一种主被动结合式下肢康复训练装置的制作方法

本发明涉及康复训练设备技术领域，尤其是一种主被动结合式下肢康复训练装置。

背景技术：

随着老年人年龄的增大其生理功能逐渐减退，特别是腿部肌肉骨骼运动系统中肌纤维变细、弹性降低、收缩力减弱以及骨骼的弹性和韧性降低所带来的下肢意外损伤率或下肢肢体的病变率持续增加。每年因意外而使得下肢丧失运动能力以及中风和脊髓损伤等患者也不在少数，大多数患者瘫痪并长期卧床。

在传统康复医疗环境中往往需要医师以一对一或多对一的形式对患者进行康复治疗。这种极大的供求不平衡的关系，造成了我国康复医疗产业中康复医师的社会缺口巨大，然而高技术人才资源积累需要大量的时间培养，特别是康复医师的培养要消耗更多的资源，因此难以在短期时间内满足社会需求。

机器人技术的成熟成为了打破这一困局的可能，智能康复训练设备的研发越来越炙手可热。但大多数装置工作时，训练舒适性不高，且训练成本较高。训练模式比较单一，患者投入积极性差，训练结果缺乏有效的测量分析以及记录，因此医师患者不能实时准确判断康复数据变化。同时，对训练过程指标缺乏系统有效的测量、分析和记录。现有的康复训练装置也不能使得患者的身体具备较大的调教角度，无法使得患者尝试从平躺到将近站立的各个角度，不利于患者找到最舒适的康复训练姿势。而且，现有的康复训练设备易出现晃动，对患者的支撑机构也无法保证与患者重心相适应，使得患者重心不稳，影响康复训练的心情和效果。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种主被动结合式下肢康复训练装置，机构简单，便于患者进行主被动训练，且调整简便，扩大患者的身体的调教角度，便于患者找到最舒适的康复训练姿势，使得患者重心稳定。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种主被动结合式下肢康复训练装置，包括底座、固定连接在底座上的顶部设置有床身支撑架的床身水平升降结构、铰接连接在床身支撑架一端的床身、固定连接在床身上的下肢训练机构以及一端铰接在床身水平升降结构上另一端与床身相连接的床身翻转机构，所述下肢训练机构包括固定连接在床身下表面前后两侧的驱动装置、固定连接在床身上表面的双腿宽度调节装置以及腿部屈伸机构，所述腿部屈伸机构的一端与双腿宽度调节装置连接另一端与驱动装置铰接连接

本发明技术方案的进一步改进在于：所述床身水平升降结构包括在底座上表面前后两侧相对设置的剪式升降杆，每侧的剪式升降杆包括两根中部铰接连接的长杆，两根长杆的左侧分别与底座和床身支撑架的下表面铰接连接，两根长杆的右侧末端铰接有升降杆滚轮，升降杆滚轮分别设置在固定连接在床身支撑架的下表面和底座处的滚轮轨道中；还包括与左右两侧升降杆滚轮固定连接的设置有水平螺纹孔的滚轮连接轴、与水平螺纹孔相配的梯形丝杠装置。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述床身水平升降结构包括在底座上表面前后两侧相对设置的拐臂齿轮机构，每一侧的拐臂齿轮机构包括两个等长的下端铰接在底座上表面的支撑臂、两个下端铰接在支撑臂上端的折线形的拐臂、固定连接在拐臂末端的末端啮合齿轮、下端铰接在拐臂上的上端固定连接在床身支撑架下表面的支架，两个末端啮合齿轮相互啮合；还包括与相对设置的一对拐臂与支撑臂的铰接轴固定连接的螺纹轴以及设置在两个螺纹轴上的丝杠推动装置。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述床身翻转机构包括固定连接在床身支撑架下表面的翻转电机支架、固定连接在翻转电机支架上的翻转伺服电机、翻转电机丝杠螺母、螺旋套接在翻转电机丝杠螺母上的螺母套杆、与螺母套杆铰接连接的末端设置有翻转滚轮的l型拐臂、与l型拐臂的拐角处铰接连接的水平设置的床身翻转轴、固定连接在床身支撑架下表面的翻转滚轮轨道，翻转滚轮设置在翻转滚轮轨道内。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述驱动装置包括固定连接在床身下表面的驱动电机、与驱动电机旋转轴同轴设置的联轴器以及与联轴器同轴固定连接的伸缩套筒装置，伸缩套筒装置向床身的右侧延伸，伸缩套筒装置的末端与腿部屈伸机构铰接连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述腿部屈伸机构包括与双腿宽度调节装置铰接连接的髋关节套筒、与髋关节套筒同轴固定连接的大腿下部膝关节套筒、与大腿下部膝关节套筒铰接连接的小腿上部膝关节套筒、大腿下部膝关节套筒和小腿上部膝关节套筒的铰接处水平设置有膝关节支撑件、与小腿上部膝关节套筒同轴固定连接的小腿下部踝关节套筒、与小腿下部踝关节套筒下端铰接连接的脚底移动板、设置在脚底移动板上表面的脚踏板，脚踏板和脚底移动板之间设置有压力传感器。

本发明技术方案的进一步改进在于：伸缩套筒装置的末端铰接连接有l形的连接板，连接板的另一端与小腿下部踝关节套筒下端铰接连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述双腿宽度调节装置包括与腿部屈伸机构铰接连接的髋关节固定导向块、设置在髋关节固定导向块内部的丝杠螺母和滑动轴承、水平设置在床身上表面的与丝杠螺母相配合的双向螺旋丝杠、水平设置在床身上表面的导向轴、与双向螺旋丝杠同轴设置的手摇柄，导向轴插接在滑动轴承内。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述底座是底部设置有万向轮。

本发明技术方案的进一步改进在于：还包括连接在床身左侧的减重装置，减重装置包括固定连接在床身下表面的滑动导轨以及与滑动导轨相配合的延伸到床身上表面上方的悬吊架，悬吊架为两个侧边为并排设置的相互固定连接的j形铁条的框架，悬吊架上设置有固定患者腰部的绑带。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明机构简单，节约空间，便于患者进行主被动训练，训练效果更为显著，适应不同体宽和不同腿部长度的人群，且调整简便，安全可靠，扩大了患者的身体的调教角度，使得患者尝试从平躺到将近站立的各个角度，便于患者找到最舒适的康复训练姿势，防止在康复训练过程中出现晃动，保证对患者的支撑机构与患者重心相适应，使得患者重心稳定，提升影响康复训练的效果。

腿宽调整机构，可以适应不同体宽人群，且调整简便。腿部长度可以调节，调整简便方便。便于通过拧动双向螺旋套筒来调整整个腿部机构的长短来适应身高不同人群。

连接板的设置优化了传动的受力状态，便于驱动装置伸缩套筒的直线运动带动整个腿部屈伸机构的屈伸运动。通过调节连接板与脚底移动板铰接处的螺丝可以根据患者需要进行任意的背伸跎屈角度调节，提高了装置的适应性。

脚踏板和脚底移动板之间设置有压力传感器，便于新建步态评估系统，通过压力传感器实时监测脚底的压力信号，信号发生异常时，训练器会立即停止，安全可靠，便于实时检测反馈患者对于脚底板的压力，方便进行健康评估。

膝关节支撑件有利于为膝关节提供有利的支撑，改善膝关节和腿部的受力，防止腿部的受力状态过差造成的康复训练缓慢。悬吊架可吊有绑带，绑带固定于患者腰部，起到悬吊减重作用。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图；

图2是床身水平升降结构的结构示意图；

图3是床身水平升降结构的结构示意图的另一种形式；

图4是本发明的翻转机构以及减重机构结构示意图；

图5是本发明的下肢训练机构的驱动装置结构示意图；

图6是本发明的另一视角的结构示意图；

其中，1、底座，21、升降伺服电机，23、滚轮连接轴，24、剪式升降杆，25、升降杆滚轮，26、滚轮轨道，28、支撑臂，29、拐臂，210、支架，211、末端啮合齿轮，212、电机轴，213、升降丝杠，214、螺纹轴，215、螺母，216、止推轴承，31、翻转伺服电机，32、翻转电机支架，33、翻转丝杠，34、翻转电机丝杠螺母，35、螺母套杆，36、支撑架，37、横杆，38、床身翻转轴，39、l型拐臂，310、翻转滚轮，311、翻转滚轮轨道，4、床身支撑架，5、驱动装置，51、驱动电机，52、电机支架，53、联轴器，54、驱动丝杠，55、固定套筒，56、伸缩套筒，57、滑动销，6、床身，7、双腿宽度调节装置，71、髋关节固定导向块，72、双向螺旋丝杠，73、丝杠螺母，74、手摇柄，75、滑动轴承，76、宽度调节翻转轴，77、导向轴，78、伸缩外壳，8、腿部屈伸机构，81、髋关节套筒，82、双向螺旋套筒，83、大腿下部膝关节套筒，84、膝关节支撑件，85、小腿上部膝关节套筒，86、小腿下部踝关节套筒，87、脚底移动板，88、脚踏板，89、顶紧螺丝，9、脚底导向支撑装置，10、连接板，12、减重装置，121、电动推杆，123、滑动直杆，122、滑动导轨，124、悬吊架，13、计算机终端。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种主被动结合式下肢康复训练装置，包括底座1、床身水平升降结构、床身6、下肢训练机构、床身翻转机构、计算机终端13，床身水平升降结构固定连接在底座1上，底座1将整个床身6结构水平托起进行升降，所述底座1是底部设置有万向轮。床身水平升降结构顶部设置有床身支撑架4，床身6铰接连接在床身支撑架4一端，下肢训练机构固定连接在床身6上，床身翻转机构一端铰接在床身水平升降结构上，其另一端与床身6相连接。所述下肢训练机构包括驱动装置5、双腿宽度调节装置7以及腿部屈伸机构8。驱动装置5固定连接在床身6下表面前后两侧，双腿宽度调节装置7固定连接在床身6上表面。所述腿部屈伸机构8的一端与双腿宽度调节装置7连接，而另一端与驱动装置5铰接连接。

针对床身水平升降机构，列举两个实施方案。

实施例1：如图2所示，所述床身水平升降结构包括剪式升降杆24、滚轮连接轴23、梯形丝杠装置。剪式升降杆24在底座1上表面前后两侧相对设置，每侧的剪式升降杆24包括两根中部铰接连接的长杆，两根长杆的左侧分别与底座1和床身支撑架4的下表面铰接连接，两根长杆形成交叉的形状，两根长杆的右侧的末端铰接有升降杆滚轮25，升降杆滚轮25分别设置在固定连接在床身支撑架4的下表面和底座1处的滚轮轨道26中，l形的翻转滚轮轨道311可防其发生翻转危险。所述剪式升降杆24在装置左右两侧均由两根矩形管由转动副连接，剪式升降杆24后端分别铰接在底座1与床身支撑架4，前端通过转动副升降杆滚轮25与连接，所述滚轮连接轴23连接左右两侧剪式升降杆24，滚轮连接轴23与左右两侧升降杆滚轮25固定连接，滚轮连接轴23与升降杆滚轮25配合转动，滚轮连接轴23上设置有水平螺纹孔，梯形丝杠装置与水平螺纹孔相配的。梯形丝杠装置包括升降伺服电机21、梯形丝杆22，所述升降伺服电机21通过电机支架52固定在底座1上，梯形丝杆22一端与升降伺服电机21固定连接，一端与滚轮连接轴23固定连接。滚轮连接轴23中间加工有螺纹，与梯形丝杆22配合，这样就由丝杆22带动滚轮连接轴23以及升降杆滚轮25完成移动，进而带动剪式升降杆24动作，实现床身6的升降移动功能。

实施例2：如图3所示，所述床身水平升降结构包括在底座1上表面前后两侧相对设置的拐臂齿轮机构以及丝杠推动装置，每一侧的拐臂齿轮机构包括两个支撑臂28、拐臂29、末端啮合齿轮211、支架210，具体来说包括升降伺服电机21、拐臂22、支撑臂28、电机轴212、止推轴承216、末端啮合齿轮26、升降丝杠213、螺纹轴214、限位螺母29、支架210。两个支撑臂28等长，所述支撑臂28与底盘1铰接连接，支撑臂28下端铰接在底座1上表面上。两个拐臂29下端铰接在支撑臂28上端，拐臂29为折线形。末端啮合齿轮211固定连接在拐臂29末端的末端，支架210与床身支撑架4一体，支架210下端铰接在拐臂29上，拐臂22拐点铰接在支架210上，拐臂22与支撑臂28通过转动副连接，前后左右共四组，支架210的上端固定连接在床身支撑架4下表面上，两个末端啮合齿轮211相互啮合；还包括与相对设置的一对拐臂29与支撑臂28的铰接轴固定连接的螺纹轴214以及设置在两个螺纹轴214上的丝杠推动装置。所述升降伺服电机21通过电机的支架固定于电机轴212上，电机轴212与螺纹轴214两端均贯穿于止推轴承216内。末端啮合齿轮26与拐臂22一体，且齿轮26中心与拐臂22拐点重合为一点。左右两侧的前后两个拐臂22互相啮合。电机轴212中间加工有通孔，且为矩形平面，升降丝杠213与升降伺服电机21的连接端穿入通孔，且此端为阶梯状，方便套入止推轴承216与电机轴212之间进行安装。螺纹轴214中间加工螺纹，与升降丝杠213配合，升降丝杠213末端装有限位螺母215，防止升降丝杠213行程走完发生危险。这样，升降丝杠213的旋转运动，带动电机轴212与螺纹轴214发生相对位置移动，从而使得拐臂22与支撑臂28之间角度发生变化，继而使得底盘1与床身支撑架4之间高度发生变化，完成升降工作。

所述床身翻转机构包括翻转伺服电机31、翻转电机支架32、翻转丝杠33、翻转电机丝杠螺母34、螺母套杆35、支撑架36、床身翻转轴38、l型拐臂39、滚轮310、翻转滚轮轨道311。翻转电机支架32固定连接在床身支撑架4下表面上，翻转伺服电机31固定连接在翻转电机支架32上，翻转电机支架32与床身支撑架4铰接。所述螺母套杆35与翻转电机丝杠螺母34一体，螺母套杆35螺旋套接在翻转电机丝杠螺母34上，l型拐臂39与螺母套杆35铰接连接的末端设置有翻转滚轮310，套杆35与连接在横杆37上的支撑架36由销轴进行连接，所述横杆37与床身翻转轴38配合，床身翻转轴38固定于床身支撑架4上，横杆37与l型拐臂39一体，拐臂39与支撑架36有一定角度，床身翻转轴38与l型拐臂39的拐角处铰接连接。翻转滚轮轨道311固定连接在床身支撑架4下表面，翻转滚轮310设置在翻转滚轮轨道311内。所述翻转滚轮310固定连接在l型拐臂39上，可沿固定于床身6的翻转滚轮轨道311完成滚动，还设置有保持架，保持架可防止床身6发生过翻危险。所述床身翻转机构3，通过翻转丝杠33带动螺母套杆35的往复运动，完成横杆37的转动，并由横杆37带动拐臂39的旋转，通过翻转滚轮310沿着床身6的滚动，完成对床身6的支撑翻转。

驱动装置的直线运动带动腿部屈伸机构8完成屈伸运动。所述每侧驱动装置5包括驱动电机51、电机支架52、联轴器53、驱动丝杠54、固定套筒55、伸缩套筒56、滑动销57、伸缩套筒装置。驱动电机51固定连接在床身6下表面上，驱动装置驱动电机51通过电机支架52固定于床身6上，驱动装置5位于床身6下方两侧，用于驱动左右腿部屈伸机构8完成屈伸。联轴器53与驱动电机51旋转轴同轴设置，伸缩套筒装置与联轴器同轴固定连接的。伸缩套筒装置向床身6的右侧延伸，伸缩套筒装置的末端与腿部屈伸机构8铰接连接。伸缩套筒装置包括驱动丝杠54、固定套筒55、伸缩套筒56、滑动销57。固定套筒55加工有滑槽，通过安装架固定于床身6上，驱动丝杠54通过轴承固定于固定套筒55内，固定套筒55与伸缩套筒56间由轴承固定。所述伸缩套筒56一端加工有螺纹，与驱动丝杠54螺旋配合，此端留有螺纹孔，用于拧入滑动销57，滑动销57可在固定套筒55滑槽内滑动，通过滑动销57的作用，防止了两套筒的相对旋转，完成直线伸缩。

所述腿部屈伸机构8包括髋关节套筒81、双向螺旋套筒82、大腿下部膝关节套筒83、膝关节支撑件84、小腿上部膝关节套筒85、小腿下部踝关节套筒86、脚底移动板87、脚踏板88、顶紧螺丝89。髋关节套筒81与双腿宽度调节装置7铰接连接，大腿下部膝关节套筒83与髋关节套筒81同轴固定连接，髋关节套筒81与大腿下部膝关节套筒83加工有反向外螺纹，通过双向螺旋套筒82将两者连接，双向螺旋套筒82内两端加工有反向内螺纹。小腿上部膝关节套筒85与大腿下部膝关节套筒83铰接连接，大腿下部膝关节套筒83、与小腿上部膝关节套筒85通过转动副连接构成膝关节，内部装有角度传感器，并安有角度机械限位装置，外部装有膝关节支撑件84，膝关节支撑件84水平设置在大腿下部膝关节套筒83和小腿上部膝关节套筒85的铰接处，用于支撑患者膝关节，辅助完成屈伸运动。小腿下部踝关节套筒86与小腿上部膝关节套筒85同轴固定连接，小腿上部膝关节套筒85以及小腿下部踝关节套筒86同样通过双向螺旋套筒82进行螺旋连接，这样可以通过拧动双向螺旋套筒82来调整整个腿部机构的长短来适应身高不同人群。脚底移动板87与小腿下部踝关节套筒86下端铰接连接，脚踏板88设置在脚底移动板87上表面，所述小腿下部踝关节套筒86通过转动副与脚底移动板87连接，转动处构成踝关节，并设有角度机械限位装置，防止发生危险。脚踏板88和脚底移动板87之间设置有压力传感器，用于实时检测反馈患者对于脚底板的压力，方便进行健康评估。

脚底导向支撑装置9通过连接板10与伸缩套筒56连接，伸缩套筒装置的末端铰接连接有l形的连接板10，脚底导向支撑装置9与连接板10通过转动副连接，连接板10的另一端与小腿下部踝关节套筒86下端铰接连接。还设置有拧紧螺丝11，可以根据患者需要通过拧紧螺丝11进行任意的背伸跎屈角度调节。连接板10通过销轴与伸缩套筒56固定连接。这样，驱动装置伸缩套筒56的直线运动便带动了整个腿部屈伸机构8的屈伸运动。

所述双腿宽度调节装置7包括关节固定导向块71、双向螺旋丝杠72、丝杠螺母73、手摇柄74、滑动轴承75、宽度调节翻转轴76、导向轴77、伸缩外壳78。髋关节固定导向块71与腿部屈伸机构8铰接连接，丝杠螺母73和滑动轴承75设置在髋关节固定导向块71内部，双向螺旋丝杠72水平设置在床身6上表面，双向螺旋丝杠72与丝杠螺母73相配合。导向轴77水平设置在床身6上表面，导向轴77安装于滑动轴承75内，手摇柄74与双向螺旋丝杠72同轴设置，手摇柄74与双向螺旋丝杠72一体设置。导向轴77插接在滑动轴承75内。操作者只需要拧动手摇柄74，便可以带动双向螺旋丝杠72旋转，进而带动两侧的髋关节固定导向块71完成相对运动。所述髋关节固定导向块71与髋关节套筒81通过转动副连接，脚底移动板87装有导向柱，可沿脚底导向支撑装置9的滑动槽滑动，且通过顶紧螺丝89固定于脚底导向支撑装置9，因而髋关节固定导向块71的相对移动带动了双腿屈伸机构8的相对移动，完成双腿宽度调节，以此来适应不同体宽人群。伸缩外壳78固定于髋关节固定导向块71，随着腿宽调整完成左右伸缩，将宽度调节翻转轴76、双向螺旋丝杠72、导向轴77保护在内。

减重装置12连接在床身6的左侧，减重装置12包括电动推杆121、滑动导轨122、滑动直杆123、悬吊架124，滑动导轨122在床身6下表面，所述滑动导轨122固定连接在床身6上，滑动直杆123在滑动导轨122上移动。所述电动推杆121两端与床身6以及滑动直杆123通过销轴铰接，悬吊架124与滑动直杆123固定连接，形成一体，悬吊架124与滑动导轨122相配合，悬吊架124延伸到床身6上表面上方，悬吊架124为四方形的框架，框架的两个侧边为两个j形铁条，两个j形铁条并排设置并通过横杆和滑动直杆123相互固定连接，滑动直杆123为框架的底边，悬吊架124还包括若干个其他j形铁条，这若干个j形铁条并排设置相互固定连接并设置在悬吊架124的四方形的框架以内，分别与横杆和滑动直杆123固定连接。这样推杆121的往复运动带动了悬吊架124的移动。悬吊架124可吊有绑带，绑带固定于患者腰部，起到悬吊减重作用。

所述装置计算机终端13可根据脚底移动板87等处的传感器反馈，实时记录患者受力及训练情况，可配备打印机，随时进行训练结果打印。可对每一次的训练记录进行查找，制定训练计划。可设置训练驱动模式，模拟人体步行曲线函数。液晶显示屏14用于建立虚拟情境交互游戏，同时可带动患者主动进行训练。