踏板直線移動式下肢運動訓練裝置的製作方法

2023-05-11 07:11:31

專利名稱：踏板直線移動式下肢運動訓練裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種下肢醫療康復器械，特別涉及一種為了幫助老人恢復下肢運動行走能力的踏板直線移動式下肢運動訓練裝置。
技術背景 據統計，我國60歲以上的老年人超過I. 7億，佔全國人口的13. 26%。在衰老過程中明顯的表現就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進而對日常生活產生種種不利的影響。 在這種情況下，照顧老人成為一個值得關注的社會問題。因為每個老人需要不同的護理，社會難於提供充足的醫護人員和保障設施來照顧所有老人。為此，可以通過有效的肢體訓練來維持老年人的身體健康，使他們具有獨立處理自己日常生活的能力，從而減少需要照顧的老人數量，減輕社會和家庭負擔。科學研究證明，不間斷的肢體訓練對維持老年人的體格健壯和生活質量是非常有效的，為此多數老人活動場所都提供了一些肢體訓練裝置。然而， 傳統的肢體訓練裝置都採用配重載荷調節方式，普遍存在以下問題大多數訓練裝置是為體格健壯者設計的，對老年人即不舒服也不是適用；載荷調節困難且不連續；沒有提供安全保護功能判斷老人的訓練能力
實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種專為老年人設計，安全、舒適、可靠的踏板直線移動式下肢運動訓練裝置。為了實現上述目的，本實用新型提出如下技術方案實現踏板直線移動式下肢運動訓練裝置，由底座、座椅、腳踏板、導軌、動力單元、傳動單元、控制單元組成；底座上安裝有座椅支撐架、支撐架A、支撐架B，其中座椅支撐架上設有座椅，支撐架A與支撐架C連接，支撐架B與導軌固連；底座底部四周裝有四個固定底腳， 靠近座椅一端底腳外側裝有兩個滾輪，滾輪離地2 3_ ;動力單元由直流伺服電機、增量編碼器、減速器組成，直流伺服電機、增量編碼器、減速器依次相連，減速器安裝在支撐架C 上，通過螺釘固定；傳動單兀由聯軸器、第一傳動軸、第一齒輪、第二齒輪、第二傳動軸、第一同步帶輪、第二帶輪、同步帶組成，第一傳動軸和第二傳動軸安裝在支撐架C上，減速器、聯軸器、第一齒輪分別套接在第一傳動軸上，第二齒輪和第一帶輪套接在第二傳動軸兩端，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第二帶輪套接在第三傳動軸上，第一帶輪和第二帶輪通過同步帶連接，第三傳動軸安裝在支撐架B上；張緊螺栓安裝在支撐架C上，張緊螺栓前端頂裝於導軌尾部；腳踏板由踏板盒、踏板蓋組成，踏板盒安裝在踏板支撐架上，通過螺釘緊固，踏板盒內部固定有稱重傳感器，踏板盒與踏板蓋間通過螺釘a連接，踏板蓋可以圍繞螺釘a旋轉， 踏板蓋壓住踏板盒內稱重傳感器觸頭，踏板蓋上安裝有U型框；踏板支撐架與滑塊通過螺釘固定連為一體，滑塊置於導軌上並可在導軌上滑動，同步帶壓在踏板支撐架和滑塊之間； 動力單元與傳動單元外部由外殼封裝；控制單元由人機互動界面、ARM9主控微機、電機控制器、電機驅動器組成，人機互動界面與ARM9主控微機進行數據交互，ARM9主控微機通過RS232串口通信將指令發送到電機控制器，電機控制器通過電機驅動器控制帶有增量編碼器的直流伺服電機帶動減速器動作，稱重傳感器將信號經A/D轉換傳遞迴ARM9主控微機。本實用新型可解決的技術問題是可以實現兩種模式的下肢主動訓練，一種是恆定蹬力主動訓練，即通過直流伺服電機給腳踏板施加一個定常反作用力，使用者伸腿過程中要克服的阻力恆定不變；另一種是基於蹬力大小改變阻力的自適應主動訓練，即通過安裝在腳踏板內部的稱重傳感器來實時檢測人腿的蹬力，並通過不同的反饋數值控制直流伺服電機給腳踏板施加的阻力，以實現通過力反饋信號控制主動訓練的載荷力；主動訓練阻力的產生通過直流伺服電機的電流控制，使用者伸腿過程中，電機的運動方向和電機的控制方向相反，使用者克服電機阻力； 使用者彎腿過程中，電機的運動方向和電機的控制方向相同，電機帶動踏板移動，使用者不必施加任何力；主控微機採用ARM9單片機，人機互動界面採用觸控螢幕操作，具有網絡化的功能，可以實現醫生對用戶一對多康復訓練指導，能夠通過檢測腳踏板內稱重傳感器壓力， 判斷老人的訓練能力，通過檢測直流伺服電機的速度，判斷老人的訓練狀態，無論伸腿和彎腿過程，只要檢測到電機速度為零，說明使用者具有停止訓練意圖或因為腿部痙攣原因造成腿部不能屈伸，則電流控制值自動設定為零，踏板停止移動，停止後又檢測到電機速度不為零時，預先設定的訓練模式自動開始，充分考慮了老年人訓練過程中的安全性。儘管本專利是針對老年人進行下肢運動訓練而提出的，但不僅僅局限於老年人， 同樣也適合於下肢運動有障 礙的其它人群進行運動訓練。

圖I為本實用新型總體結構示意圖；圖2為本實用新型主要傳動部分A-A向結構示意圖；圖3為本實用新型腳踏板部分結構示意圖；圖4為本實用新型控制結構原理框圖。
具體實施方式
如圖所示，踏板直線移動式下肢運動訓練裝置，底座9、座椅5、腳踏板4、導軌14、 動力單元、傳動單元、控制單元組成；底座9上安裝有座椅支撐架7、支撐架AS、支撐架BI， 其中座椅支撐架7上設有座椅5，支撐架A8與支撐架C6連接，支撐架BI與導軌14固連； 底座9底部四周裝有四個固定底腳32，靠近座椅5 —端底腳32外側裝有兩個滾輪33，滾輪
33離地2 3mm，底腳32著地，抬起裝置靠近座椅5 —端，底腳32離開地面，滾輪33著地， 整個裝置可以方便移動；動力單元由直流伺服電機20、增量編碼器19、減速器21組成，直流伺服電機20、增量編碼器19、減速器21依次相連，減速器21安裝在支撐架C6上，通過螺釘固定；傳動單兀由聯軸器22、第一傳動軸23、第一齒輪24、第二齒輪25、第二傳動軸26、第一帶輪17、第二帶輪11、同步帶組成，第一傳動軸23和第二傳動軸26安裝在支撐架C6上， 減速器21、聯軸器22、第一齒輪24分別套接在第一傳動軸23上，第二齒輪25和第一帶輪 17套接在第二傳動軸26兩端，第一齒輪24與第二齒輪25嚙合，第二帶輪11套接在第三傳動軸10上，第一帶輪17和第二帶輪11通過同步帶連接，第三傳動軸10安裝在支撐架BI 上；張緊螺栓16安裝在支撐架C6上，張緊螺栓16前端頂裝於導軌14尾部，當旋轉張緊螺栓16時，張緊螺栓16頂著導軌14向前移動，而導軌14與支撐架BI固連，從而二者整體在底座9上向前移動，這樣第一帶輪17和第二帶輪11之間的距離變大，使得同步帶張緊；腳踏板4由踏板盒28、踏板蓋29組成，踏板盒28安裝在踏板支撐架12上，通過螺釘緊固，踏板盒28內部固定有稱重傳感器27，踏板盒28與踏板蓋29間通過螺釘a30連接，踏板蓋29 可以圍繞螺釘a30旋轉，踏板蓋29壓住踏板盒28內稱重傳感器27觸頭，踏板蓋29上安裝有U型框31，腳的力作用在踏板蓋29上時，通過槓桿原理將壓力傳給踏板盒28內的稱重傳感器27器觸頭，從而檢測腳的蹬力；踏板支撐架12與滑塊13通過螺釘固定連為一體，滑塊 13置於導軌14上並可在導軌14上滑動，同步帶壓在踏板支撐架12和滑塊13之間；動力單元與傳動單元外部由外殼2、3封裝；控制單元由人機互動界15、ARM9主控微機18、電機控制器34、電機驅動器35組成，人機互動界面15與ARM9主控微機18進行數據交互，設定訓練蹬力，ARM9主控微機18通過RS232串口通信將指令發送到電機控制器34，電機控制器 34通過電機驅動器35控制帶有增量編碼器19的直流伺服電機20帶動減速器21動作，用戶將蹬力通過腳踏板4作用在滑塊13上克服直流伺服電機20的阻力實現恆定蹬力主動訓練，稱重傳感器27檢測作用在踏板上的力的大小，將信號經A/D轉換傳遞迴ARM9主控微機 18，ARM9主控微機18自動設定控制電流與人的推動力大小相適應，從而實現該裝置的自適應主動訓練。使用時，裝置可以實現兩種下肢主動訓練模式一種是恆定蹬力主動訓練模式，即通過控制直流伺服電機20給腳踏板4施加一個定常反作用力，使用者伸腿過程中要克服的阻力恆定不變；另一種是基於蹬力大小改變阻力的自適應主動訓練模式，即通過檢測腳踏板4內部稱重傳感器27的數值來改變直流伺服電機20提供的阻力；訓練載荷是通過直流伺服電機20的電流控制來提供的，使用者伸腿過程中，直流伺服電機20的運動方向和直流伺服電機20的控制方向相反，使用者克服直流伺服電機20阻力；使用者彎腿過程中，直流伺服電機20的運動方向和直流伺服電機20的控制方向相同，直 流伺服電機20帶動腳踏板 4移動，使用者不必施加任何力；在電流控制主動訓練模式下，能夠通過檢測直流伺服電機 20的速度，判斷老人的訓練狀態，無論伸腿和彎腿過程，只要檢測到直流伺服電機20速度為零，說明使用者具有停止訓練意圖或因為腿部痙攣原因造成腿部不能屈伸，則電流控制值自動設定為零，腳踏板4停止移動，保證患者安全，停止後又檢測到直流伺服電機20速度不為零時，預先設定的訓練模式自動開始。
權利要求1.踏板直線移動式下肢運動訓練裝置，底座、座椅、腳踏板、導軌、動力單元、傳動單元、 控制單元組成，其特徵在於底座上安裝有座椅支撐架、支撐架A、支撐架B，其中座椅支撐架上設有座椅，支撐架A與支撐架C連接，支撐架B與導軌固連；底座底部四周裝有四個固定底腳，靠近座椅一端底腳外側裝有兩個滾輪，滾輪離地2 3mm ;動力單元由直流伺服電機、增量編碼器、減速器組成，直流伺服電機、增量編碼器、減速器依次相連，減速器安裝在支撐架C上，通過螺釘固定；傳動單元由聯軸器、第一傳動軸、第一齒輪、第二齒輪、第二傳動軸、第一同步帶輪、第二帶輪、同步帶組成，第一傳動軸和第二傳動軸安裝在支撐架C上，減速器、聯軸器、第一齒輪分別套接在第一傳動軸上，第二齒輪和第一帶輪套接在第二傳動軸兩端，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第二帶輪套接在第三傳動軸上，第一帶輪和第二帶輪通過同步帶連接，第三傳動軸安裝在支撐架B上；張緊螺栓安裝在支撐架C上，張緊螺栓前端頂裝於導軌尾部；腳踏板由踏板盒、踏板蓋組成，踏板盒安裝在踏板支撐架上，通過螺釘緊固，踏板盒內部固定有稱重傳感器，踏板盒與踏板蓋間通過螺釘a連接，踏板蓋可以圍繞螺釘a旋轉，踏板蓋壓住踏板盒內稱重傳感器觸頭，踏板蓋上安裝有U型框；踏板支撐架與滑塊通過螺釘固定連為一體，滑塊置於導軌上並可在導軌上滑動，同步帶壓在踏板支撐架和滑塊之間；動力單元與傳動單元外部由外殼封裝；控制單元由人機互動界面、ARM9主控微機、電機控制器、電機驅動器組成，人機互動界面與ARM9主控微機進行數據交互，ARM9主控微機通過RS232串口通信將指令發送到電機控制器，電機控制器通過電機驅動器控制帶有增量編碼器的直流伺服電機帶動減速器動作， 稱重傳感器將信號經A/D轉換傳遞迴ARM9主控微機。
專利摘要本實用新型涉及一種踏板直線移動式下肢運動訓練裝置，由底座、座椅、腳踏板、導軌、動力單元、傳動單元、控制單元組成，採用腳踏板移動，座椅固定設計方案，可以實現恆定蹬力主動訓練和基於蹬力大小改變阻力的自適應主動訓練，訓練載荷通過電機的電流控制來提供，主控微機採用ARM9單片機，人機互動界面採用觸控螢幕操作，具有網絡化的功能，能夠通過檢測腳踏板稱重傳感器壓力，判斷老人的訓練能力，通過檢測電機的速度，判斷老人的訓練狀態，充分考慮了老年人訓練過程中的安全性。
文檔編號A63B24/00GK202446736SQ20122002860
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者王洪波, 石立宏 申請人:無錫佑仁科技有限公司