一种外骨骼生物反馈式下肢康复训练器的制作方法

本实用新型属于康复医疗器械技术领域，涉及一种外骨骼生物反馈式下肢康复训练器。

背景技术：

对于肢体残疾患者而言，传统的康复方式主要是医师针对患者进行“一对一”甚至“多对一”的辅助作业疗法，这既费时、费力，而且花费巨大，普通患者难以承受。以此同时，重复性康复训练十分枯燥，对于治疗师来说是重复劳动且没有效率的工作。

外骨骼训练器能胜任长时间的重复性康复运动辅助工作，而且通过电脑控制可对患者进行灵活的控制。将外骨骼训练器用于辅助康复训练，能极大节约成本，提高康复效率。但是现有的一般只能进行简单的辅助康复训练，而无法对患者的康复情况进行详细追踪。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种外骨骼生物反馈式下肢康复训练器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种外骨骼生物反馈式下肢康复训练器，包括：

外骨骼盔甲：包括从上到下依次连接身体躯干并包覆固定在人体下半身上的大腿部盔甲、小腿部盔甲和脚部盔甲，所述身体躯干、大腿部盔甲、小腿部盔甲和脚部盔甲依次在髋关节处、膝关节处和踝关节处相互转动连接，且在髋关节处、膝关节处和踝关节处的连接部位还分别设有使得所连接的两部件相对运动的髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构和踝关节拟运动驱动机构；

控制组件：包括连接所述髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构和踝关节拟运动驱动机构并控制其工作的控制器；

肌电采集组件：包括分布在大腿部盔甲和小腿部盔甲上分别对应大腿和小腿两侧肌肉位置的肌电信号采集单元，以及与肌电信号采集单元连接的信号记录单元，所述的肌电信号采集单元还反馈连接所述控制器。

本实用新型的训练器在工作时，肌电采集组件中的肌电信号采集单元实时采集对应位置肌肉的肌电信号，并传输给信号记录单元和控制器，信号记录单元记录相应肌电信号信息，从而为临床医师提供客观的生理参数，为制订康复计划提供支持。当肌电信号采集单元采集的肌电信号为0(即没有采集到肌电信号)时，控制器即控制髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构和踝关节拟运动驱动机构进行被动运动模式，当肌电信号采集单元采集到肌电信号时，控制器接收到相应信息后即控制各驱动机构进行助力运动模式。本实用新型的训练器中，髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构和踝关节拟运动驱动机构的主要作用是驱使其连接部位的两部分盔甲结构发生相对转动。

进一步的，所述的大腿部盔甲和小腿部盔甲均包括两部分半壳体，所述两部分半壳体的一侧边相互铰接，另一侧边上设有相互配合的可开闭式闭合锁紧组件；

当闭合锁紧组件闭合时，两部分半壳体组成的大腿部盔甲、小腿部盔甲或脚部盔甲即包覆固定在人体上对应部位。闭合锁紧组件采用本领域常规的可实现可开启式锁紧两部分壳体的组件即可，其可以主要包括扣件和锁紧件两部分，锁紧件可以由闭合驱动单元主动驱动插入扣件中，进而完成闭合锁紧组件的闭合，实现对两半壳体的闭合锁紧。

进一步的，所述的脚部盔甲包括脚底壳体和脚面壳体，其中，所述脚面壳体包括两片一侧边分别与所述脚底壳体铰接的弧面壳体，所述两片弧面壳体的另一侧边设有可使两者相互拼合的锁紧单元。

更进一步的，所述的弧面壳体与脚底壳体通过闭合转轴铰接，在脚底壳体后部还固定设有与闭合转轴端部连接并驱动其转动的回转气缸。

更进一步的，所述的锁紧单元包括锁紧气缸、浮动推头、锁紧销轴和扣合件，所述的锁紧气缸的输出轴端依次连接浮动推头和锁紧销轴，所述的扣合件由分别设置在两片弧面壳体上且可分离式接触的两部分组成，并带有贯穿扣合件两部分且与所述锁紧销轴对应配合的销孔；

两片弧面壳体拼合时，锁紧气缸带动浮动推头运动，从而推动锁紧销轴穿入所述销孔中，完成扣合件的锁紧。

进一步的，所述的踝关节拟运动驱动机构包括第一伺服电机、第一联轴器和第一传动螺杆，其中，第一伺服电机固定在小腿部盔甲后部，其输出轴端通过第一联轴器连接第一传动螺杆，第一传动螺杆通过轴承和轴承座支撑设置在小腿部盔甲上，在小腿部盔甲的下端部还设有由所述第一传动螺杆带动沿小腿部盔甲表面滑动的第一滑块，所述第一滑块还通过第一连杆固定连接安装在脚部盔甲上的第一连接座。

进一步的，所述的膝关节拟运动驱动机构包括使大腿部盔甲和小腿部盔甲转动连接的第二转轴、第一齿轮、第二齿轮和第二伺服电机，其中，第二转轴的一端固定在小腿部盔甲的上端部，第二齿轮则固定在第二转轴的另一端，所述第二伺服电机通过支架固定在大腿部盔甲上，且第二伺服电机的输出端用于驱动所述第一齿轮旋转，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。更进一步的，所述的第二伺服电机的输出端通过第二联轴器连接设置第二传动螺杆，该第二传动螺杆可转动设置在大腿部盔甲上，在第二传动螺杆的上还螺纹连接设置第二传动滑块，在大腿部盔甲上固定连接一带有第二滑槽的第二支撑板，所述第二传动滑块与第二滑槽配合并可沿其内部滑动，所述第二传动滑块还固定连接一与第一齿轮啮合的齿条。更进一步优选的，所述的第二传动螺杆通过第二轴承和第二轴承座转动设置在大腿部盔甲上，在第二轴承座上固定设置所述第二支撑板。这样设置可以更方便更精确的控制大腿部盔甲与小腿部盔甲的转动。

进一步的，所述的肌电信号采集单元分布在大腿部盔甲和小腿部盔甲上对应比目鱼肌、股骨内侧肌、股骨直肌、腓肠外肌和胫骨前肌五块肌肉的位置，并用于采用所述五块肌肉的肌电信号。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型的训练器实现了下肢康复训练功能和肌电信号采集的复合，通过对大腿和小腿部分的肌肉的肌电信号的采集，为训练器提供了两种运行模式，即采集肌电信号为0时训练器运行被动运动模式，采集到肌电信号时调整为助力运动模式，不仅为患者提供了康复训练能力，同时也通过肌电信号收采集为临床医师提供客观的生理参数，为制订康复计划提供支持，提高了康复治疗的针对性效果。

(2)本实用新型还在分别控制髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构和踝关节拟运动驱动机构运行的驱动电路中设置时间继电器，进而可以设置传导中间时间间隔，可达到三关节联动、模拟人体运动仿真的目的，从而使得康复训练变得更为多样化。该电机驱动装置单独作用时，也可分别驱动大腿部盔甲、小腿部盔甲和脚步盔甲，可以辅助患者进行关节康复训练，或者是关节活动度、协调性和肌肉力量等方面的康复训练。

附图说明

图1和图2均为本实用新型的主视结构示意图；

图3为本实用新型的侧视示意图；

图4为本实用新型的轴侧结构示意图；

图5为本实用新型的踝关节处的示意图；

图6为本实用新型的脚部盔甲的示意图；

图7为本实用新型的盔甲部分的爆炸示意图；

图8为本实用新型的踝关节拟运动驱动机构的结构示意图；

图9为本实用新型的踝关节拟运动驱动机构的俯视示意图；

图10为本实用新型的锁紧单元的结构示意图；

图中标记说明：

1-外骨骼盔甲，5-半壳体，6-闭合锁紧组件，7-闭合驱动单元，8-下肢盔甲，9-脚部盔甲，10-小腿部盔甲，11-大腿部盔甲，12-踝关节拟运动驱动机构，13-膝关节拟运动驱动机构，14-第一伺服电机，15-第一联轴器，16-第一传动螺杆，17-第一滑块，18-第一连接座，19-第一连杆，20-第二转轴，21-第一齿轮，22-第二齿轮，23-第二伺服电机，24-第二传动螺杆，25-第二轴承，26-第二轴承座，27-第二传动滑块，28-第二滑槽，29-第二支撑板，30-脚底壳体，31-脚面壳体，32-弧面壳体，33-闭合转轴，34-回转气缸，35-锁紧单元，36-锁紧气缸，37-浮动推头，38-锁紧销轴，39-扣合件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供了一种外骨骼生物反馈式下肢康复训练器，参见图1-图3所示，包括：

外骨骼盔甲1：包括从上到下依次连接身体躯干并包覆固定在人体下半身上的大腿部盔甲11、小腿部盔甲10和脚部盔甲9，身体躯干、大腿部盔甲11、小腿部盔甲10和脚部盔甲9依次在髋关节处、膝关节处和踝关节处相互转动连接，且在髋关节处、膝关节处和踝关节处的连接部位还分别设有使得所连接的两部件相对运动的髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构13和踝关节拟运动驱动机构12；

控制组件：包括连接髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构13和踝关节拟运动驱动机构12并控制其工作的控制器；

肌电采集组件：包括分布在大腿部盔甲11和小腿部盔甲10上分别对应大腿和小腿两侧肌肉位置的肌电信号采集单元，以及与肌电信号采集单元连接的信号记录单元，肌电信号采集单元还反馈连接控制器。

参见图7所示，大腿部盔甲11和小腿部盔甲10均包括两部分半壳体5，两部分半壳体5的一侧边相互铰接，另一侧边上设有相互配合的可开闭式闭合锁紧组件6；当闭合锁紧组件6闭合时，两部分半壳体5组成的大腿部盔甲11、小腿部盔甲10或脚部盔甲9即包覆固定在人体上对应部位。闭合锁紧组件6采用本领域常规的可实现可开启式锁紧两部分壳体的组件即可，其可以主要包括扣件和锁紧件两部分，锁紧件可以由闭合驱动单元7主动驱动插入扣件中，进而完成闭合锁紧组件6的闭合，实现对两半壳体5的闭合锁紧。

参见图4和图6所示，脚部盔甲9包括脚底壳体30和脚面壳体31，其中，脚面壳体31包括两片一侧边分别与脚底壳体30铰接的弧面壳体32，两片弧面壳体32的另一侧边设有可使两者相互拼合的锁紧单元35。

参见图6所示，弧面壳体32与脚底壳体30通过闭合转轴33铰接，在脚底壳体30后部还固定设有与闭合转轴33端部连接并驱动其转动的回转气缸34。

参见图10所示，锁紧单元35包括锁紧气缸36、浮动推头37、锁紧销轴38和扣合件39，锁紧气缸36的输出轴端依次连接浮动推头37和锁紧销轴38，扣合件39由分别设置在两片弧面壳体32上且可分离式接触的两部分组成，并带有贯穿扣合件39两部分且与锁紧销轴38对应配合的销孔；两片弧面壳体32拼合时，锁紧气缸36带动浮动推头37运动，从而推动锁紧销轴38穿入销孔中，完成扣合件39的锁紧。

参见图5、图8和图9所示，踝关节拟运动驱动机构12包括第一伺服电机14、第一联轴器15和第一传动螺杆16，其中，第一伺服电机14固定在小腿部盔甲10后部，其输出轴端通过第一联轴器15连接第一传动螺杆16，第一传动螺杆16通过轴承和轴承座支撑设置在小腿部盔甲10上，在小腿部盔甲10的下端部还设有由第一传动螺杆16带动沿小腿部盔甲10表面滑动的第一滑块17，第一滑块17还通过第一连杆19固定连接安装在脚部盔甲9上的第一连接座18。

膝关节拟运动驱动机构13可以采用常用的可主动驱动小腿部盔甲10和大腿部盔甲11发生相对屈曲的结构，也可以参见图4所示设置，其包括连接大腿部盔甲11和小腿部盔甲10的第二转轴20、第一齿轮21、第二齿轮22、第二伺服电机23等，其中，第二转轴20的一端固定在小腿部盔甲10的上端部，第二齿轮22则固定在第二转轴20的另一端，第二伺服电机23通过支架固定在大腿部盔甲11上，在第二伺服电机23的输出端，通过第二联轴器连接第二传动螺杆24，第二传动螺杆24利用第二轴承25和第二轴承座26支撑设置在大腿部盔甲11上，在第二传动螺杆24上还螺纹连接一第二传动滑块27，再在第二轴承座26上固定连接一带有第二滑槽28的第二支撑板29，第二传动滑块27与第二滑槽28配合并可沿其内部滑动，第一齿轮21与第二齿轮22啮合；此外，第二传动滑块27还固定连接一与第一齿轮21啮合的齿条。具体工作时，第二伺服电机23驱动并通过第二联轴器和第二传动螺杆24等驱动第二传动滑块27沿第二滑槽28内部移动，从而带动齿条移动，齿条即推动与其啮合的第一齿轮21旋转，进而依次带动与其连接的第二齿轮22、与第二齿轮22固定连接的第二转轴20以及与第二转轴20固定的小腿部盔甲10相对于大腿部盔甲11旋转，进而实现膝关节屈曲和舒展。

本实施例中的髋关节拟运动驱动机构可以采用常用的可主动驱动身体躯干和大腿部盔甲11发生相对转动的结构，也可以参见踝关节拟运动驱动机构12的具体设置。

本实施例中的肌电信号采集单元分布在大腿部盔甲11和小腿部盔甲10上对应比目鱼肌、股骨内侧肌、股骨直肌、腓肠外肌和胫骨前肌五块肌肉的位置，并用于采用五块肌肉的肌电信号。

本实施例的训练器在工作时，肌电采集组件中的肌电信号采集单元实时采集对应位置肌肉的肌电信号，并传输给信号记录单元和控制器，信号记录单元记录相应肌电信号信息，从而为临床医师提供客观的生理参数，为制订康复计划提供支持。当肌电信号采集单元采集的肌电信号为0(即没有采集到肌电信号)时，控制器即控制髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构13和踝关节拟运动驱动机构12进行被动运动模式，当肌电信号采集单元采集到肌电信号时，控制器接收到相应信息后即控制各驱动机构进行助力运动模式。本实用新型的训练器中，髋关节拟运动驱动机构、膝关节拟运动驱动机构13和踝关节拟运动驱动机构12的主要作用是驱使其连接部位的两部分盔甲结构发生相对转动。本实施例的控制器采用常规的plc控制器即可，此外，肌电信号采集单元采用常用的肌电信号采集设备，信号记录单元也采用常用的带信息存储功能的电子元件等。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。