本发明涉及一种下肢痉挛智能康复装置，它包括底架、座椅、大腿支撑机构、小腿支撑机构、电机驱动机构、脚板固定机构、机械安全限位机构和控制模块；大腿支撑机构包括支撑杆和T形架、；小腿支撑机构包括前后平移杆、左右平移杆、下支撑杆、上下平移杆、弧形支撑架和绑带；电机驱动机构包括前后平移架、电机支架、轴承座和电机套件；脚板固定机构包括脚板，若干绑带，倾角传感器、脚侧板，扭矩传感和联轴器；控制模块包括三个电极片、数据采集单元、电机驱动器和设置在计算机上的数据分析单元，数据分析单元包括计算模块和电路安全限位模块。本发明通过患者肌肉表面电信号和关节力矩的反馈，让自己参与到康复控制中，增加了病人的主动干预性从而提升了康复效果。本发明可以广泛应用于下肢痉挛的康复中。
1.一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：它包括由具有安装槽的型材制作的底架，所述底架后部顶面固定连接一座椅；所述座椅前方的底架上连接有大腿支撑机构、小腿支撑机构、电机驱动机构、脚板固定机构和控制模块；
所述大腿支撑机构包括一固定连接在所述底架上的支撑杆，所述支撑杆内插设有一T形架的垂直端，且二者通过锁紧件滑动连接；
所述小腿支撑机构包括一前后平移杆，其通过锁紧件滑动连接在所述底架上，所述前后平移杆的一侧通过锁紧件滑动连接一左右平移杆，所述左右平移杆顶面固定连接一下支撑杆，所述下支撑杆通过锁紧件滑动连接一上下平移杆，所述上下平移杆顶部通过锁紧件转动连接一弧形支撑架，所述弧形支撑架内固定连接有一绑带；
所述电机驱动机构包括一前后平移架，其通过锁紧件滑动连接在所述底架上，所述前后平移架顶部通过锁紧件滑动连接一电机支架，所述电机支架的顶部固定连接有一具有编码器和减速器的电机套件，所述电机套件的输出轴转动地连接在一设置在所述电机支架顶部的轴承座上；
所述脚板固定机构包括一脚板，所述脚板上设置有若干绑带，所述脚板背部设置有一倾角传感器；所述脚板的一侧设置有一脚侧板，所述脚侧板的上部通过一扭矩传感器连接一联轴器，所述联轴器的另一端连接在所述电机套件的输出轴上；所述联轴器上固定设置有一摆动销，所述轴承座的侧面设置有一排安装孔，所述摆动销两侧的所述轴承座的一安装孔内分别安装有一定位销；所述摆动销和两定位销构成一限制所述脚侧板摆动范围的机械安全限位机构；
所述控制模块包括三个电极片、一数据采集单元、一电机驱动器和一设置在计算机上的一数据分析单元，所述数据分析单元包括一计算模块；三个所述电极片分别设置在患者的比目鱼肌、腓肠肌、胫骨前肌处，用于采集患者相应肌肉表面的电信号，并发送给所述数据采集单元；所述数据采集单元还采集所述扭矩传感器传来的扭矩信号和所述倾角传感器传来的倾角信号，并将各肌肉表面的电信号、扭矩信号和倾角信号传入计算机中的数据分析单元，所述数据分析单元的计算模块通过计算得到所述电机在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的计算值，并将计算值发送给所述电机驱动器，以控制所述电机在拉伸过程中电机的速度和转向、输出力矩。
2.如权利要求1所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述数据分析单元还设置有一电路安全限位模块，所述电路安全限位模块用于设定所述电机在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的最大值；此时所述数据分析单元的计算模块将所述电机的速度、转向和输出力矩的计算值与所述电路安全限位模块设定的相应最大值进行比较：如果超出其相应的最大值，则输出其相应的最大值给所述电机驱动器；如果未超出，则将计算值输出给所述电机驱动器，以控制所述电机在拉伸过程中电机的速度和转向、输出力矩。
3.如权利要求1或2所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述小腿支撑机构中前后平移杆、左右平移杆、下支撑杆和上下平移杆，所述电机驱动机构中的前后平移架和电机支架，均采用具有安装槽的型材制作而成。
4.如权利要求1或2所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述数据分析单元是采用LabVIEW软件编写的计算机程序。
5.如权利要求3所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述数据分析单元是采用LabVIEW软件编写的计算机程序。
6.如权利要求1或2或5所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述大腿支撑机构的T形架的两水平端上分别设置有加粗的柔性物，所述T形架还通过另配的绑带进行大腿固定。
7.如权利要求3所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述大腿支撑机构的T形架的两水平端上分别设置有加粗的柔性物，所述T形架还通过另配的绑带进行大腿固定。
8.如权利要求4所述的一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：所述大腿支撑机构的T形架的两水平端上分别设置有加粗的柔性物，所述T形架还通过另配的绑带进行大腿固定。
一种下肢痉挛智能康复装置
技术领域
[0001] 本装置涉及一种智能康复装置，特别是关于一种下肢痉挛智能康复装置。
背景技术
[0002] 脑血管病是我国死亡率和致残率最高的疾病之一。在脑卒中患者的康复过程中，踝关节周围肌肉的痉挛和/或挛缩严重限制了他们的行走以及独立生活能力。
[0003] 脑卒中患者痉挛和/或挛缩的产生归因于脑血管疾病后神经反射的变化，以及持续性肌张力过大造成的相关肌肉/肌腱组织短缩。临床上常见的预防及治疗方法是关节的被动运动，治疗师用手或者利用“连续被动拉伸”装置带动病人的踝关节在其运动范围内往复运动，通过对踝关节周围肌肉的拉伸达到预防或者改善痉挛和/或挛缩的目的。研究显示踝关节持续的被动运动对减少受试者踝关节僵硬有一定效果。然而，这两种方法的局限性也很明显。首先，踝关节活动范围的确定取决于治疗师或者病人的主观感受，因此肌肉往往不能够在关节的最大运动范围下得到充分的拉伸。其次，现有的“连续被动拉伸”装置缺乏运动过程中相关肌肉的神经信号的实时反馈，只是单纯的带动脚踝往复运动，康复效果不是很明显。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种根据脑卒中患者的神经反射及肌肉生物力学特性所设计的下肢痉挛智能康复装置。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种下肢痉挛智能康复装置，其特征在于：它包括由具有安装槽的型材制作的底架，所述底架后部顶面固定连接一座椅；所述座椅前方的底架上连接有大腿支撑机构、小腿支撑机构、电机驱动机构、脚板固定机构和控制模块；所述大腿支撑机构包括一固定连接在所述底架上的支撑杆，所述支撑杆内插设有一T形架的垂直端，且二者通过锁紧件滑动连接；所述小腿支撑机构包括一前后平移杆，其通过锁紧件滑动连接在所述底架上，所述前后平移杆的一侧通过锁紧件滑动连接一左右平移杆，所述左右平移杆顶面固定连接一下支撑杆，所述下支撑杆通过锁紧件滑动连接一上下平移杆，所述上下平移杆顶部通过锁紧件转动连接一弧形支撑架，所述弧形支撑架内固定连接有一绑带；所述电机驱动机构包括一前后平移架，其通过锁紧件滑动连接在所述底架上，所述前后平移架顶部通过锁紧件滑动连接一电机支架，所述电机支架的顶部固定连接有一具有编码器和减速器的电机套件，所述电机套件的输出轴转动地连接在一设置在所述电机支架顶部的轴承座上；所述脚板固定机构包括一脚板，所述脚板上设置有若干绑带，所述脚板背部设置有一倾角传感器；所述脚板的一侧设置有一脚侧板，所述脚侧板的上部通过一扭矩传感器连接一联轴器，所述联轴器的另一端连接在所述电机套件的输出轴上；所述控制模块包括三个电极片、一数据采集单元、一电机驱动器和一设置在计算机上的一数据分析单元，所述数据分析单元包括一计算模块；三个所述电极片分别设置在患者的比目鱼肌、腓肠肌、胫骨前肌处，用于采集患者相应肌肉表面的电信号，并发送给所述数据采集单元；所述数据采集单元还采集所述扭矩传感器传来的扭矩信号和所述倾角传感器传来的倾角信号，并将各肌肉表面的电信号、扭矩信号和倾角信号传入计算机中的数据分析单元，所述数据分析单元的计算模块通过计算得到所述电机在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的计算值，并将计算值发送给所述电机驱动器，以控制所述电机在拉伸过程中电机的速度和转向、输出力矩。
[0006] 它还包括一限制所述脚侧板摆动范围的机械安全限位机构，所述机械安全限位机构包括一摆动销和两定位销；所述摆动销设置在所述联轴器上，所述轴承座的侧面设置有一排安装孔，两所述定位销分别设置在所述摆动销两侧的所述轴承座的一安装孔内。
[0007] 所述数据分析单元还设置有一电路安全限位模块，所述电路安全限位模块用于设定所述电机在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的最大值；此时所述数据分析单元的计算模块将所述电机的速度、转向和输出力矩的计算值与所述电路安全限位模块设定的相应最大值进行比较：如果超出其相应的最大值，则输出其相应的最大值给所述电机驱动器；如果未超出，则将计算值输出给所述电机驱动器，以控制所述电机在拉伸过程中电机的速度和转向、输出力矩。
[0008] 所述小腿支撑机构中前后平移杆、左右平移杆、下支撑杆和上下平移杆，所述电机驱动机构中的前后平移架和电机支架，均采用具有安装槽的型材制作而成。
[0009] 所述数据分析单元是采用LabVIEW软件编写的计算机程序。
[0010] 所述大腿支撑机构的T形架的两水平端上分别设置有加粗的柔性物，所述T形架还通过另配的绑带进行大腿固定。
[0011] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了一扭矩传感器，一角度传感器和一包括三个电极片、一数据采集单元、一数据分析单元和一电机驱动器的控制模块，数据分析单元根据三个电极片测量的肌肉表面的电信号，以及踝关节运动的力矩和角度信号，计算出电机的速度和转向、输出力矩，因此本发明首次提出了主动拉伸的思想，不再是病人被牵拉设备简单盲目的拉伸，而是通过自身肌肉电信号和关节力矩的反馈，让自己通过神经参与到康复控制中，增加病人的主动干预性，提升康复效果。2、本发明由于在大腿支撑机构中设置了上下平移的T形架，在小腿支撑机构中设置了前后、左右、上下平移杆，在电机驱动机构中设置了前后平移架和电机支架，在电机驱动机构中设置了可以活动的脚侧板，这些机构中都具有较多的自由度，因此本发明可以使患者处于较为舒适的坐姿和腿部位置，并且平移调节非常简单。3、本发明除了设置一机械安全限位机构以外，还在数据分析单元中设置了一电路安全限位模块，电路安全限位模块可以设定电机在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的最大值，因此本发明能够有效地保证电机驱动机构在人体极限运动范围内转动，提高了安全性。4、本发明由于底座，小腿支撑机构中前后平移杆、左右平移杆、下支撑杆、上下平移杆，电机驱动机构中的前后平移架、电机支架均采用型材制作，因此本发明连接简单而且易于拆装。本发明可以广泛应用于下肢痉挛智能康复的研究，服务于脑卒中患者康复事业。
附图说明
[0012] 图1是本发明结构示意图
[0013] 图2是本发明控制模块的结构示意图
具体实施方式
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0015] 如图1、图2所示，本发明包括一通过型材连接制作的底架1，在底架1的型材上全部具有沿型材长度方向延伸的安装槽。在底架1后部顶面固定连接一座椅2，在座椅2前方的底架1上连接有一大腿支撑机构3、一小腿支撑机构4、一电机驱动机构5、一脚板固定机构6和一控制模块7。
[0016] 大腿支撑机构3包括一固定连接在底架1上的支撑杆31，在支撑杆31内插设有一用于支撑大腿的T形架32的垂直端，且二者之间通过锁紧件滑动连接；T形架32的两水平端上分别设置有加粗的柔性物，T形架32还可以另配绑带进行大腿固定。
[0017] 小腿支撑机构4包括一通过锁紧件滑动连接在底架1上的前后平移杆41，在前后平移杆41的一侧通过锁紧件滑动连接一左右平移杆42，左右平移杆42顶面固定连接一下支撑杆43；下支撑杆43通过锁紧件滑动连接一上下平移杆44，上下平移杆44通过锁紧件转动连接一弧形支撑架45，弧形支撑架45内固定连接有一绑带46。
[0018] 电机驱动机构5包括一前后平移架51，前后平移架51通过锁紧件滑动连接在底架1上，前后平移架51顶部通过锁紧件滑动连接一电机支架52，电机支架52顶部固定连接一电机套件53；电机套件53包括一编码器54、一电机55和一减速箱56；电机套件53的输出轴转动地连接在一设置在电机支架52顶部的轴承座57上。
[0019] 脚板固定机构6包括一脚板61，脚板61上设置有若干绑带62，脚板61背部设置有一倾角传感器63；脚板61的一侧设置有一脚侧板64，脚侧板64的上部通过一扭矩传感器65连接一联轴器66，联轴器66的另一端连接电机套件53的输出轴上。联轴器66上固定设置有一摆动销67，轴承座57的侧面设置有一排安装孔，摆动销67两侧的轴承座57的一安装孔内分别安装有一定位销68。
[0020] 如图2所示，本发明控制模块7包括三个电极片71、72、73，一数据采集单元74，一设置在计算机75上的数据分析单元76和一电机驱动器77，数据分析单元76包括一电路安全限位模块和一计算模块；电路安全限位模块用于设定电机55在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的最大值；计算模块用于得出电机55在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的计算值，并将计算值与电路安全限位模块中设定的相应的最大值进行比较后，最后输出给电机驱动器77。
[0021] 电极片71、72、73分别贴在患者的比目鱼肌、腓肠肌、胫骨前肌处，用于采集患者相应肌肉表面的电信号，并发送给数据采集单元74；数据采集单元74还采集倾角传感器63传来的倾角信号和扭矩传感器65传来的扭矩信号，并将各肌肉表面的电信号、扭矩信号和倾角信号传入计算机75中的数据分析单元76，数据分析单元76的计算模块通过分析得到电机55在拉伸过程中速度、转向和输出力矩的计算值，并将计算值与电路安全限位模块中设定相应的最大值进行比较：如果超出其相应的最大值，则计算模块输出其相应的最大值给电机驱动器77；如果未超出，则计算模块将计算值输出给电机驱动器77，由电机驱动器77控制电机55在拉伸过程中电机的速度和转向、输出力矩。
[0022] 上述实施例中，底座1，小腿支撑机构4中前后平移杆41、左右平移杆42、下支撑杆43、上下平移杆44，电机驱动机构5中的前后平移架51、电机支架52均采用沿长度方向具有安装槽的型材制作，连接简单而且易于拆装。
[0023] 上述实施例中，摆动销67和两定位销68组成一机械安全限位机构。患者可以通过设置两定位销68的位置来限制摆动销67的活动范围，进而达到限制脚侧板64摆动的范围。
[0024] 上述实施例中，数据分析单元76是采用LabVIEW软件编写的计算机程序。
[0025] 利用本发明进行下肢痉挛智能康复时，包括以下步骤：
[0026] 1）患者坐在座椅2上；
[0027] 2）松开大腿支撑机构3中的锁紧件，将患者的大腿放置在大腿支撑架31上，调整大腿支撑架31到合适位置后，锁紧锁紧件；
[0028] 3）松开小腿支撑机构4中的锁紧件，将患者的小腿放置在弧形支撑架45上，分别调整前后平移杆41、左右平移杆42、上下平移杆44和弧形支撑架45到合适位置后，锁紧锁紧件用绑带46固定患者小腿；
[0029] 4）将患者的脚放置在脚板61上，通过绑带62将患者的脚固定在脚板61上；
[0030] 5）松开电机驱动机构5的锁紧件，分别调整前后平移架51和电机支架52，使脚板固定机构6移动到合适位置后，锁紧锁紧件；
[0031] 6）患者设置两定位销68的位置，来限制摆动销67的活动范围，从而达到限制脚侧板64摆动的范围；
[0032] 7）患者在数据分析单元76中的电路安全限位模块中设定电机55在拉伸过程中的速度、转向和输出力矩的最大值；
[0033] 8）患者可以在数据分析单元76的计算模块观测自己肌肉表面的电信号、倾角传感器63感应的角度信号和扭矩传感器65感应的扭矩信号，数据分析单元76中的计算模块根据这些信号得出电机55在拉伸过程中的速度和转向、输出力矩的计算值，并将计算值与电路安全限位模块中设定相应的最大值进行比较：如果超出其相应的最大值，则计算模块输出其相应的最大值给电机驱动器77；如果未超出，则计算模块将计算值输出给电机驱动器77，由电机驱动器77控制电机55在拉伸过程中电机的速度和转向、输出力矩；
[0034] 9）电机55经过减速箱56输出动力，通过联轴器66带动脚侧板64转动；脚侧板64带动脚板61运动，患者的脚随脚板61运动。
[0035] 本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，尤其是主动拉伸的方法。凡是在本发明技术方案的基础上，根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
