一种平衡训练系统
技术领域
本实用新型涉及医疗训练器械技术领域,尤其涉及一种平衡训练系统。
背景技术
平衡控制是一种复杂的运动, 人行走和站立、以及各种动作都依赖于正确的平衡能力才能顺利完成。人体姿势平衡的维持是个复杂的过程,依赖于中枢系统对视觉、本体感觉和前庭觉信息的协调和对运动效应器的控制,几者缺一不可,相辅相成。视觉系统提供周围环境信息、身体运动和运动方向等信息,尤其是在本体感觉受到破坏时,视觉系统发挥重要作用。位于关节、肌腱和肌肉部位的本体感受器,传递与身体即时姿势有关的状态信息。而前庭觉则是传递维持平衡、以及机体与周围环境相关的信息, 如传递加速度和头部在空间的位置等信息, 再由前庭运动系统调节眼位保持清晰的视觉, 调节有关骨骼肌张力,保持头位及正确姿势。
据统计,我国脑血管病、帕金森病、颅脑外伤、脊髓损伤年发病率逐年增加。这些疾病和损伤会造成平衡功能障碍乃至残疾。而平衡功能障碍是主要致残因素。多个循证医学证据表明,包括平衡功能及下肢功能在内的训练是改善功能的重要方式。
现有的动态平衡训练产品分为被动适应型和主动适应型两类产品,被动适应型产品自带动力系统,通过电力驱动踏板的轻微摆动带动训练者进行适应性训练,在训练者平衡感较差或力量不足时容易受到损伤,主动适应型产品自身不带驱动装置,是通过训练者自身调整重心来促使踏板向训练计划的方向倾斜,目前动态平衡训练产品踏板支撑结构不够合理,容易导致踏板摆动时阻尼过小或过大,当踏板的摆动阻尼较小时,导致训练者训练时因重心不稳容易跌倒而受到损伤,当踏板的摆动阻尼较大时 因体力原因难以持续训练。另外当训练者的下肢力量较差时,使用动态平衡训练系统容易跌倒受伤。
此外,以往的功能训练产品往往缺乏游戏化训练软件和视觉反馈系统,这样患者和仪器就不能进行互动,而患者也不能判断通过一段时间的康复训练,自己恢复的情况如何,使得训练激发不起病人的兴趣,使病人对训练显得没有多少信心。这种长期而乏味的训练,会影响患者的康复进程,导致康复效果不理想。
发明内容
本实用新型的目的在于克服目前平衡训练系统存在的上述问题。
为解决目前平衡训练系统所存在的问题,本实用新型提供一种平衡训练系统,包括动态平衡训练装置、静态平衡训练装置、信号传输设备、计算机、显示器,所述动态平衡训练装置包括底座D、设置于底座D上的可活动的踏板D、对称设置于底座D两侧的立柱D和设置于立柱D上的扶手D,所述立柱D为空心立柱D,扶手D下端设置两根插杆D,插杆D的位置、形状与立柱D的位置与内部孔径形状相适应,扶手D可通过插杆D穿设在立柱D上,插杆D杆身设置若干定位孔,插杆D插入立柱D的深度通过设置在立柱D侧面的定位销D穿过插杆D杆身上的定位孔确定,立柱D与底座D固定连接,所述踏板D下部设置有六轴角度传感器和摆动机构,所述摆动机构包括上法兰、下法兰、直杆球头关节轴承、限位插件、弹性限位块和衬板,所述上法兰为中间开孔的环形结构,上法兰的上表面与踏板D下表面贴合并与踏板D固定连接,上法兰的下表面的中间开孔处设环形突起台阶,所述下法兰为中间开孔的环形结构,下法兰的下表面与衬板上表面贴合并与衬板固定连接,上法兰与下法兰中间孔位相对应,在上法兰和下法兰之间设置限位插件,所述限位插件包括环形板和四根限位杆,所述限位杆穿设在环形板上并与环形板固定连接,四根限位杆沿圆周方向均匀穿设在环形板上,环形板中间开孔尺寸与上法兰下表面突起台阶的外沿一致,在上法兰底部相应位置设置小孔,可使环形板卡在上法兰下表面环形突起台阶肩部,限位杆的上端插入上法兰底部小孔并与上法兰固定连接,限位杆的下端穿设在与限位杆数量对应的弹性限位块内,弹性限位块与下法兰固定连接,下法兰在与限位杆对应的位置设置限位孔,限位孔直径大于限位杆直径,限位杆下端穿设在限位孔中,所述直杆球头关节轴承的球头杆穿设在上法兰中间开孔处,球头杆上端部与踏板D固定连接,所述直杆球头关节轴承的球壳杆穿设在下法兰中间开孔处,球壳杆下端与衬板固定连接,所述衬板与底座D固定连接,在衬板与底座D的底板分别沿圆周方向均匀设置四个孔,在每个孔内穿设阻尼器,阻尼器的伸缩端与踏板D铰接,阻尼器的固定端与底座D的底板铰接,四个阻尼器的铰接方向均朝向其圆周排列的圆心,所述阻尼器为可调液压阻尼器,所述阻尼器的伸缩端通过伸缩端铰接板与踏板D铰接,所述阻尼器的伸缩端轴套内设置伸缩端限位套,所述伸缩端限位套为圆筒状结构,一端外表面设环形台阶,内部设台阶孔,伸缩端限位套成对使用,分别从阻尼器的伸缩端轴套两侧插入,伸缩端轴套两侧分别坐在两侧伸缩端限位套外表面肩部,在伸缩端限位套内部穿设伸缩端销轴,在伸缩端限位套与伸缩端销轴通过向心关节轴承转动连接,向心关节轴承的外环两侧坐在伸缩端限位套内表面台阶肩部,所述伸缩端销轴为三级台阶轴,伸缩端销轴第二级长度与向心关节轴承内环长度一致并穿设其上,向心关节轴承内环一侧坐在第二级轴肩部,在伸缩端销轴的第三级轴上设置限位套,防止向心关节轴承沿轴向移动,伸缩端销轴端部通过伸缩端锁紧螺母与伸缩端铰接板固定连接;阻尼器的固定端轴套内部两侧设置固定端限位套,固定端限位套外侧设置环形台阶,固定端轴套两侧面分别坐在固定端限位套环形台阶肩部,固定端销轴穿设在固定端限位套内并通过固定端锁紧螺母与固定端铰接板固定连接;
所述静态平衡训练装置包括底座J、设置于底座J上的踏板J、对称设置于底座J两侧的立柱J和设置于立柱J上的扶手J,所述立柱J为空心立柱J,扶手J下端设置两根插杆J,插杆J的位置、形状与立柱J的位置与内部孔径形状相适应,扶手J可通过插杆J穿设在立柱J上,插杆J杆身设置若干定位孔,插杆J插入立柱J的深度通过设置在立柱J侧面的定位销J穿过插杆J杆身上的定位孔确定,立柱J与底座J固定连接,所述踏板J底部设置有沿圆周方向均匀排列的四个悬臂压力传感器,悬臂压力传感器受力感应触头向下设置,在四个悬臂压力传感器之间空隙处均匀设置X型加强筋,踏板J侧面设置凸沿,悬臂压力传感器受力感应触头高度大于沿高度,在凸沿上相对设置两个定位槽,所述底座J上部设置一凹槽,凹槽形状与踏板J相适应,在凹槽侧壁上设置两个定位块,定位块的形状与踏板J上的定位槽相适应,踏板J放入底座J凹槽时,定位块刚好可沿定位槽滑入,定位槽与定位块的顶部不受力,踏板J放入底座J凹槽时,悬臂压力传感器受力感应触头与底座J凹槽底面接触,并承受所有踏板J压力,将所述四个悬臂压力传感器中任意一个的受力感应触头设置为可调节触头,所述可调节触头包括触头帽、柱身两部分组成,触头帽底面为球面,触头帽顶部与柱身固定连接,柱身为圆柱形管状结构,柱身外表面设置外螺纹,柱身的内部设置内六方孔,悬臂压力传感器的受力臂设置通孔,在通孔内设置内螺纹,可调节触头的柱身与悬臂压力传感器的受力臂螺纹连接,在踏板J上与柱身内六方孔对应的位置开设圆孔,通过圆孔可使用内六方扳手旋转柱身进行微调;
所述动态平衡训练装置的六轴角度传感器与静态平衡训练装置的悬臂压力传感器的信号通过有线或无线的方式由信号传输设备传输至计算机,计算机通过对接收到的信号处理后通过专用训练软件或游戏软件的形式将处理结果反馈到显示器上。
进一步的在所述底座D的底部四角设置可调地脚D,在所述底座J的底部四角设置可调地脚J。
进一步的在所述踏板D与踏板J上方设置由防滑耐磨材料制成的防滑垫D与防滑垫J,踏板D与防滑垫D固定连接,踏板J与防滑垫J固定连接,防滑垫D与防滑垫J上表面设置防滑条纹。
本实用新型的积极有益技术效果在于:本实用新型通过改进动态平衡训练装置的支撑结构,使用摆动机构和阻尼器相结合的结构,使用四根限位杆与相应限位孔相配合的结构增加了装置的稳定性;使用可调液压阻尼器可根据训练者情况对阻尼进行调节,增加了装置的适应型,在阻尼器伸缩端配置了向心关节轴承可使踏板摆动更加顺畅;通过在踏板底部配置六轴角度传感器,可训练数据反馈到电脑屏幕上,增进了训练者与动态平衡训练装置的互动,使训练效果能够量化,同时提高了训练兴趣,有利于促使训练者坚持训练。
为了使下肢力量不足的训练者也能进行平衡训练,本方案设计了静态平衡训练装置通过使用四个悬臂压力传感器,能够有效检测训练者的重心移动情况,将踏板设计为静态稳固的结构,可使下肢力量不足的训练者也能够有效进行平衡训练,通过设置可调节触头,能够不必挪动踏板即可方便调节踏板平坦度,将悬臂压力传感器经计算机处理后反馈到电脑屏幕上,增进了训练者与动态平衡训练装置的互动,使训练效果能够量化,同时提高了训练兴趣,有利于促使训练者坚持训练。
使用可调地脚可增加设备对不同地面状况的适应型,在立柱上方设置扶手以及在踏板上方设置防滑层可防止训练者滑跌产生危险。
附图说明
图1是动态平衡训练装置立体结构示意图。
图2是动态平衡训练装置的俯视角度踏板下部结构的组装示意图。
图3是动态平衡训练装置的仰视角度踏板下部结构的组装示意图。
图4是动态平衡训练装置的摇摆机构俯视角度组装示意图。
图5是动态平衡训练装置的摇摆机构仰视角度组装示意图。
图6是动态平衡训练装置的阻尼器及相关部件装配状态示意图。
图7是动态平衡训练装置的阻尼器及相关部件装配状态剖视示意图。
图8是静态平衡训练装置的立体结构示意图。
图9是静态平衡训练装置的踏板与底座装配关系示意图。
图10是静态平衡训练装置的踏板背面结构示意图。
图11是静态平衡训练装置的可调节触头与对应的悬臂压力传感器及踏板的装配关系示意图。
图12是静态平衡训练装置的可调节触头放大图。
图13是本实用新型信号连接结构示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本实用新型的实施,提供本实用新型的实施实例。这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述,不限制本实用新型的范围。
结合附图对本实用新型进一步详细的解释,附图中各标记为:11:扶手D;12:插杆D;13:立柱D;14:防滑垫D;15:底座D;16:可调地脚D;17:定位销D;18:踏板D;19:阻尼器;110:六轴角度传感器;111:环形板;112:限位杆;113:直杆球头关节轴承;1131:球头杆;1132:球壳杆;114:弹性限位块;115:衬板;116:下法兰;117:上法兰;118:伸缩端铰接板;119:伸缩端销轴;120:伸缩端轴套;121:阻尼器的伸缩端;122:固定端销轴;123:固定端铰接板;124:固定端轴套;125:阻尼器的固定端;126:伸缩端限位套;127:向心关节轴承;128:固定端限位套;21:扶手J;22:插杆J;23:立柱J;24:防滑垫J;25:底座J;26:可调地脚J;27:定位销J;28:踏板J;29:定位块;210:定位槽;211:X型加强筋;212:凸沿;213:受力感应触头;214:悬臂压力传感器;215:可调节触头;216:内六方孔;217:柱身;218:触头帽。
如附图所示,一种平衡训练系统,包括动态平衡训练装置、静态平衡训练装置、信号传输设备、计算机、显示器,其特征在于:
所述动态平衡训练装置包括底座D15、设置于底座D15上的可活动的踏板D18、对称设置于底座D15两侧的立柱D13和设置于立柱D13上的扶手D11,所述立柱D13为空心立柱D13,扶手D11下端设置两根插杆D12,插杆D12的位置、形状与立柱D13的位置与内部孔径形状相适应,扶手D11可通过插杆D12穿设在立柱D13上,插杆D12杆身设置若干定位孔,插杆D12插入立柱D13的深度通过设置在立柱D13侧面的定位销D17穿过插杆D12杆身上的定位孔确定,立柱D13与底座D15固定连接,所述踏板D18下部设置有六轴角度传感器110和摆动机构,所述摆动机构包括上法兰117、下法兰116、直杆球头关节轴承113、限位插件、弹性限位块114和衬板115,所述上法兰117为中间开孔的环形结构,上法兰117的上表面与踏板D18下表面贴合并与踏板D18固定连接,上法兰117的下表面的中间开孔处设环形突起台阶,所述下法兰116为中间开孔的环形结构,下法兰116的下表面与衬板115上表面贴合并与衬板115固定连接,上法兰117与下法兰116中间孔位相对应,在上法兰117和下法兰116之间设置限位插件,所述限位插件包括环形板111和四根限位杆112,所述限位杆112穿设在环形板111上并与环形板111固定连接,四根限位杆112沿圆周方向均匀穿设在环形板111上,环形板111中间开孔尺寸与上法兰117下表面突起台阶的外沿一致,在上法兰117底部相应位置设置小孔,可使环形板111卡在上法兰117下表面环形突起台阶肩部,限位杆112的上端插入上法兰117底部小孔并与上法兰117固定连接,限位杆112的下端穿设在与限位杆112数量对应的弹性限位块114内,弹性限位块114与下法兰116固定连接,下法兰116在与限位杆112对应的位置设置限位孔,限位孔直径大于限位杆112直径,限位杆112下端穿设在限位孔中,所述直杆球头关节轴承113的球头杆1131穿设在上法兰117中间开孔处,球头杆1131上端部与踏板D18固定连接,所述直杆球头关节轴承113的球壳杆1132穿设在下法兰116中间开孔处,球壳杆1132下端与衬板115固定连接,所述衬板115与底座D15固定连接,在衬板115与底座D15的底板分别沿圆周方向均匀设置四个孔,在每个孔内穿设阻尼器19,阻尼器的伸缩端121与踏板D18铰接,阻尼器的固定端125与底座D15的底板铰接,四个阻尼器19的铰接方向均朝向其圆周排列的圆心,所述阻尼器19为可调液压阻尼器,所述阻尼器的伸缩端121通过伸缩端铰接板118与踏板D18铰接,所述阻尼器19的伸缩端轴套120内设置伸缩端限位套126,所述伸缩端限位套126为圆筒状结构,一端外表面设环形台阶,内部设台阶孔,伸缩端限位套126成对使用,分别从阻尼器19的伸缩端轴套120两侧插入,伸缩端轴套120两侧分别坐在两侧伸缩端限位套126外表面肩部,伸缩端轴套与伸缩端限位套可通过胀紧、粘接或通过螺栓固定达到轴向限位的目的,在本方案中采用了螺栓固定的方式进行轴向限位,在伸缩端限位套126内部穿设伸缩端销轴119,在伸缩端限位套126与伸缩端销轴119通过向心关节轴承127转动连接,向心关节轴承127的外环两侧坐在伸缩端限位套126内表面台阶肩部,所述伸缩端销轴119为三级台阶轴,伸缩端销轴119第二级长度与向心关节轴承127内环长度一致并穿设其上,向心关节轴承127内环一侧坐在第二级轴肩部,在伸缩端销轴119的第三级轴上设置限位套,防止向心关节轴承127沿轴向移动,伸缩端销轴119端部通过伸缩端锁紧螺母与伸缩端铰接板118固定连接;阻尼器19的固定端轴套124内部两侧设置固定端限位套128,固定端限位套128外侧设置环形台阶,固定端轴套124两侧面分别坐在固定端限位套128环形台阶肩部,固定端销轴122穿设在固定端限位套128内并通过固定端锁紧螺母与固定端铰接板123固定连接;
所述静态平衡训练装置包括底座J、设置于底座J上的踏板J28、对称设置于底座J两侧的立柱J23和设置于立柱J23上的扶手J21,所述立柱J23为空心立柱J23,扶手J21下端设置两根插杆J22,插杆J22的位置、形状与立柱J23的位置与内部孔径形状相适应,扶手J21可通过插杆J22穿设在立柱J23上,插杆J22杆身设置若干定位孔,插杆J22插入立柱J23的深度通过设置在立柱J23侧面的定位销J27穿过插杆J22杆身上的定位孔确定,立柱J23与底座J固定连接,所述踏板J28底部设置有沿圆周方向均匀排列的四个悬臂压力传感器214,悬臂压力传感器214受力感应触头213向下设置,在四个悬臂压力传感器214之间空隙处均匀设置X型加强筋211,踏板J28侧面设置凸沿212,悬臂压力传感器214受力感应触头213高度大于沿高度,在凸沿212上相对设置两个定位槽210,所述底座J上部设置一凹槽,凹槽形状与踏板J28相适应,在凹槽侧壁上设置两个定位块29,定位块29的形状与踏板J28上的定位槽210相适应,踏板J28放入底座J凹槽时,定位块29刚好可沿定位槽210滑入,定位槽210与定位块29的顶部不受力,踏板J28放入底座J凹槽时,悬臂压力传感器214受力感应触头213与底座J凹槽底面接触,并承受所有踏板J28压力,将所述四个悬臂压力传感器214中任意一个的受力感应触头213设置为可调节触头215,所述可调节触头215包括触头帽218、柱身217两部分组成,触头帽218底面为球面,触头帽218顶部与柱身217固定连接,柱身217为圆柱形管状结构,柱身217外表面设置外螺纹,柱身217的内部设置内六方孔216,悬臂压力传感器214的受力臂设置通孔,在通孔内设置内螺纹,可调节触头215的柱身217与悬臂压力传感器214的受力臂螺纹连接,在踏板J28上与柱身217内六方孔216对应的位置开设圆孔,通过圆孔可使用内六方扳手旋转柱身217进行微调;
所述动态平衡训练装置的六轴角度传感器110与静态平衡训练装置的悬臂压力传感器214的信号通过有线或无线的方式由信号传输设备传输至计算机,计算机通过对接收到的信号处理后通过专用训练软件或游戏软件的形式将处理结果反馈到显示器上。反馈的形式可以通过专用训练软件以文字或动画的形式反馈,也可以通过训练者控制在踏板28上的重心位置来操纵电子游戏软件的形式反馈,这样可以提升训练的趣味性,避免训练过程的枯燥。这里“计算机”不一定是传统意义上的个人计算机,也可以是PLC、单片机、智能手机、平板电脑、树莓派等,只要能够满足对本训练装置中的传感器所采集的数据进行处理并将处理结果以适当的视频信号反馈至显示器上进行显示,并具有数据接收、处理和发送功能的装置均是可以的,信号传输设备对信号进行发送和接收接的收形式可以通过蓝牙、wifi等无线形式,也可以通过线缆以有线形式传输,传感器、信号传输设备、计算机、显示器及相关线缆等各部件的详细连接及适配关系目前已经非常成熟,本领域一般技术人员完全可以按照要求完成上述各种形式下的信号及电路连接,并且连接方式不是本方案的设计要点,所以不做详述。
为方便动态平衡训练装置的底座D15与静态平衡训练装置的底座J25保持水平,增加对不同地面情况的适应型在所述底座D15的底部四角设置可调地脚D16,在所述底座J25的底部四角设置可调地脚J26。
为了防止训练者在训传装置上打滑跌伤,在所述踏板D18与踏板J28上方设置由防滑耐磨材料制成的防滑垫D14与防滑垫J24,踏板D18与防滑垫D14固定连接,踏板J28与防滑垫J24固定连接,防滑垫D14与防滑垫J24上表面设置防滑条纹。
训练者在使用本训练系统时,可以根据自身的条件和需求选择使用静态平衡训练装置或动态平衡训练装置,双脚踩在踏板上方的防滑垫上,双手握紧扶手,可按照显示器屏幕的提示,调整身体的重心,当身体重心位置发生偏移时,设置于踏板底部的传感器感应到压力或者角度数据的变化,传感器将感知到的信号通过信号传输设备传输到计算机中,计算机对数据进行处理后,将训练者的重心调整效果的数据通过图表、文字、动画或游戏的形式经由显示器显示出来,训练者根据显示器显示的结果进一步调整重心,不停重复上述过程,训练者可实现对平衡能力的训练,本装置在训练过程中踏板始终处于静止水平状态,对下肢力量不足,但有需要训练平衡能力的患者相对安全。
在详细说明本实用新型的实施方式之后,熟悉该项技术的人士可清楚地了解,在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改,凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本实用新型技术方案的范围,且本实用新型亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。