上肢康复训练设备及其虚拟现实训练系统的制作方法

本发明涉及医疗康复设备中的协助瘫痪患者恢复上肢运动功能的技术领域，具体涉及上肢康复训练设备及其虚拟现实训练系统。

背景技术：

中风、脑外伤患者的主要症状是肢体瘫痪，需要积极的康复治疗才能恢复其功能。瘫痪上肢和手的功能恢复远比下肢困难的多，只有10％左右的瘫痪上肢和手才能恢复到具有实用功能的水平。但是，上肢及手功能占有全身功能的60％，从某种意义上讲，上肢和手功能预后如何决定着患者是否能真正回归社会和提高其生活质量。所以，探索改善瘫痪患者上肢和手功能障碍的康复技术和设备，一直是康复工作者努力研发的方向。

上肢和手功能康复一直是临床康复的难点，传统康复手段的效果往往不尽人意。随着科技的进步，目前市场上出现的上肢康复设备为上肢运动反馈康复治疗系统和上肢康复训练机器人，但是均有其缺点：

1、上肢运动反馈康复治疗系统只适合上肢有一定运动能力的瘫痪患者使用(自己能动)，如果瘫痪患者上肢不能动，该设备则使用不了；

2、上肢康复训练机器人是机器助动，属于被动康复，不能体现主动康复这一康复技术发展理念；

3、上肢运动反馈康复治疗系统和上肢康复训练机器人均是视觉游戏水平的反馈，无体感交互，不能提供真正意义上的虚拟康复环境。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种上肢康复训练设备及其虚拟现实训练系统，通过上肢操作装置实现了帮助患者主动完成上肢的平面上的圆周运动，或帮助患者主动完成垂直方向的屈伸运动(上下摆动)，并且通过对旋转机构、摆动机构不同的锁止或定位实现不同的康复模式；进一步的，通过结合虚拟现实的训练系统，营造虚拟的训练环境，提到患者对康复训练的兴趣。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

上肢康复训练设备，至少设有上肢康复训练平台，所述上肢康复训练平台包括底座、支撑架、上肢操作装置，所述上肢操作装置与所述支撑架的一端活动连接，所述底座设置于所述支撑架的另一端；其中，所述上肢操作装置分别设有用于旋转操作、上下摆动操作的旋转机构与摆动机构。

需要说明的是，所述旋转机构包括上肢支撑平面、旋转盘、限位转座、固定座、转动轴与操作柄，所述上肢支撑平面设有腔体，所述旋转盘活动设置于所述腔体中，所述固定座位于所述旋转盘下方，所述限位转座设置于所述旋转盘与所述固定座之间，所述转动轴穿接于所述固定座、所述限位转座且其顶部与所述旋转盘的底部固定连接；所述操作柄成对并垂直设置于所述旋转盘的表面。

需要说明的是，上下摆动机构包括气动弹簧、固定架，所述固定架设置于所述支撑架一端的顶部，所述气动弹簧的一端与所述固定架铰接，其另一端与所述固定座的连接。

需要进一步说明的是，还设有旋转锁止机构，用于锁定所述旋转盘的转动；所述限位转座中设有腔体，所述固定座的表面设有限位槽；还设有限位件，所述限位件的一端设置于所述腔体内，其另一端活动设置于所述限位槽中；还设有电子锁，所述限位转座的周缘表面设有与所述电子锁的锁头相匹配的锁止孔。

需要进一步说明的是，还设有摆动锁止机构，所述摆动锁止机构包括顶架、活动件与拉线，所述顶架设置于所述气动弹簧的活塞杆的顶部，所述活动件转动连接于所述顶架中，所述活动件的一端与所述拉线的一端连接；当拉动所述拉线时，所述活动件的另一端与所述活塞杆顶部的开关相抵。

作为一种优选的技术方案，所述上肢支撑平面的两侧分别设有手肘摆放位置相应的延伸部。

需要说明的是，所述底座包括底座架、脚部操作装置，所述底座架设有腔体，所述脚部操作装置活动设置于底座架腔体内。

需要进一步说明的是，所述脚部操作装置包括脚踏板、转动轴、轴承座与扭簧，所述轴承座设置于所述腔体内，所述转动轴设置于所述轴承座中，所述脚踏板与所述转动轴固定连接，所述扭簧的一端与所述脚踏板的底部连接，另一端与所述腔体的表面连接。

作为本发明的另一种实施方式：

本发明还设有由椅座、支撑杆、训练椅本体、滚轮与椅踏板组成的康复训练椅，所述支撑杆一端与所述椅座连接，另一端与所述训练椅底部连接；所述椅踏板活动连接于所述椅座的一侧；其中，所述康复训练椅可移动至所述上肢康复训练平台一侧配合使用，且所述椅踏板的位置与所述脚踏板相应。

根据本发明上述的技术方案，可以进一步配合虚拟现实训练系统使用：

一种配合上肢康复训练设备使用的虚拟现实训练系统，包括上肢康复训练平台、康复训练椅，所述虚拟现实系统包括控制单元、显示单元与传感器，所述控制单元分别与所述显示单元、所述传感器电气连接，所述传感器分布设置于所述上肢操作装置与所述脚部操作装置。

需要说明的是，所述显示单元可为显示器，或者环绕式显示环境，或者头戴式VR虚拟现实眼罩。

作为一种优选的技术方案，所述显示单元、上肢康复训练平台、康复训练椅可以分开放置，也可作为一个整体相对放置在一个平台上。

本发明有益效果在于，通过不同的机构锁止或定位实现不同训练模式，可以帮助患者主动完成上肢的平面上的圆周运动(垂直方向的摆动锁锁定)，或可以帮助患者主动完成垂直方向的屈伸运动(平面上的圆周运动锁锁定)；其次，通过虚拟现实训练系统的配合，营造了虚拟现实的训练环境，进一步帮助患者提升康复训练的兴趣。

附图说明

图1为本发明的上肢康复训练平台的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图2中旋转机构的结构示意图；

图4为图2中摆动机构的结构示意图；

图5为本发明的康复训练椅的结构示意图；

图6为本发明的上肢康复训练平台与康复训练椅配合使用的结构示意图；

图7为发明的上肢康复训练平台、康复训练椅配与虚拟现实康复训练系统配合使用的结构示意图。

具体实施方式

下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，本发明为一种上肢康复训练设备，至少设有上肢康复训练平台100，所述上肢康复训练平台100包括底座1、支撑架2、上肢操作装置3，所述上肢操作装置3与所述支撑架2的一端活动连接，所述底座1设置于所述支撑架2的另一端；其中，所述上肢操作装置3分别设有用于旋转操作、上下摆动操作的旋转机构与摆动机构。

如图1、图2所示，所述旋转机构包括上肢支撑平面41、旋转盘42与操作柄43，所述上肢支撑平面41设有腔体，所述旋转盘42活动设置于所述腔体中，所述操作柄43成对并垂直设置于所述旋转盘42的表面。

图3所示，所述旋转机构还包括限位转座44、固定座45与转动轴46，所述固定座45位于所述旋转盘42下方，所述限位转座44设置于所述旋转盘42与所述固定座45之间，所述转动轴46穿接于所述固定座45、所述限位转座44且其顶部与所述旋转盘42的底部固定连接。

需要进步一说明的是，所述转动轴46的表面周缘设有凸块，所述限位转座44设有用于穿接所述转动轴46的轴孔，所述轴孔设有与所述凸块相匹配的槽体，所述槽体的高度与所述轴孔的高度一致。

需要进一步说明的是，所述旋转盘42的直径应当小于所述腔体的内径；其活动的方式为旋转盘42相对于所述腔体进行转动。

需要进一步说明的是，如图3所示，还设有旋转锁止机构，用于锁定所述旋转盘42的转动；所述限位转座44中设有腔体441，所述固定座45的表面设有限位槽451；还设有限位件47，所述限位件47的一端设置于所述腔体441内，其另一端活动设置于所述限位槽451中；还设有电子锁200，所述限位转座44的周缘表面设有与所述电子锁200的锁头相匹配的锁止孔442。

作为一种优选的技术方案，所述限位槽的长度为半个圆周，即所述旋转盘在所述限位件与限位槽的配合下，平面转动180度。

需要进一步说明的是，所述电子锁与设置于上肢支撑平面上的旋转锁止按钮电气连接，所述按钮控制所述电子锁的供、断电状态。

需要进一步说明的是，所述电子锁可以设置于所述限位转座的周缘的任一位置。

如图2所示，所述上下摆动机构包括气动弹簧51、固定架52，所述固定架52设置于所述支撑架2一端的顶部，所述气动弹簧51的一端与所述固定架52铰接，其另一端与所述固定座45连接。

如图4所示，还设有摆动锁止机构，所述摆动锁止机构包括顶架53、活动件54与拉线，所述顶架53设置于所述气动弹簧51的活塞杆的顶部，所述活动件54转动连接于所述顶架53中，所述活动件54的一端与所述拉线的一端连接；当拉动所述拉线时，所述活动件54的另一端与所述活塞杆顶部的开关300相抵。

作为一种优选的技术方案，所述气动弹簧可以为氮气弹簧。

作为一种优选的技术方案，本发明的活动件为倒设的挂钩，所述拉线与挂钩的钩体连接。

需要进一步说明的是，所述拉线的另一端与设置于所述上肢支撑平面上的摆动锁止按钮连接。

需要进一步说明的是，所述气动弹簧的拉力与所述上肢操作装置的重量应当匹配，在上肢操作装置失重情况下，患者通过双手握住的操作柄和肘部在上肢支撑平面上的力量，做上肢操作装置的上下摆动。

作为一种优选的技术方案，所述上肢支撑平面的两侧分别设有手肘摆放位置相应的延伸部。

需要说明的是，底座1包括底座架、脚部操作装置，所述底座架设有腔体，所述脚部操作装置活动设置于底座架腔体内。

需要进一步说明的是，所述脚部操作装置包括脚踏板6、转动轴、轴承座与扭簧，所述脚部操作装置包括脚踏板、转动轴、轴承座与扭簧，所述轴承座设置于所述腔体内，所述转动轴设置于所述轴承座中，所述脚踏板与所述转动轴固定连接，所述扭簧的一端与所述脚踏板的底部连接，另一端与所述腔体的表面连接；进一步的，由于脚踏板和转动轴固定在一起，通过轴承座固定在底座架腔体内，当脚踏板踩下去后扭簧会产生反作用力，当脚踏板没有受力时，扭簧会使脚踏板往上翘；进一步的，为了偏瘫患者(即左侧或右侧瘫痪)通过健康脚带动瘫痪脚进行康复，所述踏板通过转动轴可为一体成型，再通过转动轴与轴承座之间的铰接实现转动，即可通过一根转轴实现两个独立的踏板同时转动。

作为本发明的另一种实施方式：

如图5所示，本发明还设有由椅底座71、支撑杆72、训练椅本体73、滚轮74与椅踏板75组成的康复训练椅7，所述支撑杆72一端与所述椅底座71连接，另一端与所述训练椅本体73底部连接；所述椅踏板75活动连接于所述椅底座71的一侧。

如图6所示，所述康复训练椅7可移动至所述上肢康复训练平台100一侧配合使用，且所述椅踏板的位置与所述踏板相应。

需要进一步说明的是，所述滚轮处还设有锁定机构，通过锁定机构实现滚轮的滚动或停止，便可对康复训练椅进行移动或定位。

作为另一种优选的技术方案，滚轮与椅座底部还设有升降装置，所述升降装置由弹簧和限位件构成，通过限位件调整弹簧不同的压缩状态，使康复训练椅适合不同身高的患者。

根据本发明上述的技术方案，可以进一步配合虚拟现实训练系统使用：

如图7所示，一种配合上肢康复训练设备使用的虚拟现实训练系统，包括上肢康复训练平台100、康复训练椅7，所述虚拟现实训练系统400包括控制单元、显示单元与传感器，所述控制单元分别与所述显示单元、所述传感器电气连接，所述传感器分布设置于所述上肢操作装置与所述脚部操作装置。

需要说明的是，所述显示单元可为显示器，或者环绕式显示环境，或者头戴式VR虚拟现实眼罩。

作为对本发明的虚拟现实训练系统、上肢康复训练平台、康复训练椅可以是各自独立的单元，再配合使用；另外，也可以作为一个整体装设于一个平台中。

作为一种优选的技术方案，所述虚拟现实训练系统还包括音频播放单元，进一步增加由虚拟现实训练系统营造的训练环境的真实性，最大限度的降低患者在康复训练过程的单调，从而增强患者对康复训练的兴趣。

实施例

上肢康复训练平台的旋转机构康复训练模式：

患者手握旋转盘上的操作柄，然后通过顺、逆时针对旋转盘进行旋转；由于旋转盘在上肢支撑平面的腔体中可以自由转动，因此患者通过手柄控制旋转盘的旋转方向实现康复训练。

上肢康复训练平台的摆动机构康复训练模式：

患者手握旋转盘上的操作柄，然后肘部放置在上肢支撑平面两侧的延伸部上，由于在上肢支撑平面的底部设有与支撑架铰接的气动弹簧，用于减轻或消除上肢操作装置的重量，因此，可自由的向上拉动或下压上肢支撑平面，进行上、下摆动的康复训练。

上肢康复训练平台的旋转结构与摆动机构的康复训练结合模式：

旋转机构、摆动机构分别设有锁止机构和定位机构。当旋转机构被锁止后，即，患者按下旋转锁止按钮，与旋转锁止按钮电气连接的电子锁将被断电，而电子锁的锁头随即弹出，此时患者若将旋转盘复位(即两操作柄连线与患者相对平行)，锁头便可伸入限位转座周缘上设置的锁止孔中，便可锁定旋转盘。此时，患者只可以通过摆动机构进行上、下摆动的康复训练；

当摆动机构被定位后，即，患者按下摆动锁止按钮并旋转固定，通过按钮拉动拉线，从而带动挂钩转动，直至挂钩的另一侧与气动弹簧活塞杆上的开关相抵，此时，气动弹簧可被压缩，患者可以做上下摆动训练；而档旋转按钮，解除固定，便可对气动弹簧进行锁止，此时，患者可以只通过旋转机构进行转动康复训练；若患者在摆动机构上拉过程或下压过程的任意位置进行定位，然后利用旋转机构进行康复训练，其优点在于，由于不同的位置点前臂与后臂的距离不同，从而可实现了不同的训练内容；另外，当患者同时解锁旋转机构、摆动机构，患者在进行旋转康复训练的同时可以上拉或下压摆动机构，进一步增加康复训练的难度和强度。

上肢康复训练平台与脚部操作装置的配合康复训练模式：

患者在实施上述上肢康复训练模式下，可以通过脚部操作装置的脚踏板，及其传感器等其他虚拟现实装置，配合上肢康复训练，进一步增加上肢训练效果或训练的难度，或达到四肢联动的康复效果。

对于不通身高的患者，可以通过康复训练椅的一端和升降，达到舒适的坐姿，方便操作该康复训练设备。

此外，本发明还提供一种与上肢康复训练平台、康复训练椅配合使用的虚拟现实康复训练系统，该系统至少设有控制单元、显示单元、若干传感器与音频播放单元，所述控制单元中预设了不同模拟场景(任务或游戏)，通过显示单元进行显示，再利用分布设置在旋转机构、摆动机构、脚踏板中的传感器，实时获得患者在相应机构的动作，并将该动作反馈至控制单元中，再由控制单元处理后反映在显示单元中具体场景(任务或游戏)的某一动作；为了增加现实感，所述显示单元可优选为环绕式的屏幕或投影，或直接通过VR眼罩进行显示。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。