一種腰部康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練器械領(lǐng)域，具體是一種腰部康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多數(shù)腰部康復(fù)訓(xùn)練裝置均采用電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)元件，如齒輪齒條等，作用在非彈性的板上，板與腰部接觸，從而進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。但是，上述大多數(shù)腰部訓(xùn)練裝置中，腰部聯(lián)接裝置中的執(zhí)行元件和末端執(zhí)行器均采用剛性元件，但剛性元件具有不可壓縮性，使得腰部所受到的力瞬變，這不僅嚴(yán)重影響了腰部康復(fù)訓(xùn)練的效果，還存在著安全隱患，易使康復(fù)患者腰部二次受傷。
[0003]為此，發(fā)明人申請(qǐng)了一件專利(申請(qǐng)?zhí)?01410491844.0)，公開了一種利用氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)腰部彎腰康復(fù)訓(xùn)練的六自由度并聯(lián)腰部康復(fù)訓(xùn)練裝置，以便克服現(xiàn)有腰部訓(xùn)練裝置的不足。
[0004]盡管該申請(qǐng)的技術(shù)方案與設(shè)備結(jié)構(gòu)有創(chuàng)新性的突破，但在臨床檢驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)該專利申請(qǐng)(201410491844.0)、治療周期長(zhǎng)、康復(fù)效果不夠理想。經(jīng)研宄分析，我們認(rèn)為造成該發(fā)明工作效率低的主要原因有如下幾點(diǎn):
該發(fā)明其聯(lián)接裝置件使用的是剛性連接桿，在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，剛性桿不可伸縮，也不會(huì)發(fā)生彈性變形，使得作用在腰部的力存在瞬變，存在安全隱患。
[0005]同時(shí)，由于腰帶為整圓環(huán)結(jié)構(gòu)，使得三個(gè)聯(lián)接裝置間接相連在一起，當(dāng)其中一個(gè)聯(lián)接裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)效果會(huì)通過(guò)圓環(huán)腰帶影響到其它的連接裝置，因此，三個(gè)氣動(dòng)人工肌肉在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在相互干涉。并且非對(duì)稱的三個(gè)氣動(dòng)人工肌肉布局使得運(yùn)動(dòng)范圍受限，腰無(wú)法向后伸展，使得實(shí)際使用中存在缺陷。
[0006]最后，該發(fā)明中傳遞氣動(dòng)人工肌肉單元200所產(chǎn)生的作用力的媒介是固定長(zhǎng)度的長(zhǎng)桿，而氣動(dòng)人工肌肉單元200在工作時(shí)會(huì)發(fā)生形變，引起前述連接桿傾斜，一則無(wú)法充分接觸患者的腰部傳遞作用力，二則接觸時(shí)由于聯(lián)接裝置的長(zhǎng)度不可調(diào)節(jié)，導(dǎo)致其施加在患者腰部的力忽大忽小，且不可控。而腰部受傷的患者的康復(fù)訓(xùn)練的一個(gè)重要原則是持續(xù)、漸進(jìn)，避免強(qiáng)度過(guò)大或過(guò)于頻繁的變力，反而不利于患者的康復(fù)，為此，有必要對(duì)該申請(qǐng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種腰部康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接裝置，以解決腰部康復(fù)訓(xùn)練裝置中存在的腰部聯(lián)接問題。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種腰部康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接裝置，包括鋁合金型材框架100和2個(gè)以上的腰部康復(fù)單元。所述腰部康復(fù)單元安裝在鋁合金型材框架100中。
[0009]每個(gè)腰部康復(fù)單元均包含氣動(dòng)人工肌肉單元200、重力平衡單元300、康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400。其中， 康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400為水平設(shè)置的、可伸縮的桿狀結(jié)構(gòu)件。通過(guò)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400的伸縮，確保在腰部康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，聯(lián)接裝置康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400能始終與患者腰部接觸，且施加在患者腰部上的作用力恒定。
[0010]康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400經(jīng)氣動(dòng)人工肌肉單元200與鋁合金型材框架100的底部相連接。
[0011]康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400經(jīng)重力平衡單元300與鋁合金型材框架100的頂部相連接。
[0012]采用本發(fā)明所述聯(lián)接裝置的控制方法，按如下步驟進(jìn)行:
步驟1.令采樣放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和工控機(jī)上電。令壓力傳感器405反饋壓力信號(hào)。令康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400復(fù)位。
[0013]步驟2.由工控機(jī)控制第一步進(jìn)電機(jī)411進(jìn)行聯(lián)接裝置的二級(jí)傳動(dòng)，使得每個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400中的上導(dǎo)軌組件縮入下導(dǎo)軌組件中，即四個(gè)每個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400分別遠(yuǎn)離鋁合金型材框架100的中心，患者從康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400之間的側(cè)隙進(jìn)入鋁合金型材框架100中心。
[0014]步驟3.由工控機(jī)控制第一步進(jìn)電機(jī)411進(jìn)行聯(lián)接裝置的二級(jí)傳動(dòng)，使得四個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400向鋁合金型材框架100中心位置靠攏。
[0015]步驟4.壓力傳感器405將測(cè)得的值傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，工控機(jī)根據(jù)壓力值控制第二步進(jìn)電機(jī)415進(jìn)行聯(lián)接裝置的一級(jí)傳動(dòng):壓力值大于預(yù)設(shè)值，控制第二步進(jìn)電機(jī)415正向轉(zhuǎn)動(dòng)，令上導(dǎo)軌組件縮入下導(dǎo)軌組件中，即使得康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400遠(yuǎn)離鋁合金型材框架中心位置。壓力值小于預(yù)設(shè)值，控制第二步進(jìn)電機(jī)415反向轉(zhuǎn)動(dòng)，令上導(dǎo)軌組件從下導(dǎo)軌組件中伸出，即使得康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400向鋁合金型材框架中心位置靠攏，直至壓力傳感器測(cè)405的壓力值與預(yù)設(shè)值相等。
[0016]步驟5.由工控機(jī)控制2個(gè)或4個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400對(duì)患者進(jìn)行彎腰康復(fù)訓(xùn)練:
控制2個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400進(jìn)行彎腰康復(fù)訓(xùn)練時(shí):由工控機(jī)控制相對(duì)的2個(gè)氣動(dòng)人工肌肉單元200中的氣動(dòng)人工肌肉充氣或放氣，使得氣動(dòng)人工肌肉收縮程度不同，從而提供驅(qū)動(dòng)力。并分別控制對(duì)應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400中的第二步進(jìn)電機(jī)415進(jìn)行聯(lián)接裝置的一級(jí)傳動(dòng)，使得腰部康復(fù)患者進(jìn)行前、后、左或右的彎腰康復(fù)訓(xùn)練。同時(shí)，控制另外2個(gè)氣動(dòng)人工肌肉單元200保持原狀態(tài)。
[0017]控制4個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400進(jìn)行彎腰康復(fù)訓(xùn)練時(shí):由工控機(jī)控制相鄰的2個(gè)氣動(dòng)人工肌肉單元200中的氣動(dòng)人工肌肉充氣，控制另外2個(gè)氣動(dòng)人工肌肉單元200中的氣動(dòng)人工肌肉放氣，使得相對(duì)的氣動(dòng)人工肌肉收縮程度不同，從而提供驅(qū)動(dòng)力。并分別控制康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400中的第二步進(jìn)電機(jī)415同時(shí)進(jìn)行聯(lián)接裝置的一級(jí)傳動(dòng)，同時(shí)，依據(jù)壓力傳感器測(cè)405反饋的壓力值控制康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400中的第一步進(jìn)電機(jī)411 二級(jí)傳動(dòng)，即對(duì)一級(jí)傳動(dòng)輔助運(yùn)動(dòng)，使得腰部康復(fù)患者在進(jìn)行各個(gè)方向的彎腰康復(fù)訓(xùn)練時(shí)實(shí)際受力與預(yù)設(shè)值相等。
[0018]步驟7.由工控機(jī)控制第一步進(jìn)電機(jī)411進(jìn)行聯(lián)接裝置的二級(jí)傳動(dòng)，使得每個(gè)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400中的上導(dǎo)軌組件縮入下導(dǎo)軌組件中，患者從康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400之間的側(cè)隙走出。關(guān)閉采樣放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和工控機(jī)電源。
[0019]本發(fā)明的有益技術(shù)效果
1.本發(fā)明裝置采用了模塊化設(shè)計(jì)，四個(gè)腰部康復(fù)單元的結(jié)構(gòu)相同，相互獨(dú)立，節(jié)約了加工成本，避免了訓(xùn)練中由于其中一個(gè)康復(fù)單元運(yùn)動(dòng)而使得其余單元被動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，相互間無(wú)干涉。同時(shí)，它們相互配合，聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了腰部康復(fù)訓(xùn)練，提高了工作效率。
[0020]2.本發(fā)明裝置通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別帶動(dòng)上導(dǎo)軌和滑塊在下導(dǎo)軌中做直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了腰帶的兩級(jí)伸縮，不但可根據(jù)康復(fù)患者腰圍信息進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié)，還可配合氣動(dòng)人工肌肉長(zhǎng)度的變化進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié)，使得聯(lián)接裝置的伸縮運(yùn)動(dòng)更加靈活。
[0021]3.本發(fā)明裝置中工控機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元控制步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)，在腰帶處加了壓力傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)腰部受力的大小，并通過(guò)采樣放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元實(shí)時(shí)將信號(hào)傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，完成了閉環(huán)反饋，使腰帶完成伸縮運(yùn)動(dòng)，不僅實(shí)現(xiàn)了腰部康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接裝置的自動(dòng)化，減少了勞動(dòng)力，還保證了聯(lián)接裝置運(yùn)動(dòng)的精度和腰部受力的大小，保證了腰部康復(fù)訓(xùn)練的效果。
[0022]4.本發(fā)明裝置末端執(zhí)行器采用柔性材料與腰部接觸，康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400 二級(jí)伸縮采用彈簧和繩索傳動(dòng)，起到了雙重減震、緩沖作用，使腰部的受力力更加平緩，有效地保護(hù)了腰部，防止了二次損傷。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的立體示意圖。
[0024]圖2為圖1的俯視圖。
[0025]圖3為圖1的右視圖。
[0026]圖4為圖1中康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400的立體示意圖。
[0027]圖5為圖4中上導(dǎo)軌402的立體示意圖。
[0028]圖6為圖4的仰視圖。
[0029]圖7為圖4中下導(dǎo)軌401的立體示意圖。
[0030]圖8為圖4中上導(dǎo)軌402與下導(dǎo)軌401連接區(qū)域的放大示意圖。
[0031]圖9為圖8的一級(jí)傳動(dòng)段的縱向剖視圖。
[0032]圖10為圖8的一級(jí)傳動(dòng)段的俯視圖。
[0033]圖11為圖8的二級(jí)傳動(dòng)段的縱向剖視圖。
[0034]具體實(shí)施方法
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
[0035]參見圖1，一種腰部康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接裝置，包括鋁合金型材框架100和2個(gè)以上的腰部康復(fù)單元。所述腰部康復(fù)單元安裝在鋁合金型材框架100中。每個(gè)腰部康復(fù)單元均包含氣動(dòng)人工肌肉單元200、重力平衡單元300、康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400。其中，
康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400為水平設(shè)置的、可伸縮的桿狀結(jié)構(gòu)件。通過(guò)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400的伸縮，確保在腰部康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，聯(lián)接裝置康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400能始終與患者腰部接觸，且施加在患者腰部上的作用力恒定。
[0036]康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400經(jīng)氣動(dòng)人工肌肉單元200與鋁合金型材框架100的底部相連接。
[0037]康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)接單元400經(jīng)