可调阻尼踝关节主动训练器

本发明涉及踝关节训练器械，尤其是涉及一种可调阻尼踝关节主动训练器。

背景技术：

1、现实生活中存在大量需要长时间保持坐姿的人群，例如办公室工作人员、居家久坐人员以及长时间乘坐飞机、火车或汽车的远途旅行人员，人体长时间处于坐姿状态时，下肢肌肉活动量减少，踝关节缺乏主动屈伸运动，容易造成下肢静脉血液回流速度降低和血液淤滞，从而增加下肢静脉血栓形成的潜在风险。

2、踝泵运动通过踝关节有节律地进行背屈和跖屈，带动小腿肌肉周期性收缩与舒张，发挥类似肌肉泵的作用，有助于促进下肢静脉血液回流，因此，适用于久坐场景的踝关节主动训练装置具有实际需求。

3、现有踝关节训练装置通常存在以下问题：部分装置依赖电机、电源或电子控制系统，结构复杂，使用场所受到供电条件限制，并存在维护成本较高及电气安全方面的顾虑；部分纯机械装置仅利用弹簧或普通摩擦结构提供阻力，背屈和跖屈两个运动方向的阻力基本相同，难以根据踝关节不同运动方向的受力特点提供差异化训练阻尼；同时，现有装置在运动换向过程中容易产生明显的阻力突变和顿挫感，使训练过程不够连续顺滑，长时间使用时容易产生疲劳和抵触情绪，此外，部分装置体积较大，不便于在办公座椅、家庭座椅及交通工具座椅附近放置和使用。

技术实现思路

1、本发明提出一种可调阻尼踝关节主动训练器，体积较小、无需外接电源且能够由使用者主动驱动的踝关节训练装置，通过纯机械传动结构使踝关节背屈和跖屈时分别获得不同大小的运动阻尼，并利用飞轮在运动过程中储存转动机械能并维持转动惯性，利用飞轮惯性降低再次驱动时的速度波动和顿挫，使踝泵运动更加连续、平稳，从而提高久坐人群进行持续踝关节主动训练的便利性和使用意愿。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种可调阻尼踝关节主动训练器，包括底板、设置于底板上的两个箱体、安装于两个箱体上的同一个中心主轴、可拆卸安装于中心主轴中段且位于两个箱体之间的脚踏板以及安装于每个箱体内部的阻尼调节支路；

4、使用者将单脚放置在脚踏板上，通过绑带固定脚部，并主动带动脚踏板完成跖屈和背屈运动，两个所述阻尼调节支路分别通过锁止方向相反的单向传动组件与中心主轴传动连接，使中心主轴沿两个相反方向转动时分别驱动对应的阻尼调节支路；两个所述阻尼调节支路分别形成用于跖屈方向和背屈方向的训练阻尼，所述跖屈阻尼与背屈阻尼能够分别独立调节；

5、还包括设置于其中一个箱体内且与中心主轴连接的增速机构，以及与增速机构输出端连接的飞轮储能支路，所述脚踏板进行跖屈运动时，与其对应的阻尼调节支路工作，另一个阻尼调节支路不工作，同时中心主轴驱动增速机构和飞轮储能支路实现储存转动机械能。

6、优选的，所述箱体包括固定箱和端盖，所述固定箱的底部通过紧固件与底板固定连接，所述端盖通过紧固件安装于两个固定箱相远离的一侧面。

7、优选的，每个所述阻尼调节支路均包括固定安装于对应固定箱内部的永磁制动器、安装于永磁制动器调节端的阻尼调节环、安装于永磁制动器转轴上的制动器传动齿轮以及安装于中心主轴上且与制动器传动齿轮啮合连接的主轴传动齿轮，所述单向传动组件为单向轴承，所述单向轴承与主轴传动齿轮传动连接。

8、优选的，所述固定箱的顶部设置调节孔，所述阻尼调节环贯穿调节孔延伸至固定箱的外部；

9、所述主轴传动齿轮与单向轴承的外圈固定连接，所述单向轴承的内圈与中心主轴周向固定连接，所述中心主轴与固定箱之间通过中心主轴支承轴承连接。

10、优选的，所述增速机构为行星增速器。

11、优选的，还包括与每个阻尼调节支路配合的阻尼锁定组件，所述阻尼锁定组件包括固定安装于固定箱顶部的固定座、设置于固定座上且与阻尼调节环同轴心的圆环部、开设于圆环部上的螺栓通孔、沿周向开设于阻尼调节环上的若干圆孔、用于贯穿螺栓通孔和圆孔的锁紧螺栓以及与锁紧螺栓螺纹连接的螺母。

12、优选的，所述飞轮储能支路包括飞轮轴、飞轮和飞轮单向轴承；

13、所述中心主轴的末端通过第一梅花联轴器与行星增速器的输入轴连接，所述行星增速器的输出轴通过第二梅花联轴器与飞轮轴的输入端连接，所述飞轮轴贯穿端盖并延伸至固定箱的外部，所述飞轮轴延伸至固定箱外部的一端通过飞轮单向轴承与飞轮连接，所述飞轮轴通过飞轮轴支承轴承转动安装于端盖上。

14、优选的，所述飞轮单向轴承在第一相对转动方向锁止传递转矩、在相反方向允许超越；

15、当飞轮轴反向转动或飞轮在驱动方向上的角速度高于飞轮轴角速度时，飞轮单向轴承进入超越状态，所述飞轮单向轴承处于超越状态，使飞轮与飞轮轴之间解除转矩传递，并允许二者相对转动。

16、优选的，所述中心主轴的中段位于两个箱体之间，所述脚踏板通过螺栓与中心主轴的中段连接，所述脚踏板上设置有用于安装绑带的安装孔。

17、优选的，每个所述固定箱朝向脚踏板的一侧设置有至少两个圆柱形限位件，两个所述圆柱形限位件分别位于中心主轴两侧，并分别用于限制脚踏板沿跖屈方向和背屈方向的最大转动位置。

18、采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

19、本发明采用纯机械结构完成方向分离、阻尼产生、阻尼调节、阻尼锁定和飞轮储能，不依赖电机、控制器、传感器及外部电源，降低了漏电和电气故障风险，使用场所不受供电条件限制。

20、两个单向轴承的锁止方向相反，使跖屈运动和背屈运动分别进入独立的阻尼调节支路，跖屈运动时与其对应的阻尼调节支路工作、另一个阻尼调节支路不工作，同时中心主轴驱动行星增速器和飞轮储能支路工作；背屈运动时与其对应的阻尼调节支路工作、另一个阻尼调节支路不工作，在优先阻尼设定下，跖屈阻尼大于背屈阻尼，能够形成符合本装置训练目标的双向差异化阻力。

21、两个阻尼调节环能够分别调节跖屈方向和背屈方向的阻尼，使用者能够根据自身力量和训练需求独立设定两个方向的阻力。

22、固定座、锁紧螺栓和螺母能够在阻尼调整完成后固定阻尼调节环的转动角度，防止阻尼调节环因训练振动或误触发生转动，使阻尼保持稳定。

23、跖屈运动时，中心主轴直接驱动行星增速器和飞轮储能支路，行星增速器提高飞轮转速，飞轮在较小安装空间内储存转动机械能；动作换向为背屈后，飞轮通过飞轮单向轴承与反向转动的飞轮轴分离，并利用转动惯性继续旋转，从而减小脚踏板重复起动和运动换向时的速度波动及顿挫，使训练过程更加连续、顺滑，有利于提高使用者持续进行踝泵运动的意愿。

24、行星增速器、梅花联轴器、飞轮轴和飞轮沿中心主轴右端轴线方向布置，阻尼调节支路设置在中心主轴上方，使内部结构紧凑，有利于减小整机体积。

25、圆柱形限位件能够限制脚踏板的跖屈和背屈转动范围，脚踏板上的绑带将脚部固定在脚踏板上，提高了主动训练过程中的稳定性和安全性。

26、两个箱体固定在同一底板上，整机为单脚结构，便于放置在办公桌下、座椅前方和家庭空间内，适合久坐人群进行重复的踝关节主动屈伸运动。

27、端盖能够拆卸，便于安装、检查和更换内部机械零部件；装置不包含电气系统，维护项目较少。