[发明专利]双肢镜像运动训练设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种肢体康复运动设备。

背景技术

当今已经入高龄化社会，有上肢或是下肢障碍的患者越来越多，但是肢体的康复训练需要在治疗医师的指导下训练，患者常常需要在医院或者康复训练中心应用专业的设备，并在治疗医师的陪伴下进行训练。在训练过程中需要按时到医院或康复中心，需要花费大量的费用，并需要最少一到两名家属陪伴，需要大量的人力物力。目前大多数的肢体运动辅助设备仅仅依靠外部电源提供动力，患者常常担心机械会超出运动范围，造成意外伤害。现有的训练设备中存在一些问题：

1.训练前患者可以设置运动速度、运动范围和阻抗强度等等，尽管有几个档位可供选择，但是选择某一固定档位不能确保充分发挥和训练病患部位的主动运动能力，而且，如果档位选择不当超过患者病患部位的运动承受能力会引发患者的不适以及疼痛。固定的几个档位还降低了设备的智能型，不利于加快运动功能的恢复与增强。

2.实现镜像运动的同时，不一定充分调动病患关节的主动运动能力；或是充分调动病患关节主动运动能力的同时，不一定实现镜像运动，即二者不可同时实现。

3.尽管有的设备可以实时显示病患部位的负载力或是主动作用力的大小，但是需要应用力/力矩传感器来测试力/力矩，增加了开发成本以及设备的体积和重量。

4.设备的结构固定单一，不能够支持不同关节进行不同自由度的训练。因此研究一种安全、方便的智能肢体康复训练设备就成为需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种安全、方便的肢体康复训练设备，可以让患者在家中自主完成康复训练，设计相对位置可调的主从对称式运动训练机构，支持肢体不同关节进行不同自由度的运动训练。实现双肢体对应关节镜像运动的同时，可以基于病患部位的作用力以及舒适度实时调整运动速度、运动幅度以及阻抗力大小，充分调动病患部位的主动运动能力。同时，不应用力/力矩传感器即可实现双肢体关节作用力信息的实时反馈。

为了实现上述目的，提供一种技术方案：

一种双肢镜像运动训练设备，包括主机构、能量补偿模块和从机构，所述的主机构含有主电机，从机构含有从电机，两个电机与能量补偿模块串联起来；主机构安装在患者的健肢关节处，从机构安装在患者的患肢关节处，所述的主机构跟着健肢关节运动而产生电能，同时根据主从关节的实际运动速度控制能量补偿模块的电能输出，该电能与主机构产生的电能相结合作为电源，驱动从机构从而带动患者患肢关节运动，实现肢体对应关节的镜像运动训练。通过能量补偿模块调整回路电流，进而增加或减小提供给从机构端的辅助作用力或是阻碍作用力，使得实现双肢体镜像运动的同时，可以充分调动患肢关节的主动运动能力。

作为本发明双肢镜像运动训练设备的一种优选方案，根据主从电机闭环电路的电压平衡方程、主从机构的转矩/功率平衡方程，基于能量补偿模块输出能量和闭环电流的大小，可以直接计算出双肢体对应关节的负载力或者主动作用力。

作为本发明双肢镜像运动训练设备的一种优选方案，所述的主机构和从机构设计成左右对称结构并应用相同器件，使得设备的使用不受左右肢体穿戴方向的限制，并可以通过调整主机构和从机构的相对方位，支持不同关节进行不同自由度的镜像运动训练。

本发明考虑只应用一个能量补偿模块同时给两个电机提供电能，因此，两个电机电源端与能量补偿模块直接串联，并且，两个电机的电源端子反向连接，即，应用一个能源供给带动两个电机分别实现正转和反转。

本发明所述的双肢镜像运动训练设备，主要用来协助一侧肢体有运动功能障碍或是双侧肢体运动功能减退的患者进行康复训练或是运动功能增强训练，支持双侧肢体实现镜像对称运动或是镜像反对称运动，增加双侧肢体运动的对称性以及身体的平衡能力。该设计方案可以用于支持患者进行双肢体对应关节的被动-主动训练、主动-辅助训练和主动-阻抗训练(分隔符前代表患肢关节运动状态，分隔符后代表健肢关节运动状态)，其中主机构和从机构分别置于患者两肢体旁侧。

有益效果：

1.以健肢关节运动作为参考，根据主从机构运动速度差异控制能量补偿模块输出能量的大小，支持双肢体对应关节实现镜像运动，同时，在不同训练模式下，通过调整能量补偿模块能量输出的大小和方向，改变了主从机构的制动电流，进而平衡对应关节作用力的差异，使得在实现镜像运动的同时仍可以充分调动病患部位的主动运动能力。