[发明专利]多功能热磁肢体康复训练器

说明书

技术领域

本发明属于康复训练器材领域，特别的涉及以机械结构设计、电气控制结合的多功能热磁肢体康复器材。

背景技术

肢体康复器材的使用越来越普遍，给康复病人恢复肢体肌力提供了重要的帮助。现有的肢体康复器材多种多样，或者具有主动训练模式、被动训练模式和痉挛肌缓解多种训练模式，或者具有单独上肢训练、单独下肢训练和上下肢组合训练功能。但是上述功能都未能集成起来，对于康复器材使用者带来不便。

发明内容

本发明根据仿真结果和功能要求提供一种具有单独上肢训练、单独下肢训练和上下肢组合训练功能的智能型多功能热磁肢体康复训练器。

根据系统的主动训练模式、被动训练模式和痉挛肌缓解模式的功能要求，建立不同的数学模型。为了使系统在主动模式时能够设定恒定阻力，将电机回路设计成一个电流可控的恒流回路；为了使系统在被动模式时能够设定恒定的转速，被动模式采用闭环调速控制，保证在运动过程中速度的稳定；为了检测肌肉痉挛，要求系统对电流的检测有较高的灵敏度，本训练仪采用检测电机电流的大小间接判断是否肌肉产生痉挛，对于上下肢体由于肌肉痉挛产生的力不同，上下肢采用不同电流界限值进行判断。

控制系统的设计主要分为硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括主控制器、电机控制器和电源三个部分，电机控制器部分是本设计的重点，包括可控电流环路电路和闭环转速调节电路。软件设计包括主控制器和电机控制器两个部分，主控制器部分实现对各种外设的通信与控制功能，如驱动人机接口电路、驱动时钟电路和完成串行通讯协议等；电机控制器部分是本项目软件设计的难点，主要实现对电机驱动、信号采集和各种控制算法的实现。

具体技术方案如下：

一种多功能热磁肢体康复训练器，包括机械部分和电气控制部分，上述机械部分包括机架、安装在机架上的电机、变速箱和踏板，上述电气控制部分采用二级CPU结构，包括通过RS232通信连接起来的主控制器和电机控制器，上述主控制器连接有实时时钟芯片、语音芯片、键盘信息接入口和液晶显示接口，上述电机控制器连接有电机驱动电路、电流信号采集、调理电路、编码器电路、错误检测及输出保护电路。

上述机械部分电机采用有刷电机，功率为100W；上述踏板上设有脉动磁场发生器及调节机构。

上述机械部分还设有轴承与摇臂，上述踏板轴承安装在摇臂上，摇臂通过换向齿轮与变速箱的输入端连接，上述换向齿轮采用一对伞齿轮，齿轮参数为模数1，齿数比2：1，齿数23～28。

上述电气控制部分的主控制器、电机控制器都设有USART接口和JTAG接口，上述USART接口为双机通信接口。

当康复训练器处于主动模式时，电流给定模块电路、I/V转换电路、信号调理电路和电机控制器形成一个闭环控制的电流可控回路，上述电路给定模块电路由数模转换电路、功率放大电路和负载组成；当康复训练器处于被动模式时，I/V转换电路、电流信号调理电路和电机控制器形成电流反馈电路。

本发明多功能热磁肢体康复训练器可以实现单独上肢训练、单独下肢训练和上下肢组合训练功能，并且每种训练功能均具有主动模式、被动模式和肌肉痉挛模式选择，三种训练模式集中在一个训练仪上，在一个训练仪上实现三种训练功能。同时具备了大范围脉动磁场、大范围远红外线、光热的可调节系统，最大限度的帮助患者进行肢体康复。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明系统控制电路原理框图。

图3为图2中主控制器部分示意框图。

图4为图2中电机控制器部分示意框图。

图5为本发明处于主动训练模式时电机控制器部分示意框图。

具体实施方式

见图1，本发明多功能热磁肢体康复训练器的总体结构包括机械部分和电气控制部分，机械部分主要由机架、换向伞齿轮、变速箱、轴承和踏板等组成，电气控制部分划分为两级结构，主要包括电机、主控制器、电机控制器和电源四部分。同时在踏板上安装大范围脉动磁场发生器、大范围远红外线、光热的可调节机构。

多功能热磁肢体康复训练器是通过自身的机械运动为患者提供动力或者阻力，使患者进行锻炼的仪器。为了使患者做类似于行走的锻炼，本设计的机械结构为极坐标式，极坐标式机械结构的运动学分析简单，控制较容易，系统机械结构主要包括以下几个部分：

(1) 换向齿轮