一种下肢运动器及控制方法与流程

本发明属于医疗设备，尤其涉及一种下肢运动器及控制方法。

背景技术：

1、在我国，每年因意外事故、疾病和机体老化等因素造成肢体功能障碍或残疾的用户日益增多，这些用户给家庭和社会带来巨大的负担，因此，十分有必要针对肢体康复开发出一套有效的疗法；临床实践证明，运动训练法是一套十分有效的康复训练方法，它通过在康复器材上对下肢进行锻炼，刺激用户运动神经和肌肉，让用户进行足够的重复性活动，最终达到康复的目的。

2、现有的技术中，下肢训练的器械大多是关节驱动型、腿杆驱动型和足底驱动型；这些类型的下肢训练器械要么缺少姿态调整能力，要么结构设计不合理，运动空间受到限制，无法满足用户的不同训练需求。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种下肢运动器，以解决现有下肢训练装置结构设计不合理和运动空间受限导致无法实现多种姿态的空间运动及无法满足用户的不同训练需求等问题。

2、本发明提供一种下肢运动器，包括：

3、腰部支架，

4、第一姿态转换机构，其设置有两组，两组所述第一姿态转换机构分别位于所述腰部支架的左侧和右侧；每组所述第一姿态转换机构的一端固定设置，另一端与腰部支架可活动连接；两组所述第一姿态转换机构可使所述腰部支架处于站姿、坐姿或介于所述站姿和坐姿之间的任一姿态；

5、腿杆运动机构，其包括腿杆组件，所述腿杆组件设置有两组，两组所述腿杆组件分别位于所述腰部支架的左侧和右侧，并分别与所述腰部支架可活动连接；两组所述腿杆组件可提供腿部运动的动力。

6、进一步可选地，每组所述第一姿态转换机构均包括支撑架和支撑杆组件，所述支撑架固定设置；所述支撑杆组件的一端与支撑架可活动连接，另一端与腰部支架可活动连接；

7、所述腰部支架随所述支撑杆组件可相对所述支撑架向多个方向运动，进而向所述站姿或坐姿或介于所述站姿和坐姿之间的任一姿态转换。

8、进一步可选地，所述腰部支架随所述支撑杆组件相对所述支撑架向第一方向运动，可向所述站姿转换；所述腰部支架随所述支撑杆组件相对所述支撑架向第二方向运动，可向所述坐姿转换；其中，所述第一方向与第二方向相反。

9、进一步可选地，两组所述第一姿态转换机构中的支撑杆组件可相对对应的所述支撑架同步运动或不同步运动。

10、进一步可选地，每组所述第一姿态转换机构的支撑杆组件包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆的一端和第二支撑杆的一端均可转动地设置在所述支撑架上，所述第一支撑杆的另一端和第二支撑杆的另一端均与腰部支架铰接连接；

11、所述第一支撑杆和第二支撑杆相对所述支撑架同步转动，可使所述腰部支架运动。

12、进一步可选地，在所述第一支撑杆和所述第二支撑杆相对于所述支撑架转动的过程中，所述腰部支架保持水平或所述腰部支架相对于水平面的夹角的变化在阈值范围内；或，

13、所述第一支撑杆与支撑架的连接点为点a，所述第二支撑杆与支撑架的连接点为点b，所述第二支撑杆与腰部支架的连接点为点c，所述第一支撑杆与腰部支架的连接点为点d；所述点a与点b的连线及点c与点d的连线平行，所述点a与点d的连线及点b与点c的连线平行。

14、进一步可选地，每组所述第一姿态转换机构各包括一个第一伸缩杆或两组所述第一姿态转换机构中的一组包括一个第一伸缩杆；所述第一伸缩杆的一端固定或可转动设置，所述第一伸缩杆的另一端与所述第一支撑杆和第二支撑杆中的一个铰接连接；

15、所述第一伸缩杆作伸缩运动，使所述第一支撑杆和第二支撑杆相对所述支撑架同步转动。

16、进一步可选地，每组所述第一姿态转换机构各包括一个第二伸缩杆或两组所述第一姿态转换机构中的一组包括一个第二伸缩杆；一组所述第一姿态转换机构中，所述第二伸缩杆的一端与所述第一支撑杆和腰部支架中的至少一个可活动连接，所述第二伸缩杆的另一端与所述第二支撑杆和支撑架中的至少一个可活动连接；

17、所述第二伸缩杆作伸缩运动，使所述第一支撑杆和第二支撑杆相对所述支撑架同步转动。

18、进一步可选地，每组所述第一姿态转换机构的支撑杆组件包括第三支撑杆，所述第三支撑杆的一端通过转轴可转动地设置在所述支撑架上，所述第三支撑杆的另一端与腰部支架可活动连接；

19、每组所述第一姿态转换机构还包括第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与转轴驱动连接；所述第一驱动电机运动，使所述转轴带着所述第三支撑杆相对所述支撑架转动；或，

20、每组所述第一姿态转换机构还包括第三伸缩杆，所述第三伸缩杆的一端固定或可转动设置，所述第三伸缩杆的另一端与第三支撑杆铰接连接；所述第三伸缩杆作伸缩运动，使所述第三支撑杆相对所述支撑架转动。

21、进一步可选地，所述第一姿态转换机构还包括支撑杆检测件，所述支撑杆检测件包括支撑杆角度传感器，所述支撑杆角度传感器设置在所述支撑杆组件与支撑架的连接处或所述支撑杆组件与腰部支架的连接处，用于检测所述支撑杆组件相对所述支撑架的角度。

22、进一步可选地，所述下肢运动器还包括背部支架和第二姿态转换机构；所述背部支架的一端与腰部支架铰接连接，所述第二姿态转换机构设置在所述背部支架与腰部支架之间，所述第二姿态转换机构可使所述背部支架处于坐姿、躺姿或介于所述坐姿和躺姿之间的任一姿态。

23、进一步可选地，所述第二姿态转换机构包括第四伸缩杆，所述第四伸缩杆的一端与背部支架铰接连接，所述第四伸缩杆的另一端与腰部支架铰接连接；

24、在所述第一姿态转换机构使所述腰部支架进行姿态转换的情况下，所述第四伸缩杆可作伸缩运动。

25、进一步可选地，所述腰部支架包括腰部左支架、腰部右支架和位于所述腰部左支架与腰部右支架之间的腰部中支架；一组所述第一姿态转换机构与腰部左支架可活动连接，另一组所述第一姿态转换机构与腰部右支架可活动连接；

26、一组所述腿杆组件与腰部左支架可活动连接，另一组所述腿杆组件与腰部右支架可活动连接。

27、进一步可选地，所述腰部左支架和腰部右支架均设置有安装架；所述安装架形成有第一安装部，所述第一安装部包括前后设置的c安装台和d安装台；每组所述第一姿态转换机构的第一支撑杆的一端与对应的c安装台可活动连接，每组所述第一姿态转换机构的第二支撑杆的一端与对应的d安装台可活动连接；

28、每组所述第一姿态转换机构中，所述支撑架设置有安装座，所述安装座包括前后设置的a安装台和b安装台；所述第一支撑杆的另一端与a安装台可转动连接，所述第二支撑杆的另一端与b安装台可转动连接。

29、进一步可选地，所述安装架还形成有第二安装部；一组所述腿杆组件与腰部左支架的第二安装部可活动连接，另一组所述腿杆组件与腰部右支架的第二安装部可活动连接；

30、所述腿杆运动机构还包括腿杆调节单元，所述腿杆调节单元设置有两组，两组所述腿杆调节单元均固定设置；两组所述腿杆调节单元与两组所述腿杆组件一一对应地驱动连接，所述腿杆调节单元可带动对应的所述腿杆组件前后和上下运动。

31、进一步可选地，所述下肢运动器还包括底座，所述底座上设置有所述支撑架和腿杆调节单元。

32、进一步可选地，所述腿杆组件与对应的第二安装部通过铰接连接，使所述腿杆组件可相对所述腰部支架前后和左右摆动。

33、进一步可选地，所述腿杆组件包括大腿杆和小腿杆，所述大腿杆的一端与对应的第二安装部可活动连接，所述大腿杆的另一端与小腿杆的一端铰接连接，所述小腿杆与对应的腿杆调节单元铰接连接；所述小腿杆可带动所述大腿杆运动；或，

34、所述腿杆组件包括腿直杆，所述腿直杆的一端与对应的第二安装部可活动地连接，所述腿直杆的另一端与对应的腿杆调节单元铰接连接。

35、进一步可选地，所述大腿杆与小腿杆之间设置有限位结构，用于避免所述小腿杆出现反关节。

36、进一步可选地，所述大腿杆包括第一大腿杆和第二大腿杆，所述第一大腿杆和第二大腿杆可滑动地连接；所述第一大腿杆远离所述第二大腿杆的一端与对应的第二安装部可活动地连接，所述第二大腿杆远离所述第一大腿杆的一端与小腿杆铰接连接；和/或，

37、所述小腿杆包括第一小腿杆和第二小腿杆，所述第一小腿杆和第二小腿杆可滑动地连接；所述第一小腿杆远离所述第二小腿杆的一端与大腿杆铰接连接，所述第二小腿杆的另一端与腿杆调节单元铰接连接。

38、进一步可选地，所述腿杆运动机构还包括腿杆检测组件，所述腿杆检测组件包括髋关节角度传感器和膝关节传感器；所述髋关节角度传感器设置在所述大腿杆和第二安装部的连接处，用于检测所述大腿杆相对所述腰部支架的角度；所述膝关节角度传感器设置在所述大腿杆和小腿杆的连接处，用于检测所述小腿杆相对所述大腿杆的角度。

39、进一步可选地，所述腿杆运动机构还包括踏板组件，所述踏板组件包括下层踏板和上层踏板，所述下层踏板与所述小腿杆的另一端铰接连接；所述上层踏板和下层踏板通过弹性件连接；或，

40、所述上层踏板设置在所述下层踏板上且所述上层踏板为弹性件；或，

41、所述上层踏板可滑动地设置在所述下层踏板上。

42、进一步可选地，所述腿杆运动机构还包括踏板检测组件，所述踏板检测组件包括踝关节角度传感器和压力传感器；所述踝关节角度传感器设置在所述小腿杆与下层踏板的连接处，用于检测所述下层踏板相对所述小腿杆的角度；所述压力传感器设置在所述上层踏板与下层踏板之间，用于检测所述下层踏板的受力大小。

43、本发明还提供一种下肢运动器的控制方法，所述下肢运动器为上述任一项所述的下肢运动器；所述控制方法包括：

44、获取用户指令；

45、根据所述用户指令确定所述腰部支架目标运动模式和腿杆组件目标运动模式；

46、根据所述腰部支架目标运动模式控制所述腰部支架运动至腰部支架目标位置；

47、根据所述腿杆组件目标运动模式控制所述腿杆组件运动至腿杆组件目标位置；

48、其中，所述腰部支架目标位置包括所述腰部支架的站姿位置、坐姿位置或介于所述站姿位置和坐姿位置之间的任一姿态位置。

49、进一步可选地，所述第一姿态转换机构包括支撑架和支撑杆组件，所述支撑架固定设置；所述支撑杆组件的一端与支撑架可活动连接，另一端与腰部支架可活动连接；所述根据所述腰部支架目标运动模式控制所述腰部支架运动至腰部支架目标位置包括：

50、根据所述腰部支架目标运动模式对应的腰部支架目标位置确定所述支撑杆组件目标角度；

51、控制所述支撑杆组件运动至所述支撑杆组件目标角度；

52、其中，所述支撑杆组件目标角度是所述支撑杆组件相对所述支撑架的目标角度；所述支撑杆组件目标角度包括与所述站姿位置对应的站姿目标角度、与所述坐姿位置对应的坐姿目标角度、及与介于所述站姿位置和坐姿位置之间的中间姿态位置对应的中间目标角度。

53、进一步可选地，所述控制所述支撑杆组件运动至所述支撑杆组件目标角度包括：

54、控制所述支撑杆组件转动并实时获取所述支撑杆组件的支撑杆组件当前角度；

55、对比所述支撑杆组件当前角度和站姿目标角度；在所述支撑杆组件当前角度和站姿目标角度相等的情况下，控制所述支撑杆组件停止转动；或，

56、对比所述支撑杆组件当前角度和坐姿目标角度；在所述支撑杆组件当前角度和坐姿目标角度相等的情况下，控制所述支撑杆组件停止转动；

57、其中，所述支撑杆组件当前角度是所述支撑杆组件相对所述支撑架的当前角度。

58、进一步可选地，所述腿杆组件包括大腿杆和小腿杆,所述大腿杆的一端与小腿杆的一端铰接连接；所述根据所述腿杆组件目标运动模式控制所述腿杆组件运动至腿杆组件目标位置包括：

59、根据所述腿杆组件目标运动模式对应的用户脚部目标位置确定大腿杆目标角度并控制所述腿杆组件的大腿杆运动至所述大腿杆目标角度；

60、根据所述腿杆组件目标运动模式对应的用户脚部目标位置确定小腿杆目标角度并控制所述腿杆组件的小腿杆运动至所述小腿杆目标角度；

61、其中，所述大腿杆目标角度是所述大腿杆相对所述腰部支架的目标角度，所述小腿杆目标角度是所述小腿杆相对所述大腿杆的目标角度。

62、进一步可选地，所述控制所述腿杆组件的大腿杆运动至所述大腿杆目标角度包括：

63、实时获取所述大腿杆的大腿杆当前角度；

64、对比所述大腿杆当前角度和大腿杆目标角度；

65、在所述大腿杆当前角度和大腿杆目标角度的情况下，控制所述大腿杆停止运动；

66、其中，所述大腿杆当前角度是所述大腿杆相对所述腰部支架的当前角度。

67、进一步可选地，所述控制所述腿杆组件的小腿杆运动至所述小腿杆目标角度包括：

68、实时获取所述小腿杆的小腿杆当前角度；

69、对比所述小腿杆当前角度和小腿杆目标角度；

70、在所述小腿杆当前角度和小腿杆目标角度的情况下，控制所述小腿杆停止运动；

71、其中，所述小腿杆当前角度是所述小腿杆相对所述大腿杆的目标角度。

72、本发明还提供一种下肢运动器的控制方法，所述下肢运动器为上述所述的下肢运动器；所述控制方法包括：

73、获取所述下层踏板在竖直方向上的压力fy和在水平方向上的压力fx；

74、确定所述fy所在的竖直压力区间和所述fx所在的水平压力区间；

75、根据所述fy所在的竖直压力区间和所述fx所在的水平压力区间确定用户脚部的目标方向；

76、根据所述目标方向控制所述大腿杆和小腿杆运动。

77、进一步可选地，所述控制所述大腿杆和小腿杆运动包括：

78、再次获取所述fy和fx；

79、并根据所述fy所在的竖直压力区间和所述fx所在的水平压力区间实时更新用户脚部的目标方向；

80、在所述fy和fx在预设时长内均保持不变的情况下，控制所述大腿杆和小腿杆停止运动。

81、与现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：

82、第一姿态转换机构可使腰部支架处于站姿、坐姿或介于站姿和坐姿之间的任一姿态，扩大了运动空间，可实现多种姿态和大范围的空间运动；腿杆组件可提供腿部运动的动力，使用户的腿部可灵活运动；训练模式多样，可满足不同用户及同一用户的不同训练需求，解决现有下肢训练装置(例如，足底驱动型训练装置)结构设计不合理和运动空间受限导致无法实现多种姿态的空间运动及无法满足用户的不同训练需求的问题。