智能反馈的关节康复训练装置的制作方法

本发明涉及关节康复训练技术领域，尤其涉及一种智能反馈的关节康复训练装置。

背景技术：

关节是人体中承担支承和运动功能的重要组成部分，如果关节发生损伤或医疗手术后的康复期内不能及时得到有效的锻炼，则极易造成关节部位的粘接和肌肉萎缩，从而大大限制关节的运动能力，严重的甚至会造成关节部分功能的永久缺损，因此现代康复医学认为，术后及时对关节进行适度、有效的康复训练，对恢复关节功能具有重要作用。

对康复器械的基本要求主要集中在两个方面：安全性和有效性，安全性是指康复器械对关节进行康复训练时，不能对关节产生二次伤害；有效是指康复器械不仅要具有对关节灵活性的锻炼，而且要对关节关联肌肉及韧带进行必要的拉伸锻炼及肌力恢复的情况，因此关节康复器械应满足柔顺性好、被动训练的功能要求。

目前，市面上的关节康复器械，基本上采用电极+机械传动机构的刚性结构驱动形式，由电极带动机械传动机构运动，从而带动患者肢体运动(美国专利us6325770b1和us6321033b1、中国专利200410006254.0和201510472161.5等)，这种驱动方式往往无法根据关节的不同康复阶段灵活地施加驱动力，或改变康复训练角度，因此极易对关节造成二次伤害。

技术实现要素：

基于此，针对上述技术问题，提供一种智能反馈的关节康复训练装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种智能反馈的关节康复训练装置，包括：

底座；

分别供后臂以及前臂穿过的后臂套筒以及前臂套筒，两者呈v字形布置，所述后臂套筒固定于所述底座上，所述前臂套筒上下转动固定于所述底座上，且由转动机构驱动；

用于采集前臂所受压力值的压力传感器，所述压力传感器固定于所述前臂套筒的内壁；

用于贴于受训关节相应肌肉处以采集肌肉收缩产生的生物力信号的生物力传感器；

用于测量所述前臂套筒上下转动角度的角度传感器；

用于通过所述转动机构控制所述前臂套筒转动的控制器，所述控制器设于所述底座上，且与所述压力传感器、生物力传感器、转动机构连接以及角度传感器连接，所述控制器通过所述压力传感器以及生物力传感器反馈的压力值以及生物力信号对所述转动机构进行闭环控制：

对所述生物力信号进行有限元模拟得到生物力值；

若所述压力值高于生物力值，所述控制器控制所述转动机构调节输出让二者的值匹配。

所述后臂套筒通过后支撑杆固定于所述底座上，所述前臂套筒固定于前支撑杆上，所述前支撑杆与所述底座铰接。

本方案还包括用于显示所述压力值以及生物力值的显示器，所述显示器固定于所述底座上。

本方案还包括固定于所述底座上的刻度盘。

本方案还包括用于向所述控制器输入调节指令以手动调节所述转动机构的调节旋钮，所述调节旋钮固定于所述底座上，且与所述控制器连接。

所述转动机构为电机。

所述前臂套筒内设有气囊衬带。

本发明通过压力传感器以及生物力传感器对转动机构进行闭环控制，从而进行智能反馈：可以根据关节的不同康复阶段使转动机构灵活地施加驱动力，或改变康复训练角度，不会对关节造成二次伤害，减轻患者康复理疗时的疼痛感及提高康复效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在训练状态的示意图；

图3为本发明的电气连接结构示意图。

具体实施方式

如图1以及图2所示，一种智能反馈的关节康复训练装置，包括底座110、后臂套筒120、前臂套筒130、压力传感器140、生物力传感器150、转动机构160、控制器170以及角度传感器180。

后臂套筒120以及前臂套筒130分别用于供康复训练人员的后臂以及前臂2穿过，两者呈v字形布置，后臂套筒120固定于底座110上，前臂套筒130上下转动固定于底座110上，且由转动机构160驱动。

在本实施例中，后臂套筒120通过后支撑杆121固定于底座110上，前臂套筒130固定于前支撑杆131上，前支撑杆131与底座110铰接。

较佳地，前臂套筒130内设有气囊衬带，与人体关节接触更加舒适。

其中，转动机构160为电机。

压力传感器140用于采集康复训练人员前臂所受压力值，压力传感器140固定于前臂套筒130的内壁，在本实施例中，采用高精度压力传感器。

生物力传感器150用于贴于受训关节相应肌肉处以采集肌肉收缩产生的生物力信号，在本实施例中，采用电极片。

角度传感器180用于测量前臂套筒上下转动角度，在本实施例中，角度传感器180采用角度值绝对编码器。

优选地，本实施例还配备了固定于底座110上的刻度盘。

如图1-3所示，控制器170用于通过转动机构160控制前臂套筒130转动，其设于底座110上，且与压力传感器140、生物力传感器150、转动机构160以及角度传感器180连接，控制器170通过压力传感器140以及生物力传感器150反馈的压力值以及生物力信号对转动机构160进行闭环控制：

1、对生物力信号进行有限元模拟得到生物力值：

(1)由人体断层扫描图像(如ct或mri)生成网格单元，并按物理属性类型划分网格。

(2)对各物理属性类型的网格区域赋予组织的材料属性，如质量和杨氏模量。

(3)在网格上划定康复组织区域，生成交界面。

(4)给出边界条件和初始条件，边界条件是指运动极限值，初始条件是指运动的零位。

(5)形成有限元方程的刚度矩阵与组织区域各子阵：

简化(消除中间变量)后有限元方程：

其中k为生物力传感器150采集的生物力信号，a为角度传感器180采集的相位角度，p为生物力值。

2、若压力值高于生物力值，控制器170控制转动机构160调节输出让二者的值匹配。

本发明通过压力传感器140以及生物力传感器150对转动机构160进行闭环控制，从而进行智能反馈：可以根据关节的不同康复阶段使转动机构160灵活地施加驱动力，或改变康复训练角度，不会对关节造成二次伤害，减轻患者康复理疗时的疼痛感及提高康复效率。

显示器190固定于底座110上，可以显示压力值、生物力值以及角度值。

在不同的康复训练阶段，训练人员可以根据显示器190上显示的压力值、生物力值以及角度值，使用调节旋钮191向控制器170输入调节指令以手动调节转动机构160，调节旋钮191固定于底座110上，且与控制器170连接。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。