[發明專利]用于人體康復訓練中自動固定裝置及康復訓練方法

有效

• 申請號: 201710889136.6
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107595548B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 訾斌;趙浩然;王正雨;陳橋;孫智;李舒怡
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種基于人體康復訓練中自動固定裝置的人體康復訓練方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：令工控機、尺寸調節單元，腰部關節活動單元內的各電機上電，初始化小腿關節活動單元、大腿關節活動單元內的各舵機，初始化尺寸調節單元內的激光測距傳感器，初始化身體部位固定單元中的肌電信號采集模塊；

步驟二：向工控機上輸入患者大小腿長度、身高及腰部位置信息，向工控機上預設所需要康復模塊，可選擇腳踝康復、膝關節康復、大腿關節康復、腰部關節康復；

步驟三：患者站立于站立平臺之上，根據步驟二中輸入的患者腿部、腰部、身高信息，首先控制小腿固定模塊中的尺寸調節單元中電機進行運動，帶動滾珠絲杠機構運動，從而使得尺寸調節模塊鋁合金外框架與尺寸調節模塊鋁合金內框架間相對位置發生改變，將小腿模塊調整至患者需要長度，并使得小腿關節活動單元與患者膝蓋關節處于同一平面內，調整過程由激光測距傳感器實時測量距離信息，并及時反饋給工控機，結合電機反饋信息，保證尺寸調節的準確性；

步驟四：大腿固定模塊的調節過程與步驟三相同，身高及腰部位置的調節主要由腰部固定模塊中的尺寸調節單元完成，調節過程與步驟三相同；

步驟五：將腰部固定模塊、大腿固定模塊、小腿固定模塊中的身體部位固定單元上的身體部位固定器分別綁在患者的小腿、大腿、腰部位置，使得肌電信號傳感器與人體小腿處比目魚肌、腓腸肌，人體大腿處股二頭肌、股四頭肌，人體腰部位置闊背肌、腹直肌等肌肉部位緊密貼合，保證測電硅膠頭粘附在身體皮膚之上；

步驟六：根據步驟二中輸入的康復模式，即腳踝康復、膝關節康復、大腿關節康復、腰部關節康復等康復模式，工控機驅動小腿關節活動單元、大腿關節活動單元中的卡板舵機運動，帶動卡板運動，卡板上設有卡槽，與相應關節位置卡頭相互配合，將關節卡死，根據患者選擇情況，若只需對踝關節進行康復，可調節卡板舵機，將小腿關節、大腿關節卡死，通過患者站立平臺的運動，帶動患者腳踝關節運動，若需要進行膝蓋關節康復，可將大腿關節卡死，通過患者站立平臺的運動，帶動患者膝蓋關節運動，若需要進行腰部關節康復或大腿關節康復，可將小腿關節卡死，通過患者站立平臺的運動，帶動患者腰部、大腿關節運動；

步驟七：由工控機控制交流伺服電機旋轉，帶動柔索發生伸縮運動，實現患者站立平臺的運動，實現人體各關節的康復訓練，通過固定在人體小腿、大腿、腰部各肌肉上的肌電信號傳感器，實時測量人體肌肉電信號，并反饋給工控機，工控機根據程序設定，對比接收到肌肉信號信息與健康人體肌肉電信號信息之間的區別，靈活調整交流伺服電機旋轉角度與旋轉速度，實現對患者康復運動過程中，康復狀況的實時反饋，并根據工控機控制信號，及時有效的反饋給交流伺服電機，實現運動軌跡的靈活調整功能；

步驟八：根據患者對康復過程的選擇，如需腰部輔助康復，可執行步驟八，首先調節腰部固定模塊上的尺寸調節單元，使得腰部關節活動單元位于患者腰部，腰部關節活動單元中，腰部轉動副步進電機通過大帶輪傳動模塊，將旋轉運動傳遞至腰部轉動副下板，實現腰部關節的運動，當患者腰部肌肉受到損害，又需要康復膝蓋、腳踝關節時，可將腰部關節旋轉90°，形成座椅狀，輔助支撐人體，使得患者能夠以坐姿完成腿部康復訓練，極大的減小了患者康復過程中二次傷害的概率；

步驟九：康復訓練完成，手動接觸患者小腿、大腿、腰部約束，令患者走下站立平臺；

步驟十：令各功能部件復位，關閉交流伺服電機，關閉腰部轉動副步進電機，關閉肌電信號傳感器、激光測距傳感器，關閉工控機電源；

用于人體康復訓練中自動固定裝置，包括立向設置的框架，框架內底部四角位置分別設有交流伺服電機，框架內底部中間設有站立平臺，每個交流伺服電機的輸出軸分別通過向上繞過框架頂部滑輪再向下延伸的柔索與站立平臺連接，所述框架頂部還架設有鋁合金型材，鋁合金型材位于站立平臺正上方，鋁合金型材與站立平臺之間豎直連接有左、右側人體支撐機構，左、右側人體支撐機構結構相同，每側人體支撐機構從上至下分別包括腰部固定模塊、大腿固定模塊、小腿固定模塊，其中腰部固定模塊上端與鋁合金型材連接，腰部固定模塊下端依次通過腰部關節活動單元、大腿關節活動單元與大腿固定模塊上端連接，大腿固定模塊下端通過小腿關節活動單元與小腿固定模塊上端連接，小腿固定模塊下端與站立平臺連接，腰部固定模塊、大腿固定模塊、小腿固定模塊的內側分別連接有身體部位固定單元；

所述腰部固定模塊、大腿固定模塊、小腿固定模塊均由尺寸調節單元構成，尺寸調節單元包括豎直設置的尺寸調節模塊鋁合金外框架，以及從尺寸調節模塊鋁合金外框架上端豎直滑動安裝在尺寸調節模塊鋁合金外框架中的尺寸調節模塊鋁合金內框架，尺寸調節模塊鋁合金外框架內底部通過電機固定板豎直安裝有尺寸調節步進電機，尺寸調節步進電機輸出軸豎直向 上，且尺寸調節步進電機輸出軸通過雙膜片聯軸器共中心軸傳動連接有滾珠絲杠，滾珠絲杠上端轉動連接在尺寸調節模塊鋁合金外框架頂部，尺寸調節模塊鋁合金內框架底部框板 設有滾珠螺母后構成滾珠螺母固定板，且尺寸調節模塊鋁合金內框架底部框板通過滾珠螺 母螺紋裝配在滾珠絲杠上構成絲杠螺母副，尺寸調節模塊鋁合金外框架內位于雙膜片聯軸 器一側還設有激光測距傳感器；

所述腰部固定模塊中，尺寸調節模塊鋁合金內框架上端與鋁合金型材連接，尺寸調節模塊鋁合金外框架下端依次通過腰部關節活動單元、大腿關節活動單元與大腿固定模塊中的尺寸調節模塊鋁合金內框架上端連接，大腿固定模塊中的尺寸調節模塊鋁合金外框架下端通過小腿關節活動單元與小腿固定模塊中的尺寸調節模塊鋁合金內框架上端連接，小腿固定模塊中的尺寸調節模塊鋁合金內框架下端與站立平臺連接；

所述腰部關節活動單元包括水平的腰部轉動副步進電機固定板、位于腰部轉動副步進電機固定板下方的水平的腰部轉動副上板、通過轉軸轉動連接在腰部轉動副上板底面的腰部轉動副下板，所述腰部轉動副步進電機固定板頂面與腰部固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金外框架下端固定連接，腰部轉動副步進電機固定板底面通過連接架與腰部轉動副上板頂面固定連接， 腰部轉動副步進電機固定板中設有腰部轉動副步進電機，腰部轉動副步進電機的輸出軸軸 端與腰部轉動副下板的轉軸對應端之間通過大帶輪傳動模塊傳動連接，腰部轉動副上板與 大帶輪傳動模塊相反方向的一側還通過轉軸轉動安裝有腰部卡板，腰部轉動副上板頂面設 有卡板舵機，卡板舵機的輸出軸通過卡板帶傳動模塊與腰部卡板的轉軸傳動連接，所述腰部轉動副下板底部、腰部卡板下端分別連接至大腿關節活動單元；

所述大腿關節活動單元包括水平的魚眼接頭連桿固定板、轉動軸固定板，以及中心軸水平的魚眼接頭 連桿轉軸、中心軸豎直的魚眼接頭連桿，所述魚眼接頭連桿轉軸固定安裝在轉動軸固定板 頂面，魚眼接頭連桿下端轉動安裝在魚眼接頭連桿轉軸上，魚眼接頭連桿上端與魚眼接頭 連桿固定板固定連接，所述魚眼接頭連桿固定板頂面與腰部關節活動單元中腰部轉動副下 板底部固定連接，轉動軸固定板底部與大腿固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金內框架上端固 定連接，轉動軸固定板一側還設有卡塊，所述腰部關節活動單元中腰部卡板下端設有卡在卡塊上的卡口；

所述小腿關節活動單元包括水平的卡板舵機固定板、魚眼接頭連桿固定板、轉動軸固定板，以及中心軸水平的魚眼接頭連桿轉軸、中心軸豎直的魚眼接頭連桿，其中卡板舵機固定板頂部與大腿固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金外框架下端固定連接，卡板舵機固定板中設有卡板舵機， 轉動軸固定板底部與小腿固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金內框架上端固定連接，魚眼接頭連桿轉軸固定在轉動軸固定板頂部，魚眼接頭連桿下端轉動安裝在魚眼接頭連桿轉軸上， 魚眼接頭連桿上端與魚眼接頭連桿固定板固定連接，魚眼接頭連桿固定板通過螺栓與卡板舵機固定板固定連接，還包括設置在卡板舵機固定板一側的卡板，卡板上端與卡板舵機的輸出軸固定連接，卡板下端延伸至小腿固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金內框架上端，小腿固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金內框架上端一側設有卡頭，所述卡板下端設有卡在卡頭上的卡口；

所述身體部位固定單元包括豎直的人體固定裝置固定板，人體固定裝置固定板背面分別固定在腰部固定模塊、大腿固定模塊、小腿固定模塊中尺寸調節模塊鋁合金外框架內側，人體固定裝置固定板中設有豎直的滑槽，滑槽中滑動安裝有人體固定裝置活動塊，且人體固定裝置活動塊與滑槽的上、下端槽壁之間分別連接有人體固定裝置彈簧，人體固定裝置活動塊正面連接有呈半環形的身體部位固定器，身體部位固定器的兩端內壁分別設有肌電信號傳感器。