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 一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置

 
【申请(专利)号: CN201911270895.X;申请权利人:沈阳理工大学;发明设计人:张华; 朱维金; 赵锦强;】
 
摘要:
 
一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,位于支座两立板之间的踏板的两支杆两端分别通过两立板上的竖向孔道伸出,与四个空间连杆的下端组成空间球副,空间连杆的上端与滑块组成空间球副;四个滑块可沿固定在立板上的四个导轨上下滑动;踏板通过连接杆与竖向环形柔性同步带的弹性部固定连接,柔性同步带的齿形部上下端分别与上同步带轮和下同步带轮啮合传动,上同步带轮的轴心安装在立板上端的定轴上,下同步带轮的轴心安装在由可调扭矩的扭簧、可调阻抗的阻尼器和单圈绝对值角度传感器模块组成的从动装置的输出轴上。该装置的踏板可随患者踝关节和膝关节的活动在空间六个自由度微动,自适应踝关节和膝关节活动,缓解受伤关节康复训练的压力,促进受伤关节康复。 
 
主权项:
 
1.一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,其特征在于:包括由底座(1)和两块对称垂直固定在底座两端的立板(2)构成的支座;两块立板之间有两端与立板有一定间距的踏板(3),踏板上固定有两个平行布置、两端分别伸出踏板的支杆(4),两个支杆伸出踏板的部分分别通过开设在两块立板上的竖向孔道(5)、端部与四个空间连杆(6)的下端组成有油膜的空间球副,空间连杆的上端与滑块(7)组成有油膜的空间球副;四个滑块分别可沿竖向固定在立板上的四个导轨(8)上下滑动,构成直线升降运动副;两个支杆的两端分别通过连接杆(9)固定连接,连接杆的中心与竖向布置的环形柔性同步带(10)的弹性部(101)的中部固定连接,与柔性同步带的弹性部相接的齿形部(102)的上、下端分别与上同步带轮(11)和下同步带轮(12)啮合传动,上同步带轮的轴心安装在位于立板上端的定轴(13)上,下同步带轮的轴心安装在从动装置(14)的输出轴上(141),从动装置由通过机械联轴器(142)连接的可调扭矩的扭簧(143)、可调阻抗的阻尼器(144)和单圈绝对值角度传感器模块(145)组成,从动装置的外壳(148)固定安装在底座上;柔性同步带的弹性部下端有一端部固定安装在从动装置外壳上的压持轮(15)。
 
要求:
 
1.一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,其特征在于:包括由底座(1)和两块对称垂直固定在底座两端的立板(2)构成的支座;两块立板之间有两端与立板有一定间距的踏板(3),踏板上固定有两个平行布置、两端分别伸出踏板的支杆(4),两个支杆伸出踏板的部分分别通过开设在两块立板上的竖向孔道(5)、端部与四个空间连杆(6)的下端组成有油膜的空间球副,空间连杆的上端与滑块(7)组成有油膜的空间球副;四个滑块分别可沿竖向固定在立板上的四个导轨(8)上下滑动,构成直线升降运动副;两个支杆的两端分别通过连接杆(9)固定连接,连接杆的中心与竖向布置的环形柔性同步带(10)的弹性部(101)的中部固定连接,与柔性同步带的弹性部相接的齿形部(102)的上、下端分别与上同步带轮(11)和下同步带轮(12)啮合传动,上同步带轮的轴心安装在位于立板上端的定轴(13)上,下同步带轮的轴心安装在从动装置(14)的输出轴上(141),从动装置由通过机械联轴器(142)连接的可调扭矩的扭簧(143)、可调阻抗的阻尼器(144)和单圈绝对值角度传感器模块(145)组成,从动装置的外壳(148)固定安装在底座上;柔性同步带的弹性部下端有一端部固定安装在从动装置外壳上的压持轮(15)。
 
2.根据权利要求1所述的用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,其特征在于:与空间连杆的上端组成有油膜的空间球副的滑块(7)与导轨(8)的上端连接有拉簧(16)。
 
3.根据权利要求1所述的用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,其特征在于:所述柔性同步带的弹性部由具有一定弹性和阻尼的橡胶带制成;与柔性同步带的弹性部相接的齿形部(102)由内含钢丝绳芯的聚氨酯制成。
 
4.根据权利要求1所述的用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,其特征在于:所述可调阻抗的阻尼器(144)为M系列推拉门用阻尼器。
 
一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置
技术领域
 
本发明涉及医疗器械,特别是一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置。
 
背景技术
 
利用现有的某些运动器械进行健身时,如果运动量过大,有时会造成踝关节或膝关节损伤;另外,一些中老年人为健身采取的健步走运动,由于体质或方法不当等原因,踝关节或膝关节也容易受到损伤。对踝关节或膝关节受伤的患者进行关节康复训练,需在训练过程中尽量减轻踝关节或膝关节所承受的压力,以促进受伤关节的尽快康复。而目前用于这方面的康复训练器械尚未发现。
 
发明内容
 
本发明的目的是提供一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,使踝关节或膝关节受伤的患者在康复训练过程中能够缓解踝关节和膝关节所承受的压力,促进受伤关节的尽快康复。
 
本发明提供的用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置,包括由底座和两块对称垂直固定在底座两端的立板构成的支座;两块立板之间有两端与立板有一定间距的踏板,踏板上固定有两个平行布置、两端分别伸出踏板的支杆,两个支杆伸出踏板的部分分别通过开设在两块立板上的竖向孔道、端部与四个空间连杆的下端组成有油膜(油膜起到维持稳定位置的作用)的空间球副,空间连杆的上端与滑块组成有油膜(油膜起到维持稳定位置的作用)的空间球副,四个滑块分别可沿竖向固定在立板上的四个导轨上下滑动,构成直线升降运动副;两个支杆的两端分别通过连接杆固定连接,连接杆的中心与竖向布置的环形柔性同步带的弹性部的中部固定连接,与柔性同步带的弹性部相接的齿形部的上、下端分别与上同步带轮和下同步带轮啮合传动,上同步带轮的轴心安装在位于立板上端的定轴上,(上同步带轮可相对立板做定轴转动),下同步带轮的轴心安装在从动装置的输出轴上,从动装置由通过机械联轴器连接的可调扭矩的扭簧、可调阻抗的阻尼器和单圈绝对值角度传感器模块组成,从动装置的外壳固定安装在底座上;柔性同步带的弹性部下端有一端部固定安装在从动装置外壳上的压持轮。
 
为起到维持稳定位置的作用,与空间连杆的上端组成有油膜的空间球副的滑块与导轨的上端连接有拉簧。
 
本发明装置的工作原理和有益效果:
 
本发明装置使用时,患者坐在椅子上,将本发明装置置于地面上,与地面呈符合人体工程学角度(如37°),患者的双脚(或者单脚)踏在踏板上,脚尖朝向与踏板上的支杆垂直。两脚的前部同时上下动时,踏板呈仰俯运动状态,位于脚两侧的前后两个滑块分别同时作一上、一下运动,相关空间连杆随动,进而补偿空间运动;两脚一个向前、一个向后动时,踏板呈扭转运动状态字,脚一侧的两个滑块分别作上下运动,脚另一侧的两个滑块同时作相反方向的上下运动,相关的空间连杆随动,进而补偿空间运动;两脚一个向上、一个向下动时,踏板呈侧摆运动状态字,脚一侧的两个滑块作一上、一下运动,另一侧的两个滑块同时作相反方向的运动,相关的空间连杆随动,进而补偿空间运动;两脚同时左右动时,踏板呈左右摆动状态,脚一侧的两个滑块同时向上运动,另一侧的两个滑块同时向下运动,相关的空间连杆随动,进而补偿空间运动。由此使踏板随着患者踝关节和膝关节的活动在空间实现六个自由度(即三个方向的移动和三个方向的转动)微动,自适应患者踝关节和膝关节活动,给患者以踏在棉花或水床上的感觉,通过空间机构的空间补偿,有效缓解受伤踝关节和膝关节康复训练时的压力,促进受伤关节的尽快康复。
 
本发明装置利用利用扭矩调节装置和阻抗调节装置可手动调节扭矩和阻抗,以适应不同人群(如大人和小孩)的个性化需求,适用人群范围广。
 
本发明装置利用单圈绝对值角度传感器可提取人脚踏反转速度信息,供保健医生进行病理分析,指导患者康复训练。
 
本发明装置占用空间小,重量轻,便于使用和移动;装置中的空间球副有起阻尼作用的油膜,滑轮与导轨之间有起稳定作用的拉簧,运行平稳,噪音小(小于30分贝)。
 
本发明装置不用交流供电,节省能源。
 
附图说明
 
一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置
图1为本发明实施例的整机结构示意图;
 
一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置
图2为图1中与踏板左端连接的构件(与踏板左右两端连接的构件结构相同且相互对应布置)的放大图;
 
一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置
图3为图2中部分构件的示意图;
 
一种用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置
图4为图1和图2中从动装置去掉上部外壳后的三维示意图。
 
图中符号说明:1-底座,2-立板,3-踏板,4-支杆,5-(两块立板上的)竖向孔道,6-空间连杆,7-滑块,8-导轨,9-连接杆,10-柔性同步带,101-(柔性同步带的)弹性部,102-(柔性同步带的)齿形部,11-上同步带轮,12-下同步带轮,13-定轴,14-从动装置,141-(同步装置的)输出轴,142-机械联轴器,143-可调扭矩的扭簧,144-可调阻抗的阻尼器,145-单圈绝对值角度传感器,146-扭矩调节装置,147-阻抗调节装置,148-从动装置的外壳,15-压持轮,16-拉簧。
 
具体实施方式
 
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
 
图1为本发明实施例的整机结构示意图。结合图1至图3,该用于受伤踝关节和膝关节康复的机械装置包括由底座1和两块对称垂直固定在底座两端的立板2构成的支座;两块立板之间有两端与立板有一定间距的踏板3,踏板上固定有两个平行布置、两端分别伸出踏板的支杆4,两个支杆伸出踏板的部分分别通过开设在两块立板上的竖向孔道5、端部与四个空间连杆6的下端组成有油膜(未图示)的空间球副,油膜可起到维持稳定位置的作用,空间连杆的上端与滑块7组成有油膜(未图示)的空间球副,油膜可起到维持稳定位置的作用;四个滑块分别可沿竖向固定在立板上的四个导轨8上下滑动,构成直线升降运动副,其中与空间连杆的上端组成空间球副的滑块7与导轨的上端连接有拉簧16,拉簧起到维持稳定位置的作用;两个支杆的两端分别通过连接杆9固定连接,连接杆的中心与竖向布置的环形柔性同步带10的弹性部101的中部固定连接(连接杆置于弹性部和齿形部之间),弹性部由具有一定弹性和阻尼的橡胶带制成,与柔性同步带的弹性部相接的齿形部102由内含钢丝绳芯(未图示)的聚氨酯制,齿形部的上、下端分别与上同步带轮11和下同步带轮12啮合传动,上同步带轮的轴心安装在位于立板上端的定轴13上,可相对立板做定轴转动,下同步带轮的轴心安装在从动装置14的输出轴上141;从动装置如图4所示,由通过机械联轴器142连接的可调扭矩的扭簧143、可调阻抗的阻尼器144和单圈绝对值角度传感器145组成;可调扭矩的扭簧由定子、扭簧和转子组成,通过扭矩调节装置146可人工调节扭簧的一端卡入定子卡槽的不同位置,以提供大小不同的初始扭矩,使踏板获得不同的扭力,以适应不同人群个性化需求;可调阻抗的阻尼器采用M50A0-502(G)型M系列推拉门用阻尼器,通过阻抗调节装置147调节阻尼器底部的扭矩调节螺母可改变阻尼器的扭矩大小(顺时针调节扭矩增大,逆时针调节扭矩减小),使其阻抗适应不同人群脚踏反转速度个性化需求;单圈绝对值角度传感器采用BL29-R型小尺寸单圈绝对值角度传感器,用于提取人脚踏的反转速度信息,供保健医生进行病理分析,指导患者康复训练;从动装置的外壳148固定安装在底座上;在柔性同步带的弹性部下端设置端部固定安装在从动装置外壳上的压持轮15,用其使柔性同步带的弹性部伸缩时齿形部与下同步带轮能始终有效啮合。
 
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