一种踏板式步态矫正与本体感觉训练平台的制作方法

1.本发明属于助老助残康复机器人技术领域，设计一种踏板式步态矫正与本体感觉训练平台。


背景技术：

2.人体的运动平衡是由本体感觉、前庭感觉、视觉等感受器感受位置与运动信息，并经神经中枢整合感受信息，控制肌肉效应器产生动作维持平衡。其中任何一个环节出现问题或存在异常步态都会产生跌倒的风险。随着年龄的增长，身体机能也在不断退化，其平衡能力减弱与步态产生异常，因此进行针对性训练，提高本体感觉与纠正异常步态能够有效防止跌倒，保证老人的日常活动安全。
3.本发明对人体运动平衡机理进行分析，针对本体感觉的训练方法与正常步态运动的自由度及行程要求，根据不同运动方向速度、加速度的不同要求，将训练所需的五个自由度分为两个模块，并辅以防护减重模块，设计了一种踏板式步态矫正与本体感觉训练平台。


技术实现要素：

4.本发明设计了一种踏板式步态矫正与本体感觉训练平台，以解决上述背景技术中提到的问题。
5.本发明为解决上述技术问题，提出了以下方案：两只脚分别分配两个踏板(205)，在训练时踏板与鞋底固定，踏板带动人体运动从而达到步态矫正与本体感觉训练的目的。每个踏板具有五个自由度，分别为三个方向的移动和两个方向的旋转，在满足基础二维步态训练的同时还具有根据不同训练者调整脚间距、步行时实现内翻外翻的优点，能够更好的贴合人体步态轨迹，增强训练舒适感与训练效果。
6.作为发明的进一步方案，所述的并联同步带模块，其驱动电机(102)固定不动，减轻了运动部件的重量；电机同向/反向转动能够实现沿着x/y方向的运动，与传统串联结构相比其加速特性更好，运动更平稳；此外，其结构相对紧凑，在相同长度的情况下其行程更大。
7.作为发明进一步的方案，所述的旋转移动模块(2)倒立吊装，能够最大程度上降低脚踩踏板(205)的高度，减轻训练者的恐惧感。此外，脚踩踏板(205)存在一定偏距，防止在训练时机构与人腿部产生干涉发生危险。偏距过大结构动力学特性差，偏距过小则与人腿部产生干涉，因此设定脚踩踏板中心与动平台中心距离为250mm。
8.作为发明进一步的方案，所述的铰链连接点(202、204)关于其分布圆对称，且靠近人腿部的连接点为两个，此种布置能够在很大程度上实现对训练者重量的平摊；此外还可以在相同偏距的情况下把干涉降到最小，保证了结构的合理性。
9.作为发明进一步的方案，所述的防护与减重模块(3)，具有防护和减重的功能。在训练时，其扶手(301)可以为训练者提供支撑，此外配以弹力吊绳，在发生意外时能够吊起训练者，防止其受到损伤。
10.本发明的结构根据人体运动特性，按照不同方向上的行程与加速度要求分为两个模块，旋转移动模块倒立偏心安装，从而保证了机构不与训练者产生干涉且降低脚踩踏板高度；并联同步带结构保证了结构的紧凑型。从而使得平台具有脚踩踏板高度低、结构紧凑与自由度多等优点。
附图说明
11.图1为本发明中平台训练时的示意图。
12.图2为本发明中单侧踏板五自由度结构示意图。
13.图3为本发明中并联同步带模块。
14.图4为本发明中倒立吊装的旋转移动模块。
15.图5为本发明中防护与减重模块。
16.图6为本发明中旋转移动模块中铰链安装位置图。
17.图中，101-带轮安装座，102-电机，103-直线导轨，104-上移动平台、105-中移动平台，201-静平台、202-转动副、203-电动缸、204-球副、205-脚踩踏板、206-动平台、207-安装支柱，301-扶手、302-安装底座、303-铝管。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
19.本发明为一种板式步态矫正与本体感觉训练平台，包括并联同步带模块1，倒立侧装的旋转移动模块2，防护与减重模块3，三个模块，如图1所示。
20.模块1和模块2通过安装支柱(207)连接，模块1与模块3通过安装底座(302)连接，其中模块1的驱动电机(102)固定，电机同时转动实现xy方向的移动。
21.模块2由三个电缸支链(203)通过球副(204)与动平台(206)相连、通过转动副(202)与静平台(201)相连。三个电动缸运动实现沿z的移动和绕xy的转动。需要注意，在转动的同时会产生沿着xy方向的小范围移动，需要并联同步带模块配合将移动抵消。
22.当进行步态矫正与本体感觉训练时，首先对旋转移动模块求运动学逆解再根据逆解与所需到达的位姿求得并联同步带模块需要运动的行程，实现位姿的变化。并通过步态轨迹洗出算法，实现踏板位姿的连续变化，从而实现平地走路、上下楼梯等日常场景的模拟，实现康复训练。


技术特征：
1.一种踏板式步态矫正与本体感觉训练平台，其特征在于，包括了并联同步带模块、倒立侧装的旋转移动模块、防护与减重模块三个模块。其中并联同步带模块与旋转移动模块由电机驱动，通过脚踩踏板带动人体腿部运动，实现步态矫正与本体感觉训练；辅以防护与减重模块，保证训练的安全性。2.如权利要求1所示的训练平台总体结构布局，其特征在于分模块的串并混联布局方式，此种布局方式充分发挥了并联结构负载大、串联结构行程大的特点，具有脚踩踏板高度低、结构紧凑且自由度多，能够实现三维步态的训练与更为丰富的本体感觉训练场景。3.如权利要求2所示的并联同步带模块，其特征在于驱动电机(102)固定，电机同向/反向转动实现沿着x/y方向的移动，从而降低移动部件重量且具有更好的加速特性，与传统的串联结构相比具有动态响应快、运行平稳等优点。4.如权利要求3所述的并联同步带模块，其特征在于移动平台(105)的形状，在极限位置时能够防止带轮安装座(101)与移动平台(105)干涉，实现更长的行程。此种设计保证了结构的紧凑性，在有限的长度内其所能实现的行程更大。5.如权利要求4所述的倒立侧装的旋转移动模块，其特征在于倒立吊装的布局，能够降低脚踩踏板(205)的高度，减少训练者的恐惧感。6.如权利要求5所述的倒立侧装的旋转竖直移动模块，其特征在于铰链安装点(202、204)位置与脚踩踏板的偏心距离。靠近人腿部的安装点为两个，踏板中心距离动平台中心为250mm，既保证了训练时结构与人腿部不产生干涉也保证了动力学特性，负载与电机的出力比较好。7.如权利要求6所述的防护与减重模块，其特征在于可调节的扶手(301)，扶手高度与扶手间距离可以根据不同要求进行调节，从而能更好的适应不同体型的训练者，给予更好的体验与更完备的保护。

技术总结
本发明公开一种踏板式步态矫正与本体感觉训练平台，该平台主要包含并联同步带模块、倒立侧装的旋转移动模块、防护与减重模块三个模块。其中并联同步带模块具有结构紧凑、电机同时出力运行平稳的特点，能够以更快的速度与加速度带动人腿部运动；旋转移动模块具有脚踩踏板高度低，能够降低训练者心理负担的优点。两个模块相互配合，带动人运动实现步态纠正与步行、上下楼梯等日常活动的训练，增强步行与平衡能力。在训练的同时，防护与减重模块可以提供支撑保护，保证训练安全。本平台具有脚踩高度低、结构紧凑与自由度多等优点。结构紧凑与自由度多等优点。结构紧凑与自由度多等优点。


技术研发人员：陈殿生 潘成行 杜俊
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/1/28