專利名稱：踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種下肢醫(yī)療康復(fù)器械，特別涉及一種為了幫助老人恢復(fù)下肢運(yùn)動(dòng)行走能力的踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置。
技術(shù)背景 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)60歲以上的老年人超過I. 7億，占全國(guó)人口的13. 26%。在衰老過程中明顯的表現(xiàn)就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進(jìn)而對(duì)日常生活產(chǎn)生種種不利的影響。 在這種情況下，照顧老人成為一個(gè)值得關(guān)注的社會(huì)問題。因?yàn)槊總€(gè)老人需要不同的護(hù)理，社會(huì)難于提供充足的醫(yī)護(hù)人員和保障設(shè)施來照顧所有老人。為此，可以通過有效的肢體訓(xùn)練來維持老年人的身體健康，使他們具有獨(dú)立處理自己日常生活的能力，從而減少需要照顧的老人數(shù)量，減輕社會(huì)和家庭負(fù)擔(dān)?？茖W(xué)研究證明，不間斷的肢體訓(xùn)練對(duì)維持老年人的體格健壯和生活質(zhì)量是非常有效的，為此多數(shù)老人活動(dòng)場(chǎng)所都提供了一些肢體訓(xùn)練裝置。然而， 傳統(tǒng)的肢體訓(xùn)練裝置都采用配重載荷調(diào)節(jié)方式，普遍存在以下問題大多數(shù)訓(xùn)練裝置是為體格健壯者設(shè)計(jì)的，對(duì)老年人即不舒服也不是適用；載荷調(diào)節(jié)困難且不連續(xù)；沒有提供安全保護(hù)功能判斷老人的訓(xùn)練能力
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種專為老年人設(shè)計(jì)，安全、舒適、可靠的踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，由底座、座椅、腳踏板、導(dǎo)軌、動(dòng)力單元、傳動(dòng)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(shè)有座椅，支撐架A與支撐架C連接，支撐架B與導(dǎo)軌固連；底座底部四周裝有四個(gè)固定底腳， 靠近座椅一端底腳外側(cè)裝有兩個(gè)滾輪，滾輪離地2 3_ ;動(dòng)力單元由直流伺服電機(jī)、增量編碼器、減速器組成，直流伺服電機(jī)、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(dòng)單兀由聯(lián)軸器、第一傳動(dòng)軸、第一齒輪、第二齒輪、第二傳動(dòng)軸、第一同步帶輪、第二帶輪、同步帶組成，第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸安裝在支撐架C上，減速器、聯(lián)軸器、第一齒輪分別套接在第一傳動(dòng)軸上，第二齒輪和第一帶輪套接在第二傳動(dòng)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(dòng)軸上，第一帶輪和第二帶輪通過同步帶連接，第三傳動(dòng)軸安裝在支撐架B上；張緊螺栓安裝在支撐架C上，張緊螺栓前端頂裝于導(dǎo)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(nèi)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(zhuǎn)， 踏板蓋壓住踏板盒內(nèi)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，滑塊置于導(dǎo)軌上并可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，同步帶壓在踏板支撐架和滑塊之間； 動(dòng)力單元與傳動(dòng)單元外部由外殼封裝；控制單元由人機(jī)交互界面、ARM9主控微機(jī)、電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，人機(jī)交互界面與ARM9主控微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，ARM9主控微機(jī)通過RS232串口通信將指令發(fā)送到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制帶有增量編碼器的直流伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器動(dòng)作，稱重傳感器將信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳遞回ARM9主控微機(jī)。本實(shí)用新型可解決的技術(shù)問題是可以實(shí)現(xiàn)兩種模式的下肢主動(dòng)訓(xùn)練，一種是恒定蹬力主動(dòng)訓(xùn)練，即通過直流伺服電機(jī)給腳踏板施加一個(gè)定常反作用力，使用者伸腿過程中要克服的阻力恒定不變；另一種是基于蹬力大小改變阻力的自適應(yīng)主動(dòng)訓(xùn)練，即通過安裝在腳踏板內(nèi)部的稱重傳感器來實(shí)時(shí)檢測(cè)人腿的蹬力，并通過不同的反饋數(shù)值控制直流伺服電機(jī)給腳踏板施加的阻力，以實(shí)現(xiàn)通過力反饋信號(hào)控制主動(dòng)訓(xùn)練的載荷力；主動(dòng)訓(xùn)練阻力的產(chǎn)生通過直流伺服電機(jī)的電流控制，使用者伸腿過程中，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和電機(jī)的控制方向相反，使用者克服電機(jī)阻力； 使用者彎腿過程中，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和電機(jī)的控制方向相同，電機(jī)帶動(dòng)踏板移動(dòng)，使用者不必施加任何力；主控微機(jī)采用ARM9單片機(jī)，人機(jī)交互界面采用觸摸屏操作，具有網(wǎng)絡(luò)化的功能，可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)生對(duì)用戶一對(duì)多康復(fù)訓(xùn)練指導(dǎo)，能夠通過檢測(cè)腳踏板內(nèi)稱重傳感器壓力， 判斷老人的訓(xùn)練能力，通過檢測(cè)直流伺服電機(jī)的速度，判斷老人的訓(xùn)練狀態(tài)，無論伸腿和彎腿過程，只要檢測(cè)到電機(jī)速度為零，說明使用者具有停止訓(xùn)練意圖或因?yàn)橥炔刊d攣原因造成腿部不能屈伸，則電流控制值自動(dòng)設(shè)定為零，踏板停止移動(dòng)，停止后又檢測(cè)到電機(jī)速度不為零時(shí)，預(yù)先設(shè)定的訓(xùn)練模式自動(dòng)開始，充分考慮了老年人訓(xùn)練過程中的安全性。盡管本專利是針對(duì)老年人進(jìn)行下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練而提出的，但不僅僅局限于老年人， 同樣也適合于下肢運(yùn)動(dòng)有障 礙的其它人群進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。

圖I為本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型主要傳動(dòng)部分A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型腳踏板部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型控制結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖所示，踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，底座9、座椅5、腳踏板4、導(dǎo)軌14、 動(dòng)力單元、傳動(dòng)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(shè)有座椅5，支撐架A8與支撐架C6連接，支撐架BI與導(dǎo)軌14固連； 底座9底部四周裝有四個(gè)固定底腳32，靠近座椅5 —端底腳32外側(cè)裝有兩個(gè)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(gè)裝置可以方便移動(dòng)；動(dòng)力單元由直流伺服電機(jī)20、增量編碼器19、減速器21組成，直流伺服電機(jī)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(dòng)單兀由聯(lián)軸器22、第一傳動(dòng)軸23、第一齒輪24、第二齒輪25、第二傳動(dòng)軸26、第一帶輪17、第二帶輪11、同步帶組成，第一傳動(dòng)軸23和第二傳動(dòng)軸26安裝在支撐架C6上， 減速器21、聯(lián)軸器22、第一齒輪24分別套接在第一傳動(dòng)軸23上，第二齒輪25和第一帶輪 17套接在第二傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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前端頂裝于導(dǎo)軌14尾部，當(dāng)旋轉(zhuǎn)張緊螺栓16時(shí)，張緊螺栓16頂著導(dǎo)軌14向前移動(dòng)，而導(dǎo)軌14與支撐架BI固連，從而二者整體在底座9上向前移動(dòng)，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(nèi)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(zhuǎn)，踏板蓋29壓住踏板盒28內(nèi)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(shí)，通過杠桿原理將壓力傳給踏板盒28內(nèi)的稱重傳感器27器觸頭，從而檢測(cè)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置于導(dǎo)軌14上并可在導(dǎo)軌14上滑動(dòng)，同步帶壓在踏板支撐架12和滑塊13之間；動(dòng)力單元與傳動(dòng)單元外部由外殼2、3封裝；控制單元由人機(jī)交互界15、ARM9主控微機(jī)18、電機(jī)控制器34、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器35組成，人機(jī)交互界面15與ARM9主控微機(jī)18進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，設(shè)定訓(xùn)練蹬力，ARM9主控微機(jī)18通過RS232串口通信將指令發(fā)送到電機(jī)控制器34，電機(jī)控制器 34通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器35控制帶有增量編碼器19的直流伺服電機(jī)20帶動(dòng)減速器21動(dòng)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(jī)20的阻力實(shí)現(xiàn)恒定蹬力主動(dòng)訓(xùn)練，稱重傳感器27檢測(cè)作用在踏板上的力的大小，將信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳遞回ARM9主控微機(jī) 18，ARM9主控微機(jī)18自動(dòng)設(shè)定控制電流與人的推動(dòng)力大小相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)該裝置的自適應(yīng)主動(dòng)訓(xùn)練。使用時(shí)，裝置可以實(shí)現(xiàn)兩種下肢主動(dòng)訓(xùn)練模式一種是恒定蹬力主動(dòng)訓(xùn)練模式，即通過控制直流伺服電機(jī)20給腳踏板4施加一個(gè)定常反作用力，使用者伸腿過程中要克服的阻力恒定不變；另一種是基于蹬力大小改變阻力的自適應(yīng)主動(dòng)訓(xùn)練模式，即通過檢測(cè)腳踏板4內(nèi)部稱重傳感器27的數(shù)值來改變直流伺服電機(jī)20提供的阻力；訓(xùn)練載荷是通過直流伺服電機(jī)20的電流控制來提供的，使用者伸腿過程中，直流伺服電機(jī)20的運(yùn)動(dòng)方向和直流伺服電機(jī)20的控制方向相反，使用者克服直流伺服電機(jī)20阻力；使用者彎腿過程中，直流伺服電機(jī)20的運(yùn)動(dòng)方向和直流伺服電機(jī)20的控制方向相同，直 流伺服電機(jī)20帶動(dòng)腳踏板 4移動(dòng)，使用者不必施加任何力；在電流控制主動(dòng)訓(xùn)練模式下，能夠通過檢測(cè)直流伺服電機(jī) 20的速度，判斷老人的訓(xùn)練狀態(tài)，無論伸腿和彎腿過程，只要檢測(cè)到直流伺服電機(jī)20速度為零，說明使用者具有停止訓(xùn)練意圖或因?yàn)橥炔刊d攣原因造成腿部不能屈伸，則電流控制值自動(dòng)設(shè)定為零，腳踏板4停止移動(dòng)，保證患者安全，停止后又檢測(cè)到直流伺服電機(jī)20速度不為零時(shí)，預(yù)先設(shè)定的訓(xùn)練模式自動(dòng)開始。
權(quán)利要求1.踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，底座、座椅、腳踏板、導(dǎo)軌、動(dòng)力單元、傳動(dòng)單元、 控制單元組成，其特征在于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(shè)有座椅，支撐架A與支撐架C連接，支撐架B與導(dǎo)軌固連；底座底部四周裝有四個(gè)固定底腳，靠近座椅一端底腳外側(cè)裝有兩個(gè)滾輪，滾輪離地2 3mm ;動(dòng)力單元由直流伺服電機(jī)、增量編碼器、減速器組成，直流伺服電機(jī)、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(dòng)單元由聯(lián)軸器、第一傳動(dòng)軸、第一齒輪、第二齒輪、第二傳動(dòng)軸、第一同步帶輪、第二帶輪、同步帶組成，第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸安裝在支撐架C上，減速器、聯(lián)軸器、第一齒輪分別套接在第一傳動(dòng)軸上，第二齒輪和第一帶輪套接在第二傳動(dòng)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(dòng)軸上，第一帶輪和第二帶輪通過同步帶連接，第三傳動(dòng)軸安裝在支撐架B上；張緊螺栓安裝在支撐架C上，張緊螺栓前端頂裝于導(dǎo)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(nèi)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(zhuǎn)，踏板蓋壓住踏板盒內(nèi)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，滑塊置于導(dǎo)軌上并可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，同步帶壓在踏板支撐架和滑塊之間；動(dòng)力單元與傳動(dòng)單元外部由外殼封裝；控制單元由人機(jī)交互界面、ARM9主控微機(jī)、電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，人機(jī)交互界面與ARM9主控微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，ARM9主控微機(jī)通過RS232串口通信將指令發(fā)送到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制帶有增量編碼器的直流伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器動(dòng)作， 稱重傳感器將信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳遞回ARM9主控微機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種踏板直線移動(dòng)式下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，由底座、座椅、腳踏板、導(dǎo)軌、動(dòng)力單元、傳動(dòng)單元、控制單元組成，采用腳踏板移動(dòng)，座椅固定設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)恒定蹬力主動(dòng)訓(xùn)練和基于蹬力大小改變阻力的自適應(yīng)主動(dòng)訓(xùn)練，訓(xùn)練載荷通過電機(jī)的電流控制來提供，主控微機(jī)采用ARM9單片機(jī)，人機(jī)交互界面采用觸摸屏操作，具有網(wǎng)絡(luò)化的功能，能夠通過檢測(cè)腳踏板稱重傳感器壓力，判斷老人的訓(xùn)練能力，通過檢測(cè)電機(jī)的速度，判斷老人的訓(xùn)練狀態(tài)，充分考慮了老年人訓(xùn)練過程中的安全性。
文檔編號(hào)A63B24/00GK202446736SQ20122002860
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者王洪波, 石立宏 申請(qǐng)人:無錫佑仁科技有限公司