申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2018-12-18

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109481234B

主分类号：A61H1/02

分类号：A61H1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.04.12#实质审查的生效;2019.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种可拟人步态的双自由度康复训练装置，包括支撑机构以及两副对称设置在所述支撑机构上的运动机构；所述运动机构包括转动安装在所述支撑机构上的具有内齿的环形齿轮、转动安装在所述支撑机构上的行星架以及转动安装在所述行星架上的具有外齿的行星齿轮，且所述环形齿轮的转动轴和所述行星架的转动轴共线，所述行星齿轮与所述环形齿轮的内齿相互啮合。本发明能够使康复训练装置在运动平面内呈任意轨迹进行运动，改变了圆周运动轨迹的单一训练模式，通过不同的偏心位置B，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，来改变输出部件的运动轨迹，以达到模拟人体下肢正常步态轨迹的效果，大大提高了使用者的训练效果。

主权项：1.一种可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：包括支撑机构以及设置在所述支撑机构上的运动机构；所述运动机构包括转动安装在所述支撑机构上的具有内齿的环形齿轮21、转动安装在所述支撑机构上的行星架24以及转动安装在所述行星架24上的具有外齿的行星齿轮23，且所述环形齿轮21的转动轴和所述行星架24的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述环形齿轮21的内齿相互啮合；还包括转动安装在所述支撑机构上的具有外齿的太阳齿轮22，所述太阳齿轮22的转动轴和所述环形齿轮21的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述太阳齿轮22相互啮合；所述行星架24上转动安装有第二安装轴25，所述行星齿轮23固定安装在所述第二安装轴25上，以此实现所述行星齿轮23转动安装在所述行星架24上；还包括运动输出机构，所述运动输出机构包括曲柄31、输出轴32和第二轴承座33，所述曲柄31的一端固定安装在所述第二安装轴25上，所述输出轴32固定安装在所述曲柄31的另一端，所述第二轴承座33通过轴承转动安装在所述输出轴32上；所述输出轴32通过以下结构固定安装在所述曲柄31的另一端：所述曲柄31的另一端开有带缺口的圆形安装孔311，且所述曲柄31的另一端位于所述圆形安装孔311的缺口的两侧分别向外伸出有夹板312，一与所述圆形安装孔311相吻合的圆盘34置于所述圆形安装孔311内，两侧的所述夹板312通过夹紧螺栓313夹紧，以此将所述圆盘34箍紧在所述圆形安装孔311内，所述输出轴32偏心固定在所述圆盘34上。

全文数据：一种可拟人步态的双自由度康复训练装置技术领域本发明涉及康复训练设备，具体地说涉及一种可拟人步态的双自由度康复训练装置。背景技术目前，国内偏瘫患者的数量日益增多，肢体康复训练也成为了研究热点。市面上普遍存在的下肢康复训练装置的运动轨迹均为模式单一的圆轨迹，而人体的步态轨迹是一个类似椭圆的形状，因此只做单一的圆轨迹运动不能满足患者的康复训练要求，大大降低了患者下肢的康复训练效果。因此，开发出一种可拟人步态康复训练装置尤为重要。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种可拟人步态的双自由度康复训练装置。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可拟人步态的双自由度康复训练装置，包括支撑机构以及设置在所述支撑机构上的运动机构；所述运动机构包括转动安装在所述支撑机构上的具有内齿的环形齿轮、转动安装在所述支撑机构上的行星架以及转动安装在所述行星架上的具有外齿的行星齿轮，且所述环形齿轮的转动轴和所述行星架的转动轴共线，所述行星齿轮与所述环形齿轮的内齿相互啮合。进一步地，还包括转动安装在所述支撑机构上的具有外齿的太阳齿轮，所述太阳齿轮的转动轴和所述环形齿轮的转动轴共线，所述行星齿轮与所述太阳齿轮相互啮合。进一步地，所述支撑机构包括支撑架，所述支撑架上转动安装有第一安装轴，所述太阳齿轮转动安装在所述第一安装轴上，所述行星架固定安装在所述第一安装轴上，或者所述太阳齿轮固定安装在所述第一安装轴上，所述行星架转动安装在所述第一安装轴上。进一步地，所述支撑架包括两块相互间隔布置的支撑板，所述支撑板的顶部固定安装有第一轴承座，所述第一安装轴通过轴承转动安装在所述第一轴承座内。进一步地，所述第一安装轴上固定安装有带轮或者链轮或者齿轮以间接对所述第一安装轴进行驱动，或者通过含减速装置的电机直接进行驱动所述第一安装轴。进一步地，所述环形齿轮通过以下结构转动安装在所述支撑机构上：所述环形齿轮的一侧面设有与其共轴线的环形导轨，所述支撑机构上固定有支撑块，所述支撑块上开有与所述环形导轨相配合的导槽，所述环形导轨卡入所述导槽内。进一步地，还包括蜗杆，所述环形齿轮还具有外齿，所述蜗杆与所述环形齿轮的外齿相互啮合。进一步地，所述行星架上转动安装有第二安装轴，所述行星齿轮固定安装在所述第二安装轴上，以此实现所述行星齿轮转动安装在所述行星架上。进一步地，还包括运动输出机构，所述运动输出机构包括曲柄、输出轴和第二轴承座，所述曲柄的一端固定安装在所述第二安装轴上，所述输出轴固定安装在所述曲柄的另一端，所述第二轴承座通过轴承转动安装在所述输出轴上。进一步地，所述输出轴通过以下结构固定安装在所述曲柄的另一端：所述曲柄的另一端开有带缺口的圆形安装孔，且所述曲柄的另一端位于所述圆形安装孔的缺口的两侧分别向外伸出有夹板，一与所述圆形安装孔相吻合的圆盘置于所述圆形安装孔内，两侧的所述夹板通过夹紧螺栓夹紧，以此将所述圆盘箍紧在所述圆形安装孔内，所述输出轴偏心固定在所述圆盘上。本发明的有益效果体现在：本发明能够使康复训练装置在运动平面内呈任意轨迹进行运动，改变了圆周运动轨迹的单一训练模式，通过不同的偏心位置B，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，来改变输出部件的运动轨迹，以达到模拟人体下肢正常步态轨迹的效果，大大提高了使用者的训练效果。本发明结构简单，容易制作，经济实用，而且操作容易，功能良好，实用性很高，适合使用者在各种场合使用，帮助其恢复健康。附图说明图1是本发明一实施例的立体结构示意图。图2是本发明一实施例的俯视结构示意图。图3是本发明一实施例的主视结构示意图。图4是本发明一实施例中支撑机构及行星架的结构示意图。图5和图6分别是本发明一实施例中运动输出机构从不同视角的结构示意图。图7是本发明一实施例中第一安装轴的结构示意图。图8是本发明一实施例中第二安装轴的结构示意图。图9是本发明一实施例的工作原理图。图10是本发明无太阳轮的一实施例的一实施例的结构示意图。图11是本发明无太阳轮的一实施例的工作原理图。附图中各部件的标记为：11支撑板、12第一轴承座、13第一安装轴、14支撑块、141导槽、15第一端盖、16、17平键、21环形齿轮、211环形导轨、22太阳齿轮、23行星齿轮、24行星架、25第二安装轴、26第二端盖、31曲柄、32输出轴、33第二轴承座、34圆盘、311圆形安装孔、312夹板、313夹紧螺栓、314抵紧螺栓、315、316平键、41带轮、42蜗杆。具体实施方式下面将参考附图来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下参见图1至图8。本发明可拟人步态的双自由度康复训练装置，包括支撑机构以及设置在所述支撑机构上的运动机构；所述运动机构包括转动安装在所述支撑机构上的具有内齿的环形齿轮21、转动安装在所述支撑机构上的行星架24以及转动安装在所述行星架24上的具有外齿的行星齿轮23，且所述环形齿轮21的转动轴和所述行星架24的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述环形齿轮21的内齿相互啮合。在一实施例中，还包括转动安装在所述支撑机构上的具有外齿的太阳齿轮22，所述太阳齿轮22的转动轴和所述环形齿轮21的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述太阳齿轮22也相互啮合。设置的太阳齿轮可以使各部件更好地受力，整体结构更加合理、稳固，保证了装置的稳定性。如图9所示，其中太阳齿轮为圆Ⅰ，行星齿轮为圆Ⅱ，环形齿轮为圆Ⅲ，第一安装轴的中心为O点，第二安装轴的中心为A点，使用时，驱动行星架转动，由于行星齿轮与环形齿轮和太阳齿轮相互啮合，因此行星齿轮即可围绕行星架的转动轴O在环形齿轮和太阳齿轮之间做圆周运动，又可绕自身转动轴A旋转，再同时驱动环形齿轮转动，则装置产生了两个自由度，因在一个平面内，两个自由度可以到达任意一位置，所以通过不同的偏心位置B，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，即可在运动平面内输出任意轨迹，从而达到获得模拟人体下肢步态的类椭圆轨迹的要求，使用时只要在行星齿轮的偏心位置安装如脚踏、手柄等任何能够支撑肢体的部件，再进行相应运动训练。具体使用时，采用两副本发明装置，并将两副装置对称设置，以适用于双肢同时训练，患者使用该装置训练时更加舒适，提高康复效果；使用时，将两副装置的运动机构的行星架和行星齿轮的初始相位调整为180度，这样更加契合人体运动规律。在一实施例中，所述支撑机构包括支撑架，所述支撑架上转动安装有第一安装轴13，所述太阳齿轮22转动安装在所述第一安装轴13上，所述行星架24固定安装在所述第一安装轴13上，或者所述太阳齿轮22固定安装在所述第一安装轴13上，所述行星架24转动安装在所述第一安装轴13上。这样设计，结构合理，可靠稳定，使用时，通过电机带动第一安装轴转动，第一安装轴将转速传递给行星架，行星架带动行星齿轮公转，或者第一安装轴将转速传递给太阳齿轮，太阳齿轮带动行星齿轮公转。当然，存在无太阳轮的情况，这种情况下，对于上述的支撑架，所述行星架24固定安装在第一安装轴13上。优选地，为了便于传递驱动，所述第一安装轴13上固定安装有带轮41或者链轮或者齿轮。带轮或者链轮或者齿轮可作为装置的动力输入机构，以间接对所述第一安装轴进行驱动，使用时，通过电机给带轮提供一个转速，即可带动第一安装轴转动，转速越高，装置的运行速度越快；或者通过含减速装置的电机直接进行驱动第一安装轴13。更优选地，所述带轮14设置在下述的两块支撑板11之间，作用力更加合理。在一实施例中，所述环形齿轮21通过以下结构转动安装在所述支撑机构上：所述环形齿轮21的一侧面设有与其共轴线的环形导轨211，所述支撑机构上固定有支撑块14，所述支撑块14上开有与所述环形导轨211相配合的导槽141，所述环形导轨211卡入所述导槽141内。这种实现方式，结构简单，容易制作安装，不会对行星轮的运动造成任何干扰，具有非常好的实用性。在一实施例中，还包括蜗杆42，所述环形齿轮21还具有外齿，所述蜗杆42与所述环形齿轮21的外齿相互啮合。蜗杆也作为装置的动力输入机构，蜗杆与环形齿轮构成涡轮蜗杆机构，使用时，通过电机给蜗杆提供一个转速，即可带动环形齿轮转动，而且在停止使用装置时，装置能发生自锁，从而避免该装置的初相位发生改变。在一实施例中，所述支撑架包括两块相互间隔布置的支撑板11，所述支撑板11的顶部固定安装有第一轴承座12，所述第一安装轴13通过滚动轴承转动安装在所述第一轴承座12内。这样设计，结果简单合理，容易制作安装，同时又能够保证结构的稳定性，保证第一安装轴稳定、顺畅地转动。具体实施中，所述太阳齿轮22也通过滚动轴承转动安装在所述第一安装轴13上，以保证太阳齿轮稳定、顺畅地转动；优选地，所述第一安装轴13上位于所述第一轴承座12的两侧以及所述行星架24与所述太阳齿轮22之间分别设有第一端盖15，可使装置的结构更加紧凑，端盖也可增加滚动轴承的密封性和轴承定位的准确性。在一实施例中，所述行星架24和所述带轮14均通过平键固定安装在所述第一安装轴13上。这种固定方式，容易操作，而且安装稳定可靠。具体地，第一安装轴13上设置有相配合的键槽，通过普通平键16、17与带轮以及行星架上的键槽相连接，这样，第一安装轴、行星架、带轮三者的转速一致。在一实施例中，所述行星架24上转动安装有第二安装轴25，所述行星齿轮23固定安装在所述第二安装轴25上，以此实现所述行星齿轮23转动安装在所述行星架24上。这样设计，结构简单，装置运行可靠稳定。优选地，所述第二安装轴25通过滚动轴承转动安装在所述行星架24上，以保证第二安装轴稳定、顺畅地转动；更优选地，所述行星架24上的两侧分别设有第二端盖26，以增加滚动轴承的密封性和轴承定位的准确性。在一实施例中，还包括运动输出机构，所述运动输出机构包括曲柄31、输出轴32和第二轴承座33，所述曲柄31的一端固定安装在所述第二安装轴25上，所述输出轴32固定安装在所述曲柄31的另一端，所述第二轴承座33通过轴承转动安装在所述输出轴32上。这样的机构，由于曲柄是固定安装在第二安装轴上的，因此第二安装轴、行星轮、曲柄三者的转速一致，相当于是一体运动，输出轴即处于行星齿轮的某一偏心位置。使用时，可在第二轴承座33上安装肢体支撑件，如脚踏、手柄，即可带动患者肢体随训练装置运动。在一实施例中，所述输出轴32通过以下结构固定安装在所述曲柄31的另一端：所述曲柄31的另一端开有带缺口的圆形安装孔311，且所述曲柄31的另一端位于所述圆形安装孔311的缺口的两侧分别向外伸出有夹板312，一与所述圆形安装孔311相吻合的圆盘34置于所述圆形安装孔311内，两侧的所述夹板312通过夹紧螺栓313夹紧，以此将所述圆盘34箍紧在所述圆形安装孔311内，所述输出轴32偏心固定在所述圆盘34上。这样设计，只要松退夹紧螺栓，就可以调节圆盘的角度，也就能够调节输出轴的位置，使输出轴的位置调节范围更大，而且夹紧螺栓拧紧后，箍紧作用可靠，可以防止圆盘的位置发生变化，避免导致训练装置的运动轨迹发生改变。优选地，所述圆盘34上开有螺纹孔，用于固定连接输出轴。优选地，所述曲柄31的另一端还开有一个以上的与所述圆形安装孔311相通的螺纹通孔，所述螺纹通孔内螺纹连接有用于进一步抵紧所述圆盘的抵紧螺栓314。在一实施例中，所述曲柄31的一端通过平键固定安装在所述第二安装轴25上。这种固定方式，容易操作，而且安装稳定可靠。具体的，所述第二安装轴25上设置有两个键槽，通过普通平键315、316使行星轮和曲柄与第二安装轴固连。参见图9，其为有太阳齿轮装置的原理图，其中太阳齿轮为圆Ⅰ，行星齿轮为圆Ⅱ，环形齿轮为圆Ⅲ，第一安装轴的中心为O点，第二安装轴的中心为A点，输出轴的中心为B点，在使用装置之前，调整圆盘的位置，再通过夹紧螺栓将圆盘箍紧固定，即改变了O点到B点的距离和∠OAB的大小。在不同的偏心位置B，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，使输出部件能够在运动平面内输出任意轨迹，从而达到获得模拟人体下肢正常步态的类椭圆轨迹要求。由原理图可得，该训练装置有四个活动构件，四个低副，两个高副，根据自由度计算公式F＝3n-2PL-PH，可得该训练装置的自由度为2。参见图11，其为无太阳轮机构的原理图，其中环形齿轮为圆Ⅰ，行星齿轮为圆Ⅱ，第一安装轴的中心为O点，第二安装轴的中心为A点，输出轴的中心为B点，在使用装置之前，调整圆盘的位置，再通过夹紧螺栓将圆盘箍紧固定，即改变了O点到B点的距离和∠OAB的大小。在不同的偏心位置B，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，使输出部件能够在运动平面内输出任意轨迹，从而达到获得模拟人体下肢正常步态的类椭圆轨迹要求。由原理图可得，该训练装置有三个活动构件，三个低副，一个高副，根据自由度计算公式F＝3n-2PL-PH，可得该训练装置的自由度为2。本发明能够使康复训练装置模拟人体下肢正常步态轨迹进行运动，改变了圆周运动轨迹的单一训练模式，大大提高了使用者的训练效果。本发明结构简单，容易制作，经济实用，而且操作容易，功能良好，实用性很高，适合使用者在各种场合使用，帮助其恢复健康。应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：包括支撑机构以及设置在所述支撑机构上的运动机构；所述运动机构包括转动安装在所述支撑机构上的具有内齿的环形齿轮21、转动安装在所述支撑机构上的行星架24以及转动安装在所述行星架24上的具有外齿的行星齿轮23，且所述环形齿轮21的转动轴和所述行星架24的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述环形齿轮21的内齿相互啮合。2.如权利要求1所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：还包括转动安装在所述支撑机构上的具有外齿的太阳齿轮22，所述太阳齿轮22的转动轴和所述环形齿轮21的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述太阳齿轮22相互啮合。3.如权利要求2所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：所述支撑机构包括支撑架，所述支撑架上转动安装有第一安装轴13，所述太阳齿轮22转动安装在所述第一安装轴13上，所述行星架24固定安装在所述第一安装轴13上，或者所述太阳齿轮22固定安装在所述第一安装轴13上，所述行星架24转动安装在所述第一安装轴13上。4.如权利要求3所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：所述支撑架包括两块相互间隔布置的支撑板11，所述支撑板11的顶部固定安装有第一轴承座12，所述第一安装轴13通过轴承转动安装在所述第一轴承座12内。5.如权利要求3所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：所述第一安装轴13上固定安装有带轮41或者链轮或者齿轮以间接对所述第一安装轴13进行驱动，或者通过含减速装置的电机直接进行驱动所述第一安装轴13。6.如权利要求1至5中任一项所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：所述环形齿轮21通过以下结构转动安装在所述支撑机构上：所述环形齿轮21的一侧面设有与其共轴线的环形导轨211，所述支撑机构上固定有支撑块14，所述支撑块14上开有与所述环形导轨211相配合的导槽141，所述环形导轨211卡入所述导槽141内。7.如权利要求1至5中任一项所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：还包括蜗杆42，所述环形齿轮21还具有外齿，所述蜗杆42与所述环形齿轮21的外齿相互啮合。8.如权利要求1至5中任一项所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：所述行星架24上转动安装有第二安装轴25，所述行星齿轮23固定安装在所述第二安装轴25上，以此实现所述行星齿轮23转动安装在所述行星架24上。9.如权利要求8所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：还包括运动输出机构，所述运动输出机构包括曲柄31、输出轴32和第二轴承座33，所述曲柄31的一端固定安装在所述第二安装轴25上，所述输出轴32固定安装在所述曲柄31的另一端，所述第二轴承座33通过轴承转动安装在所述输出轴32上。10.如权利要求9所述的可拟人步态的双自由度康复训练装置，其特征在于：所述输出轴32通过以下结构固定安装在所述曲柄31的另一端：所述曲柄31的另一端开有带缺口的圆形安装孔311，且所述曲柄31的另一端位于所述圆形安装孔311的缺口的两侧分别向外伸出有夹板312，一与所述圆形安装孔311相吻合的圆盘34置于所述圆形安装孔311内，两侧的所述夹板312通过夹紧螺栓313夹紧，以此将所述圆盘34箍紧在所述圆形安装孔311内，所述输出轴32偏心固定在所述圆盘34上。

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