專利名稱：一種下肢痙攣智能康復裝置的制作方法
技術領域：
本裝置涉及一種智能康復裝置，特別是關于一種下肢痙攣智能康復裝置。
背景技術：
腦血管病是我國死亡率和致殘率最高的疾病之一。在腦卒中患者的康復過程中，踝關節周圍肌肉的痙攣和/或攣縮嚴重限制了他們的行走以及獨立生活能力。腦卒中患者痙攣和/或攣縮的產生歸因于腦血管疾病后神經反射的變化，以及持續性肌張力過大造成的相關肌肉/肌腱組織短縮。臨床上常見的預防及治療方法是關節的被動運動，治療師用手或者利用“連續被動拉伸”裝置帶動病人的踝關節在其運動范圍內往復運動，通過對踝關節周圍肌肉的拉伸達到預防或者改善痙攣和/或攣縮的目的。研究顯示踝關節持續的被動運動對減少受試者踝關節僵硬有一定效果。然而，這兩種方法的局限性也很明顯。首先，踝關節活動范圍的確定取決于治療師或者病人的主觀感受，因此肌肉往往不能夠在關節的最大運動范圍下得到充分的拉伸。其次，現有的“連續被動拉伸”裝置缺乏運動過程中相關肌肉的神經信號的實時反饋，只是單純的帶動腳踝往復運動，康復效果不是很明顯。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種根據腦卒中患者的神經反射及肌肉生物力學特性所設計的下肢痙攣智能康復裝置。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于它包括由具有安裝槽的型材制作的底架，所述底架后部頂面固定連接一座椅；所述座椅前方的底架上連接有大腿支撐機構、小腿支撐機構、電機驅動機構、腳板固定機構和控制模塊；所述大腿支撐機構包括一固定連接在所述底架上的支撐桿，所述支撐桿內插設有一 T形架的垂直端，且二者通過鎖緊件滑動連接；所述小腿支撐機構包括一前后平移桿，其通過鎖緊件滑動連接在所述底架上，所述前后平移桿的一側通過鎖緊件滑動連接一左右平移桿，所述左右平移桿頂面固定連接一下支撐桿，所述下支撐桿通過鎖緊件滑動連接一上下平移桿，所述上下平移桿頂部通過鎖緊件轉動連接一弧形支撐架，所述弧形支撐架內固定連接有一綁帶；所述電機驅動機構包括一前后平移架，其通過鎖緊件滑動連接在所述底架上，所述前后平移架頂部通過鎖緊件滑動連接一電機支架，所述電機支架的頂部固定連接有一具有編碼器和減速器的電機套件，所述電機套件的輸出軸轉動地連接在一設置在所述電機支架頂部的軸承座上；所述腳板固定機構包括一腳板，所述腳板上設置有若干綁帶，所述腳板背部設置有一傾角傳感器；所述腳板的一側設置有一腳側板，所述腳側板的上部通過一扭矩傳感器連接一聯軸器，所述聯軸器的另一端連接在所述電機套件的輸出軸上；所述控制模塊包括三個電極片、一數據采集單元、一電機驅動器和一設置在計算機上的一數據分析單元，所述數據分析單元包括一計算模塊；三個所述電極片分別設置在患者的比目魚肌、腓腸肌、脛骨前肌處， 用于采集患者相應肌肉表面的電信號，并發送給所述數據采集單元；所述數據采集單元還采集所述扭矩傳感器傳來的扭矩信號和所述傾角傳感器傳來的傾角信號，并將各肌肉表面的電信號、扭矩信號和傾角信號傳入計算機中的數據分析單元，所述數據分析單元的計算模塊通過計算得到所述電機在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的計算值，并將計算值發送給所述電機驅動器，以控制所述電機在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩。它還包括一限制所述腳側板擺動范圍的機械安全限位機構，所述機械安全限位機構包括一擺動銷和兩定位銷；所述擺動銷設置在所述聯軸器上，所述軸承座的側面設置有一排安裝孔，兩所述定位銷分別設置在所述擺動銷兩側的所述軸承座的一安裝孔內。所述數據分析單元還設置有一電路安全限位模塊，所述電路安全限位模塊用于設定所述電機在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的最大值；此時所述數據分析單元的計算模塊將所述電機的速度、轉向和輸出力矩的計算值與所述電路安全限位模塊設定的相應最大值進行比較如果超出其相應的最大值，則輸出其相應的最大值給所述電機驅動器；如果未超出，則將計算值輸出給所述電機驅動器，以控制所述電機在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩。所述小腿支撐機構中前后平移桿、左右平移桿、下支撐桿和上下平移桿，所述電機驅動機構中的前后平移架和電機支架，均采用具有安裝槽的型材制作而成。所述數據分析單元是采用LabVIEW軟件編寫的計算機程序。所述大腿支撐機構的T形架的兩水平端上分別設置有加粗的柔性物，所述T形架還通過另配的綁帶進行大腿固定。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由于設置了一扭矩傳感器，一角度傳感器和一包括三個電極片、一數據采集單元、一數據分析單元和一電機驅動器的控制模塊，數據分析單元根據三個電極片測量的肌肉表面的電信號，以及踝關節運動的力矩和角度信號，計算出電機的速度和轉向、輸出力矩，因此本發明首次提出了主動拉伸的思想，不再是病人被牽拉設備簡單盲目的拉伸，而是通過自身肌肉電信號和關節力矩的反饋，讓自己通過神經參與 到康復控制中，增加病人的主動干預性，提升康復效果。2、本發明由于在大腿支撐機構中設置了上下平移的T形架，在小腿支撐機構中設置了前后、左右、上下平移桿，在電機驅動機構中設置了前后平移架和電機支架，在電機驅動機構中設置了可以活動的腳側板，這些機構中都具有較多的自由度，因此本發明可以使患者處于較為舒適的坐姿和腿部位置，并且平移調節非常簡單。3、本發明除了設置一機械安全限位機構以夕卜，還在數據分析單元中設置了一電路安全限位模塊，電路安全限位模塊可以設定電機在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的最大值，因此本發明能夠有效地保證電機驅動機構在人體極限運動范圍內轉動，提高了安全性。4、本發明由于底座，小腿支撐機構中前后平移桿、左右平移桿、下支撐桿、上下平移桿，電機驅動機構中的前后平移架、電機支架均采用型材制作，因此本發明連接簡單而且易于拆裝。本發明可以廣泛應用于下肢痙攣智能康復的研究，服務于腦卒中患者康復事業。


圖1是本發明結構示意2是本發明控制模塊的結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1、圖2所示，本發明包括一通過型材連接制作的底架1，在底架I的型材上全部具有沿型材長度方向延伸的安裝槽。在底架I后部頂面固定連接一座椅2，在座椅2前方的底架I上連接有一大腿支撐機構3、一小腿支撐機構4、一電機驅動機構5、一腳板固定機構6和一控制模塊7。大腿支撐機構3包括一固定連接在底架I上的支撐桿31，在支撐桿31內插設有一用于支撐大腿的T形架32的垂直端，且二者之間通過鎖緊件滑動連接；T形架32的兩水平端上分別設置有加粗的柔性物，T形架32還可以另配綁帶進行大腿固定。小腿支撐機構4包括一通過鎖緊件滑動連接在底架I上的前后平移桿41，在前后平移桿41的一側通過鎖緊件滑動連接一左右平移桿42，左右平移桿42頂面固定連接一下支撐桿43 ;下支撐桿43通過鎖緊件滑動連接一上下平移桿44，上下平移桿44通過鎖緊件轉動連接一弧形支撐架45，弧形支撐架45內固定連接有一綁帶46。電機驅動機構5包括一前后平移架51，前后平移架51通過鎖緊件滑動連接在底架I上，前后平移架51頂部通過鎖緊件滑動連接一電機支架52，電機支架52頂部固定連接一電機套件53 ；電機套件53包括一編碼器54、一電機55和一減速箱56 ；電機套件53的輸出軸轉動地連接在一設置在電機支架52頂部的軸承座57上。腳板固定機構6包括一腳板61，腳板61上設置有若干綁帶62，腳板61背部設置有一傾角傳感器63 ;腳板61的一側設置有一腳側`板64，腳側板64的上部通過一扭矩傳感器65連接一聯軸器66,聯軸器66的另一端連接電機套件53的輸出軸上。聯軸器66上固定設置有一擺動銷67，軸承座57的側面設置有一排安裝孔，擺動銷67兩側的軸承座57的一安裝孔內分別安裝有一定位銷68。如圖2所示，本發明控制模塊7包括三個電極片71、72、73，一數據采集單元74，一設置在計算機75上的數據分析單元76和一電機驅動器77，數據分析單元76包括一電路安全限位模塊和一計算模塊；電路安全限位模塊用于設定電機55在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的最大值；計算模塊用于得出電機55在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的計算值，并將計算值與電路安全限位模塊中設定的相應的最大值進行比較后，最后輸出給電機驅動器77。電極片71、72、73分別貼在患者的比目魚肌、腓腸肌、脛骨前肌處，用于采集患者相應肌肉表面的電信號，并發送給數據采集單元74;數據采集單元74還采集傾角傳感器63傳來的傾角信號和扭矩傳感器65傳來的扭矩信號，并將各肌肉表面的電信號、扭矩信號和傾角信號傳入計算機75中的數據分析單元76，數據分析單元76的計算模塊通過分析得到電機55在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的計算值，并將計算值與電路安全限位模塊中設定相應的最大值進行比較如果超出其相應的最大值，則計算模塊輸出其相應的最大值給電機驅動器77 ;如果未超出，則計算模塊將計算值輸出給電機驅動器77，由電機驅動器77控制電機55在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩。上述實施例中，底座I，小腿支撐機構4中前后平移桿41、左右平移桿42、下支撐桿43、上下平移桿44，電機驅動機構5中的前后平移架51、電機支架52均采用沿長度方向具有安裝槽的型材制作，連接簡單而且易于拆裝。上述實施例中，擺動銷67和兩定位銷68組成一機械安全限位機構?；颊呖梢酝ㄟ^設置兩定位銷68的位置來限制擺動銷67的活動范圍，進而達到限制腳側板64擺動的范圍。上述實施例中，數據分析單元76是采用LabVIEW軟件編寫的計算機程序。利用本發明進行下肢痙攣智能康復時，包括以下步驟I)患者坐在座椅2上；2)松開大腿支撐機構3中的鎖緊件，將患者的大腿放置在大腿支撐架31上，調整大腿支撐架31到合適位置后，鎖緊鎖緊件；3)松開小腿支撐機構4中的鎖緊件，將患者的小腿放置在弧形支撐架45上，分別調整前后平移桿41、左右平移桿42、上下平移桿44和弧形支撐架45到合適位置后，鎖緊鎖緊件用綁帶46固定患者小腿；4)將患者的腳放置在腳板61上，通過綁帶62將患者的腳固定在腳板61上；5)松開電機驅 動機構5的鎖緊件，分別調整前后平移架51和電機支架52，使腳板固定機構6移動到合適位置后，鎖緊鎖緊件；6)患者設置兩定位銷68的位置，來限制擺動銷67的活動范圍，從而達到限制腳側板64擺動的范圍；7)患者在數據分析單元76中的電路安全限位模塊中設定電機55在拉伸過程中的速度、轉向和輸出力矩的最大值；8)患者可以在數據分析單元76的計算模塊觀測自己肌肉表面的電信號、傾角傳感器63感應的角度信號和扭矩傳感器65感應的扭矩信號，數據分析單元76中的計算模塊根據這些信號得出電機55在拉伸過程中的速度和轉向、輸出力矩的計算值，并將計算值與電路安全限位模塊中設定相應的最大值進行比較如果超出其相應的最大值，則計算模塊輸出其相應的最大值給電機驅動器77 ;如果未超出，則計算模塊將計算值輸出給電機驅動器77,由電機驅動器77控制電機55在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩；9)電機55經過減速箱56輸出動力，通過聯軸器66帶動腳側板64轉動；腳側板64帶動腳板61運動,患者的腳隨腳板61運動。本發明僅以上述實施例進行說明，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有所變化的，尤其是主動拉伸的方法。凡是在本發明技術方案的基礎上，根據本發明原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于它包括由具有安裝槽的型材制作的底架，所述底架后部頂面固定連接一座椅；所述座椅前方的底架上連接有大腿支撐機構、小腿支撐機構、電機驅動機構、腳板固定機構和控制模塊； 所述大腿支撐機構包括一固定連接在所述底架上的支撐桿，所述支撐桿內插設有一 T形架的垂直端，且二者通過鎖緊件滑動連接； 所述小腿支撐機構包括一前后平移桿，其通過鎖緊件滑動連接在所述底架上，所述前后平移桿的一側通過鎖緊件滑動連接一左右平移桿，所述左右平移桿頂面固定連接一下支撐桿，所述下支撐桿通過鎖緊件滑動連接一上下平移桿，所述上下平移桿頂部通過鎖緊件轉動連接一弧形支撐架，所述弧形支撐架內固定連接有一綁帶； 所述電機驅動機構包括一前后平移架，其通過鎖緊件滑動連接在所述底架上，所述前后平移架頂部通過鎖緊件滑動連接一電機支架，所述電機支架的頂部固定連接有一具有編碼器和減速器的電機套件，所述電機套件的輸出軸轉動地連接在一設置在所述電機支架頂部的軸承座上； 所述腳板固定機構包括一腳板，所述腳板上設置有若干綁帶，所述腳板背部設置有一傾角傳感器；所述腳板的一側設置有一腳側板，所述腳側板的上部通過一扭矩傳感器連接一聯軸器，所述聯軸器的另一端連接在所述電機套件的輸出軸上； 所述控制模塊包括三個電極片、一數據采集單元、一電機驅動器和一設置在計算機上的一數據分析單元，所述數據分析單元包括一計算模塊；三個所述電極片分別設置在患者的比目魚肌、腓腸肌、脛骨前肌處，用于采集患者相應肌肉表面的電信號，并發送給所述數據采集單元；所述數據采集單元還采集所述扭矩傳感器傳來的扭矩信號和所述傾角傳感器傳來的傾角信號，并將各肌肉表面的電信號、扭矩信號和傾角信號傳入計算機中的數據分析單元，所述數據分析單元的計算模塊通過計算得到所述電機在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的計算值，并將計算值發送給所述電機驅動器，以控制所述電機在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩。
2.如權利要求1所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于它還包括一限制所述腳側板擺動范圍的機械安全限位機構，所述機械安全限位機構包括一擺動銷和兩定位銷；所述擺動銷設置在所述聯軸器上，所述軸承座的側面設置有一排安裝孔，兩所述定位銷分別設置在所述擺動銷兩側的所述軸承座的一安裝孔內。
3.如權利要求1所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述數據分析單元還設置有一電路安全限位模塊，所述電路安全限位模塊用于設定所述電機在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的最大值；此時所述數據分析單元的計算模塊將所述電機的速度、轉向和輸出力矩的計算值與所述電路安全限位模塊設定的相應最大值進行比較如果超出其相應的最大值，則輸出其相應的最大值給所述電機驅動器；如果未超出，則將計算值輸出給所述電機驅動器，以控制所述電機在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩。
4.如權利要求2所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述數據分析單元還設置有一電路安全限位模塊，所述電路安全限位模塊用于設定所述電機在拉伸過程中速度、轉向和輸出力矩的最大值；此時所述數據分析單元的計算模塊將所述電機的速度、轉向和輸出力矩的計算值與所述電路安全限位模塊設定的相應最大值進行比較如果超出其相應的最大值，則輸出其相應的最大值給所述電機驅動器；如果未超出，則將計算值輸出給所述電機驅動器，以控制所述電機在拉伸過程中電機的速度和轉向、輸出力矩。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述小腿支撐機構中前后平移桿、左右平移桿、下支撐桿和上下平移桿，所述電機驅動機構中的前后平移架和電機支架，均采用具有安裝槽的型材制作而成。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述數據分析單元是采用LabVIEW軟件編寫的計算機程序。
7.如權利要求5所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述數據分析單元是采用LabVIEW軟件編寫的計算機程序。
8.如權利要求1或2或3或4或7所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述大腿支撐機構的T形架的兩水平端上分別設置有加粗的柔性物，所述T形架還通過另配的綁帶進行大腿固定。
9.如權利要求5所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述大腿支撐機構的T形架的兩水平端上分別設置有加粗的柔性物，所述T形架還通過另配的綁帶進行大腿固定。
10.如權利要求6所述的一種下肢痙攣智能康復裝置，其特征在于所述大腿支撐機構的T形架的兩水平端上分別設置有加粗的柔性物，所述T形架還通過另配的綁帶進行大腿固定。
全文摘要
本發明涉及一種下肢痙攣智能康復裝置，它包括底架、座椅、大腿支撐機構、小腿支撐機構、電機驅動機構、腳板固定機構、機械安全限位機構和控制模塊；大腿支撐機構包括支撐桿和T形架、；小腿支撐機構包括前后平移桿、左右平移桿、下支撐桿、上下平移桿、弧形支撐架和綁帶；電機驅動機構包括前后平移架、電機支架、軸承座和電機套件；腳板固定機構包括腳板，若干綁帶，傾角傳感器、腳側板，扭矩傳感和聯軸器；控制模塊包括三個電極片、數據采集單元、電機驅動器和設置在計算機上的數據分析單元，數據分析單元包括計算模塊和電路安全限位模塊。本發明通過患者肌肉表面電信號和關節力矩的反饋，讓自己參與到康復控制中，增加了病人的主動干預性從而提升了康復效果。本發明可以廣泛應用于下肢痙攣的康復中。
文檔編號A61H1/00GK103054690SQ20121057304
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者周志浩, 王啟寧, 魏坤琳 申請人:北京大學