高适配的人体关节等速训练系统

本技术涉及医疗康复器械，具体涉及一种高适配的人体关节等速训练系统。

背景技术：

1、人口老龄化、交通事故多发化导致关节损伤频次急剧增加，尽早进行科学、系统、适配的康复训练，可以有效提高患者的生活能力和功能状态。近年来，陆续出现一批人体关节训练系统，辅助患者完成关节康复训练，并通过评价系统得到人体运动数据，为进一步优化康复训练提供客观依据。目前，人体关节训练系统大多采用等速训练模式：需要专用设备在训练前设定相应速度，设备产生顺应性阻力，即根据患者施加的作用力调整输出的阻力矩，使患者肌张力增高，力矩输出增加。在此过程中，患者与训练执行器之间的位置和姿态关系极为重要，很大程度地影响等速训练效果。

2、如中国专利公开了一种等速肌力多关节康复训练方法与系统，申请号：202210588179.1，包括底座组件(1)、动力组件(2)、控制组件(3)、座椅组件(4)和计算机组件(5)；底座组件(1)上设有转动支杆(12)，所述动力组件(2)转动设置在转动支杆(12)的顶端。该类型系统中各个模块组件大多采用直线型布置方式，即受试者座椅组件、训练执行器组件、控制组件通过直线滑动组件连接配合，因此，很容易造成患者肢体与训练执行器间的配合灵活性差，影响训练效果。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种高适配的人体关节等速训练系统，以解决背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高适配的人体关节等速训练系统，包括控制系统组件、座椅系统组件和执行器系统组件，控制系统组件通过线路与座椅系统组件完成数据交互，座椅系统组件与执行器系统组件通过粗调摆动模块与粗调平移模块机械固连，所述座椅系统组件包括座椅、精调摆动模块、支撑柱、粗调摆动模块和支撑底座；所述座椅通过底部的所述精调摆动模块与所述支撑柱连接；所述支撑柱固定在所述支撑底座上，所述粗调摆动模块与所述执行器系统组件连接；所述执行器系统组件包括末端执行器、精调平移模块、升降模块、支撑座及粗调平移模块，所述末端执行器通过所述精调平移模块与所述升降模块连接，所述升降模块安装在所述支撑座上，所述支撑座的下部与所述粗调平移模块连接。

3、优选地，所述精调摆动模块包括精调摆动电机、齿轮箱和交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的外圈与齿轮箱中的大齿轮固连，内圈固定在齿轮箱上，精调摆动电机固定在齿轮箱上与内部的小齿轮连接。

4、优选地，所述粗调摆动模块包括粗调摆动电机、蜗轮蜗杆机构和安装盘，所述粗调摆动电机固定在蜗轮蜗杆机构的一侧并与蜗杆连接，所述安装盘与所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮连接。

5、优选地，所述粗调平移模块包括粗调平移电机、滚珠丝杠、滑动导轨和支撑箱，所述支撑箱的一侧与所述安装盘连接，支撑箱另一侧的底部设有滚轮，所述粗调平移电机与所述滚珠丝杠连接，滚珠丝杠上带有螺帽支架，所述滑动导轨位于滚珠丝杠的两侧，滑动滑轨上安装有滑块，所述滑块与所述支撑座固连。

6、优选地，所述升降模块包括升降电机、内壳体、外壳体、电机支撑板、竖直滚珠丝杠和光轴，内壳体底部固连在支撑座，外壳体顶部与精调平移模块连接，四根光轴对称分布于电机支撑板上，光轴的一端通过光轴固定座与外壳体机械连接，滚珠丝杠设有两个螺母副并分别与内壳体和外壳体固连，丝杆另一端通过联轴器与升降电机相连。

7、优选地，所述精调平移模块包括精调平移电机、锥齿轮组、外壳、大齿轮和齿框，所述精调平移电机安装在外壳内，精调平移电机与所述锥齿轮组的一端连接，锥齿轮组的另一端与所述大齿轮固接，所述大齿轮与所述齿框啮合，所述齿框的上部与末端执行器连接。

8、优选地，所述末端执行器包括支架、伺服电机、行星减速器、柔性连接件、扭矩传感器、绝对值编码器和输出轴；所述支架的底部与所述齿框固接，所述伺服电机固定在支架上，所述行星减速器通过皮带与所述伺服电机连接，所述行星减速器的输出端通过所述柔性连接件与所述扭矩传感器连接，扭矩传感器另一端与所述输出轴连接，所述绝对值编码器通过皮带与所述输出轴连接。

9、本实用新型的有益效果是：高适配型人体关节等速训练系统同时引入粗调摆动模块、精调摆动模块、粗调平移模块、精调平移模块，实现对执行器系统与患者之间的距离和角度的两级两类调节。即该装置可以根据患者训练位置、训练体位、训练肢体的不同进行快速、精准的位置调节和姿态调节，适康复训练过程既保证了稳定性，又保证了灵活性。

技术特征：

1.一种高适配的人体关节等速训练系统，包括控制系统组件、座椅系统组件和执行器系统组件，控制系统组件通过线路与座椅系统组件完成数据交互，座椅系统组件与执行器系统组件通过粗调摆动模块与粗调平移模块机械固连，其特征在于：所述座椅系统组件包括座椅、精调摆动模块、支撑柱、粗调摆动模块和支撑底座；所述座椅通过底部的所述精调摆动模块与所述支撑柱连接；所述支撑柱固定在所述支撑底座上，所述粗调摆动模块与所述执行器系统组件连接；所述执行器系统组件包括末端执行器、精调平移模块、升降模块、支撑座及粗调平移模块，所述末端执行器通过所述精调平移模块与所述升降模块连接，所述升降模块安装在所述支撑座上，所述支撑座的下部与所述粗调平移模块连接。

2.根据权利要求1所述的高适配的人体关节等速训练系统，其特征在于：所述精调摆动模块包括精调摆动电机、齿轮箱和交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的外圈与齿轮箱中的大齿轮固连，内圈固定在齿轮箱上，精调摆动电机固定在齿轮箱上与内部的小齿轮连接。

3.根据权利要求1所述的高适配的人体关节等速训练系统，其特征在于：所述粗调摆动模块包括粗调摆动电机、蜗轮蜗杆机构和安装盘，所述粗调摆动电机固定在蜗轮蜗杆机构的一侧并与蜗杆连接，所述安装盘与所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮连接。

4.根据权利要求3所述的高适配的人体关节等速训练系统，其特征在于：所述粗调平移模块包括粗调平移电机、滚珠丝杠、滑动导轨和支撑箱，所述支撑箱的一侧与所述安装盘连接，支撑箱另一侧的底部设有滚轮，所述粗调平移电机与所述滚珠丝杠连接，滚珠丝杠上带有螺帽支架，所述滑动导轨位于滚珠丝杠的两侧，滑动滑轨上安装有滑块，所述滑块与所述支撑座固连。

5.根据权利要求4所述的高适配的人体关节等速训练系统，其特征在于：所述升降模块包括升降电机、内壳体、外壳体、电机支撑板、竖直滚珠丝杠和光轴，内壳体底部固连在支撑座，外壳体顶部与精调平移模块连接，四根光轴对称分布于电机支撑板上，光轴的一端通过光轴固定座与外壳体机械连接，滚珠丝杠设有两个螺母副并分别与内壳体和外壳体固连，丝杆另一端通过联轴器与升降电机相连。

6.根据权利要求5所述的高适配的人体关节等速训练系统，其特征在于：所述精调平移模块包括精调平移电机、锥齿轮组、外壳、大齿轮和齿框，所述精调平移电机安装在外壳内，精调平移电机与所述锥齿轮组的一端连接，锥齿轮组的另一端与所述大齿轮固连，所述大齿轮与所述齿框啮合，所述齿框的上部与末端执行器连接。

7.根据权利要求6所述的高适配的人体关节等速训练系统，其特征在于：所述末端执行器包括支架、伺服电机、行星减速器、柔性连接件、扭矩传感器、绝对值编码器和输出轴；所述支架的底部与所述齿框固连，所述伺服电机固定在支架上，所述行星减速器通过皮带与所述伺服电机连接，所述行星减速器的输出端通过所述柔性连接件与所述扭矩传感器连接，扭矩传感器另一端与所述输出轴连接，所述绝对值编码器通过皮带与所述输出轴连接。

技术总结
本技术涉及医疗康复器械技术领域，具体涉及一种高适配的人体关节等速训练系统，包括控制系统组件、座椅系统组件和执行器系统组件，所述座椅系统组件包括座椅、精调摆动模块、支撑柱、粗调摆动模块和支撑底座；所述座椅通过底部的所述精调摆动模块与所述支撑柱连接；所述支撑柱固定在所述支撑底座上，所述粗调摆动模块与所述执行器系统组件连接；所述执行器系统组件包括末端执行器、精调平移模块、升降模块、支撑座及粗调平移模块。该装置可以根据患者训练位置、训练体位、训练肢体的不同进行快速、精准的位置调节和姿态调节，使康复训练过程既保证了稳定性，又保证了灵活性。

技术研发人员：郑云鹏,房德磊,冯伟聪,任方远,刘静诚,杨名,曹琳,贾国峰,张森林,张峻霞
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：20230323
技术公布日：2024/1/14