一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备的制作方法

本发明属于医疗器械技术领域，特别是涉及到一种用于下肢康复的康复设备。

背景技术：

随着社会人口老龄化，老年人的数量越来越大，从而由于人体机能的衰减带来的行动不便的老年人的数量也在不断扩大。除了人体自然衰退，还有非自然等因素造成的具有运动性障碍的患者也越来越多，如车祸等。据中国残联最新统计的数据显示，目前，中国各类残疾人总数已达8500万，而2015年1月20日上午，国家统计局数据显示：2015年末，中国各类残疾人总数约占中国总人口的比例的6.21％。其中肢体残疾1077万人、多重及其他残疾1382万人，因康复失败而无法恢复的占13％，有治愈康复需求或者保持康复需求的占有36％的，由此产生了两类人群：一类是由于肌肉萎缩而导致的行动不便；另一类是由于非自然因素而导致的肢体功能性障碍。经过医学理论和临床经验综合分析，这两类情况都可以通过适当的肢体运动康复训练达到跟正常人一样的效果。在这些人群中，有很大部分人由于没有独立训练的能力，需要借助外在的帮助才能进行康复运动训练。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备，通过金属三D打印成型技术，进行散件组装操作简单，且形体比例准确，长短可调节，贴附感好，配合虚拟现实眼镜使用，可同时进行心理康复。

一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备，包括腰带、背板、胯关节伺服电机装配孔、膝关节伺服电机装配孔、脚腕伺服电机装配孔、肩带以及脚板，在腰带上设置有摄像头、超声波探测头以及智能传感接收器，腰带内置有陀螺仪自平衡芯片，腰带通过背部调节转轴与背板连接；在背板上设置有两个以上的肩带固定孔，肩带的一端通过肩带固定孔固定设置在背板上；胯关节伺服电机装配孔通过连接板Ⅰ设置在腰带的两侧，胯关节伺服电机装配孔通过连接杆与连接板Ⅱ的一端连接；连接板Ⅱ的另一端与膝关节伺服电机装配孔的一端活动连接，膝关节伺服电机装配孔的另一端通过连接杆与脚腕伺服电机装配孔活动连接；脚腕伺服电机装配孔包括安装板Ⅰ和电机安装孔，在安装板Ⅰ的一侧设置有安装板Ⅱ，在安装板Ⅱ的上部设置有膝盖保护壳；安装板Ⅰ与电机安装孔固定连接，脚腕伺服电机装配孔的下部与脚板固定连接；在脚板上设置有脚部固定板和前脚掌角度调节轴，脚部固定板与脚腕伺服电机装配孔固定连接。

另外，优选的方案是，在腰带上设置有长短调节腰带卡扣。

此外，优选的方案是，胯关节伺服电机装配孔、膝关节伺服电机装配孔以及脚腕伺服电机装配孔均设置有伺服电机。

再者，优选的方案是，摄像头和超声波探测头的信号输出端与智能传感接收器的信号输入端连接；智能传感接收器的信号输出端分别与虚拟现实眼镜的信号输入端和伺服电机的信号输入端连接。

此外，优选的方案是，陀螺仪自平衡芯片包括主控芯片和姿态传感器，姿态传感器设置在两个连接板Ⅱ上，用于两个连接板Ⅱ的姿态信息，姿态传感器与主控芯片进行通信，实时向主控芯片输出该姿态信息，主控芯片将该姿态信息传输给智能传感接收器。

另外，优选的方案是，智能传感接收器内部设置有数据分析模块、数据计算模块和数据传输模块，数据分析模块将超声波探测头扫描的图像信息转化为数据信息并绘制虚拟场景，数据计算模块用于根据姿态信息与数据信息计算伺服电机的行走信号指令，数据传输模块将数据分析模块绘制的虚拟场景和摄像头拍摄的场景相结合传输给虚拟现实眼镜，并将行走信号指令传输给伺服电机。

此外，优选的方案是，连接板Ⅱ上设置有六个安装孔，且安装孔的直径与连接杆的截面直径相同。

再者，优选的方案是，腰带、电机安装孔、胯关节伺服电机装配孔、膝关节伺服电机装配孔均为圆环形结构。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备，通过金属三D打印成型技术，进行散件组装操作简单，且形体比例准确，贴附感好，配合虚拟现实眼镜实用，可同时进行心理康复。连接板Ⅱ和背板上设置的安装孔，可根据不同身高康复者的需求进行调节，提高了使用的灵活性；超声波探测头扫描数据转化为虚拟现实环境，可以使患者在康复训练中体验舒适的虚拟环境，在身体治疗的同时，进行心理康复，并且防止周边环境对患者的阻碍与伤害。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备的硬件结构示意图。

图2为本发明一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备的逻辑结构示意图。

图中1-腰带、2-背板、3-胯关节伺服电机装配孔、4-膝关节伺服电机装配孔、5-脚腕伺服电机装配孔、6-肩带、7-脚板、8-连接板Ⅰ、9-连接板Ⅱ、10-智能传感接收器、11-虚拟现实眼镜、101-摄像头、102-超声波探测头、103-腰带卡扣、104-陀螺仪自平衡芯片、201-背部调节转轴、202-肩带固定孔、501-安装板Ⅰ、502-电机安装孔、503-安装板Ⅱ、504-膝盖保护壳、701-脚部固定板、702-前脚掌角度调节轴。

具体实施方式

图1和图2分别示出了本发明一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备的硬件结构与逻辑结构。

如图1和图2共同所示，本发明提供一种金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备，包括腰带1、背板2、胯关节伺服电机装配孔3、膝关节伺服电机装配孔4、脚腕伺服电机装配孔5、肩带6以及脚板7，腰带1为圆环形结构，腰带1上设置有摄像头101、超声波探测头102以及智能传感接收器10，腰带1通过背部调节转轴201与背板2连接。

腰带1内置有陀螺仪自平衡芯片104，在病人穿戴金属三D打印自平衡智能下肢康复穿戴装备后，陀螺仪自平衡芯片104起到防止病人失去重心而摔倒的作用。

背板2上设置有两个以上的肩带固定孔202，肩带6的一端通过其中的两个肩带固定孔202固定设置在背板2上。

胯关节伺服电机装配孔3通过连接板Ⅰ8设置在腰带1的两侧，胯关节伺服电机装配孔3为圆环形结构，其下部设置有两个连接杆，胯关节伺服电机装配孔3的另一端通过连接杆与连接板Ⅱ9的一端连接；连接板Ⅱ9上设置有六个安装孔，且安装孔的直径与连接杆的截面直径相同，连接板Ⅱ9的另一端与膝关节伺服电机装配孔4的一端活动连接。

膝关节伺服电机装配孔4为圆环形结构，其下部设置有两个连接杆，膝关节伺服电机装配孔4的另一端通过连接杆与脚腕伺服电机装配孔5活动连接。

脚腕伺服电机装配孔5包括安装板Ⅰ501和电机安装孔502，在安装板Ⅰ501上设置有6个安装孔，在安装板Ⅰ501的一侧设置有安装板Ⅱ503，在安装板Ⅱ503上部设置有膝盖保护壳504，膝盖保护壳504起到保护病人膝盖的作用；电机安装孔502为圆环形结构，安装板Ⅰ501的一端与电机安装孔502固定连接，脚腕伺服电机装配孔5的下部与脚板7固定连接，具体地址，电机安装孔502与与脚板7固定连接。

胯关节伺服电机装配孔3、膝关节伺服电机装配孔4和电机安装孔502均为向外突出的圆环孔。

在脚板7上设置有脚部固定板701和前脚掌角度调节轴702，脚部固定板701与脚腕伺服电机装配孔5固定连接，前脚掌角度调节轴702用于调节前脚掌的角度。

在腰带1上设置有可以调节长短的腰带卡扣103。

在胯关节伺服电机装配孔3内、膝关节伺服电机装配孔4内以及脚腕伺服电机装配孔5内均设置有伺服电机，驱动大腿、小腿与脚部的移动。

陀螺仪自平衡芯片104包括主控芯片和姿态传感器，姿态传感器为微机电陀螺仪，设置在两个连接板Ⅱ9上，用于检测使用者的两条腿是否发生倾斜，姿态传感器与主控芯片进行通信，实时向主控芯片报告使用者的两条腿是否发生倾斜，当使用者的腿部发生倾斜时，姿态传感器向主控芯片输出相应的姿态信息，在主控芯片感知到该姿态信息后，将该姿态信息传输给智能传感接收器10，智能传感接收器10结合其他数据计算出送给伺服电机的行走信号指令，命令伺服电机向相应方向旋转，姿态传感器按一定频率不停地测量病人腿部的姿态，并输出姿态息到主控芯片，主控芯片不停地感知姿态信息，并传输给智能传感接收器10，智能传感接收器10不断地调整伺服电机的转动方向和转速，这样就保持了一个动态的平衡，防止病人失稳摔倒。

摄像头101和超声波探测头102的信号输出端与智能传感接收器10的信号输入端连接；智能传感接收器10的信号输出端分别与虚拟现实眼镜11的信号输入端和伺服电机的信号输入端连接。

智能传感接收器10内部设置有数据分析模块(图未示出)、数据计算模块(图未示出)和数据传输模块(图未示出)，数据分析模块用于将超声波探测头102扫描的图像信息转化为数据信息并绘制虚拟场景，数据计算模块用于根据姿态信息与数据信息计算伺服电机的行走信号指令，数据传输模块用于将数据分析模块绘制的虚拟场景和摄像头101拍摄的场景相结合传输给虚拟现实眼镜11，并将行走信号命令传输给伺服电机。

本发明的各个部件均可通过金属三D打印技术获得，按照需康复者的不同状况进行组装，在使用康复训练时，超声波探测头102对周边的地面环境进行超声波扫描，扫描的影像数据发送至智能传感接收器10中，智能传感接收器10分析数据绘制出与周边地面环境相匹配的虚拟场景，并将虚拟场景的数据信号同步传送给虚拟现实眼镜11，同时驱动伺服电机，进行引导康复训练指令使下肢康复穿戴装备作业。