(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104474668 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.04.01
(21)申请号 201410785391.2(22)申请日 2014.12.16
(71)申请人东南大学
地址210096 江苏省南京市四牌楼2号(72)发明人宋爱国 秦超龙 李会军 倪得晶(74)专利代理机构江苏永衡昭辉律师事务所
32250
代理人王斌(51)Int.Cl.
A63B 23/04(2006.01)A63B 24/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)发明名称
下肢步态康复训练自适应减重机构及控制方法(57)摘要
本发明公开了一种下肢步态康复训练自适应减重机构及控制方法，包括支架、设置在所述支架横板上的踏板模块，设置在所述支架竖板上的摆动杆，以及与所述摆动杆一端连接的固定模块和另一端连接的配重模块；本发明通过配重的左右移动实现配重模块自身的重心调整，实现自适应配重平衡，从而带动摆动杆上下摆动，实现康复训练者上下移动，保证康复训练者的设定姿态不随自适应控制的调整而改变，实现下肢步态自适应减重康复训练。
C N 1 0 4 4 7 4 6 6 8 A CN 104474668 A
权 利 要 求 书
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1.一种下肢步态康复训练自适应减重机构，其特征在于：包括支架、设置在所述支架横板上的踏板模块、转动设置在所述支架竖板上的摆动杆、与所述摆动杆一端连接的固定模块以及与所述摆动杆另一端连接的配重模块；所述固定模块用于固定康复训练者；所述踏板模块测量康复训练者对踏板模块施加的压力；所述配重模块通过调整自身重心实现摆动杆上下摆动，从而调整康复训练者对踏板模块的压力。
2.根据权利要求1所述的下肢步态康复训练自适应减重机构，其特征在于：所述固定模块包括背带和承重板。
3.根据权利要求1所述的下肢步态康复训练自适应减重机构，其特征在于：所述踏板模块由踏板和踏板下装有的测力传感器组组成。
4.根据权利要求3所述的下肢步态康复训练自适应减重机构，其特征在于：所述测力传感器组由四个测力传感器组成，四个测力传感器均匀分布在所述踏板下接近四个拐角处。
5.根据权利要求1所述的下肢步态康复训练自适应减重机构，其特征在于：所述配重模块包括配重架、配重、用于配重进行滑动的导轨以及与配重连接并驱动配重滑动的驱动机构。
6.根据权利要求1所述的下肢步态康复训练自适应减重机构，其特征在于：所述支架上还设有安全挡板，所述安全挡板设置在所述摆动杆下方。
7.一种应用权利要求1所述的下肢步态康复训练自适应减重机构控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1：使用前通过计算机预设阈值z，z为康复训练者期望对踏板造成的压力值上限，单位N；
步骤2：使用固定模块中的背带将康复训练者背靠承重板固定；步骤3：在康复训练者准备好之后打开各部分电源，机构即开始工作；步骤4：测力传感器组工作，测量康复训练者对踏板实施的压力值，并将数据通过通信连接发送给计算机，计算机接收的数据转化为压力值s，单位为N，并与预设阈值z比较，若s＞z，则计算机控制电机转动，电机通过联轴器带动丝杆转动，再通过丝杆和螺母配合，通孔与导轨的配合，带动配重背向康复训练者移动，摆动杆摆动，带动康复训练者向上移动；直到所测s满足s＜＝z，电机停止转动，等待下一次转动命令；
步骤5：康复训练者进行减重康复训练；步骤6：如果训练过程中需要改变预设阈值，则在计算机上修改阈值，并返回步骤4；步骤7：下肢康复训练结束，计算机控制电机旋转，带动配重朝向康复训练者移动至顶端，护理人员帮助康复训练者安全卸下设备，关闭设备电源。
8.根据权利要求7所述的下肢步态康复训练自适应减重机构控制方法，其特征在于：在步骤6中，计算机每隔5秒检测预设阈值z是否变化，若无变化则继续以预设阈值z运行，若检测到阈值改变时，记录改变后的阈值为z1，此时仍然按照改变前的阈值z进行减重控制；在5秒后的下一次检测中，若检测到的阈值z2等于z1，则按照z1进行减重控制；如果z2不等于z1，则继续按照z进行控制，记录此时的阈值。
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CN 104474668 A
说 明 书
下肢步态康复训练自适应减重机构及控制方法
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技术领域
本发明涉及一种减重机构及控制方法，尤其涉及一种用于下肢康复训练的具有自适应减重功能的减重机构及控制方法。
[0001]
背景技术
在日常生活中，下肢运动功能障碍类疾病的患者，因为失去了躯体平衡能力，并且
受限于下肢有限的支撑能力，他们的下肢康复训练运动往往会遭遇很大的阻碍。目前，下肢康复训练机构作为辅助患者进行康复训练的自动化医疗仪器，可以给患者提供躯体的平衡，患者可以在康复训练机构的支撑下主动进行康复训练。但是康复训练中并未充分合理地考虑到康复训练者下肢有限的支撑能力，如果仅靠手臂的支撑力量进行的康复训练，对于康复训练者来说，负担过重，困难过大而且还不安全，这时就离不开护理人员的小心帮助，对护理人员的要求就会很高。
[0002]
发明内容
本发明充分考虑下肢康复训练者丧失的躯体平衡能力和有限的支撑能力，为了安全、可靠地解决下肢康复训练者自主康复训练问题，提出了一种能够实现自适应减重的下肢步态康复训练自适应减重机构及控制方法。[0004] 本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种下肢步态康复训练自适应减重机构，包括支架、设置在所述支架横板上的踏板模块、转动设置在所述支架竖板上的摆动杆、与所述摆动杆一端连接的固定模块以及与所述摆动杆另一端连接的配重模块；所述固定模块用于固定康复训练者；所述踏板模块测量康复训练者对踏板模块施加的压力；所述配重模块通过调整自身重心实现摆动杆上下摆动，从而调整康复训练者对踏板模块的压力。[0006] 所述固定模块包括背带和承重板。
[0007] 所述踏板模块由踏板和踏板下装有的测力传感器组组成。[0008] 所述测力传感器组由四个测力传感器组成，四个测力传感器均匀分布在所述踏板下接近四个拐角处。测力传感器组与计算机通信连接。[0009] 所述配重模块包括配重架、配重、用于配重进行滑动的导轨以及与配重连接并驱动配重滑动的驱动机构；所述驱动机构包括电机、丝杆以及套设在所述丝杆上的螺母。在设计时可以通过修改配重质量和各部分长度，如导轨与丝杆的长度、摆动杆的长度等，以适用不同需求的人群。
[0010] 所述支架上还设有安全挡板，所述安全挡板设置在所述摆动杆下方，用于限制摆动杆上下摆动的角度。
[0003]
一种下肢步态康复训练自适应减重机构控制方法，具体步骤如下：
[0012] 步骤1：使用前通过计算机预设阈值z，z为康复训练者期望对踏板造成的压力值上限，单位N；
[0011]
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说 明 书
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步骤2：使用固定模块中的背带将康复训练者背靠承重板固定；[0014] 步骤3：在康复训练者准备好之后打开各部分电源，机构即开始工作；[0015] 步骤4：测力传感器组工作，测量康复训练者对踏板实施的压力值，并将数据通过通信连接发送给计算机，计算机接收的数据转化为压力值s，单位为N，并与预设阈值z比较，若s＞z，则计算机控制电机转动，电机通过联轴器带动丝杆转动，再通过丝杆和螺母配合，通孔与导轨的配合，带动配重背向康复训练者移动，直到所测s满足s＜＝z，电机停止转动，等待下一次转动命令；[0016] 步骤5：康复训练者进行减重康复训练；[0017] 步骤6：如果训练过程中需要改变预设阈值，则在计算机上修改阈值，并返回步骤4；
[0018] 步骤7：下肢康复训练结束，计算机控制电机旋转，带动配重朝向康复训练者移动至顶端，护理人员帮助康复训练者安全卸下设备，关闭设备电源。[0019] 在步骤6中，计算机每隔5秒检测预设阈值z是否变化，若无变化则继续以预设阈值z运行，若检测到阈值改变时，记录改变后的阈值为z1，此时仍然按照改变前的阈值z进行减重控制；在5秒后的下一次检测中，若检测到的阈值z2等于z1，则按照z1进行减重控制；如果z2不等于z1，则继续按照z进行控制，记录此时的阈值。也就是改变后被检测两次的值相同，才改变控制阈值，控制量改变时间5-10秒之间。[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：[0021] (1)本发明采用摆动杆，自适应调节过程中实现上下摆动，而无平面转动，可以保持康复训练者的姿态保持不变，自适应调节过程不会给康复训练者带来不适；[0022] (2)本发明可以根据康复训练者不同的体重，充分考虑其下肢支撑能力，可自适应的调节配重，使得康复训练者对于踏板压力低于所设阈值，实现下肢步态自适应减重康复训练。
[0023] (3)本发明可以进行自适应减重调节，适用人群广，能达到更好的人群适应性。[0024] (4)本发明通过精简有效的控制方法，控制过程连续，实时性好，发明中增设了安全挡板装置，使得使用安全性得到更好的保障。附图说明
图1为本发明具体实施流程图；
[0026] 图2为本发明中踏板模块中的四个测力传感器分布示意图；[0027] 图3为本发明的一个实例结构图；[0028] 图4为本发明的一个实例场景示意图；[0029] 附图中标号为：1.承重板和背带；2.测力传感器组；3.踏板；4.摆动杆；5.支架；6.安全挡板；7.电机；8.螺母；9.丝杆；10.配重；11.导轨；12.通孔；13.联轴器；14.配重架。
[0025]
具体实施方式：
[0030]
下面以图3的实例场景示意图为例，并结合图1和图2说明本发明的具体实施步
骤：
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说 明 书
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如图1和图3所示，本发明公开了一种下肢步态康复训练自适应减重机构及控制方法，本下肢步态康复训练自适应减重机构包括支架、设置在所述支架横板上的踏板模块，转动设置在所述支架竖板上的摆动杆、与所述摆动杆一端连接的固定模块以及与所述摆动杆另一端连接的配重模块；所述固定模块固定模块由背带和承重板1组成，用于固定康复训练者。所述踏板模块由踏板3和踏板下装有的测力传感器组2组成，测力传感器组2由四个测力传感器组成，四个测力传感器均匀分布在踏板下接近四个拐角处，分布如图2。所述踏板模块用于测量康复训练者对踏板模块施加的压力；所述配重模块包括配重架14、配重10、用于配重10进行滑动的导轨11以及与配重10连接的驱动机构，驱动机构用于驱动配重10滑动。在配重10上设有通孔12，用于导轨11通过配重10，并使配重10在导轨11上滑动。驱动机构包括电机7、联轴器13、丝杆9以及套设在所述丝杆9上的螺母8，电机7使用四颗螺钉固定于配重架14上，电机7出轴与丝杆9通过联轴器13连接，可带动丝杆9旋转。支架5上还设有安全挡板6，安全挡板6设置在摆动杆4下方，可以限制摆动杆4上下摆动的角度，起到安全作用，保证不会将康复训练者抬得过高或压得过低；测力传感器组2与计算机通信连接，电机7与计算机通信连接；如图4所示。[0032] 测力传感器2用于测量康复训练者对踏板施加的压力，计算机通过通信连接获取所测数据并与预设阈值z比较，根据所测压力s与预设阈值z比较的结果控制电机7旋转，电机7通过联轴器13带动丝杆转动，再通过配重10下的螺母8与丝杆9的配合，配重10上的通孔12与导轨11的配合，带动配重10左右移动，实现配重模块重心变化，自适应配重平衡。通过配重10左右移动调整自身重心变化，从而带动摆动杆上下摆动，进而实现康复训练者上下移动，调整康复训练者对踏板模块的压力。本发明利用摆动杆4的上下摆动替代为平面内的转动，保证康复训练者的设定姿态不随自适应控制的调整而改变，实现下肢步态自适应减重康复训练。[0033] 其具体步骤如下：[0034] 步骤1：使用前通过计算机预设阈值z，z为康复训练者期望对踏板3造成的压力值上限，单位N；[0035] 步骤2：使用固定模块中的背带将康复训练者背靠承重板1固定；[0036] 步骤3：在康复训练者准备好之后打开各部分电源，机构即开始工作；[0037] 步骤4：测力传感器组2工作，测量康复训练者对踏板的压力值，并将数据传送给计算机，计算机将四个测力传感器2测得数据求和并转化为压力值s，单位为N，并与预设阈值z比较，若s＞z，则计算机控制电机7转动，电机7通过联轴器13带动丝杆9转动，通过丝杆9和螺母8配合，通孔12与导轨11的配合，带动配重10背向康复训练者移动，直到所测s满足s＜＝z，电机7停止转动，等待下一次转动命令；[0038] 步骤5：康复训练者进行减重康复训练；[0039] 步骤6：如果训练过程中需要改变预设阈值z，则在计算机上修改阈值z，并返回步骤4；计算机每隔5秒检测预设阈值z是否变化，若无变化则继续以预设阈值z运行，若检测到阈值改变时，记录改变后的阈值为z1，此时仍然按照改变前的阈值z进行减重控制；在5秒后的下一次检测中，若检测到的阈值z2等于z1，则按照z1进行减重控制；如果z2不等于z1，则继续按照z进行控制，记录此时的阈值。也就是改变后被检测两次的值相同，才改变控制阈值，控制量改变时间5-10秒之间，起到延迟改变阈值的作用。之后，计算机对减重
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机构的阈值持续进行监测。[0040] 步骤7：下肢康复训练结束，计算机控制电机旋转，带动配重10朝向康复训练者移动至顶端，护理人员帮助康复训练者安全卸下设备，关闭设备电源。[0041] 在本发明具体实施例中，可在设计时通过修改配重质量和各部分长度，如导轨与丝杆的长度、摆动杆的长度等，以适用不同需求的人群。
[0042] 在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
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说 明 书 附 图
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