一种康复训练用智能跑步机制造技术

本发明专利技术公开了一种康复训练用智能跑步机，属于医疗康复设备领域，包括跑步机本体、悬吊装置、计算机、控制面板、摄像头、投影仪、计算机和机电控制、动作引导、数据采集等硬件模块。本发明专利技术基于行走台面可俯仰

【技术实现步骤摘要】
一种康复训练用智能跑步机


[0001]本专利技术属于医疗康复设备领域，涉及一种康复训练用智能跑步机，本专利技术还涉及一种人体减重悬吊装置。

技术介绍

[0002]对于下肢功能障碍患者，大量临床研究证实，减重步行训练是进行康复治疗的重要手段之一。在进行减重步行训练时，患者需要根据自身康复情况卸载部分自重减少而对下肢产生的多余载荷。对于绳索式悬吊减重的解决方案，主要包括静平衡被动减重、配重块被动减重、弹簧被动减重、恒拉力被动减重、电控主动减重。其中，静平衡被动减重没有考虑步行训练中人体重心的竖直运动，不利于患者正常步态的恢复。配重块被动减重由于添加了配重块，改变了系统的惯性，不符合患者正常步态情景。弹簧被动减重可能导致在人体重心竖直运动过程中，减重力发生较大变化，而且不易调节给定减重力。恒拉力被动减重虽然可以通过恒拉力机构在重心竖直运动范围内提供给定的恒减重力，但是无法在减重过程中对人体运动产生的动载荷进行补偿。电控主动减重结合恰当的执行机构虽然可以解决恒力减重与动载荷补偿问题，但是没有解决患者在康复训练中，人体相对于跑步机的前后移动导致绳索方向与竖直方向倾斜导致的绳索拉力与等效竖直减重力不等的问题。
[0003]在“项升.悬吊式宇航员低重力模拟系统动力学建模及控制分析[D].哈尔滨工业大学,2015.”中提出了一种悬吊式宇航员低重力模拟系统，其中采用二维随动系统，使悬吊绳跟随人员移动，并沿竖直方向提供减重力，解决了上述问题。但是设备结构复杂，造价昂贵且需要单独人体位置测量系统，不利于在商业跑步机场景中应用。r/>[0004]现有智能跑步机除具备一般跑步机的功能外，还具有心率检测、血氧检测、足底压力检测、图像检测其中几项功能，各功能间相对独立，无法针对下肢功能障碍康复进行智能化的应用。
[0005]在申请号为201110315937.4的专利技术专利中公开了一种智能化跑步机，可以实时检测用户的心率与足底压力分布，并在自适应和心率两种模式下工作，使跑步机坡度、速度按照用户实时训练情况调节。但是上述专利技术只是针对健身领域，无法整合各类检测信息应用于康复，不能完全符合下肢功能康复的应用场景。在申请号201811637491.5的专利技术专利中公开的一种基于虚拟场景共享的跑步机及其健身方法，在申请号201711384448.8的专利技术专利中公开的一种基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统，虽然应用各类检测信息对跑步机进行了智能化的控制，但是也没有整合应用于下肢功能康复的应用场景。与实际需求的下肢功能康复的应用场景相比，上述两专利技术没有具体结合减重悬吊装置，无法在不同减重量、不同跑步机俯仰
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侧倾角度和其动态变化条件下，采用引导
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视觉
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压力传感的多模态方式获取患者动作情况。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供的康复训练用智能跑步机，是一种针对下肢功能障碍患者引导
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训练
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评估的集成化康复设备。通过功能集成化的设计提供了这类康复训练所需的专门化装备。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：一种康复训练用智能跑步机，主要由连接坡道1、跑步机外框2、跑步机内框3、扶手吊架4、悬吊装置5、计算机6、控制面板7、摄像头8、投影仪9和附属于计算机6的机电控制模块、动作引导模块、数据采集模块等硬件模块组成；
[0008]跑步机外框2作为跑步机主体与其他部分连接，其中连接坡道1与跑步机外框2后方对接，实现患者在轮椅上通过连接坡道1上下跑步机。跑步机内框3与跑步机外框2通过俯仰
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侧倾机构连接，使跑步机内框3相对于跑步机外框2实现俯仰
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侧倾运动，具体来说，俯仰
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侧倾机构可以选择满足机构运动要求的空间机构，如在两转轴处有电机转动驱动的胡克铰链、Stewart机构。扶手吊架4固连于跑步机外框2两侧边框，供患者手扶并支承悬吊装置5；跑步机外框2前方与计算机6连接，计算机6显示屏朝向跑步机；跑步机外框2侧面支架安装的摄像头8与计算机6显示屏面下方安装的摄像头8用于对患者行走过程进行动作捕捉；跑步机外框2侧面支架安装的投影仪9在跑步机内框3的跑带16上产生投影，与计算机6显示屏上的指示用于对患者步行引导；悬吊装置5提供跟随患者相对于跑步机外框2前进
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后退，俯仰
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侧倾运动的竖直向上的补偿拉力，并通过悬吊装置5的拉力传感器31测得补偿拉力，使患者可以在设定的减重条件下训练；控制面板7连接在扶手吊架4上，用于设定康复训练模式，控制跑步机各模块的运行参数，与计算机6显示屏共同用于人机交互；跑步机内框3是实现基本行走功能的跑步机本体，跑步机内框3的跑板15上表面粘贴有柔性压力传感器层及保护层，下表面通过4个三维压力传感器11固连在跑步机内框3的横梁14上，通过柔性压力传感器与三维压力传感器信号可以获取患者的足底压力参数。
[0009]跑步机内框3主要由三维压力传感器11、内框框体12、辊子13、横梁14、跑板15、跑带16组成；内框框体12与横梁14组成跑步机内框3的刚性框架，按照跑步机具体大小，承载跑带16的跑板15可以有1个或2个；与传统跑步机相比，跑步机内框3的结构有如下不同：横梁14与跑板15间通过4个三维压力传感器11固连，跑板15上表面粘贴有柔性压力传感器层及保护层，保护层防止在跑步机使用过程中，跑带16对柔性压力传感器层直接磨损，增加使用寿命；其余基本原理与传统跑步机保持一致，通过计算机6中的机电控制模块控制跑步机本体中伺服电机转动，经传动系统转化为跑带16按2个辊子13约束的转动，实现基本行走功能；在实际使用过程中，患者行走对跑带16与跑板15产生反力，通过柔性压力传感器可以获取患者足印压力分布情况，通过横梁14与跑板15间通过4个三维压力传感器11信号可以算出患者对跑带16与跑板15产生的反力的合力大小与方向；在实际使用前，患者使用悬吊装置5辅助站立，通过调整悬吊装置5的补偿拉力，与三维压力传感器11测得压力值可用于柔性压力传感器标定；上述数据通过计算机6中的数据采集模块传输至计算机进行解算与显示；
[0010]悬吊装置5主要由框架、天车滑块21、天车导轨22、限位装置23、弹性装置24、绞车绳25、电动绞车26、天车滑轮27、悬吊绳28、悬吊滑轮29、悬吊滑轮架30、拉力传感器31、固定支座32、悬吊横梁、减重吊带等功能模块组成；天车导轨22与固定支座32固连在框架上，框架是悬吊装置5的基座；2个天车滑轮27的底座固连在天车滑块21上；悬吊绳28为刚性绳，一端与固定支座32连接，经天车滑轮27其一、悬吊滑轮29、天车滑轮27其二引导，另一端连接弹性装置24一端；在固定支座32与天车滑轮27其一间的悬吊绳28中间打断，两端分别与拉力传感器31连接，拉力传感器31测量悬吊绳28的绳间拉力，作为悬吊装置5的补偿拉力；在
天车滑轮27其二与弹性装置24间的悬吊绳28同心固连限位装置23的一部分，限位装置23的另一部分固连在框架上，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种康复训练用智能跑步机，主要由连接坡道(1)、跑步机外框(2)、跑步机内框(3)、扶手吊架(4)、悬吊装置(5)、计算机(6)、控制面板(7)、摄像头(8)、投影仪(9)、计算机(6)和附属于计算机(6)中的硬件模块：机电控制模块、动作引导模块、数据采集模块组成；其特征在于，跑步机外框(2)是跑步机的主体，其中，连接坡道(1)与跑步机外框(2)后方对接，实现患者在轮椅上通过连接坡道(1)上下跑步机；跑步机内框(3)与跑步机外框(2)通过俯仰
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侧倾机构连接，使跑步机内框(3)相对于跑步机外框(2)实现俯仰
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侧倾运动；扶手吊架(4)固连于跑步机外框(2)两侧边框，供患者手扶并支承悬吊装置(5)；跑步机外框(2)前方与计算机(6)连接，计算机(6)显示屏朝向跑步机；跑步机外框(2)侧面支架安装的摄像头(8)与计算机(6)显示屏面下方安装的摄像头(8)用于对患者行走过程进行动作捕捉；跑步机外框(2)侧面支架安装的投影仪(9)在跑步机内框(3)的跑带(16)上产生投影，与计算机(6)显示屏上的指示用于对患者步行引导；悬吊装置(5)提供跟随患者相对于跑步机外框(2)前进
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后退，俯仰
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侧倾运动的竖直向上的补偿拉力，并通过悬吊装置(5)的拉力传感器(31)测得补偿拉力，使患者可以在设定的减重条件下训练；控制面板(7)连接在扶手吊架(4)上，用于设定康复训练模式，控制跑步机各模块的运行参数，与计算机(6)显示屏共同用于人机交互；跑步机内框(3)是实现基本行走功能的跑步机本体，跑步机内框(3)的跑板(15)上表面粘贴有柔性压力传感器层及保护层，下表面通过4个三维压力传感器(11)固连在跑步机内框(3)的横梁(14)上，通过柔性压力传感器与三维压力传感器信号可以获取患者的足底压力参数。2.根据权利要求1所述的康复训练用智能跑步机，其特征在于，跑步机内框(3)主要由三维压力传感器(11)、内框框体(12)、辊子(13)、横梁(14)、跑板(15)、跑带(16)组成；内框框体(12)与横梁(14)组成跑步机内框(3)的刚性框架，按照跑步机具体大小，承载跑带(16)的跑板(15)可以有1个或2个；横梁(14)与跑板(15)间通过4个三维压力传感器(11)固连，跑板(15)上表面粘贴有柔性压力传感器层及保护层，保护层防止在跑步机使用过程中，跑带(16)对柔性压力传感器层直接磨损，增加使用寿命；通过计算机(6)中的机电控制模块控制跑步机本体中伺服电机转动，经传动系统转化为跑带(16)按2个辊子(13)约束的转动，实现基本行走功能；在实际使用过程中，患者行走对跑带(16)与跑板(15)产生反力，通过柔性压力传感器可以获取患者足印压力分布情况，通过横梁(14)与跑板(15)间通过4个三维压力传感器(11)信号可以算出患者对跑带(16)与跑板(15) 产生的反力的合力大小与方向；在实际使用前，患者使用悬吊装置(5)辅助站立，通过调整悬吊装置(5)的补偿拉力，与三维压力传感器(11)测得压力值可用于柔性压力传感器标定；上述数据通过计算机(6)中的数据采集模块传输至计算机进行解算与显示。3.根据权利要求1所述的康复训练用智能跑步机，其特征在于，悬吊装置(5)主要由框架、天车滑块(21)、天车导轨(22)、限位装置(23)、弹性装置(24)、绞车绳(25)、电动绞车(26)、天车滑轮(27)、悬吊绳(28)、悬吊滑轮(29)、悬吊滑轮架(30)、拉力传感器(31)、固定支座(32)、悬吊横梁、减重吊带功能模块组成；天车导轨(22)与固定支座(32)固连在框架上，框架是悬吊装置(5)的基座；2个天车滑轮(27)的底座固连在天车滑块(21)上；悬吊绳(28)为刚性绳，一端与固定支座(32)连接，经天车滑轮(27)其一、悬吊滑轮(29)、天车滑轮(27)其二引导，另一端连接弹性装置(24)一端；在固定支座(32)与天车滑轮(27)其一间的悬吊绳(28)中间打断，两端分别与拉力传感器(31)连接，拉力传感器(31)测量悬吊绳(28)
的绳间拉力，作为悬吊装置(5)的补偿拉力；在天车滑轮(27)其二与弹性装置(24)间的悬吊绳(28)同心固连限位装置(23)的一部分，限位装置(23)的另一部分固连在框架上，当由于悬吊绳(28)与框架发生相对运动而使限位装置(23)两部分机械接触，限位装置(23)起到限位作用，阻止这种相对运动继续进行；限位装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旭，吴忆东，姚志明，杨先军，孙怡宁，王辉，王涛，陈焱焱，张晓翟，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：