四肢联动康复医疗器械的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域，特别是涉及一种四肢联动康复医疗器械、控制方法及交互方法。

背景技术：

对于上、下肢有障碍、需要康复的患者而言，康复训练是很重要的一个康复环节，康复训练的主要目的是使患者的上、下肢关节得到活动，逐渐恢复其肌肉功能与神经功能。当前康复训练主要通过人工按摩或借助必要的器械进行，人工按摩方式依赖于人工的按摩时长，由于专业的康复按摩人员较少，因此较难得到稳定的、时长足够的康复训练，当前市面上的康复医疗器械也大都较为简单，一般都是单独针对上肢或下肢进行康复训练的，存在使用不便、体验较差的问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种使用方便、用户可按需选择训练模式的四肢联动康复医疗器械、控制方法及交互方法。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的四肢联动康复医疗器械，包括：

一机座；

两联动组件，两者分别安装于所述机座的两侧；每组所述联动组件均包含手扶部以及脚踏部，此外还包含用于动力输入的驱动曲柄；两组联动组件的驱动曲柄之间以180°的相位差安装；

一电机，其为双出轴电机，其本体固定安装在所述机座上，其两侧伸出的电机轴上各固定有一个所述驱动曲柄；及

一控制单元，其与所述电机电连接。

进一步地，所述联动组件还包括：

第一连杆，其一端铰接在所述驱动曲柄上，且所述脚踏部相对其固定；及

第二连杆，其中部铰接在所述机座上，其下端与所述第一连杆铰接，且所述手扶部形成于其上端。

进一步地，所述电机的本体包括电机部以及换向部；

所述电机轴由所述换向部的两端端面伸出；

所述电机部安装在所述换向部上，且其转子的转动轴垂直于所述电机轴。

进一步地，

所述换向部两端端面上各固定有一块固定板；

所述机座上具有电机安装杆，所述电机安装杆中部形成有容纳电机的空缺，两块所述固定板分别固定在所述电机安装杆的两侧；每块固定板跨过所述空缺且两端分别固定在空缺两边的杆体上。

有益效果：本实用新型的四肢联动康复医疗器械，通过在机座上设置两组联动组件，使得用户的四肢可协调联动动作，用户可利用上、下肢中有力量的一者带动没有力量的一者，此外用户还可选择开启电机助力运动，可选性强，使得用户可自主得到有效的锻炼。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一之四肢联动康复医疗器械的结构图；

附图2为本实用新型实施例一之电机的结构图；

附图3为本实用新型实施例一之电机与曲柄以及机座三者之间的连接结构图；

附图4为本实用新型实施例二之四肢联动康复医疗器械的控制方法的流程示意图；

附图5为本实用新型实施例三之四肢联动康复医疗器械的交互方法的流程示意图。

附图中各附图标记所代表的零部件名称如下：

1-机座；11-电机安装杆；12-座椅调节固定杆；2-联动组件；21-驱动曲柄；22-第一连杆；23-第二连杆；24-脚踏部；25-转轴；26-转动轴承；27-联轴器；28-手扶部；3-电机；31-电机轴；32-电机部；33-换向部；331-螺丝孔；4-控制单元；5-固定板；6-座椅部；61-滑座；7-信息交互单元；8-投影仪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

实施例一

为了实现本实用新型的目的，本实用新型先公开了一种四肢联动康复医疗器械。

如附图1所示的四肢联动康复医疗器械，包括一机座1、两联动组件2、一电机3及一控制单元4；其中，两联动组件2分别安装于所述机座1的两侧；每组所述联动组件2均包含手扶部28以及脚踏部24，手扶部28以及脚踏部24通过机械结构产生预定的联动作用，即只要手扶部28产生动作，脚踏部24就会由于机械结构的联动作用相应产生运动，如此对于身体状况不同的用户均可通过联动组件2使手脚同时运动，有的用户腿部有创伤力量弱，可通过手臂力量带动腿部运动，同理，有的用户手臂有创伤力量弱，可通过腿部力量带动手臂运动，此外，联动组件2还包含用于动力输入的驱动曲柄21，驱动曲柄21连接电动力元件，可针对手臂力量与腿部力量均较弱的用户提供外来助力，使其可以无障碍进行康复运动；两组联动组件2的驱动曲柄21之间以180°的相位差安装，如此较为符合人正常的运动规律。

具体地，上述联动组件2除了手扶部28以及脚踏部24外，还包括第一连杆22与第二连杆23；其中，第一连杆22的一端铰接在所述驱动曲柄21上，且所述脚踏部24相对其固定；第二连杆23的中部铰接在所述机座1上，其下端与所述第一连杆22铰接，且所述手扶部28形成于其上端。优选地，第一连杆22与第二连杆23的铰接点位于脚踏部24及驱动曲柄21之间，如此，当联动组件2整体运转时(不管是由用户驱使或由电动力元件驱使)，脚踏部24的运行轨迹符合人的行走步态，且手扶部28与脚踏部24之间的联动较为协调，符合人体的正常运动规律，可起到较好的康复训练效果。

上述电动力元件为电机3，其为双出轴电机，其本体固定安装在所述机座1上，其两侧伸出的电机轴31上各固定有一个所述驱动曲柄21；控制单元4与所述电机3电连接，其可受控驱使驱动曲柄21转动、停止、加速、减速等，使联动组件2相应地主动运动带动用户锻炼。

具体地，如附图2所示，所述电机3的本体包括电机部32以及换向部33；所述电机轴31由所述换向部33的两端端面伸出；所述电机部32安装在所述换向部33上，且其转子的转动轴垂直于所述电机轴31，换向部33内部设置换向组件，换向组件可以是伞齿轮传动方式以实现交叉轴的传动，优选地，换向组件为蜗轮蜗杆组件，不仅实现了交叉轴的传动，还起到减速增大扭矩的作用，使得电机3整体从电机轴31输出的转速范围较小，且输出扭矩较大，符合本实用新型的康复医疗器械的运行条件。此外，使电机部32的转子的转动轴垂直于所述电机轴31，可使电机部32的长度方向垂直于电机轴31的轴向，从而电机3与两侧的驱动曲柄21之间的连接结构可做得较为紧凑，不受电机部32的长度的影响。

所述换向部33两端端面上各设有螺丝孔331，且两端端面上各固定有一块固定板5，如附图3所示，固定板5通过螺入螺丝孔331的螺钉固定在换向部33的端面上；所述机座1上具有电机安装杆11，所述电机安装杆11中部形成有容纳电机2的空缺，两块所述固定板5分别固定在所述电机安装杆11的两侧；每块固定板5跨过所述空缺且两端分别固定在空缺两边的杆体上。采用这种结构，使得电机3的安装不会占用多余的空间，使得电机3与两侧的驱动曲柄21紧凑可靠地安装到机座1上。

驱动曲柄21可直接固定连接在所述电机轴31上，但较为优选地，如附图3所示，驱动曲柄21通过独立的转轴25转动安装在固定板5上，且转轴25与固定板5之间配置有转动轴承26；此外，转轴25通过联轴器等方式连接电机轴31。上述第二种连接结构可减少电机轴31的负载，可靠性相对较高。

可选地，本实用新型的四肢联动康复医疗器械还包括座椅部6，且座椅部6可相对于所述机座1调节高低和/或前后位置，本实施例中，座椅部6可相对于机座1同步调节高低与前后位置，具体方式为：机座1上具有倾斜设置的座椅调节固定杆12，座椅部6的底部形成有滑座61，滑座61相对于座椅调节固定杆12滑动配合，且滑座61上安装有使其可相对座椅调节固定杆12固定的锁定单元。采用上述结构，用户可根据腿长调节座椅部6的高度与前后位置，相比于传统的只能调节高低位置或只能调节前后位置的方案，本方案中不同身高的用户使用器械时的坐姿较为一致，符合人体工程学。

基于上述机械结构，用户可选择训练模式，一种训练模式是使电机3处于关闭状态，用户依靠自身力量驱使两组联动组件2运转，另一种训练模式是使电机3处于开启状态，电机3使联动组件2运转，用户被动进行康复训练，在较为简单的实施例中，控制单元4可以是简单的控制电源通断的开关，打开开关使电机3通电匀速转动即可实现驱使用户被动进行康复训练。在优选的实施例中，为了提升用户体验，将使用较为智能的方式控制电机3的启停，使电机3的启停与否以及启动时的转速与用户的实际情况相匹配，此方案将在下面的实施例中加以说明。

实施例二

为了本实用新型的目的，本实用新型还公开了一种四肢联动康复医疗器械的控制方法，该控制方法基于实施例一之四肢联动康复医疗器械并应用于四肢联动康复医疗器械的控制单元4，为了实现本实施例的控制方法，四肢联动康复医疗器械上还配置有传感器组以及信息交互单元7，所述控制单元4电连接传感器组与信息交互单元7。控制单元4本身主要包括处理器与存储器，其中存储器内存储有可实现四肢联动康复医疗器械的控制方法的程序，处理器运行存储器内的程序以实现对四肢联动康复医疗器械的控制。

此处，传感器组包括用于检测四肢联动康复医疗器械的运行参数的传感器和/或用于检测人体的体征参数的传感器。其中，用于检测器械的运行参数的传感器包括但不限于可检测电机3的运行电流的电流检测传感器、可检测电机3的输出转速的转速检测传感器(可以是编码器或旋转变压器等)、可检测电机3的电机轴31与驱动曲柄21之间的传动扭矩的扭矩检测传感器。用于检测人体的体征参数的传感器可设置在可与控制单元4通信的可穿戴设备上，包括但不限于心率传感器、汗水检测传感器、体温检测传感器。

所述信息交互单元7包括但不限于是指令输入模块(如按钮、触摸屏、语音指令输入麦克风等)、信息显示模块(如指示灯、数码管、led光柱、显示屏等)。

如附图4所示，所述方法包括如下步骤a1-a4，需要说明的是，此处的步骤编号并不限定各步骤的执行顺序，仅用于提供一种优选执行步骤的参考，其中若干步骤在不影响运行逻辑的前提下可颠倒或同步执行，对于针对本实用新型的若干步骤进行颠倒或同步执行的技术方案也应当视为落入本实用新型的保护范围。

步骤a1，通过传感器组采集当前状态下的特定运行数据；其中，所述特定运行数据包括四肢联动康复医疗器械运行过程中其本身的运行参数和/或用户的体征参数；

本实施例中，运行参数包括电机3的转速和/或电机3的运行电流和/或电机轴31与驱动曲柄21之间的传动扭矩；用户的体征参数包括用户的心率和/或出汗率和/或体温和/或卡路里消耗量和/或训练时间。

回到图4，步骤a2，通过信息交互单元7监控是否有控制指令输入；

本步骤可与步骤a1同步进行，即控制单元4可同步采集传感器组的数据以及监控信息交互单元7是否有指令输入。此外，本步骤中，信息交互单元7输入的控制指令可以是按钮、触摸屏等物理输入设备输入的触发信号，也可以是用户发出的语音指令。

回到图4，步骤a3，根据所述特定运行数据判断是否构成触发某一功能模式的触发条件，若构成，触发相应的功能模式；

本步骤中，控制单元4内预设有多种功能模式，包括被动模式、助力模式及主动模式，各功能模式各自对应一套针对电机3的控制策略，所述控制策略包括启动、加速、减速及停止。具体地，主动模式下，对电机3的控制策略为使电机3停止，此时用户完全凭借自身力量驱使，电机3处于从动状态；助力模式下，此时对电机3的控制策略为根据实际情况控制电机3的转速，实现适当助力；被动模式下，用户完全依靠电机3进行康复训练，此时对电机3的控制策略为控制电机3匀速运转或间歇性启停或周期性调速运转等模式使用户的手臂与腿部得到充分的锻炼。

本步骤中根据特定运行数据中运行参数这一类数据对三种功能模式的切换策略具体包括如下步骤b1-b4：

步骤b1，读取所述运行参数并与预设的各触发条件的阈值比对；若根据运行参数判断出用户无自主运动能力或自主运动能力弱，执行步骤b2；若根据运行参数判断出用户的体力不足，执行步骤b3；若根据运行参数判断出用户的体力充足，执行步骤b4；

本步骤中，针对各情形的具体判断标准为：

当控制单元4接收到启动整个康复医疗器械的指令且在一段时间内未检测到电机3产生转速或检测到电机3产生的转速慢于特定值，或者检测到电机3的转速大幅衰减至特定值以下且控制单元4未接收到停止整个康复医疗器械的指令，则判定用户无自主运动能力或自主运动能力弱；

当控制单元4读取到的电机转速参数呈现出递减趋势，且减速幅度达到特定比例，则判定用户体力不足；此时，可控制电机3运转对其进行助力；

当控制单元4在未启动电机3的情形下读取到的电机转速参数不低于特定值，或当电机3以高于设定值的转速转动时检测到电机3的电机轴31与驱动曲柄21之间的传动扭矩的方向与电机轴31的转动方向同向，则判断用户体力充足。上述的后一种情况下，说明电机轴31的转速跟不上用户想要达到的转速，且电机轴31的转速已经高于一定的设定值，此时说明用户的体力足以使康复医疗器械在无动力情形下以较高的频率运转，无助力必要。

步骤b2，执行被动模式；

步骤b3，执行助力模式；

步骤b4，执行主动模式。

本步骤中根据用户的体征参数对三种功能模式的切换策略具体包括如下步骤c1-c2：

步骤c1，根据所述体征参数判断当前功能模式或运转频率与用户的体能是否匹配；若匹配，维持当前的功能模式，若不匹配，转至步骤c2；

步骤c2，切换至匹配的功能模式或相应调节运转频率。

具体地，本实施例中，判别功能模式与用户的体能是否匹配的方式为：

当用户的心率或出汗率或体温突破其对应的阈值，说明当前康复医疗器械的运动频率过高，需要降低运动频率或使康复医疗器械停止运动，可执行控制电机3使其转速降低、从被动模式切换至主动模式等控制策略。此外，若预设的训练计划中对用户的单次运动或一个阶段的运动设定有任务条件，则在达到任务条件后切换功能模式或运转频率，如：当用户的卡路里消耗量或运动时间达到预设的值，控制单元4可按照预先设定的训练计划停止器械的运行，或切换至下一运动阶段的功能模式，或根据下一阶段的运动需要调节运转频率。

综上，通过对康复医疗器械的运行参数以及用户的体征参数进行双重监测，可使用户在合适的功能模式下进行康复训练，且可根据用户的实际情况精确调节运行频率，实现较好的康复训练效果。

回到图4，步骤a4，当有控制指令输入，根据控制指令的类型执行所述控制指令对应的功能模式；

本步骤与上述步骤a3没有先后顺序之分，即哪个步骤先达到条件哪个步骤先执行。本步骤中，控制指令可以是按钮、触摸屏等物理输入设备输入的触发信号，也可以是用户发出的语音指令，语音指令如“主动模式”、“速度慢一点”、“停止”等，控制单元4将语音指令转化为有效的控制信号并对应执行。

实施例三

为了实现本实用新型的目的，本实用新型还提供了一种四肢联动康复医疗器械的交互方法。

所述控制单元4与显示设备通信连接，显示设备可以是信息交互单元7的一部分(如安装在机座1上的显示屏、触摸屏等)，也可以是外设的显示器、投影仪等，本实施例中，显示设备为安装在机座1上的投影仪8。显示设备(如投影仪)与控制单元4之间可通过有线的方式连接，也可以通过无线的方式连接，如wifi连接方式。

此外，显示设备与四肢联动康复医疗器械之间的联动方式有三种，一种方式为：四肢联动康复医疗器械的控制单元4作为主控设备，显示设备只作为画面输出设备；第二种方式为：显示设备自带有控制系统，且显示设备的控制系统作为主控设备，四肢联动康复医疗器械的控制单元4执行其分派的任务并为显示设备的控制系统提供所需的数据；第三种方式为：四肢联动康复医疗器械的控制单元4仅为一个可引入导出数据的接口或信号发送接收器，所有的数据处理过程均由显示设备自带的控制系统完成。不管上述四肢联动康复医疗器械与显示设备两者何为主控，何为协助，下述的交互方法将两者作为一个整体进行控制进行叙述。

基于上述硬件设施及说明，如附图5，所述交互方法包括如下步骤d1-d3：

步骤d1，输出交互数据至所述显示设备的显示端，使显示设备的显示端显示初始的交互画面；

本步骤中，显示设备的显示端代表显示设备的最终呈现出视觉画面的部分，可以是显示屏的屏幕部分，也可以是投影仪的投射影像的部分，当显示设备作为主控端时，交互数据来源于其自身的控制系统，当四肢联动康复医疗器械作为主控端时，交互数据来源于控制单元4。显示设备的显示端显示的初始的交互画面为游戏画面，控制单元4或显示设备的控制系统的存储器内存储有若干游戏程序，每组游戏程序对应于一种游戏模式，游戏模式可以是竞速游戏、任务游戏等游戏模式。

步骤d2，在用户开始使用四肢联动康复医疗器械后，执行上述的控制方法，并读取电机3的转速数值；

步骤d3，根据所述转速数值计算理论里程数值，并据此更新所述交互画面的内容以将用户的运动情况以可视化画面反馈给用户。

在步骤d2-d3中，当用户使用四肢联动康复医疗器械开始执行康复训练任务后，控制单元4或显示设备的控制系统内的游戏程序相应启动，游戏中设置对应于用户的角色，通过使角色在交互画面中运动与用户自身在器械上的运动进行同步匹配，使用户具有代入感，增强康复训练的趣味性，使得用户可积极地进行康复训练。如可设置一种竞速游戏如单车比赛，用户通过在器械上运动可参与到游戏中的单车比赛中；又如可设置一种任务游戏如寻宝游戏，用户通过在器械上运动使游戏角色在交互画面的地图中运动寻找预设的宝物。这些游戏可使用户在有趣的交互中进行康复训练，提升身体素质。

当显示设备作为主控端时，控制单元4主动或被动(引入主控端的控制信号)执行针对四肢联动康复医疗器械的控制方法，并向显示设备的控制系统提供采集的电机3的转速数值；当四肢联动康复医疗器械作为主控端时，控制单元4执行控制方法以及步骤d3的数据处理过程，仅将最终的更新后的交互画面的数据发送至显示设备，显示设备对数据进行解码并最终呈现出来。

可选地，为了便于对用户进行管理，在步骤d1之前还包括如下步骤e1-e3：

步骤e1，获取用户的身份信息；

步骤e2，根据用户的身份信息读取对应的用户数据，其中，所述用户数据包括用户的基础数据；

本步骤中，用户的基础数据主要包括两个层面：第一为用户的病情数据，包括障碍类型(如上肢障碍、下肢截瘫等)、障碍等级等信息；第二为用户的运动能力等级数据，该数据可由评估师根据预设的等级标准评估后录入，也可由系统自己测试得出。主控设备的控制系统(单元)在获取到用户数据后，首先判断基础数据是否完善，若不完善则触发运动能力等级测试流程。

上述运动能力等级测试流程包括：首先，单独测试上肢与下肢的运动能力，并进行评级；具体为，通过信息交互单元或显示设备向用户发出特定指令，如信息交互单元输出语音数据“下面请单独用上肢运动30秒”，主控设备的控制系统(单元)通过读取电机3的转动数据可统计相应肢体在规定时间内完成的完整周期数目以及峰值频率等数据，估算出相应肢体的运动能力等级；然后，测试上肢与下肢的协同运动能力并进行评级，其方法同上，通过向用户发出特定指令并采集电机3的运行数据得出上肢与下肢的协同运动能力等级。

当用户为老用户时，主控设备的控制系统(单元)在每次用户完成训练后，根据本次训练的数据对用户的基础数据进行更新，主要是上调或下调用户的运动能力等级数据，以备下次运行时有较新的基础数据进行参考，方便系统针对用户制定合适的训练内容。

步骤e3，根据所述用户数据确认本次训练的训练内容。

其中，所述训练内容包括多个训练阶段，每个训练阶段有每个训练阶段的训练任务以及激励措施，激励措施以设定的激励条件为触发条件；主控设备的控制系统(单元)在与用户互动的过程中执行上述的步骤d1-d3的流程，并在互动过程中根据采集的电机3的转动数据换算出特定值(如运动里程、运动平均速度)，判断特定值是否满足激励条件，若满足触发对应的激励措施，如此可不断给予用户参与感与新鲜感，提升用户的能动性，使得训练不再枯燥无味。举例说明：如在一种游戏中，游戏角色通过竞速比赛赚取金币(激励措施)升级游戏装备提升比赛段位。

系统执行上述流程的同时主控设备的控制系统(单元)执行如下步骤f1-f，3以实现对用户的过程监控与动态调整：

步骤f1，采集四肢联动康复医疗器械运行过程中产生的过程数据；其中，过程数据包括用户的体征参数；

步骤f2，依次读取所述过程数据中的参数，并将各参数与各自对应的预设阈值进行比较，判断是否达成特定的触发条件；当达成触发条件，进入步骤f3；

步骤f3，根据所达成的触发条件，触发对应的调整流程对当前正在执行的训练内容进行更新；其中，更新方式包括：增、加或减少训练阶段和/或调整训练阶段的训练任务。

本步骤中，对于更新方式举例如下：在用户进行当前的训练内容时，用户的心率超过阈值或持续维持在较高状态时，可增加一个强度较小或暂停的训练阶段，为了不影响游戏体验，可在游戏中利用介入元素使得用户可暂且休息，介入元素如在游戏中设置风雨大作的场景，使得当前的寻宝游戏活动无法继续进行，用户在游戏中的角色可到路边店中躲雨休息，同事用户可得到休息，当系统检测到用户的心率维持在较低频率，再结束当前的介入元素，这样不会打断用户在游戏中的代入感，游戏体验不会中断。当用户重新投入到训练中时，若不久体征特征又出现异常，系统可判断，用户的运动已经达到限度，可以减少训练阶段，提前结束训练内容，并根据本次训练的时长、强度等数据更新用户的基础数据。

再如，当用户体力充沛时，可适当增加训练阶段，如在游戏中增加如下介入元素：当用户处于漫步阶段时，周边突发犯罪活动，游戏画面中提示捉住罪犯的激励措施(如奖励金币)，用户可参与至追逐罪犯的游戏中，并在达成任务后领取相应的奖励。这样可使用户完成一个强度较高短时训练，使得训练过程张弛有度。

基于上述的训练内容更新方式，可根据用户的体征数据动态调整训练任务，在不影响游戏体验的情形下对各用户的训练进行动态调整与管理，以达成训练目的。

通过上述步骤，可有效地针对每个用户进行针对性管理，使用户的康复训练具有体系化，达到较好的系统训练，且方便用户对游戏进程进行管理，通过设置通过时长较为持久的游戏，可使用户积极地投入康复训练中去，提升康复训练的效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。