CN110051502A

CN110051502A - 一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人

Info

Publication number: CN110051502A
Application number: CN201910189210.2A
Authority: CN
Inventors: 徐小明; 韩飞; 陈磊; 邱波; 易文祥
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-07-26

Abstract

本发明公开了一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，包括训练台、显示屏、踏板装置和控制台；所述踏板装置包括踏板、检测板、第一活塞杆、第二活塞杆、轴承座、第一电机、第一齿轮组、第三活塞杆、滑轨和滑块。当患者进行康复训练时，伺服电机驱动滑块在滑轨上移动，活塞杆也可以通过伸缩和旋转运动来调节踏板的位置和角度，从而实现康复训练运动。同时，安装在踏板上方的足底压力监测装置会实时采集患者运动过程中的足底压力信息，传送给电脑，通过已经构建好的评估模型对患者的康复训练效果进行评估。此外，压力数据还可以反馈到控制系统，对康复机器人的运动参数进行调节。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

Description

一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人

技术领域

本发明涉及下肢康复训练设备领域，尤其涉及一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人。

背景技术

近年来，由于疾病和肢体损伤等原因导致大量患者存在一定程度的运动功能障碍，给日常生活带来了诸多不便。相关研究和临床表明，人体的中枢神经在受损后还具有一定的恢复能力和可塑性，通过及时、有效的康复训练，大部分患者都可以恢复行走能力。因此，各种类型的下肢康复训练机器人已经广泛应用于康复医疗机构，帮助患者进行康复训练。但是，目前大部分下肢康复训练机器人，缺少康复评估与反馈控制功能，患者不仅不能获得训练的康复效果评估，也难以在训练过程中合理调节运动参数，无法实现个性化训练，从而影响患者康复训练的积极性和科学性。

足底压力是人体非常重要的生物力学特征参数，其大小与分布能够反映出人体的足、腿、脊柱等部位的健康状况。目前，随着生物特征处理技术的发展，通过足底压力来分析人体生理状态已经成为康复领域的研究热点之一。足底压力信息可以为反馈控制提供参数依据，实时调节康复训练机器人的运动参数，保证康复训练的安全性。同时，足底压力信息能够实时评估康复训练效果，提升患者训练积极性，并对不规范的康复训练动作进行及时纠正，从而制定科学合理的康复训练计划。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，该机器人主要包括训练台、用于显示反馈信息及评估结果的显示屏、用于训练的踏板装置、以及用于控制踏板装置的控制台。所述训练台固定设置在地面上。所述显示屏设置在训练台前方。所述踏板装置设为两组，并列和对称地安装在训练台上。

具体的，所述踏板装置包括用于承托身体重量的踏板、用于监测足底压力的检测板、共同支撑踏板上下运动的第一活塞杆和第二活塞杆、用于支撑第一活塞杆和第二活塞杆的轴承座、驱动活塞杆前后摆动的第一电机和第一齿轮组、以及驱动踏板前后运动的第三活塞杆、滑轨和滑块。所述滑轨固定安装在训练台上，所述滑块设置在滑轨上。所述第三活塞杆固定设置在滑轨的一侧，其活塞端与滑块固定连接，驱动滑块在滑轨上来回滑动。所述轴承座固定安装在滑块上。所述第一活塞杆的一端安装在轴承座上，与轴承座铰接，其活塞端与踏板的前端铰接，驱动踏板上下摆动。所述第二活塞杆的一端安装在第一活塞杆上，与第一活塞杆铰接，其活塞端与踏板的后端铰接，与第一活塞杆配合共同驱动踏板上下摆动。所述第一电机安装在滑块上，与控制台电连接，其输出端通过第一齿轮组与第一活塞杆连接，驱动第一活塞杆沿轴承座支点前后摆动。所述检测板固定设置在踏板顶部，与控制台电连接，并与足底接触。

进一步的，为了使用户在训练机器人上获得更好的平衡效果，本发明所述训练台的前端还设有用于支撑的扶手。所述扶手由横杆和竖杆连接并固定在训练台上。

进一步的，为了获得更好的康复效果，本发明所述检测板表面设有用于舒缓足底神经的凸点，所述凸点固定设置在检测板上，与检测板一体设计。

具体的，所述检测板包括压力传感器、无线网络模块、以及电池模块。所述电池模块分别与压力传感器和无线网络模块电连接。所述无线网络模块通过无线信号与控制台通信连接。所述压力传感器位于足底下方，将压力信号通过无线网络模块发送至控制台。

进一步的，为了限制脚掌在踏板上的移位，尽量避免脚掌踏出踏板位置，本发明所述踏板的前后侧边缘还设有凸边，所述凸边与踏板一体设计。

进一步的，为了进一步限制脚掌在踏板上的位移，本发明所述踏板上还设有用于限制脚掌移动的固定带。所述固定带从踏板的一侧延伸至另一侧并将脚掌固定。

作为本发明的优选方案，为了提高固定带的限位效果，本发明所述固定带设为两根，分别设置在踏板的前后侧位置。

本发明的工作过程和原理是：本发明所提供的足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人系统主要由踏板装置、足底压力监测系统和反馈控制系统组成。当患者进行康复训练时，伺服电机驱动滑块在滑轨上移动，活塞杆也可以通过伸缩和旋转运动来调节踏板的位置和角度，从而实现康复训练运动。同时，在康复训练时，安装在踏板上方的足底压力监测装置会实时采集患者运动过程中的足底压力信息，传送给电脑，通过已经构建好的评估模型对患者的康复训练效果进行评估。此外，压力数据还可以反馈到控制系统，对康复机器人的运动参数进行调节。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人能够实时采集患者在康复训练过程中的足底压力数据，并利用可视化技术呈现出不同区域的足底压力的大小与分布情况，通过与健康人群的足底压力数据进行比较、分析，从而对患者的康复训练效果进行评估。

(2)本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人还可以将足底压力数据作为反馈调节的参数依据，通过反馈控制系统实时调节下肢康复机器人的运动参数，制定更加科学合理的康复训练方案。

(3)本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人能够实时采集患者康复训练过程中的足底压力数据，并传递给电脑，通过评估模型对患者的康复训练效果进行评估。

附图说明

图1是本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人的结构示意图。

图2是本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人的局部示意图。

图3是本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人的局部立体图。

图4是本发明所提供的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人的控制流程图。

图5是本发明所提供的检测板的俯视图。

上述附图中的标号说明：

1-训练台，2-显示屏，3-踏板装置，4-控制台，5-踏板，6-检测板，7-第一活塞杆，8-第二活塞杆，9-轴承座，10-滑轨，11-滑块，12-扶手，13-凸边。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图5所示，本实施例公开了一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，该机器人主要包括训练台1、用于显示反馈信息及评估结果的显示屏2、用于训练的踏板装置3、以及用于控制踏板装置3的控制台4。所述训练台1固定设置在地面上。所述显示屏2设置在训练台1前方。所述踏板装置3设为两组，并列和对称地安装在训练台1上。

具体的，所述踏板装置3包括用于承托身体重量的踏板5、用于监测足底压力的检测板6、共同支撑踏板5上下运动的第一活塞杆7和第二活塞杆8、用于支撑第一活塞杆7和第二活塞杆8的轴承座9、驱动活塞杆前后摆动的第一电机和第一齿轮组、以及驱动踏板5前后运动的第三活塞杆、滑轨10和滑块11。所述滑轨10固定安装在训练台1上，所述滑块11设置在滑轨10上。所述第三活塞杆固定设置在滑轨10的一侧，其活塞端与滑块11固定连接，驱动滑块11在滑轨10上来回滑动。所述轴承座9固定安装在滑块11上。所述第一活塞杆7的一端安装在轴承座9上，与轴承座9铰接，其活塞端与踏板5的前端铰接，驱动踏板5上下摆动。所述第二活塞杆8的一端安装在第一活塞杆7上，与第一活塞杆7铰接，其活塞端与踏板5的后端铰接，与第一活塞杆7配合共同驱动踏板5上下摆动。所述第一电机安装在滑块11上，与控制台4电连接，其输出端通过第一齿轮组与第一活塞杆7连接，驱动第一活塞杆7沿轴承座9支点前后摆动。所述检测板6固定设置在踏板5顶部，与控制台4电连接，并与足底接触。

进一步的，为了使用户在训练机器人上获得更好的平衡效果，本发明所述训练台1的前端还设有用于支撑的扶手12。所述扶手12由横杆和竖杆连接并固定在训练台1上。

进一步的，为了获得更好的康复效果，本发明所述检测板6表面设有用于舒缓足底神经的凸点，所述凸点固定设置在检测板6上，与检测板6一体设计。

具体的，所述检测板6包括压力传感器、无线网络模块、以及电池模块。所述电池模块分别与压力传感器和无线网络模块电连接。所述无线网络模块通过无线信号与控制台4通信连接。所述压力传感器位于足底下方，将压力信号通过无线网络模块发送至控制台4。

进一步的，为了限制脚掌在踏板5上的移位，尽量避免脚掌踏出踏板5位置，本发明所述踏板5的前后侧边缘还设有凸边13，所述凸边13与踏板5一体设计。

进一步的，为了进一步限制脚掌在踏板5上的位移，本发明所述踏板5上还设有用于限制脚掌移动的固定带。所述固定带从踏板5的一侧延伸至另一侧并将脚掌固定。

作为本发明的优选方案，为了提高固定带的限位效果，本发明所述固定带设为两根，分别设置在踏板5的前后侧位置。

本发明的工作过程和原理是：本发明所提供的足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人系统主要由踏板装置3、足底压力监测系统和反馈控制系统组成。当患者进行康复训练时，伺服电机驱动滑块11在滑轨10上移动，活塞杆也可以通过伸缩和旋转运动来调节踏板5的位置和角度，从而实现康复训练运动。同时，在康复训练时，安装在踏板5上方的足底压力监测装置会实时采集患者运动过程中的足底压力信息，传送给电脑，通过已经构建好的评估模型对患者的康复训练效果进行评估。此外，压力数据还可以反馈到控制系统，对康复机器人的运动参数进行调节。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，包括训练台、用于显示反馈信息及评估结果的显示屏、用于训练的踏板装置、以及用于控制踏板装置的控制台；所述训练台固定设置在地面上；所述显示屏设置在训练台前方；所述踏板装置设为两组，并列和对称地安装在训练台上；

所述踏板装置包括用于承托身体重量的踏板、用于监测足底压力的检测板、共同支撑踏板上下运动的第一活塞杆和第二活塞杆、用于支撑第一活塞杆和第二活塞杆的轴承座、驱动活塞杆前后摆动的第一电机和第一齿轮组、以及驱动踏板前后运动的第三活塞杆、滑轨和滑块；所述滑轨固定安装在训练台上，所述滑块设置在滑轨上；所述第三活塞杆固定设置在滑轨的一侧，其活塞端与滑块固定连接，驱动滑块在滑轨上来回滑动；所述轴承座固定安装在滑块上；所述第一活塞杆的一端安装在轴承座上，与轴承座铰接，其活塞端与踏板的前端铰接，驱动踏板上下摆动；所述第二活塞杆的一端安装在第一活塞杆上，与第一活塞杆铰接，其活塞端与踏板的后端铰接，与第一活塞杆配合共同驱动踏板上下摆动；所述第一电机安装在滑块上，与控制台电连接，其输出端通过第一齿轮组与第一活塞杆连接，驱动第一活塞杆沿轴承座支点前后摆动；所述检测板固定设置在踏板顶部，与控制台电连接，并与足底接触。

2.根据权利要求1所述的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，所述训练台的前端还设有用于支撑的扶手；所述扶手由横杆和竖杆连接并固定在训练台上。

3.根据权利要求1所述的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，所述检测板表面设有用于舒缓足底神经的凸点，所述凸点固定设置在检测板上，与检测板一体设计。

4.根据权利要求1所述的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，所述检测板包括压力传感器、无线网络模块、以及电池模块；所述电池模块分别与压力传感器和无线网络模块电连接；所述无线网络模块通过无线信号与控制台通信连接；所述压力传感器位于足底下方，将压力信号通过无线网络模块发送至控制台。

5.根据权利要求1所述的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，所述踏板的前后侧边缘还设有凸边，所述凸边与踏板一体设计。

6.根据权利要求1所述的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，所述踏板上还设有用于限制脚掌移动的固定带；所述固定带从踏板的一侧延伸至另一侧并将脚掌固定。

7.根据权利要求6所述的基于足底压力评估与反馈的下肢康复训练机器人，其特征在于，所述固定带设为两根，分别设置在踏板的前后侧位置。