專利名稱：氣動式下肢康復(fù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種氣動式下肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，具體涉及一種氣動式下肢康復(fù)裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，人們對醫(yī)療保健的要求越來越高，肢體運動康復(fù)訓(xùn)練器械作為康復(fù)治療的一種器械，在這樣的背景下得到了迅速的發(fā)展。
肢體運動康復(fù)訓(xùn)練器械，是依據(jù)持續(xù)被動運動(CPM Continuous PassiveMotion)理論制成的用于臨床上訓(xùn)練病人恢復(fù)肢體功能的重要器械。目前，驅(qū)動病人關(guān)節(jié)運動的形式有兩種電機驅(qū)動型和氣缸驅(qū)動型。如法國研制的Kinetec CPM系列設(shè)備，通過調(diào)節(jié)電機驅(qū)動器的各種運行參數(shù)來實現(xiàn)手指、手腕、肘、肩等關(guān)節(jié)損傷的康復(fù)訓(xùn)練。河北工業(yè)大學(xué)研制的手臂外骨骼康復(fù)系統(tǒng)，采用氣缸來驅(qū)動手臂關(guān)節(jié)的運動。這兩種類型存在相同的缺點①安全性差 作為驅(qū)動器的電機或氣缸與關(guān)節(jié)之間為機械連接，對關(guān)節(jié)的驅(qū)動是剛性驅(qū)動，一旦病人肢體固定不當，就會造成病人關(guān)節(jié)扭傷甚至骨折。②低速爬行 驅(qū)動機構(gòu)存在摩擦、齒隙及電磁滯后等特性，導(dǎo)致關(guān)節(jié)低速運動時產(chǎn)生″抖動″或″爬行″現(xiàn)象，運動控制精度不高。③高速沖擊 驅(qū)動機構(gòu)重量很大，高速運動至行程端點時，由于慣性作用會產(chǎn)生沖擊，容易造成病人肢體損傷。④驅(qū)動模型不準 以電機或氣缸驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，無法模擬人類肢體關(guān)節(jié)主動肌群和拮抗肌群的收縮運動，不符合人體生理特點。因此，使用這類器械難以取得良好的康復(fù)治療效果。
將氣動肌腱應(yīng)用于肢體康復(fù)治療器械是國際上新的發(fā)展趨勢。氣動肌腱(PAM Pneumatic Artificial Muscle)是一種由橡膠管和外套纖維編織網(wǎng)組成的可由氣壓控制其收縮的直線驅(qū)動器。由于以氣壓控制其收縮，與上兩種驅(qū)動器比，有著許多獨特的優(yōu)點①安全性高 采用柔性橡膠驅(qū)動肢體關(guān)節(jié)，對肢體固定的對中性(肢體與器械對正固定的準確性)要求不高，即使出現(xiàn)肢體固定對中偏差，也會因柔性橡膠的運動具有柔順性，不致使病人關(guān)節(jié)損傷，病人操作安全性高。②運動平滑 它以氣壓控制其收縮來驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，無滑動部件，不存在摩擦、齒隙及電磁滯后等特性，不產(chǎn)生″爬行″現(xiàn)象，可以實現(xiàn)極慢速運動，其運動更接近于自然生物運動。③穩(wěn)定性高 它由橡膠等非金屬材料組成，重量輕，不產(chǎn)生慣性沖擊，高速運動至行程端點時，具有自緩沖能力，不損傷病人肢體。④驅(qū)動模型逼真 氣動肌腱的特性類似于生物肌腱，其壓力控制相當于生物肌腱的神經(jīng)刺激，易于用幾根或幾組氣動肌腱，組成類似人類主動肌群和拮抗肌群驅(qū)動的關(guān)節(jié)，而且可以通過調(diào)節(jié)氣壓，方便地調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)運動的阻抗，模擬不同病人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角-力特性，使康復(fù)治療器械更具個體化。⑤重量輕出力大 它以整個纖維層與內(nèi)管的接觸表面作為其驅(qū)動表面，可以產(chǎn)生比同缸徑氣缸大10倍的驅(qū)動力，較大的力/重量比，使它適于作殘疾人日常生活的助力攜帶裝置。由于氣動肌腱具有上述特點，因此它適合于與人身體密切接觸的場合，尤其適合于在康復(fù)治療器械上的應(yīng)用。
自美國醫(yī)生McKibben發(fā)明由橡膠管和編織網(wǎng)組成的氣動人工肌腱以來，有關(guān)氣動肌腱的應(yīng)用研究成果相繼問世。20世紀80年代，日本Bridgestone公司制造了基于McKibben肌腱結(jié)構(gòu)的氣動肌腱(他們稱之為橡膠驅(qū)動器)，并用于其開發(fā)的柔軟手臂當中，柔軟手臂重量輕、安全可靠、柔順性好，非常適合在康復(fù)器械中應(yīng)用。20世紀90年代，日本岡山大學(xué)研制出用氣動肌腱驅(qū)動的兩個自由度的康復(fù)機器人，它的外形類似人的手臂，可幫助患者恢復(fù)和訓(xùn)練手臂的運動功能。通過對氣動肌腱的控制，它可以帶動人的手臂實現(xiàn)等速運動，患者也可以帶動它實現(xiàn)等速運動，而且它還可以給患者手臂一個恒力，從而鍛煉提高手臂肌腱的力量。日本近年開發(fā)的ROM-100氣動式手康復(fù)儀，可用于手功能的訓(xùn)練，其壓力、持續(xù)時間，間歇時間等參數(shù)可調(diào)。
近年來國際上開展的基于氣動肌腱驅(qū)動的康復(fù)治療器械的研究，主要圍繞著手臂或手部器械進行，而氣動肌腱驅(qū)動的下肢康復(fù)治療器械尚未見報道。主要原因是①2000年前尚無適于臨床應(yīng)用的氣動肌腱產(chǎn)品，自制氣動肌腱的性能和可靠性難以滿足要求；②下肢與手臂的運動生理特點不同，下肢質(zhì)量大，重心變化大，關(guān)節(jié)運動時主動肌群與拮抗肌群承受比手臂更大的非線性、時變負載，而且不同人體這種負載變化又不同，因此研究難度更大。但是，繼2000年推出氣動肌腱產(chǎn)品后，德國著名的氣動元件生產(chǎn)商FESTO公司于2003年推出了可任意組態(tài)、匹配的氣動肌腱產(chǎn)品。它具有的較大驅(qū)動力和收縮率以及較高的重復(fù)精度和可靠性，可以滿足許多不同領(lǐng)域?qū)鈩蛹‰斓男枨螅@為氣動肌腱在下肢康復(fù)治療器械中的應(yīng)用展開了光明的前景。目前，下肢體運動康復(fù)治療器械正向著以氣動肌腱為驅(qū)動器的擬人化、智能化和多功能化的方向發(fā)展。
目前有關(guān)下肢康復(fù)治療器械的專利，在肢體關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式上，均采用電機驅(qū)動鏈條或齒輪齒條或連桿機構(gòu)等機械傳動方式，如“半身不遂肢體康復(fù)器”(申請?zhí)?1219335，張衛(wèi)利)、“便攜式癱瘓肢體康復(fù)理療儀”(申請?zhí)?9209278，高偉)、“多功能偏癱肢體康復(fù)車”(申請?zhí)?9217054，趙樹森)、“下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人”(申請?zhí)?2251613，張立勛、張今瑜)等，它們屬于剛性機械傳動原理下具體新型結(jié)構(gòu)的發(fā)明，未涉及氣動肌腱柔性驅(qū)動的原理和新型結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氣動式下肢康復(fù)裝置；該裝置包括機座1、步行器2、立柱3、控制臺4、上橫梁5、減重吊帶6、關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)7、氣動系統(tǒng)8；上述機座1為步行器2、立柱3的底座；立柱3為控制臺4和上橫梁5的支架；上橫梁5為減重吊帶6的承重梁，機座1、立柱3和上橫梁5相互機械連接；減重吊帶6的上端系于上橫梁5，下端固定于人上體，減重吊帶6的長度可調(diào)。
上述關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)7，包括氣動肌腱驅(qū)動器、定位夾緊帶；定位夾緊帶固定于人體下肢膝關(guān)節(jié)上下的適當位置上，氣動肌腱驅(qū)動器的兩端固定于定位夾緊帶上。
上述步行器2包括電機、減速器、帶輪、同步齒形帶和履帶；其中電機驅(qū)動減速器轉(zhuǎn)動，減速器上有帶輪，帶輪連接同步齒形帶帶動履帶移動。
上述控制臺4由工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集卡、可編程序控制器、顯示屏、鍵盤和按鈕相互連接組成。
上述氣動系統(tǒng)8包括氣源、電氣比例減壓閥，它驅(qū)動關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)7的氣動肌腱驅(qū)動器的伸縮運動。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)示意圖。
圖中各編號含義1.機座 2.步行器 3.立柱 4.控制臺 5.上橫梁6.減重吊帶 7.關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu) 8.氣動系統(tǒng) 9.定位夾緊帶10.氣動肌腱驅(qū)動器具體實施方式
如圖1的發(fā)明系統(tǒng)裝置示意圖，圖2的發(fā)明關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)示意圖，本發(fā)明提供一種氣動式下肢康復(fù)裝置；該裝置包括機座1、步行器2、立柱3、控制臺4、上橫梁5、減重吊帶6、關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)7、氣動系統(tǒng)8；上述機座1為步行器2、立柱3的底座；立柱3為控制臺4和上橫梁5的支架；上橫梁5為減重吊帶6的承重梁，機座1、立柱3和上橫梁5相互機械連接；減重吊帶6的上端系于上橫梁5，下端固定于人上體，減重吊帶6的長度可調(diào)。
上述關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)7，包括氣動肌腱驅(qū)動器、定位夾緊帶；定位夾緊帶固定于人體下肢膝關(guān)節(jié)上下的適當位置上，氣動肌腱驅(qū)動器的兩端固定于定位夾緊帶上。
上述步行器2包括電機、減速器、帶輪、同步齒形帶和履帶；其中電機驅(qū)動減速器轉(zhuǎn)動，減速器上有帶輪，帶輪連接同步齒形帶帶動履帶移動。
上述控制臺4由工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集卡、可編程序控制器、顯示屏、鍵盤和按鈕相互連接組成。
上述氣動系統(tǒng)8包括氣源、電氣比例減壓閥，它驅(qū)動關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)7的氣動肌腱驅(qū)動器的伸縮運動。
本發(fā)明可通過氣動系統(tǒng)、步行器和減重吊帶的協(xié)調(diào)控制，對病人下肢膝、髖關(guān)節(jié)肌肉進行持續(xù)被動運動鍛煉和行走功能訓(xùn)練。病人可根據(jù)患病輕重和體能，通過操縱鍵盤和按鈕調(diào)整最佳運動速度和強度參數(shù)，自主地進行康復(fù)訓(xùn)練。本發(fā)明以柔性氣動肌腱驅(qū)動肢體關(guān)節(jié)肌肉運動，對病人肢體無損傷、無沖擊，便于根據(jù)肢體運動康復(fù)理論進行下肢肌肉的等速度、等張力或等長度等收縮運動訓(xùn)練。本發(fā)明適用于殘疾人、心腦血管疾病致癱或下肢意外損傷等患者做下肢體康復(fù)訓(xùn)練，也可用于健康老年人的體育鍛煉。
權(quán)利要求
1.一種氣動式下肢康復(fù)裝置，其特征在于該裝置包括機座(1)、步行器(2)、立柱(3)、控制臺(4)、上橫梁(5)、減重吊帶(6)、關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)(7)、氣動系統(tǒng)(8)；上述機座1為步行器(2)、立柱(3)的底座；立柱(3)為控制臺(4)和上橫梁(5)的支架；上橫梁(5)為減重吊帶(6)的承重梁，機座(1)、立柱(3)和上橫梁(5)相互機械連接；減重吊帶(6)的上端系于上橫梁(5)，下端固定于人上體，減重吊帶(6)的長度可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式下肢康復(fù)裝置，其特征在于上述關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)(7)，包括氣動肌腱驅(qū)動器(10)、定位夾緊帶(9)；定位夾緊帶固定于人體下肢膝關(guān)節(jié)上下的適當位置上，氣動肌腱驅(qū)動器的兩端固定于定位夾緊帶上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式下肢康復(fù)裝置，其特征在于上述步行器(2)包括電機、減速器、帶輪、同步齒形帶和履帶；其中電機驅(qū)動減速器轉(zhuǎn)動，減速器上有帶輪，帶輪連接同步齒形帶帶動履帶移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式下肢康復(fù)裝置，其特征在于上述控制臺(4)由工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集卡、可編程序控制器、顯示屏、鍵盤和按鈕相互連接組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動式下肢康復(fù)裝置，其特征在于上述氣動系統(tǒng)(8)包括氣源、電氣比例減壓閥，它驅(qū)動關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)(7)的氣動肌腱驅(qū)動器的伸縮運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣動式下肢康復(fù)裝置，該裝置包括機座(1)、步行器(2)、立柱(3)、控制臺(4)、上橫梁(5)、減重吊帶(6)、關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)(7)、氣動系統(tǒng)(8)；上述機座(1)為步行器(2)、立柱(3)的底座；立柱(3)為控制臺(4)和上橫梁(5)的支架；上橫梁(5)為減重吊帶(6)的承重梁，機座(1)、立柱(3)和上橫梁(5)相互機械連接；減重吊帶(6)的上端系于上橫梁(5)，下端固定于人上體，減重吊帶(6)的長度可調(diào)；本發(fā)明通過氣動系統(tǒng)、步行器和減重吊帶的協(xié)調(diào)控制，對病人下肢膝、髖關(guān)節(jié)肌肉進行持續(xù)被動運動鍛煉和行走功能訓(xùn)練。
文檔編號A61H1/00GK1795839SQ20041007772
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者李笑, 段俊峰, 關(guān)婷 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)