上下肢康复训练一体机的制作方法

本实用新型属于康复医疗设备，具体涉及一种用于人体上下肢功能康复训练的器械。

背景技术：

随着经济发展水平的提高，人们越来越重视自身健康，特别是对于老年人和残疾人的康复医疗更成为一个重要发展领域。肢体康复训练仪是针对上肢和或下肢肌无力、肌肉萎缩、关节僵硬、骨质疏松和血液循环不畅等症状疾病患者的康复医疗设备。目前，市场有一些肢体康复训练装置，可以帮助患者进行增强肌力、耐力、灵活性的练习。但是，已上市的康复训练装置的技术都处在初级阶段，大多存在功能较少、信息采集不够全面、控制元件不够精准等不足。2017年10月，中国专利公开了两种肢体康复训练仪，一种是上肢康复训练仪，申请号：201621227874.1，另一种是下肢康复训练仪，申请号：201621227547.6，这两种康复训练仪尽管在技术、功能、质量等方面有了很大提高，但由于是分体机，要想实现上下肢都训练的目的，需购置上肢康复训练仪和下肢康复训练仪两台设备，其购置费用较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种上下肢康复训练一体机，不仅能够帮助患者循序渐进地进行上下肢康复训练，而且节省购置费用，利于推广使用。

实现上述目的的技术方案是：一种上下肢康复训练一体机，包括底座、支架、供电系统、主控系统、驱动电路板、上肢运动检测单元、下肢运动检测单元、上肢运动机械传动系统和下肢运动机械传动系统；主控系统包括主控电路板和与之连接的触摸显示屏，上肢机械传动系统包括上肢机械驱动单元和传动单元，上肢机械驱动单元包括上肢有刷直流电机和减速机，下肢机械传动系统包括下肢机械驱动单元和传动单元，下肢机械驱动单元包括下肢有刷直流电机和从动皮带轮，其特征在于：所述上肢运动检测单元和下肢运动检测单元分别与所述主控电路板连接，所述上肢有刷直流电机和下肢有刷直流电机分别与所述驱动电路板连接，主控电路板分别对上肢驱动单元和下肢驱动单元实施控制。

上述方案中，上肢机械传动单元包括左右两个连杆和左右两个托架，减速机与上肢有刷直流电机连接并固定安装在支架上端，左右两个连杆分别安装在减速机的动力输出轴两端，左右两个托架分别对应安装在左右两个连杆上；下肢机械传动单元包括由下肢有刷直流电机带动的从动皮带轮和安装在从动皮带轮轮轴两端的摇臂式踏板组件，下肢有刷直流电机和从动皮带轮固定安装在底座上。

上述方案中，所述上肢运动检测单元由上肢电机编码器、光学传感器电路板组成，下肢运动检测单元由下肢电机编码器、霍尔传感器电路板组成。

进一步，所述供电系统包括DC36V医用电源和供电电路板。

进一步，所述底座由前筒、后筒以及前后筒之间的连接杆组成，前筒和后筒水平且平行。

进一步，所述支架包括一根安装在后筒上的斜撑杆以及位于斜撑杆上端头的水平支撑管。

进一步，所述斜撑杆是可调的伸缩套杆。

进一步，所述减速机和两个有刷直流电机上分别安装有防护罩。

进一步，所述上肢电机编码器安装在上肢有刷直流电机上。

进一步，所述霍尔传感器电路板通过滑动轴套安装在从动皮带轮轴上。

供电系统、主控系统、驱动电路板、上肢运动检测单元、下肢运动检测单元、上肢运动机械传动系统和下肢运动机械传动系统；

本实用新型将上肢康复训练仪和下肢康复训练仪两台单机组合在一起，功能齐全，上肢和下肢康复训练程序可分别启动。通过触摸显示屏，能够使主控系统对训练速度、训练阻力、电机转速等参数进行设置，可以让患者进行被动训练和主动训练；主控系统、检测单元、驱动单元形成闭环，使驱动单元和机械传动系统受到精准控制，实现稳定且可靠的运行；当患者上肢出现痉挛时，能够提供缓解和保护功能；能够对训练过程中的训练时间、运动距离等信息采集和统计，为患者上下肢康复训练提供康复治疗数据。是一种性能优良的上下肢康复训练医疗设备。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的侧面示意图。

图2是图1所示实施例的正面示意图。

图3是图1的俯视图。

图4是图1所示实施例的立体示意图。

图5是本实用新型中各单元关联框图。

图中：1-1.DC36V医用电源，1-2.供电电路板，2-1.主控电路板，2-2.触摸显示屏，2-3.壳体，3-1.驱动电路板，3-2.上肢有刷直流电机，3-3.减速机，3-4.下肢有刷直流电机，3-5.从动皮带轮，4-1.上肢电机编码器，4-2.光学传感器电路板，4-3.霍尔传感器电路板，4-4.下肢电机编码器，5-1.扶手，5-2.上肢传动连杆，5-3.托架，5-4.踏板，5-5.下肢传动连杆,6-1.前筒，6-2.后筒，6-3.斜撑杆，6-4.水平支撑管，6-5.上护罩，6-6.护板，6-7.下护罩。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图5所示，本实用新型包括底座、支架、供电系统、主控系统、驱动电路板、上肢运动检测单元、下肢运动检测单元、上肢运动机械传动系统和下肢运动机械传动系统，其中：

底座由前筒6-1、后筒6-2以及前后筒之间的连接杆组成，前筒6-1和后筒6-2水平且平行；

支架包括一根安装在后筒上的斜撑杆6-3以及位于斜撑杆上端头的水平支撑管6-4，斜撑杆6-3是可调的伸缩套杆；

供电系统由DC36V医用电源1-1和供电电路板1-2等组成，供电系统通过DC36V医用电源1-1将AC220V转换为DC36V安全等级电压，然后通过供电电路板1-2接入设备，供电电路板1-2具有过流等多种保护措施，结合DC36V医用电源1-1的各种供电保护设计确保了产品供电方面的安全性；

主控系统由主控电路板2-1、触摸显示屏2-2和壳体2-3等组成，触摸显示屏用于设备参数设置和训练信息显示，并具有声音提示功能，主控电路板CPU采用主流STM32ARM芯片进行控制设计，配置适当程序可完成与触摸显示屏的控制信息交互、驱动电机PWM信号输出和系统反馈信号采集处理等功能；

上肢运动检测单元由上肢电机编码器4-1、光学传感器电路板4-2组成；

下肢运动检测单元由下肢电机编码器4-4、霍尔传感器电路板4-3组成；

上肢机械传动系统包括上肢机械驱动单元和上肢机械传动单元，上肢机械驱动单元包括上肢有刷直流电机3-2和减速机3-3，上肢机械传动单元包括左右两个上肢传动连杆5-2和左右两个托架5-3，减速机3-3与上肢有刷直流电机3-2刚性连接并固定安装在支架上端的水平支撑管6-4前端，左右两个上肢传动连杆5-2分别安装在减速机3-3的动力输出轴两端，左右两个托架5-3分别对应安装在左右两个上肢传动连杆5-2上；

下肢机械传动系统包括下肢驱动单元和下肢机械传动单元，下肢驱动单元包括下肢有刷直流电机3-4和从动皮带轮3-5，下肢机械传动单元包括安装在从动皮带轮3-5轮轴两端的摇臂式踏板5-4，下肢有刷直流电机3-4和从动皮带轮3-5固定安装在底座上；

本实用新型与现有技术的区别在于：上肢运动检测单元和下肢运动检测单元分别与主控电路板2-1连接，上肢有刷直流电机3-2和下肢有刷直流电机4-2分别与驱动电路板3-1连接，主控电路板2-1分别对上肢驱动单和下肢驱动单元实施控制。

本实施例中各部件的装配关系为：

DC36V医用电源1-1通过卡孔安装在斜撑杆6-3上，线缆通过斜撑杆6-3上的开槽穿入到支撑后筒6-2中，并插接到供电电路板1-2的输入电源插座上，该部分实现对设备的供电功能；

驱动电路板3-1通过配套电缆插接至供电电路板1-2输出电源插座，驱动电路板3-1的2×8P插座通过主控电缆与主控系统实现信息交互，并为主控系统提供电源，驱动电路板3-1的电机驱动插座通过驱动电缆与上肢有刷直流电机3-2和下肢有刷直流电机3-4连接；上肢有刷直流电机3-2的一端安装上肢电机编码器4-1，下肢有刷直流电机3-4的一端安装下肢电机编码器4-4，用于电机速度和位置检测；上肢有刷直流电机3-2的另一端安装减速机3-3，减速机3-3的轴上安装光学传感器电路板4-2，用于速度和位置检测；减速机3-3通过上肢传动连杆5-2与托架5-3连接，下肢有刷直流电机3-4通过输出轴与从动皮带轮3-5连接，从动皮带轮3-5通过下肢传动连杆5-5与踏板5-4连接；霍尔传感器电路板4-3用于从动皮带轮3-5转动位置检测。

本实用新型中，主控电路板1-1通过DC12V供电插座为触摸显示屏2-2提供电源，并通过串口插座与触摸显示屏2-2实现信息交互，主控系统单元通过壳体2-3安装在机架的上端，即斜撑杆6-3上端部的水平支撑管6-4上；扶手5-1安装在水平支撑管6-4的两侧，是设备移动、搬运时的抓手；斜撑杆6-3是整个设备的主要支撑机构，并且患者可以根据需要调整其长度，便于操作使用；上护罩6-5用于光学传感器电路板4-2的安装和防护；护板6-6和下护罩6-7用于电缆防护等作用。

本实用新型使用时，上肢康复训练的整个控制传动过程如下：

患者通过触摸显示屏2-2设定训练速度、训练阻力及电机功率等控制参数输入至主控电路板2-1，然后将手放到托架5-3上启动被动训练。主控电路板2-1根据设定的控制参数控制驱动电路板3-1工作，驱动电路板3-1驱动上肢有刷直流电机3-2转动，带动减速机3-3转动，减速机3-3通过上肢传动连杆5-2带动托架5-3旋转往复运动，实现被动训练。此时由设备带动人的上肢进行旋转往复运动，训练时根据需要可以通过触摸显示屏2-2改变训练方向和训练速度进行反向训练，通过周期性训练可以逐步恢复其运动能力。

在患者上肢有一定运动能力的情况下，可以在被动训练模式下通过上肢加力于托架5-3上，带动设备运动，此时设备会进入主动训练模式，训练时根据需要可以通过触摸显示屏2-2对训练阻力进行调节，也可以改变训练方向进行反向训练，即可适应不同阶段的训练需求，经周期训练使患者逐步恢复和提升上肢的运动能力。

下肢康复训练的整个控制传动过程如下：

患者通过触摸显示屏2-2设定训练速度、训练阻力及电机功率等控制参数输入至主控电路板2-1，然后将脚放到踏板5-4上启动被动训练。主控电路板2-1根据设定的控制参数控制驱动电路板3-1工作，驱动电路板3-1驱动下肢有刷直流电机3-4转动，有刷直流电机3-4通过皮带带动从动皮带轮3-5转动，从动皮带轮3-5通过下肢传动连杆5-12带动踏板5-4旋转往复运动，实现被动训练。此时由设备带动人的下肢进行旋转往复运动，训练时根据需要可以通过触摸显示屏2-2改变训练方向和训练速度进行反向训练，通过周期性训练可以逐步恢复其运动能力。

在患者下肢有一定运动能力的情况下，可以在被动训练模式下通过下肢加力到踏板5-4上，带动设备运动，此时设备会进入主动训练模式，训练时根据需要可以通过触摸显示屏2-2对训练阻力进行调节，也可以改变训练方向进行反向训练，即可适应不同阶段的训练需求，经周期训练使患者逐步恢复和提升下肢的运动能力。

训练过程中，主控电路板2-1通过采集上肢电机编码器部件4-1和光学传感器电路板4-2的反馈信号或者下肢编码器部件4-4和霍尔传感器电路板4-3的反馈信号，实现速度闭环控制，保证设备在被动训练时稳定运行；通过采集驱动电路板3-1上温度电阻反馈信号可以实现过流过热保护功能，保证设备安全可靠稳定运行。通过采集驱动电路板3-1桥臂电阻反馈信号实现阻力精确调节和痉挛控制，在被动和主动训练模式下，患者训练时若下肢突然发生痉挛，此时的设备信号会达到电机功率设定值，设备先停止运动，然后缓慢切换到反向运动，缓解痉挛，放松肌肉，不会损伤肌肉和关节。