一種下肢多功能輔助康復儀的制作方法

本發明涉及保健器械領域，尤其涉及一種下肢多功能輔助康復儀。

背景技術：

隨著癱瘓病人、植物人、不能行走的老年人等缺乏自主運動能力的人口的急劇增長，康復性電子設備取代人力輔助康復訓練成為人們持續關注的焦點，現市場主要有假肢、按摩椅等產品存在，但此類產品或針對于截肢卻不癱瘓的患者，或針對于工作疲勞的健康人，并不能應用在無法自主行動的病患身上，也不能達到活動關節，拉伸肌肉以防肌肉萎縮的目的。

另外現市場還存在一些能進行簡單腿部運動的機械，如CN201510494629.0專利公開了一種下肢運動康復儀，通過推拉桿進行外力推動使兩端鉸接的前托架和后托架的中部連接位置向上頂起，前托架前端后退，從而使得大腿和小腿在膝蓋處彎折而產生屈伸運動。此發明雖然能活動膝關節，但不能使大腿、小腿擺動，活動范圍窄，達不到防止肌肉萎縮的目的。

技術實現要素：

針對目前輔助病患進行腿部運動的現狀，本發明針對癱瘓病人、植物人、不能行走的老年人等缺乏自主運動能力的病患，提供一種下肢多功能輔助康復儀，用以替代人工做腿部拉伸訓練、防止肌肉萎縮或進行康復運動，使病患的下肢被動運動。

一種下肢多功能輔助康復儀，其特征在于，所述康復儀包括機械結構和控制系統；

所述機械結構包括大腿臂、小腿臂、軸承座、推桿a、推桿b、電機和萬向節，所述大腿臂一端與所述小腿臂一端活動連接，所述大腿臂的另一端活動連接在所述軸承座上，所述推桿a和所述推桿b分別設置在所述大腿臂和所述小腿臂下方，所述推桿a和所述推桿b底部分別連接有所述電機，所述推桿a和所述推桿b分別通過所述萬向節與所述大腿臂、所述小腿臂和所述電機連接，通過所述電機控制所述推桿a、所述推桿b的伸縮運動，帶動所述大腿臂和/或所述小腿臂上下擺動；

所述控制系統包括微處理器MCU和控制模塊，所述微處理器MCU通過程序代碼實時處理接收到的信息，并實時發送指令，所述控制模塊用于設定運動參數，并將所設定的參數輸送至所述微處理器MCU；

所述機械結構通過所述控制系統實現所述大腿臂和所述小腿臂運動的單獨控制以及所述大腿臂和所述小腿臂的擺動及循環運動的三種可調自動控制。

更進一步地，所述機械結構還包括兩個U形槽和按摩加熱軟墊，所述U形槽分別固定在所述大腿臂和所述小腿臂上，所述按摩加熱軟墊固定安裝在所述U形槽上表面。

更進一步地，所述大腿臂和所述小腿臂為可伸縮桿件。

更進一步地，所述控制系統還包括傳感器檢測，所述傳感器檢測將采集到的信號周期性的反饋給所述微處理器MCU。

更進一步地，所述傳感器檢測包括心率、血壓、體溫、溫濕度、有毒氣體、陀螺儀等傳感器。

更進一步地，所述控制系統還包括集成LED燈顯示或者蜂鳴器報警，所述集成LED燈顯示或者所述蜂鳴器報警用于在心率測試時直觀感受使用者心跳，以及運動時間提示、環境溫濕度警戒、有毒氣體警戒。

更進一步地，所述控制模塊為控制面板，所述控制面板包括按鍵和撥碼開關，所述按鍵用于單獨控制所述大腿臂和所述小腿臂擺動、設定運動時間及所述大腿臂和所述小腿臂擺動角度，所述撥碼開關用于控制振動按摩、軟墊加熱、運動速度、運動模式的設定，所述控制面板對設定的運動參數有可記憶功能。

更進一步地，所述控制系統還包括LCD液晶屏，所述LCD液晶屏與所述控制面板固定連接，所述LCD液晶屏用于顯示所述控制系統內的數據。

更進一步地，所述控制模塊為手機APP，所述微處理器MCU設有藍牙連接模塊，所述微處理器MCU通過所述藍牙連接模塊實現與所述手機APP的藍牙通信以及數據的實時控制，所述手機APP的控制界面包括藍牙連接按鈕、大小腿臂單獨運動控制按鈕、大小腿臂運動模式、角度、時間、速度的參數設定按鈕、振動按摩、軟墊加熱以及儀器啟停等按鈕，所述手機APP在特定范圍內可以自由控制所述康復儀運動，實現參數設定、數據顯示與報警，所述手機APP對設定的運動參數有可記憶功能。

本發明還包括一種下肢多功能輔助康復儀的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步驟：

(1)微處理器MCU完成各種初始化動作；

(2)微處理器MCU檢測是否有按鍵按下，若有按鍵按下，便判斷該按鍵傳遞的是什么信息，并對應做出處理與執行相應的控制與現實程序代碼，否則繼續判斷是否有按鍵按下；

(3)微處理器MCU檢測是否有藍牙連接，若有藍牙連接，便判斷手機APP傳遞的是什么信息，并對應做出處理與執行相應的控制與現實程序代碼，否則繼續判斷是否有藍牙連接；

(4)微處理器MCU檢測參數設定是否完成，若參數設定完成，則判斷是否啟動運動，若啟動，則機械結構開始動作，若不啟動，則機械結構不動作；

(5)微處理器MCU實時收集傳感器檢測反饋的信號，并對傳感器信號做相應的處理，并判斷相應的傳感器數值是否超標，若超標則做相應的報警提示，若不超標則繼續檢測是否超標。

本發明的有益效果：

機械結構方面：基于下肢腿部結構設計了可伸縮的大小腿臂，用以保證病患的腿部支撐需求；可透氣柔軟的按摩加熱軟墊保證病患腿部的舒適性；采用萬向節增強其運動的靈活性，提高運動效率。

控制系統方面：具備控制面板及手機APP雙重控制的便利控制方式；具有大小腿運動的單獨控制以及大小腿擺動及循環運動的三種可調自動控制；輔以振動按摩、軟墊加熱等可控功能；并且在功能調控中可任意設定運動時間、擺動角度、速度等運動參數，運動參數有可記憶功能以便在反復使用中簡化設置操作。同時，集成多種傳感器進行心率、血壓、體溫、環境溫濕度、有毒氣體、陀螺儀等有關健康參數監測并對參數實時監控與分析，用以實現調節運動參數或報警的目的。

因此，無論是在運動功能控制方面還是在人體健康參數和環境監測方面都有其便利多功能的特點。在簡便的控制及運動參數的反饋下，使該輔助康復儀具備多功能、操作簡便、低成本以及更加人性化的有利特點，而且本發明體積小、結構簡單，方便患者使用。

附圖說明

圖1為本發明下肢多功能輔助康復儀的機械結構立體示意圖；

圖2為本發明的控制系統關系示意圖；

圖3為本發明的控制方法流程圖；

圖4為本發明的控制面板模塊示意圖。

其中：

1‐大腿臂、2‐連接塊、3‐小腿臂、4‐連桿、5‐軸承、6‐軸承座、7‐底座、8‐推桿a、9‐推桿b、10‐電機、11‐電機底座、12‐萬向節、13‐U形槽。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本申請的技術方案，以下通過實施例并結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

本實施例的下肢多功能輔助康復儀包括機械結構和控制系統，為滿足腿部運動規律的要求，機械結構包括大腿臂1、連接塊2、小腿臂3、連桿4、軸承5、軸承座6、底座7、推桿a8、推桿b9、電機10、電機底座11和萬向節12，如圖1所示，大腿臂1一端通過連接塊2與小腿臂3連接，另一端與連桿4相連，連桿4兩端設有軸承5，通過軸承5大腿臂1可圍繞連桿4擺動，軸承5安裝在軸承座6上，軸承座6固定設置在底座7上，底座7為長槽形結構，主要用于支撐整個結構以及使整個運動儀器形成一個整體；在大腿臂1和小腿臂3下方分別設有推桿a8和推桿b9，在推桿a8、推桿b9底部分別連接有電機10，通過電機10控制推桿a8、推桿b9的伸縮運動，帶動大腿臂1、小腿臂3上下擺動，電機10與電機底座11固定連接，電機底座11置于底座7上，并可在底座7上往復滑動，推桿a8、推桿b9分別通過萬向節12與大腿臂1、小腿臂3以及電機10連接，以此提高結構的靈活性，提高運動效率，萬向節12可采用十字萬向節結構；大腿臂1和小腿臂3基于下肢腿部結構采用可伸縮桿件，可增強結構適應性。另外在大腿臂1和小腿臂3上還可分別固定設置用于腿部支撐的U形槽13，并在U形槽13表面鋪上一層軟質可透氣的按摩加熱軟墊，以保證運動過程中使用者腿部的舒適性以及穩定性。該裝置可采用不銹鋼材料制作，在一定程度減輕裝置重量。

如圖2所示，控制系統包括微處理器MCU、傳感器檢測、控制面板、LCD液晶屏。該控制系統是本康復儀的核心控制部分，由微處理器MCU核心處理集成系統，起數據處理以及控制的作用，啟動微處理器MCU以及其他功能模塊，并通過手動按鍵輸入或者記憶存儲參數且通過LCD液晶屏顯示數據，通過電機控制推桿a、b的伸縮運動，帶動大小腿臂從而實現指定運動動作。

微處理器MCU通過程序代碼實現對傳感器檢測的信息采集以及算法控制、實現數據的實時控制、實現實時控制機械結構、實現對來自控制面板的信息的處理、實現數據在LCD液晶屏的快速顯示。總而言之，微處理器MCU通過程序代碼實時處理各個模塊反饋的信息并及時發送命令。

傳感器檢測包括心率、血壓、體溫、溫濕度、有毒氣體、陀螺儀等傳感器，傳感器檢測將采集到的信號周期性的反饋給微處理器MCU，并對參數實時監控與分析，用以實現調節運動參數或報警的目的。上述傳感器都有成品模塊，并且價格低廉，數據可靠。

控制面板主要由按鍵與撥碼開關組成，通過指定按鍵可單獨控制大腿臂1和小腿臂3擺動、設定運動時間及大小腿臂擺動角度，也可通過撥碼開關控制振動按摩、軟墊加熱、運動速度、運動模式的設定，該控制面板對設定的運動參數有可記憶功能，以便在反復使用中簡化設置操作。該控制面板固定在儀器邊，在人體運動時可觸及的地方，以便使用者對儀器隨時進行控制。

LCD液晶屏與控制面板固定連接，使用者可實時從LCD液晶屏查看各傳感器實時反饋的數據以及自己設定的參數。

或者本例中的康復儀還可通過手機APP進行參數設定及數據顯示，如圖2所示，手機APP是基于MIT APP INVENTOR開發平臺線上開發，通過自帶藍牙功能的手機安裝自制手機APP預設參數或者記憶存儲參數，且微處理器MCU帶有藍牙連接模塊。該手機APP的控制界面包括藍牙連接按鈕、大小腿臂單獨運動控制按鈕、大小腿臂運動模式、角度、時間、速度的參數設定按鈕、振動按摩、軟墊加熱以及儀器啟停等按鈕，通過藍牙連接按鈕微處理器MCU實現與手機APP的藍牙通信以及數據的實時控制。該手機APP可以在一定范圍內(距離儀器10米以內)自由控制儀器運動，實現心率、血壓、體溫、溫濕度、有毒氣體、機械運動時間、運動角度、運動速度等參數設定、數據顯示與報警，該手機APP對設定的運動參數有可記憶功能，以便在反復使用中簡化設置操作。

進一步的，微處理器MCU系統板中設有集成LED燈顯示或者蜂鳴器報警，通過LED燈或蜂鳴器可在心率測試時直觀感受使用者心跳，以及運動時間提示、環境溫濕度警戒、有毒氣體警戒等。

該控制系統元件數少，各元件的功耗、抗干擾及系統成本都得以大幅度改善。另外如果該控制系統需要改善功能時，原有系統不需要很大的改變，修改軟件和小量的硬件即可完成，可靈活的擴展功能。

上述控制系統按圖3所示流程控制該康復儀動作，控制方法如下：

微處理器MCU完成各種初始化動作。

微處理器MCU檢測是否有按鍵按下，若有按鍵按下，便判斷該按鍵傳遞的是什么信息，并對應做出處理與執行相應的控制與現實程序代碼，否則繼續判斷是否有按鍵按下。

微處理器MCU檢測是否有藍牙連接，若有藍牙連接，便判斷手機APP傳遞的是什么信息，并對應做出處理與執行相應的控制與現實程序代碼，否則繼續判斷是否有藍牙連接。

微處理器MCU檢測參數設定是否完成，若參數設定完成，則判斷是否啟動運動，若啟動，則機械結構開始動作，若不啟動，則機械結構不動作。

微處理器MCU實時收集傳感器反饋的信號，并對傳感器信號做相應的處理，并判斷相應的傳感器數值是否超標，若超標則做相應的報警提示，若不超標則繼續檢測是否超標。

下面通過控制面板的操作說明闡述該康復儀可實現的運動模式。控制面板(見圖4)由6個按鍵、8個撥碼開關組成，可實現運動模式設定、速度設定、運動時間設定、大小腿運動角度范圍設定等功能。

程序控制撥碼開關說明：

1)撥碼1、2控制運動模式

模式零(手動控制大小腿擺動)：撥碼1斷開、撥碼2斷開

模式一(小腿上下擺動循環運動)：撥碼1閉合、撥碼2斷開

模式二(大腿擺動循環運動)：撥碼1斷開、撥碼2閉合

模式三(大小腿同步循環運動)：撥碼1閉合、撥碼2閉合

2)撥碼3、4控制振動按摩功能啟停

小腿振動按摩開啟/關閉：撥碼3閉合/斷開

大腿振動按摩開啟/關閉：撥碼4閉合/斷開

3)撥碼5、6控制小腿運動速度，撥碼7、8控制大腿運動速度

小腿運動速度：

1檔：撥碼5斷開、撥碼6斷開

2檔：撥碼5閉合、撥碼6斷開

3檔：撥碼5斷開、撥碼6閉合

4檔：撥碼5閉合、撥碼6閉合

大腿運動速度：

1檔：撥碼7斷開、撥碼8斷開

2檔：撥碼7閉合、撥碼8斷開

3檔：撥碼7斷開、撥碼8閉合

4檔：撥碼7閉合、撥碼8閉合

四個運動模式具體情況如下：

1)、模式零(大小腿運動的單獨控制)：

(1)撥碼1斷開、撥碼2斷開，程序進入模式零代碼運行部分；

(2)長按大腿上擺、長按大腿下擺按鍵，不斷給微處理器MCU傳輸大腿上、下擺的信號，循環進入執行大腿擺動的代碼，實現大腿上下擺動，同理，可實現手動控制小腿運動；

(3)在此模式下可以任意控制大小腿擺動以及擺動的速度。

2)、模式一(小腿擺動及循環運動)：

(1)撥碼1閉合、撥碼2斷開，程序進入模式一代碼運行部分；

(2)任意按下大腿上擺或下擺按鍵，大腿上擺或下擺按鍵不斷給微處理器MCU傳輸大腿上、下擺的信號，將大腿調整至合適的大腿支撐位置；

(3)任意調整小腿角度+按鍵或小腿角度-按鍵，不斷給微處理器MCU傳輸小腿角度擺動數值，設定合適的擺動角度范圍；

(4)任意按下運動時間+-鍵即可向微處理器MCU發送時間設定控制信號(或不設定)；

(5)按下啟動鍵即可開啟運動模式一，小腿上下擺動，直至時間到(或一直循環至手動按下停止鍵)；

(6)在任意時刻可控制大小腿臂運動速度。

3)、模式二(大腿擺動及循環運動)：

(1)撥碼2閉合、撥碼1斷開，程序進入模式二代碼運行部分；

(2)任意按下小腿上擺按鍵或下擺按鍵，小腿上擺或下擺按鍵不斷給微處理器MCU傳輸小腿上、下擺的信號，將小腿調整至合適的小腿支撐位置；

(3)任意調整大腿角度+按鍵或大腿角度-按鍵，不斷給微處理器MCU傳輸大腿角度擺動數值，設定合適的擺動角度范圍；

(4)任意按下運動時間+-鍵即可向微處理器MCU發送時間設定控制信號調整所需時間(或不設定)；

(5)按下啟動鍵即可開啟運動模式二，大腿上下擺動，直至時間到(或一直循環至手動按下停止鍵)；

(6)在任意時刻可控制大小腿臂運動速度。

4)、模式三：(大小腿同步循環運動)

在此運動模式下，大腿和小腿之間的夾角將保持基本不變。

(1)撥碼1閉合、撥碼2閉合，進入模式三程序代碼運行部分；

(2)任意調整大(小)腿角度+按鍵或大(小)腿角度-按鍵，不斷給微處理器MCU傳輸大小腿角度擺動數值，設定合適的大小腿擺動角度范圍；

(3)任意按下運動時間+-鍵即可向微處理器MCU發送時間設定控制信號調整所需時間(或不設定)；

(4)按下啟動鍵即可開啟運動模式三，大小腿同步上下擺動直至時間到(或一直循環至手動按下停止鍵)；

(5)在任意時刻可控制大小腿臂運動速度。

當控制面板或手機APP對應按鍵被按下時，機械結構將產生相應的動作，且當切換至大小腿擺動及循環運動的三種可調自動控制模式時，機械結構將會自主運動，且在運動功能設置的過程中，可啟動振動按摩功能。同時所集成的各類傳感器也將實時的將信號反饋給微處理器MCU，微處理器MCU將發送執行相應的命令。此儀器操作更簡單靈活方便。

雖然上面結合本發明的優選實施例對本發明的原理進行了詳細的描述，本領域技術人員應該理解，上述實施例僅僅是對本發明的示意性實現方式的解釋，并非對本發明包含范圍的限定。實施例中的細節并不構成對本發明范圍的限制，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，任何基于本發明技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本發明保護范圍之內。