一种下肢力量和康复训练器械及训练方法

摘要

本发明涉及一种下肢力量和康复训练器械，包括本体结构，动力轮，钢丝绳，导向轮，脚蹬板，人机交互系统，动力驱动控制单元。本发明还涉及一种下肢力量和康复训练方法。本发明通过在人机交互系统设定参数，由动力驱动控制单元驱动和控制动力轮输出力和速度，形成脚蹬板和训练者腿部的力量平衡关系，可实现训练者腿部肌肉的力量训练或者康复训练。本发明解决了传统训练器械或者康复器械功能专一以及安全性、适应性不够的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于下肢肌肉的力量和康复训练的器械以及采用该训练器械进行训练的方法，属于医疗康复器械技术领域。

背景技术

针对下肢肌肉力量不足的人群，尤其针对老年人、下肢肌肉康复患者，通过器械锻炼下肢肌肉力量是一个行之有效的技术手段。然而，目前专用于下肢肌肉力量锻炼的训练器械往往必须到医疗机构或者专门的康复机构才能得以使用，不具备社会普及型，对于不方便外出的群体更是无法使用到这样的器械。为此，寻求一种方便家居使用、操作安全、性价比高的训练器械成为一种趋势，以满足老年化严重社会的日常需求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种进行下肢力量和康复训练、且操作简便安全的器械。本发明的另一个目的是：提供一种采用上述训练器械的训练方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种下肢力量和康复训练器械，其特征在于，包括本体结构、动力轮、钢丝绳、导向轮、脚蹬板、人机交互系统和动力驱动控制单元，其中，坐垫、扶手及可调节倾斜度的靠背设于本体结构的后上部，扶手位于坐垫的左右两侧，训练者坐在坐垫上后其背部靠在靠背上，通过调节靠背的倾斜度来调节靠背与坐垫之间的夹角；

本体结构的中部设置有一组倾斜的导向杆，导向杆与水平面之间呈一夹角；将前后方向定义为长度方向，则导向杆沿本体结构的长度方向布置，导向杆的后端位于较高位置且靠近坐垫，导向杆的前端位于较低位置且位于本体结构的前部；

本体结构的前部设置有向上竖直的支撑杆，人机交互系统布置在支撑杆的顶端；通过人机交互系统设置相应参数以生成相应的指令，并且通过人机交互系统显示训练相关的信息和数据；

若干导向轮转动安装在本体结构上，用于钢丝绳的走线导向；

导向杆上设有脚蹬板组件，脚蹬板组件可沿导向杆往复平动且不脱离导向杆；脚蹬板组件包括与导向杆相配合的主体部件以及设置在主体部件左、右两侧的可转动的踏板；

本体结构的后下部设有动力轮和动力驱动控制单元，动力驱动控制单元接收人机交互系统给出的指令后驱动和控制动力轮，使动力轮实现正反方向、变速旋转和变扭力输出；动力轮的外圆柱面开有线槽，钢丝绳连接脚蹬板组件后绕经导向轮，再缠绕在动力轮外圆柱面的线槽内。

优选地，所述钢丝绳包括第一钢丝绳和第二钢丝绳；第一钢丝绳的一端固定在所述脚蹬板组件的上端部，另一端向上经过若干所述导向轮后绕入所述动力轮外圆柱面的线槽内并固定在所述动力轮上；第二钢丝绳的一端固定在所述脚蹬板组件的下端部，另一端向下经过若干所述导向轮后绕入所述动力轮外圆柱面的线槽内并固定在所述动力轮上；第一钢丝绳和第二钢丝绳在动力轮上的绕线方向相反。

本发明的另一个技术方案是提供了一种下肢力量和康复训练方法，其特征在于，采用上述的下肢力量和康复训练器械进行力量训练模式和康复训练模式，其中，进行力量训练模式包括以下步骤：

步骤一：在人机交互系统的界面设置训练者身高参数、器械运行速度以及训练循环次数；

步骤二：训练者坐在坐垫上，背靠着靠背，将双脚放置到脚蹬板组件两侧的踏板上，双手握紧两侧扶手；

步骤三：训练开始，训练者主动向脚蹬板组件施力，在此过程中脚蹬板组件沿导向杆做往复匀速运动；当脚蹬板组件向下运动时，训练者的脚施力作用于脚蹬板组件；当脚蹬板组件向上运动时，脚蹬板组件施力于训练者的脚部；训练者和动力轮形成力的对抗平衡关系，动力轮的输出力始终等同于训练者的施力大小且跟随变化；

步骤四：按照设定的训练循环次数完成训练，训练完成后，人机交互系统显示训练结果的相关数据和图表；

进行康复训练模式包括以下步骤：

步骤一：在人机交互系统的界面设置训练者身高参数、器械运行速度、康复力以及训练循环次数；

步骤二：训练者坐在坐垫上，背靠着靠背，将双脚放置到脚蹬板组件两侧的踏板上且相对于踏板固定，双手握紧两侧扶手；

步骤三：训练开始，动力轮按设定的康复力值输出一定的作用力在脚蹬板组件上，使脚蹬板组件做往复匀速运动，当脚蹬板组件向下运动时，由脚蹬板组件拉动训练者的双腿做拉伸；当脚蹬板组件向上运动时，由脚蹬板组件推动训练者的双腿做弯曲；脚蹬板组件上下往复一次则完成训练者的双腿做一次屈伸运动；

步骤四：按照设定的训练循环次数完成训练者双腿部肌肉的康复训练，训练完成后，人机交互系统显示训练结果的相关数据和图表。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：(1)通过人机交互系统设定训练参数，由动力驱动控制单元自动控制动力轮的速度和输出力大小，操作简单，控制灵活，有效的避免了配重式训练器械由于配重块带来的安全问题；(2)实现了力量训练和康复训练同时可以在一种器械上完成的功能，通过腿部肌肉的主动和被动训练相结合，可以更加快速有效的增加腿部肌肉力量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明涉及的一种下肢力量和康复训练器械包括本体结构1、动力轮2、钢丝绳3、导向轮4、脚蹬板组件5、人机交互系统6和动力驱动控制单元。其中，本体结构1除了结构框架外，在后上部主要设置了坐垫11、位于坐垫两侧的扶手13以及可通过调节杆14调节倾斜度的靠背12。在本体结构1的中部设置了一组倾斜的导向杆15。在本体结构1的前部设置了支撑杆，用于放置人机交互系统6。在本体结构1从前到后的适当位置，固定安装了若干可自由转动的导向轮4，用于第一钢丝绳3和第二钢丝绳3’的走线导向。动力轮2和动力驱动控制单元布置在本体结构1的后下部。

如图1所示，脚蹬板组件5布置在导向杆15上，沿导向杆15可往复平动且不脱离导向杆15。动力轮2由动力驱动控制单元提供驱动和控制，可实现正反方向、变速旋转和变扭力输出，且动力轮2的外圆柱面开有线槽，可用于绕第一钢丝绳3和第二钢丝绳3’。人机交互系统6用于设置相应参数以通过驱动控制单元驱动和控制动力轮2的运动，同时也用于显示训练相关的信息和数据。

如图1所示，第一钢丝绳3的一端固定在脚蹬板组件5的上端部，另一端向上经过若干导向轮4以后绕入动力轮2的线槽并固定在动力轮2上。第二钢丝绳3’的一端固定在脚蹬板组件5的下端部，另一端向下经过若干导向轮4以后，以与第一钢丝绳3相反的方向绕入动力轮2的线槽并固定在动力轮2上。

如图1所示，脚蹬板组件5包括与导向杆15相配合的主体部件以及设置在主体部件的左、右两侧的可转动的踏板51，且踏板51的上部具有可束缚训练者脚部的弧形护带。

如图2所示为力量训练模式和康复训练模式下训练者7开展运动的示意图。初始时刻，脚蹬板组件5停留在导向杆15的上端部。训练者7坐于坐垫11上，背靠着靠背12，将双脚穿入踏板51的弧形护带后放置于踏板51上，双手握紧两侧扶手13。

当进行力量训练时，训练者7在人机交互系统6的界面上设置器械运行速度、身高参数和训练循环次数后，即可开始训练。当脚蹬板组件5按照图2中所示箭头8向下匀速运动时，训练者7主动伸展腿部推动脚蹬板组件5，此时动力轮2的输出力通过第一钢丝绳3和第二钢丝绳3’作用在脚蹬板上形成抵抗训练者7作用在脚蹬板组件5上的力的抵抗力。当伸展腿部到位后，脚蹬板组件5按照图2中所示箭头8向上匀速运动，动力轮2的输出力通过第一钢丝绳3和第二钢丝绳3’作用在脚蹬板组件5上从而推动训练者7的腿部弯曲，此时训练者7的腿部形成抵抗通过第一钢丝绳3和第二钢丝绳3’作用在脚蹬板组件5上的动力轮2的输出力的抵抗力。按照上述步骤脚蹬板组件5向下向上往复运动，从而使训练者7的腿部肌肉得到力量训练。

当进行康复训练时，训练者7在人机交互系统6的界面上设置器械运行速度、身高参数、康复力和训练循环次数后，即可开始训练。动力轮2的输出力通过第一钢丝绳3和第二钢丝绳3’作用在脚蹬板组件5上，拉动脚蹬板组件5做如图2中所示箭头8的往复运动，从而带动训练者7的腿部做被动的伸展和弯曲动作，逐步恢复腿部肌肉的机能。

按照设定的训练循环次数完成双腿部肌肉的训练后，人机交互系统6的界面显示训练结果的相关数据和图表。