專利名稱：雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主-被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)損傷患者手術(shù)后進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，特別是一種雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主-被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置。
背景技術(shù)：
膝關(guān)節(jié)是人體中承擔(dān)支承和運(yùn)動(dòng)功能的重要關(guān)節(jié)。如果膝關(guān)節(jié)在發(fā)生損傷或醫(yī)療 手術(shù)后的康復(fù)期內(nèi)不能及時(shí)得到有效的鍛煉，則極易造成膝關(guān)節(jié)部位的粘連和肌肉萎縮， 從而大大限制膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)能力，嚴(yán)重的甚至?xí)斐申P(guān)節(jié)部分功能的永久缺損。因此，現(xiàn)代 康復(fù)醫(yī)學(xué)認(rèn)為，術(shù)后及時(shí)對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行適度、有效的康復(fù)鍛煉，對(duì)恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能具有非常 重要的作用。目前已有不少關(guān)于關(guān)節(jié)康復(fù)器械的專利申請(qǐng)，例如美國(guó)專利US6325770B1和 US6221033B1、中國(guó)專利200410006254. 0等。市場(chǎng)上關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的種類也比較多(一 般稱為CPM機(jī)，Continuous Passive Motion)，但它們的工作原理都是持續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)理論， 基本上都采用了電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。這種CPM機(jī)的缺點(diǎn)在于它們一般只能 對(duì)患者提供被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練，即由電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)患者肢體運(yùn) 動(dòng)。隨著康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，簡(jiǎn)單的持續(xù)被動(dòng)訓(xùn)練過多地關(guān)注 于對(duì)關(guān)節(jié)靈活性的鍛煉，而沒有對(duì)與關(guān)節(jié)關(guān)聯(lián)的肌肉和韌帶進(jìn)行必要的拉伸鍛煉，大大影 響了患肢康復(fù)的效果。越來(lái)越多的醫(yī)學(xué)專家強(qiáng)調(diào)，被動(dòng)的CPM訓(xùn)練必須與患者的主動(dòng)訓(xùn)練 相結(jié)合，因此迫切需要一種能夠提供主動(dòng)-被動(dòng)兩種不同訓(xùn)練方式的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。 另一方面，傳統(tǒng)CPM機(jī)由于是機(jī)械剛性聯(lián)接，若施力不當(dāng)或運(yùn)動(dòng)范圍超過患者關(guān)節(jié)所能承 受的動(dòng)作范圍時(shí)，則極易對(duì)關(guān)節(jié)造成二次傷害，因此迫切需要一種施加力度可調(diào)的、具有良 好柔順性的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。為了解決傳統(tǒng)CPM機(jī)存在的上述問題，技術(shù)人員進(jìn)行了相關(guān)的研究，如中國(guó)專利 申請(qǐng)200910031938. 9與200410077721. 9等。但這些研究仍然沒有很好地全部解決傳統(tǒng)CPM 機(jī)存在的兩大主要問題。例如中國(guó)專利200910031938. 9中提出了一種雙出軸主被動(dòng)上下 肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)，利用磁流變阻尼器可提供主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練中的阻尼力，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)的主動(dòng) 訓(xùn)練，解決了康復(fù)訓(xùn)練不同階段對(duì)主-被動(dòng)訓(xùn)練的不同要求，但它仍然是利用電機(jī)作為康 復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)力源，仍然沒有避免電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛性結(jié)構(gòu)，所以仍然存在安全性差 的問題；中國(guó)專利200410077721. 9提出了一種利用Mckibben型氣動(dòng)肌肉的氣動(dòng)式下肢康 復(fù)裝置，由于利用了氣動(dòng)肌肉具有柔順性的特點(diǎn)，使得該康復(fù)裝置具有較好的柔順性和安 全性，但這種康復(fù)裝置仍然只能對(duì)患者實(shí)施被動(dòng)訓(xùn)練，無(wú)法滿足主動(dòng)訓(xùn)練的要求。同時(shí)，由 于Mckibben型氣動(dòng)肌肉的有效行程較短，使得該康復(fù)訓(xùn)練裝置所能提供的訓(xùn)練角度較小， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練中的大角度運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可適用于膝關(guān)節(jié)損傷患者術(shù)后進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的器械，該康復(fù)訓(xùn)練器械具有屈膝-伸膝雙向柔順性的特點(diǎn)，并可根據(jù)患者的康復(fù)進(jìn)程提供被動(dòng)訓(xùn)練、主動(dòng)訓(xùn)練等多種不同的訓(xùn)練方式，且具有施加力可調(diào)、最大訓(xùn)練轉(zhuǎn)動(dòng)角度可調(diào)，主動(dòng)訓(xùn) 練階段阻尼力智能控制等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主_被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝 置，包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及控制單元，其中，直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板、無(wú)桿氣 缸、無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)、第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、 導(dǎo)桿、固定支架、聯(lián)接件、可移動(dòng)支架、滑動(dòng)副；下肢托架單元包括大腿桿、大腿托板、小腿 桿、小腿托板、腳托架、聯(lián)接桿、T型連接件、L型桿、第一調(diào)節(jié)裝置和第二調(diào)節(jié)裝置；控制單 元包括角度位移傳感器、力傳感器、位移傳感器和控制器；在無(wú)桿氣缸滑臺(tái)上沿?zé)o桿氣缸行程方向的兩側(cè)邊緣處對(duì)稱安裝有兩個(gè)固定支架， 兩個(gè)固定支架之間沿?zé)o桿氣缸行程方向安裝有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的軸線與無(wú)桿氣缸的活塞的軸線 平行，在導(dǎo)桿上依次安裝有第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、可移動(dòng)支架和第一充氣伸長(zhǎng) 型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器；第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器連接有管接頭的一側(cè)的端蓋與一個(gè)固 定支架固聯(lián)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器連接有管接頭的一側(cè)的端蓋與另一個(gè)固定支 架固聯(lián)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器管道封閉的一 側(cè)的端蓋分別與可移動(dòng)支架固聯(lián)；兩個(gè)固定支架上分別安裝有聯(lián)接件；兩對(duì)滑動(dòng)副對(duì)稱放 置在無(wú)桿氣缸滑臺(tái)沿?zé)o桿氣缸行程方向的中心線的兩側(cè)，且滑動(dòng)副的滑動(dòng)方向與無(wú)桿氣缸 活塞的行程方向平行；每對(duì)滑動(dòng)副由桿件和滑塊組成，該桿件的兩端分別固定在兩個(gè)聯(lián)接 件上，該滑塊固定在可移動(dòng)支架上，該可移動(dòng)支架在與無(wú)桿氣缸行程方向垂直的方向的兩 側(cè)分別固聯(lián)有T型連接件，該兩個(gè)T型連接件上各自聯(lián)接有小腿桿，兩個(gè)小腿桿之間聯(lián)接有 聯(lián)接桿，聯(lián)接桿上安裝有腳托架，無(wú)桿氣缸固定在底板上，兩個(gè)L型桿分別固定在底板的兩 側(cè)；兩個(gè)小腿桿和聯(lián)接桿之間設(shè)有可調(diào)節(jié)桿件長(zhǎng)度的第一調(diào)節(jié)裝置，兩個(gè)L型桿上設(shè)有可 調(diào)節(jié)桿件長(zhǎng)度的第二調(diào)節(jié)裝置；可移動(dòng)支架與T型連接件之間、小腿桿與大腿桿之間以及 大腿桿與L型桿之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；角度傳感器安裝在大腿桿和與小腿桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處， 并與該轉(zhuǎn)動(dòng)副同心；力傳感器和位移傳感器安裝在無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)可根據(jù)患者的康復(fù)程度，方便地實(shí)現(xiàn)膝 關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練和主動(dòng)訓(xùn)練等多種康復(fù)訓(xùn)練模式，并且施力(包括被動(dòng)訓(xùn)練中帶動(dòng)患膝運(yùn)動(dòng) 的驅(qū)動(dòng)力和主動(dòng)訓(xùn)練中設(shè)置的訓(xùn)練阻尼力)無(wú)級(jí)可調(diào)、訓(xùn)練角度無(wú)級(jí)可調(diào)；(2)由于采用了 雙氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器，使得本發(fā)明具有雙向柔順的特點(diǎn)；(3)采用了無(wú)桿氣缸和雙氣動(dòng)柔性 驅(qū)動(dòng)器復(fù)合的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，解決了氣動(dòng)肌肉行程小、訓(xùn)練角度難以滿足康復(fù)訓(xùn)練要求的技術(shù) 難題；(4)可實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練過程中施加力的智能控制。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主_被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的E向局部放大示意圖。圖3為本發(fā)明力傳感器和位移傳感器放置位置的示意圖。圖4為本發(fā)明被動(dòng)訓(xùn)練方式下的動(dòng)作原理圖。圖5為本發(fā)明主動(dòng)訓(xùn)練方式下的動(dòng)作原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主-被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架 單元以及控制單元。其中，直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板1、無(wú)桿氣缸2、無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)3、第一 充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6、導(dǎo)桿5、固定支架7、聯(lián) 接件8、可移動(dòng)支架9、滑動(dòng)副10 ；下肢托架單元包括大腿桿11、大腿托板12、小腿桿13、小 腿托板14、腳托架15、聯(lián)接桿16、T型連接件17、L型桿18、第一調(diào)節(jié)裝置19和第二調(diào)節(jié)裝 置20 ；控制單元包括角度位移傳感器21、力傳感器22、位移傳感器23和控制器(圖中沒有 表示，可以市購(gòu)或者通過常規(guī)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)控制)。無(wú)桿氣缸2固定在底板1上，在無(wú)桿 氣缸滑臺(tái)3上沿?zé)o桿氣缸2行程方向的兩側(cè)邊緣處對(duì)稱安裝有兩個(gè)固定支架7，兩個(gè)固定支 架7之間沿?zé)o桿氣缸2行程方向安裝有導(dǎo)桿5，該導(dǎo)桿5的軸線與無(wú)桿氣缸2活塞的軸線平 行，導(dǎo)桿5上從L(圖2、圖3的左邊)向R(圖2、圖3的右邊)方向依次安裝有第二充氣伸 長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6、可移動(dòng)支架9和第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4。其中，第一充 氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6為相同的兩個(gè)部件，由初 始截面形狀為扁平狀的、外圓周包覆加強(qiáng)網(wǎng)的橡膠管經(jīng)螺旋卷繞形成，橡膠管的一端設(shè)有 管接頭，另一端為封閉端，橡膠管的內(nèi)腔構(gòu)成充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的工作腔，充氣后 在軸向方向上膨脹產(chǎn)生位移。第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器6的具體內(nèi)容在作為與本發(fā)明同時(shí)遞交的另一件專利申請(qǐng)中詳細(xì)說(shuō)明。第一充氣 伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6連接有管接頭的一側(cè)的端蓋 分別與兩個(gè)固定支架7固聯(lián)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器6管道封閉的一側(cè)的端蓋分別與可移動(dòng)支架9中間位置設(shè)計(jì)出的兩個(gè)凸緣進(jìn)行固 聯(lián)。兩個(gè)固定支架7上分別安裝有兩個(gè)聯(lián)接件8。兩對(duì)滑動(dòng)副10對(duì)稱放置在無(wú)桿氣缸滑 臺(tái)3沿?zé)o桿氣缸2行程方向的中心線的兩側(cè)，且滑動(dòng)副10的滑動(dòng)方向與無(wú)桿氣缸2活塞的 行程方向平行?；瑒?dòng)副10由桿件和滑塊組成，滑動(dòng)副10中的桿件的兩端分別固定在兩個(gè) 聯(lián)接件8上，滑動(dòng)副10中的滑塊則固定在可移動(dòng)支架9上。當(dāng)無(wú)桿氣缸滑臺(tái)3或第一充氣 伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4 (或第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6)動(dòng)作產(chǎn)生位移時(shí)，即可帶 動(dòng)可移動(dòng)支架9產(chǎn)生軸向位移?？梢苿?dòng)支架9在與無(wú)桿氣缸2行程方向垂直的方向的兩側(cè) 分別固聯(lián)有T型連接件17，兩個(gè)T型連接件17上各自聯(lián)接有小腿桿13，兩個(gè)小腿桿13之 間聯(lián)接有聯(lián)接桿16，聯(lián)接桿16上安裝有腳托架15，兩個(gè)小腿桿13和聯(lián)接桿16之間分別設(shè) 計(jì)有可調(diào)節(jié)桿件長(zhǎng)度的第一調(diào)節(jié)裝置19，兩個(gè)小腿桿13之間設(shè)有材質(zhì)柔軟的小腿托板14。 兩個(gè)大腿桿11之間設(shè)有材質(zhì)柔軟的大腿托板12，兩個(gè)L型桿18分別固定在底板1的兩側(cè)， 并分別設(shè)計(jì)有可調(diào)節(jié)桿件長(zhǎng)度的第二調(diào)節(jié)裝置20。可移動(dòng)支架9與T型連接件17之間、小 腿桿13與大腿桿11之間以及大腿桿11與L型桿18之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。因此，可移動(dòng)支架 9、T型連接件17、小腿桿13、大腿桿11構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步，角度傳感器21安裝 在大腿桿11和與小腿桿13之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處，并與該轉(zhuǎn)動(dòng)副同心；力傳感器22和位移傳感 器23安裝在無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)3上。該雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主_被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置可通過控 制器控制供氣壓力、供氣方向和供氣流量實(shí)現(xiàn)對(duì)膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練中的被動(dòng)訓(xùn)練和主動(dòng)訓(xùn)練 等多種不同的訓(xùn)練方式，并具有屈膝-伸膝雙向柔順、最大訓(xùn)練轉(zhuǎn)動(dòng)角度可調(diào)、被動(dòng)訓(xùn)練中 的驅(qū)動(dòng)力可控、主動(dòng)訓(xùn)練中的阻尼力可控等特點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖1 5說(shuō)明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式一、被動(dòng)訓(xùn)練方式(1)被動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段患者在準(zhǔn)備進(jìn)行膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，首先取仰臥位，并將需訓(xùn)練的下肢置于雙向 柔性的膝關(guān)節(jié)主_被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置的大腿托板和小腿托板上，腳置于腳托架上。通過第 一調(diào)節(jié)裝置19和第二調(diào)節(jié)裝置20，調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置桿件的長(zhǎng)度以適應(yīng)不同身高的康復(fù) 訓(xùn)練對(duì)象。利用固定繃帶將大腿和小腿固定在托板上。此時(shí)，向無(wú)桿氣缸2的P2孔供氣， 使無(wú)桿氣缸滑臺(tái)3處于圖1所示視圖方向的無(wú)桿氣缸2最右端，同時(shí)，向第二充氣伸長(zhǎng)型氣 動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6供氣，使之處于伸長(zhǎng)的狀態(tài)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4的氣孔通大 氣，為最大收縮狀態(tài)。可移動(dòng)支架處于圖4所示的A點(diǎn)位置。此時(shí)，大腿桿與小腿桿處于同 一直線方向?；颊呦轮幱谏煺?fàn)顟B(tài)。(2)被動(dòng)訓(xùn)練第一階段被動(dòng)訓(xùn)練第一階段為氣缸驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)屈膝被動(dòng)訓(xùn)練階段。在該階段，第二充氣 伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6和第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4保持被動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段中各 自的狀態(tài)不變，即第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6處于充氣伸長(zhǎng)狀態(tài)，第一充氣伸長(zhǎng)型 氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4處于非充氣的最大收縮狀態(tài)，與可移動(dòng)支架之間沒有相對(duì)位移。此時(shí)，無(wú) 桿氣缸2右邊氣孔Pl進(jìn)氣，左邊氣孔P2排氣，無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)3向左運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其上的固 定支架、導(dǎo)桿、第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6和第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4、可 移動(dòng)支架、滑動(dòng)副等一起向左運(yùn)動(dòng)。由前可知，可移動(dòng)支架、T型連接件、小腿桿、大腿桿構(gòu) 成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)可移動(dòng)支架向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)T型連接件進(jìn)而帶動(dòng)小腿桿和大腿桿 做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動(dòng)。這一訓(xùn)練過程的末端如圖4中粗實(shí)線所示，可移動(dòng) 支架運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)位置。在這一過程中，通過控制器控制氣缸的供氣壓力和供氣流量，可以控 制被動(dòng)訓(xùn)練的施力大小和運(yùn)動(dòng)速度大小。通過控制器控制無(wú)桿氣缸的行程，可以控制膝關(guān) 節(jié)的訓(xùn)練角度。(3)被動(dòng)訓(xùn)練第二階段被動(dòng)訓(xùn)練第二階段為氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)屈膝被動(dòng)訓(xùn)練階段。在膝關(guān)節(jié) 康復(fù)訓(xùn)練末端的5°左右的角度行程范圍內(nèi)，由氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練。 此時(shí)，無(wú)桿氣缸2兩腔同時(shí)供氣，使無(wú)桿氣缸滑臺(tái)3停止在被動(dòng)訓(xùn)練第一階段的末了位置。 同時(shí)，對(duì)第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4供氣、第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6排氣， 在第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4的作用下，推動(dòng)可移動(dòng)支架繼續(xù)向左移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)T 型連接件、小腿桿和大腿桿繼續(xù)做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)彎曲運(yùn) 動(dòng)。在這一訓(xùn)練過程中，可移動(dòng)支架由圖4中的B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)。通過控制器控制氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器的供氣壓力可以控制該階段的施力大小。由于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器所具有的良好柔順 性，可保證膝關(guān)節(jié)屈膝訓(xùn)練末端的柔順安全性。(4)被動(dòng)訓(xùn)練第三階段被動(dòng)訓(xùn)練第三階段為氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練的伸展回復(fù)階段。在 這一階段，保持無(wú)桿氣缸2兩腔的供氣，即保持氣缸滑臺(tái)3不動(dòng)，同時(shí)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng) 柔性驅(qū)動(dòng)器4排氣使之收縮回復(fù)至初始狀態(tài)，對(duì)第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6供氣使 之伸長(zhǎng)產(chǎn)生向右的位移，可移動(dòng)支架由C點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)。由于這一過程是由氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的，所以具有良好的柔順性。(5)被動(dòng)訓(xùn)練第四階段被動(dòng)訓(xùn)練第四階段為氣缸驅(qū)動(dòng)的膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練的伸展回復(fù)階段。保持第二充氣 伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6供氣和第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4排氣的狀態(tài)不變，改變 無(wú)桿氣缸2的供排氣狀態(tài)為左邊的氣孔P2供氣，右邊的氣孔Pl排氣，此時(shí)氣缸滑臺(tái)3向右 運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其上的固定支架、導(dǎo)桿、第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6和第一充氣伸長(zhǎng)型氣 動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4、可移動(dòng)支架、滑動(dòng)副等一起向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)T型連接件、小腿桿和大腿 桿做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的伸展回復(fù)運(yùn)動(dòng)。最終，可移動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)至A點(diǎn)，患者下肢回 復(fù)到初始的伸展?fàn)顟B(tài)。至此，康復(fù)被動(dòng)訓(xùn)練的一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束。重復(fù)上述被動(dòng)訓(xùn)練第一 第四階段，便可得到循環(huán)往復(fù)的被動(dòng)訓(xùn)練。二、主動(dòng)訓(xùn)練方式(1)主動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段與被動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段相同，患者下肢置于大腿托板和小腿托板上，腳置于腳托架 上。通過第一調(diào)節(jié)裝置19和第二調(diào)節(jié)裝置20，調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置桿件的長(zhǎng)度以適應(yīng)不同身 高的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)象。利用固定繃帶將大腿和小腿固定在托板上。此時(shí)，向無(wú)桿氣缸2的P2 孔供氣，使無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)3處于圖1所示視圖方向的無(wú)桿氣缸2最右端，同時(shí)，向第二充 氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6供氣使之處于伸長(zhǎng)的狀態(tài)，充氣伸長(zhǎng)型第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器4的氣孔通大氣，為最大收縮狀態(tài)。可移動(dòng)支架處于圖5所示的A點(diǎn)位置。此時(shí)， 大腿桿與小腿桿處于同一直線方向，患者下肢處于伸展?fàn)顟B(tài)。在主動(dòng)訓(xùn)練階段，無(wú)桿氣缸2 的兩腔回路上分別設(shè)置了氣動(dòng)比例流量閥。(2)主動(dòng)訓(xùn)練第一階段該階段為膝關(guān)節(jié)屈膝主動(dòng)訓(xùn)練階段。首先，保持主動(dòng)訓(xùn)練準(zhǔn)備階段中無(wú)桿氣缸和 各氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的供/排氣狀態(tài)不變，由進(jìn)行主動(dòng)訓(xùn)練的下肢向下施加壓力壓縮第二充 氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6，并通過力傳感器檢測(cè)這一主動(dòng)施加的力的大小。此時(shí)，第二充 氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6被壓縮一定的長(zhǎng)度，可移動(dòng)支架由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至D點(diǎn)，患者下肢進(jìn) 行了初始的小角度彎曲。此后，改變無(wú)桿氣缸2的P2孔的供/排氣狀態(tài)，使之由準(zhǔn)備階段 的供氣狀態(tài)變?yōu)榕艢鉅顟B(tài)，同時(shí)，將前面檢測(cè)出的力信號(hào)傳遞給控制器，在一定的控制策略 下，控制無(wú)桿氣缸2兩腔氣路上的氣動(dòng)比例流量閥的開度大小，以控制主動(dòng)訓(xùn)練屈膝運(yùn)動(dòng) 的阻尼力。這一訓(xùn)練過程為人體下肢主動(dòng)施力克服氣缸的阻力，通過小腿桿、T型連接件、 可移動(dòng)支架，帶動(dòng)氣缸滑臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)至某一點(diǎn)，例如，運(yùn)動(dòng)至圖5中所示的E點(diǎn)。(3)主動(dòng)訓(xùn)練第二階段該階段為膝關(guān)節(jié)主動(dòng)訓(xùn)練的伸展回復(fù)階段。首先，改變兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的供 /排氣狀態(tài)，使第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6排氣、第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4 供氣。這一階段的運(yùn)動(dòng)初始點(diǎn)為圖5中的E’點(diǎn)(E’點(diǎn)比E點(diǎn)稍微偏左，這主要是由于第一 充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器6的供/排氣狀態(tài)發(fā)生變 化所致)。由患者下肢向前施加壓力壓縮第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器4，并通過力傳感 器檢測(cè)這一主動(dòng)施加的力的大小。同時(shí)，將這一檢測(cè)信號(hào)傳遞給控制器，在一定的控制策略 下，控制氣缸兩腔氣路上的氣動(dòng)比例流量閥的開度大小，以控制主動(dòng)訓(xùn)練伸展運(yùn)動(dòng)的阻尼 力。這一訓(xùn)練過程為人體下肢主動(dòng)施力克服氣缸的阻力，通過小腿桿、T型連接件、可移動(dòng)支架，帶動(dòng)氣缸滑臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)直至A點(diǎn)，下肢回復(fù)到完全伸展的初始狀態(tài)。 重復(fù)上述主動(dòng)訓(xùn)練第一、第二階段，便可得到循環(huán)往復(fù)的主動(dòng)訓(xùn)練。
權(quán)利要求
一種雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主-被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及控制單元，其中，直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板[1]、無(wú)桿氣缸[2]、無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)[3]、第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[6]、導(dǎo)桿[5]、固定支架[7]、聯(lián)接件[8]、可移動(dòng)支架[9]、滑動(dòng)副[10]；下肢托架單元包括大腿桿[11]、大腿托板[12]、小腿桿[13]、小腿托板[14]、腳托架[15]、聯(lián)接桿[16]、T型連接件[17]、L型桿[18]、第一調(diào)節(jié)裝置[19]和第二調(diào)節(jié)裝置[20]；控制單元包括角度位移傳感器[21]、力傳感器[22]、位移傳感器[23]和控制器；在無(wú)桿氣缸滑臺(tái)[3]上沿?zé)o桿氣缸[2]行程方向的兩側(cè)邊緣處對(duì)稱安裝有兩個(gè)固定支架[7]，兩個(gè)固定支架[7]之間沿?zé)o桿氣缸[2]行程方向安裝有導(dǎo)桿[5]，導(dǎo)桿[5]的軸線與無(wú)桿氣缸[2]的活塞的軸線平行，在導(dǎo)桿[5]上依次安裝有第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[6]、可移動(dòng)支架[9]和第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]；第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[6]連接有管接頭的一側(cè)的端蓋與一個(gè)固定支架[7]固聯(lián)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]連接有管接頭的一側(cè)的端蓋與另一個(gè)固定支架[7]固聯(lián)，第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[6]管道封閉的一側(cè)的端蓋分別與可移動(dòng)支架[9]固聯(lián)；兩個(gè)固定支架[7]上分別安裝有聯(lián)接件[8]；兩對(duì)滑動(dòng)副[10]對(duì)稱放置在無(wú)桿氣缸滑臺(tái)[3]沿?zé)o桿氣缸[2]行程方向的中心線的兩側(cè)，且滑動(dòng)副[10]的滑動(dòng)方向與無(wú)桿氣缸[2]活塞的行程方向平行；每對(duì)滑動(dòng)副[10]由桿件和滑塊組成，該桿件的兩端分別固定在兩個(gè)聯(lián)接件[8]上，該滑塊固定在可移動(dòng)支架[9]上，該可移動(dòng)支架[9]在與無(wú)桿氣缸[2]行程方向垂直的方向的兩側(cè)分別固聯(lián)有T型連接件[17]，該兩個(gè)T型連接件[17]上各自聯(lián)接有小腿桿[13]，兩個(gè)小腿桿[13]之間聯(lián)接有聯(lián)接桿[16]，聯(lián)接桿[16]上安裝有腳托架[15]，無(wú)桿氣缸[2]固定在底板[1]上，兩個(gè)L型桿[18]分別固定在底板[1]的兩側(cè)；兩個(gè)小腿桿[13]和聯(lián)接桿[16]之間設(shè)有可調(diào)節(jié)桿件長(zhǎng)度的第一調(diào)節(jié)裝置[19]，兩個(gè)L型桿[18]上設(shè)有可調(diào)節(jié)桿件長(zhǎng)度的第二調(diào)節(jié)裝置[20]；可移動(dòng)支架[9]與T型連接件[17]之間、小腿桿[13]與大腿桿[11]之間以及大腿桿[11]與L型桿[18]之間構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；角度傳感器[21]安裝在大腿桿[11]和與小腿桿[13]之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處，并與該轉(zhuǎn)動(dòng)副同心；力傳感器[22]和位移傳感器[23]安裝在無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)[3]上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主-被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于第 一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[4]和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器[6]為相同的兩個(gè)部 件，由初始截面形狀為扁平狀的、外圓周包覆加強(qiáng)網(wǎng)的橡膠管經(jīng)螺旋卷繞形成，橡膠管的一 端設(shè)有管接頭，另一端為封閉端，橡膠管的內(nèi)腔構(gòu)成充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的工作腔， 充氣后在軸向方向上膨脹產(chǎn)生位移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向柔性的膝關(guān)節(jié)主-被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括直線驅(qū)動(dòng)單元、下肢托架單元以及控制單元，其中，直線驅(qū)動(dòng)單元包括底板、無(wú)桿氣缸、無(wú)桿氣缸的滑臺(tái)、第一充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和第二充氣伸長(zhǎng)型氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)桿、固定支架、聯(lián)接件、可移動(dòng)支架、滑動(dòng)副；下肢托架單元包括大腿桿、大腿托板、小腿桿、小腿托板、腳托架、聯(lián)接桿、T型連接件、L型桿、第一調(diào)節(jié)裝置和第二調(diào)節(jié)裝置；控制單元包括角度位移傳感器、力傳感器、位移傳感器和控制器。本發(fā)明可根據(jù)患者的康復(fù)程度，方便地實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)被動(dòng)訓(xùn)練和主動(dòng)訓(xùn)練等多種康復(fù)訓(xùn)練模式，并且施力(包括被動(dòng)訓(xùn)練中帶動(dòng)患膝運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力和主動(dòng)訓(xùn)練中設(shè)置的訓(xùn)練阻尼力)無(wú)級(jí)可調(diào)、訓(xùn)練角度無(wú)級(jí)可調(diào)。
文檔編號(hào)A61H1/02GK101829004SQ201010146310
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者孫中圣, 李小寧, 楊罡, 滕燕, 路建萍 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)