一种多位姿、轨迹可调的下肢训练装置的制作方法

本发明涉及康复医疗和健身器械领域，更具体地说是一种可实现不同类型、不同幅度的类步态训练轨迹的多功能下肢训练装置。

背景技术

对于经过诸如外科手术等急性期的临床处理后的瘫痪患者，康复是主要的一种治疗手段，通常也是一个相当长期的持续过程。在传统的康复治疗手段中，患者的运动训练主要是依靠理疗师的手动辅助，比较耗时，训练策略比较单一，成本也相对较高。并且，在训练过程中，患肢的运动轨迹以及施加在患肢上的力度往往难以保持良好的一致性。而使用康复机器人辅助患者运动训练则可以提高效率、降低成本，同时机器人的运动轨迹和施加在患肢上的力度具备良好的一致性。

如，申请号为cn201710240897.9，申请日为20170413，申请公布日为20170613的中国发明专利公开了一种位姿可调下肢康健训练装置：所述康健训练装置包括下肢训练机和调节装置，所述调节装置包括角度调节机构和带动所述角度调节机构水平位移的水平运动机构；所述下肢训练机固定设于所述角度调节机构的盖板上；在所述水平运动机构的两侧设有支撑架以及由所述支撑架支撑的座椅，所述支撑架上沿所述水平运动机构的长度方向设有可控滑轨，所述座椅通过滑动块设于所述可控滑轨上。本发明可以实现卧、坐、站多种位姿下不同轨迹的腿部运动，可实现主被动康复训练。主动训练时，不仅可以作为康复训练器使用，而且能够作为健身器械使用来增强体质；

又如，申请号为cn201510126371.9，申请日为20150320，授权公告号为cn104800041a的中国发明专利公开了一种多位姿下肢康复训练机器人，包括机器人基座和训练床。所述训练床包括两套腿部机构、一套座椅、一套座椅宽度调整机构、一套人体重心调整机构、一套靠垫、一套减重系统和一套座椅靠垫角度调整机构。所述机器人基座包括一套床体角度调整机构，所述床体角度调整机构和所述座椅角度调整机构相配合，可以为瘫痪患者提供卧、坐、站等多种姿态的训练方式。所述腿部机构包括髋、膝、踝三个关节；所述髋、膝、踝关节均由电机驱动，并安装了角度和力传感器，可用于识别患者的运动意图，便于为患者提供主动和助力训练。所述人体重心调整机构、腿部机构和减重系统相互配合，可以实现接近人体自然行走的仿生学步态，提高步态训练效果。

类似上述两项发明专利的现有同类技术方案，或下肢运动轨迹较为单一，或多驱动造成控制复杂，或机构尺寸与人体尺寸、训练轨迹规划存在矛盾。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述技术问题。为此，本发明提出一种多位姿、轨迹可调的下肢训练装置，以期能够提供不同类型、不同幅度的类步态足端轨迹训练。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多位姿、轨迹可调的下肢训练装置，包括足端轨迹生成机构、下肢角度调节机构、坐姿辅助训练装置与站姿辅助训练装置，其结构特点是：

在站姿辅助训练装置的内侧对称设置一对腿侧护板，所述足端轨迹生成机构内置于腿侧护板中，是由驱动装置驱动偏心轮转动、经曲柄摇杆机构和五杆机构复合传动、带动平行四边形机构运动，位于腿侧护板外的脚踏铰接在所述平行四边形机构的轨迹输出杆下端、随所述轨迹输出杆同步移动，所述一对腿侧护板可由所述下肢角度调节机构驱动前后摆动至倾斜状态，所述坐姿辅助训练装置与站姿辅助训练装置间可相对移动，实现不同类型、不同幅度的类步态训练轨迹的多位姿下肢训练。

本发明的结构特点也在于：

所述曲柄摇杆机构和五杆机构复合传动、带动平行四边形机构运动的结构形式是：

在所述偏心轮的外圆周上铰接第一连杆，形成第一铰接点，所述第一连杆的另一端与摇杆相铰接，形成第五铰接点，摇杆的一端铰接在腿侧护板上，形成第四铰接点，在所述第一连杆上设置多个第二铰接点，第二连杆的一端与其中一个第二铰接点相铰接，另一端与第一平行连杆的一端相铰接，形成第三铰接点，第一平行连杆的另一端铰接于第四铰接点上，以依次铰接的偏心轮、第一连杆与摇杆构成所述曲柄摇杆机构，以依次铰接的偏心轮、第一连杆、第二连杆及第一平行连杆构成所述五杆机构，并是以所述第二连杆与第一连杆上不同位置的第二铰接点相铰接，实现获得不同类型的类椭圆足端训练轨迹；

第二平行连杆的一端铰接于第三铰接点上，另一端铰接于所述轨迹输出杆上，形成第六铰接点，所述轨迹输出杆的上端铰接于所述摇杆上，形成第七铰接点，下端设置多个输出铰接点，以其中一输出铰接点为足端训练轨迹输出端并与所述脚踏相铰接，以依次铰接的第一平行连杆、第二平行连杆、轨迹输出杆及摇杆构成所述平行四边形机构，并是以脚踏与不同输出铰接点相铰接实现对足端训练轨迹的等比例缩放。

所述下肢角度调节机构的结构设置为：

电动推杆铰接在站姿辅助训练装置的训练基板上端，推杆杆端铰接于所述腿侧护板的前端面上，气弹簧的活塞杆杆端铰接于所述腿侧护板的后端面上，接头端铰接在训练基板的上端，以电动推杆的伸缩驱动腿侧护板前后摆动，并是以所述气弹簧形成对腿侧护板的支撑固定；

或，一对腿侧护板分别通过分度装置对称安装在站姿辅助训练装置的内侧，并可绕所述分度装置的转轴前后摆动。

所述坐姿辅助训练装置与站姿辅助训练装置可相对移动的结构形式是：

所述坐姿辅助训练装置是在下支撑板上设置由支撑杆支撑的座椅，所述座椅通过支撑杆实现高度可调，在座椅的坐垫左右侧对称设置一对坐姿扶手，座椅的椅背与坐垫间的角度可调；

所述站姿辅助训练装置是在训练基板的左右侧对称设置一对悬吊支撑架，一对腿侧护板对称安装在一对悬吊支撑架内侧端面上，并在一对悬吊支撑架的前侧上端部对称设置一对站姿扶手，减重带悬吊在所述悬吊支撑架的顶部；

所述下支撑板与所述训练基板之间通过移动副相连，实现所述坐姿辅助训练装置与站姿辅助训练装置可相对移动。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明创新提出了单驱动足式训练机构，可根据不同的个体或康复阶段提供与人体步态规律非常接近的一系列类椭圆轨迹训练，轨迹方便可调，能够实现不同类型、不同幅度的类步态训练轨迹，且轨迹过渡平缓，不造成二次伤害；

2、本发明采用下肢角度调节机构对应不同的位姿，可灵活、方便、准确地调整至合适的下肢训练角度，可靠性高；

3、本发明集平躺、斜躺、站立等多位姿训练功能于一体，结构紧凑灵活，且可根据人体尺寸合理匹配相应的装置尺寸，能够在有限的空间内进行个性化训练，应用范围广，康复训练模式多样。

附图说明

图1是本发明下肢训练装置的整体结构示意图；

图2是本发明下肢训练装置另一视角的整体结构示意图；

图3是本发明下肢训练装置的侧视结构示意图；

图4是本发明下肢训练装置的俯视结构示意图；

图5是图1中足端轨迹生成机构的结构示意图；

图6是图1中足端轨迹生成机构另一铰接状态的结构示意图；

图7是图1中腿侧护板内部的结构示意图。

图中，1足端轨迹生成机构；2下肢角度调节机构；3坐姿辅助训练装置；4站姿辅助训练装置；5腿侧护板；6驱动装置；7联轴器；8偏心轮；9第一连杆；10第二连杆；11摇杆；12第一平行连杆；13第二平行连杆；14轨迹输出杆；15第一铰接点；16第二铰接点；17第三铰接点；18第四铰接点；19第五铰接点；20第六铰接点；21第七铰接点；22输出铰接点；23脚踏；24训练基板；25悬吊支撑架；26站姿扶手；27减重带；28导轨滑块机构；29电动推杆；30气弹簧；31分度装置；32下支撑板；33支撑杆；34坐垫；35椅背；36椅上护板；37坐姿扶手；38弧形槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图7，本实施例的多位姿、轨迹可调的下肢训练装置包括足端轨迹生成机构1、下肢角度调节机构2、坐姿辅助训练装置3与站姿辅助训练装置4，其结构具体是：

在站姿辅助训练装置4的内侧对称设置一对腿侧护板5，足端轨迹生成机构1内置于腿侧护板5中，是由驱动装置6驱动偏心轮8转动、经曲柄摇杆机构和五杆机构复合传动、带动平行四边形机构运动，位于腿侧护板5外的脚踏23铰接在平行四边形机构的轨迹输出杆14下端、随轨迹输出杆14同步移动，一对腿侧护板5可由下肢角度调节机构2驱动前后摆动至倾斜状态，坐姿辅助训练装置3与站姿辅助训练装置4间可相对移动，实现不同类型、不同幅度的类步态训练轨迹的多位姿下肢训练。

其中，驱动装置6的输出轴端是通过联轴器7与偏心轮8的轮轴相连，参见图7。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

参见图5、图6及图7，曲柄摇杆机构和五杆机构复合传动、带动平行四边形机构运动的结构形式是：

在偏心轮8的外圆周上铰接第一连杆9，形成第一铰接点15，第一连杆9的另一端与摇杆11相铰接，形成第五铰接点19，摇杆11的一端铰接在腿侧护板5上，形成第四铰接点18，在第一连杆9上设置多个第二铰接点16，第二连杆10的一端与其中一个第二铰接点16相铰接，另一端与第一平行连杆12的一端相铰接，形成第三铰接点17，第一平行连杆12的另一端铰接于第四铰接点18上，以依次铰接的偏心轮8、第一连杆9与摇杆11构成曲柄摇杆机构，以依次铰接的偏心轮8、第一连杆9、第二连杆10及第一平行连杆12构成五杆机构，并是以第二连杆10与第一连杆9上不同位置的第二铰接点16相铰接，实现获得不同类型的类椭圆足端训练轨迹；

第二平行连杆13的一端铰接于第三铰接点17上，另一端铰接于轨迹输出杆14的中部，形成第六铰接点20，轨迹输出杆14的上端铰接于摇杆11上，形成第七铰接点21，下端设置多个输出铰接点22，以其中一输出铰接点22为足端训练轨迹输出端并与脚踏23相铰接，以依次铰接的第一平行连杆12、第二平行连杆13、轨迹输出杆14及摇杆11构成平行四边形机构，并是以脚踏23与不同输出铰接点22相铰接实现对足端训练轨迹的等比例缩放。

下肢角度调节机构2的结构设置为：

电动推杆29铰接在站姿辅助训练装置4的训练基板24上端，推杆杆端铰接于腿侧护板5的前端面上，气弹簧30的活塞杆杆端铰接于腿侧护板5的后端面上，接头端铰接在训练基板24的上端，以电动推杆29的伸缩驱动腿侧护板5前后摆动，并是以气弹簧30形成对腿侧护板5摆动过程中的缓冲，以及对处于某一倾斜状态的腿侧护板5的支撑固定；

或，作为另一个可选的方案，一对腿侧护板5可分别通过分度装置31对称安装在站姿辅助训练装置4的内侧，并可绕分度装置31的转轴前后摆动，形成对下肢角度的调节。

本实施例中，是以电动推杆29、气弹簧30与分度装置31共同作用，形成对下肢角度的调节。

具体的，设置腿侧护板5的底端为弧形结构，并在训练基板24上对应设置与腿侧护板5摆动轨迹相适配的弧形槽38。

坐姿辅助训练装置3与站姿辅助训练装置4可相对移动的结构形式是：

坐姿辅助训练装置3是在下支撑板32上设置由支撑杆33支撑的座椅，座椅通过支撑杆33实现高度可调，在座椅坐垫34左右侧的椅上护板36对称设置一对坐姿扶手37，座椅的椅背35与坐垫34间的角度可调，以能够更灵活地满足患者的舒适性需求，此部分结构对于本领域普通技术人员而言是容易理解并易于实现的，属于常规技术手段，不做赘述；

站姿辅助训练装置4是在训练基板24的左右侧对称设置一对悬吊支撑架25，一对腿侧护板5对称安装在一对悬吊支撑架25内侧端面上，并在一对悬吊支撑架25的前侧上端部对称设置一对站姿扶手26，作为患者在站姿康复训练时的支撑，减重带27悬吊在悬吊支撑架25的顶部；

下支撑板32与训练基板24之间通过导轨滑块机构28形成的移动副相连，实现坐姿辅助训练装置3与站姿辅助训练装置4可相对移动。

作为一个优选的方案，可在脚踏23上安装角度及压力传感器，在坐姿扶手37上和站姿扶手26上安装心率传感器，用于检测训练状态、控制训练过程。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。