿臂运动模式、角度、时间、速度的参数设定按钮、振动按摩、软垫加热以及仪器启停等按钮，通过蓝牙连接按钮微处理器MCU实现与手机APP的蓝牙通信以及数据的实时控制。该手机APP可以在一定范围内(距离仪器10米以内)自由控制仪器运动，实现心率、血压、体温、温湿度、有毒气体、机械运动时间、运动角度、运动速度等参数设定、数据显示与报警，该手机APP对设定的运动参数有可记忆功能，以便在反复使用中简化设置操作。

进一步的，微处理器MCU系统板中设有集成LED灯显示或者蜂鸣器报警，通过LED灯或蜂鸣器可在心率测试时直观感受使用者心跳，以及运动时间提示、环境温湿度警戒、有毒气体警戒等。

该控制系统元件数少，各元件的功耗、抗干扰及系统成本都得以大幅度改善。另外如果该控制系统需要改善功能时，原有系统不需要很大的改变，修改软件和小量的硬件即可完成，可灵活的扩展功能。

上述控制系统按图3所示流程控制该康复仪动作，控制方法如下：

微处理器MCU完成各种初始化动作。

微处理器MCU检测是否有按键按下，若有按键按下，便判断该按键传递的是什么信息，并对应做出处理与执行相应的控制与现实程序代码，否则继续判断是否有按键按下。

微处理器MCU检测是否有蓝牙连接，若有蓝牙连接，便判断手机APP传递的是什么信息，并对应做出处理与执行相应的控制与现实程序代码，否则继续判断是否有蓝牙连接。

微处理器MCU检测参数设定是否完成，若参数设定完成，则判断是否启动运动，若启动，则机械结构开始动作，若不启动，则机械结构不动作。

微处理器MCU实时收集传感器反馈的信号，并对传感器信号做相应的处理，并判断相应的传感器数值是否超标，若超标则做相应的报警提示，若不超标则继续检测是否超标。

下面通过控制面板的操作说明阐述该康复仪可实现的运动模式。控制面板(见图4)由6个按键、8个拨码开关组成，可实现运动模式设定、速度设定、运动时间设定、大小腿运动角度范围设定等功能。

程序控制拨码开关说明：

1)拨码1、2控制运动模式

模式零(手动控制大小腿摆动)：拨码1断开、拨码2断开

模式一(小腿上下摆动循环运动)：拨码1闭合、拨码2断开

模式二(大腿摆动循环运动)：拨码1断开、拨码2闭合

模式三(大小腿同步循环运动)：拨码1闭合、拨码2闭合

2)拨码3、4控制振动按摩功能启停

小腿振动按摩开启/关闭：拨码3闭合/断开

大腿振动按摩开启/关闭：拨码4闭合/断开

3)拨码5、6控制小腿运动速度，拨码7、8控制大腿运动速度

小腿运动速度：

1档：拨码5断开、拨码6断开

2档：拨码5闭合、拨码6断开

3档：拨码5断开、拨码6闭合

4档：拨码5闭合、拨码6闭合

大腿运动速度：

1档：拨码7断开、拨码8断开

2档：拨码7闭合、拨码8断开

3档：拨码7断开、拨码8闭合

4档：拨码7闭合、拨码8闭合

四个运动模式具体情况如下：

1)、模式零(大小腿运动的单独控制)：

(1)拨码1断开、拨码2断开，程序进入模式零代码运行部分；

(2)长按大腿上摆、长按大腿下摆按键，不断给微处理器MCU传输大腿上、下摆的信号，循环进入执行大腿摆动的代码，实现大腿上下摆动，同理，可实现手动控制小腿运动；

(3)在此模式下可以任意控制大小腿摆动以及摆动的速度。

2)、模式一(小腿摆动及循环运动)：

(1)拨码1闭合、拨码2断开，程序进入模式一代码运行部分；

(2)任意按下大腿上摆或下摆按键，大腿上摆或下摆按键不断给微处理器MCU传输大腿上、下摆的信号，将大腿调整至合适的大腿支撑位置；

(3)任意调整小腿角度+按键或小腿角度-按键，不断给微处理器MCU传输小腿角度摆动数值，设定合适的摆动角度范围；

(4)任意按下运动时间+-键即可向微处理器MCU发送时间设定控制信号(或不设定)；

(5)按下启动键即可开启运动模式一，小腿上下摆动，直至时间到(或一直循环至手动按下停止键)；

(6)在任意时刻可控制大小腿臂运动速度。

3)、模式二(大腿摆动及循环运动)：

(1)拨码2闭合、拨码1断开，程序进入模式二代码运行部分；

(2)任意按下小腿上摆按键或下摆按键，小腿上摆或下摆按键不断给微处理器MCU传输小腿上、下摆的信号，将小腿调整至合适的小腿支撑位置；

(3)任意调整大腿角度+按键或大腿角度-按键，不断给微处理器MCU传输大腿角度摆动数值，设定合适的摆动角度范围；

(4)任意按下运动时间+-键即可向微处理器MCU发送时间设定控制信号调整所需时间(或不设定)；

(5)按下启动键即可开启运动模式二，大腿上下摆动，直至时间到(或一直循环至手动按下停止键)；

(6)在任意时刻可控制大小腿臂运动速度。

4)、模式三：(大小腿同步循环运动)

在此运动模式下，大腿和小腿之间的夹角将保持基本不变。

(1)拨码1闭合、拨码2闭合，进入模式三程序代码运行部分；

(2)任意调整大(小)腿角度+按键或大(小)腿角度-按键，不断给微处理器MCU传输大小腿角度摆动数值，设定合适的大小腿摆动角度范围；

(3)任意按下运动时间+-键即可向微处理器MCU发送时间设定控制信号调整所需时间(或不设定)；

(4)按下启动键即可开启运动模式三，大小腿同步上下摆动直至时间到(或一直循环至手动按下停止键)；

(5)在任意时刻可控制大小腿臂运动速度。

当控制面板或手机APP对应按键被按下时，机械结构将产生相应的动作，且当切换至大小腿摆动及循环运动的三种可调自动控制模式时，机械结构将会自主运动，且在运动功能设置的过程中，可启动振动按摩功能。同时所集成的各类传感器也将实时的将信号反馈给微处理器MCU，微处理器MCU将发送执行相应的命令。此仪器操作更简单灵活方便。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。