CN106074088A - 人体姿态变化的数控辅助运动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控人体姿态变化辅助运动装置及方法，所述数控人体姿态变化辅助运动装置包括主控单片机、带有供人平躺的平面的装置主体、活动设于装置主体外的可在其外部做往复运动的由多根杆件组成的长方体状的支架、相对设于支架顶部的两相互平行的杆件上的伺服电机、分别配合每个伺服电机设置的调节速度的减速箱和绞盘、缠绕于绞盘的起重带、设于起重带下部的与人身上的衣服上的受力带配合将人吊起或移动的挂钩。本发明提供的数控人体姿态变化辅助运动装置效率高、操作方便、结构简单。

Description

人体姿态变化的数控辅助运动装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体涉及一种人体姿态变化的数控辅助运动装置及方法。

背景技术

当人处于年老、生大病、致残、受伤的情况时，很多会失去或减弱控制自身肢体运动或者活动的能力，日常活动及生活常常需要外力协助，传统方式依靠护工对前述人群进行护理，因而往往会有耗时、耗体力及费用高等一些问题。

随着社会老年化趋势的加深，养老护老相关的设备及器械等相关需求越来越多，但目前市面上的该类器械大多功能单一，导致实际使用效果不是太理想。

例如中国专利CN201510199323.2康复训练床，公开了一种在床体边缘设置有活动的移动支架，移动支架上安装有上肢转臂器、手指转盘、上肢弹压器、吊环等训练器材，以帮助下肢不方便的病人在病床上进行锻炼。

中国专利CN201510452488.6智能型下肢康复训练器，公开了一种包括控制模块、动力驱动模块、检测模块、外骨骼和平衡装置的训练器，患者将自己的下肢放入外骨骼内，让肢体跟随外骨骼的移动而进行屈伸，达到康复训练目的。

但上述装置只适合肢体能自主移动的病人，而对于完全没有身体自主能力的人、行动必须完全依赖外界力量的瘫痪病人而言并不适用，对于要照顾上述瘫痪病人的护工和家属而言，作用则更小。CN200920185374.X病人吊升移动装置，包括有升降吊臂、升降吊臂套管、底座、滑轮等，升降吊臂由横向悬梁和竖向的支撑杆组成，支撑杆上设有传动齿条并与升降吊臂套管内设的传动齿轮连接，传动齿轮上设有摇臂，传动齿条上设有由棘爪组成的吊臂定位自动锁，升降吊臂套管与底座垂直固位连接，底座上设有一组滑轮，在升降吊臂上还设有胸吊带和腿吊带；利用摇动传动齿轮的摇臂使得升降吊臂实现升降，吊臂定位自动锁在弹簧力的作用下，卡住传动齿条使吊臂停止在需要的高度。CN201220001458.5则使用电动葫芦、轨道、人体吊篮将人体胸部、腿部竖直吊起进行移动。

综上，市场急需一种省力、病人感觉舒适的移动装置和康复装置。

发明内容

为克服现有技术中人体辅助运动设备的不足，本发明提供一种效率高、操作方便、结构简单的人体姿态变化的数控辅助运动装置及方法。具体方案如下：

一种人体姿态变化的数控辅助运动装置，包括单片机、带有供人平躺的平面的装置主体1、活动设于装置主体1外的由多根杆件组成的长方体状的支架2、设于支架2顶部杆件上的伺服电机3、与伺服电机3配套的调节速度的减速箱4和绞盘5、缠绕于绞盘5的起重带6、与起重带6连接的挂钩7，所述挂钩7与人体衣服上的受力带8连接；

所述支架2顶部杆件在同一水平面内包括两根横杆和与之垂直的两根纵杆，伺服电机3设置在与人体长度方向平行的两根纵杆上；

每个伺服电机3通过起重带6和挂钩7独立控制一条受力带的位置和高度。

优选的，受力带8为缝制在衣服表面的涤纶带，在自由端留出5-10公分的长度与挂钩连接。

优选的，人体衣服上的受力带分别设置在颈部后方、大腿根部后方和膝盖上部后方；在装置将人体吊起的状态下，以连接颈部后方受力带的起重带为前，以连接大腿根部后方受力带的起重带为中，以连接膝盖上部后方受力带的起重带为后，前中后三组起重带的长度比例为1:(1.8-3)：(1.3-1.7)。

优选的，装置主体1与支架2往复运动的导向结构为横截面为T型的导轨和与其配合的凹槽，所述导轨和凹槽分别设置在装置主体1与支架2的接触面上。

优选的，人体衣服上的受力带分别设置在背部、腰部后方、手腕处后方和脚踝处后方。

优选的，所述设置在背部的受力带上，设置有两条肩带。

本申请还公开了利用上述的一种人体姿态变化的数控辅助运动装置的运动方法，包括如下步骤：

S1、起重带下降：伺服电机3分别将悬挂于其绞盘5下方的起重带6下降至受力带8附近，将起重带6尾端的挂钩7与受力带8连接好；

S2、坐立：连接颈部后方受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下拉直上升，将人的上身拉伸为直立状态，而其余起重带6不动，即此时人处于半坐立状态；

S3、吊起：连接颈部后方受力带的起重带6、连接大腿根部后方受力带的起重带6、连接膝盖上部后方受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下上升；使连接大腿根部后方受力带的起重带6的位置最低，连接膝盖上方部位受力带的起重带6的位置次之，连接颈部后方受力带的起重带6位置最高，以使人体舒适；

S4、移出：支架2在动力或人力的作用下往一侧运动，将人体从装置本体1上方移至轮椅上方；

S5、置放：所有起重带6同时下降，连接大腿根部后方受力带的起重带6首先下降至人的臀部贴近轮椅的可坐处，当人臀部贴紧轮椅时，其余起重带6也下降到合适位置，此时人即可手握轮椅两侧，将挂钩7与受力带8脱离。

优选的，伺服电机3的运动由单片机控制，单片机自动记录伺服电机3的运动轨迹，储存为动作程序，再次使用时则直接调取程序。

优选的，运动方法可包括如下步骤：

A1、起重带下降：伺服电机3分别将悬挂于其绞盘5下方的起重带6下降至受力带8附近，将起重带6尾端的挂钩7与受力带8连接好；

A2、康复运动：连接手腕受力带的起重带6、连接脚踝受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下拉直上升，将人的四肢拉离装置主体表面；

四肢处于不同的水平高度；

A3、接手腕受力带的起重带6、连接脚踝受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下下降，将人的四肢放回至装置主体表面；

A4、重复A2和A3，直至运动量达到要求。

优选的，运动方法可包括如下步骤：

B1、起重带下降：伺服电机3分别将悬挂于其绞盘5下方的起重带6下降至受力带8附近，将起重带6尾端的挂钩7与受力带8连接好；

B2、抬起一侧身体：连接一侧手腕受力带的起重带6、连接同一侧脚踝受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下拉直上升，将人的左手左腿、或者右手右腿拉离装置主体表面；

B3、翻身：步骤B2所述的相应伺服电机3向身体未被抬起的一侧移动，带动被抬起的左手左腿、或者右手右腿向另一侧移动，直至被抬起的肢体重新落在装置主体表面。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本技术方案提供的数控辅助运动装置，包括单片机、装置主体、固定伺服电机、与人体上的受力带连接的起重带以及可移动的支架，每个伺服电机通过起重带和挂钩可独立控制一条受力带的位置和高度，则可根据实际需求，灵活变动各个受力带的相对位置和相对高度，使得无自主运动能力的人体按需求变化姿势和位置，达到康复训练、翻身、坐立、移动等目的。

例如移动过程，人体的上升、移动、放下均由相应的伺服电机牵引起重带完成，整个过程由单片机中预先输入的程序(具备施教微调功能)控制，而只需在起重带将人体以半躺姿态吊起后，人或动力推动支架，使支架移动到轮椅上方，再将人体放下即可；相应地，人体在回到装置本体上时需要反方向推动支架、反向操作整个过程，极为方便省力，而且被移动的人体感觉安全舒适。

本技术方案提供的数控人体姿态变化辅助运动装置，整个过程由单片机控制伺服电机完成，几乎不需要人员的参与和控制，伺服电机控制精确、速度快，整个过程快速高效。

另外，支架和装置主体以T型截面的导轨和相应的凹槽组成，整个装置结构简单，所用材料较少，可节省成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明提供的数控人体辅助运动装置的主视图；

图2为图1中的数控人体辅助运动装置的俯视图；

图3为本发明提供的数控人体姿态变化辅助运动装置在转移被护理人员时的起重带下降步骤示意图；

图4为图3中的数控人体姿态变化辅助运动装置在转移被护理人员时的坐立步骤示意图；

图5为图3中的数控人体姿态变化辅助运动装置在转移被护理人员时的吊起步骤示意图；

图6为图3中的数控人体姿态变化辅助运动装置在转移被护理人员时的移出步骤示意图；

图7为图3中的数控人体姿态变化辅助运动装置在转移被护理人员时的置放步骤示意图；

图8为本发明提供的数控人体姿态变化辅助运动装置对被护理人员进行康复训练的示意图；

图中：1、装置主体，2、支架，3、伺服电机，4、减速箱，5、绞盘，6、起重带，7、挂钩，8、受力带。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1～图7，一种人体姿态变化的数控辅助运动装置，包括单片机、带有供人平躺的平面的装置主体1、活动设于装置主体1外的可在其外部做往复运动的由多根杆件组成的长方体状的支架2、相对设于支架2顶部的两相互平行的杆件上的六个伺服电机3、分别配合每个伺服电机3设置的调节速度的减速箱4和绞盘5、缠绕于绞盘5的起重带6、设于起重带6下部的与人身上的衣服上的受力带8配合将人吊起或移动的挂钩7。

所述支架2顶部杆件在同一水平面内包括两根横杆和与之垂直的两根纵杆，伺服电机3设置在与人体长度方向平行的两根纵杆上。横杆可与纵杆半活动连接，即纵杆可在横杆上进行移动，从而变换位于两根纵杆上的伺服电机间的相对位置，适应不同环境和需求。伺服电机3也可在纵杆上来回移动，从而变换同一根纵杆上的伺服电机之间的相对位置，适应多样的位置需要。

每个伺服电机3通过起重带6和挂钩7独立控制一条受力带的位置和高度。也就是说，每根受力带的三维具体坐标点都可以根据实际需要灵活变动，使得多根受力带能组合出非常多的人体变化姿势，提供坐立、吊起、翻身、康复训练等功能。

具体的，参见图3至图7，最左侧的两个伺服电机3可为通过最左侧的两个起重带6挂住人的膝盖上部后方的受力带8的电机，起重带与受力带的连接点处于人体前侧，则受力带围绕住整个腿部***，受力更均衡，安全性高，人体感觉舒适。

中间的两个伺服电机3可为通过中间的两个起重带6挂住人的大腿根部后方的受力带8两侧并与前述两个电机协同运动的电机；起重带与受力带的连接点同样处于大腿前侧位置。

最右侧的两个伺服电机3可为通过最右侧的两个起重带6挂住人的颈部后方的受力带8两侧并与前述四个电机协同运动的电机。

支架2为在六个起重带6将人体吊起后在动力或人力作用下从右向左运动将人置放于轮椅上或从左向右将人从轮椅上转移至装置主体1上的结构。

受力带8为缝制在衣服表面的涤纶带，并在自由端留出5-10公分的长度方便与挂钩连接。挂钩7可为现有的户外运动用8字扣，方便牢固，保证被吊起人体的安全。

进一步地，装置主体1与支架2往复运动的导向结构为横截面为T型的导轨和与其配合的凹槽，所述导轨和凹槽分别设置在装置主体1与支架2的接触面上，加强装置主体与支架连接的强度和运动的稳定度。支架2底部可设置带刹车脚轮，便于在医院病房或者家庭卧室的狭小空间内灵活移动。

人体衣服上的受力带8可分别设置在颈部后方、大腿根部后方和膝盖上部后方；在本申请装置将人体吊起的状态下，以连接颈部后方受力带的起重带为前，以连接大腿根部后方受力带的起重带为中，以连接膝盖上部后方受力带的起重带为后，前中后三组起重带将人体以半躺姿态吊起。前中后三组起重带的长度比例为1:(1.8-3)：(1.3-1.7)，符合人体半躺时的基本比例。

根据姿势和运动方式的需要，人体衣服上的受力带8还分别可设置在背部、腰部后方、手腕处后方和脚踝处后方，分别对背部、腰部、手腕和脚踝进行一一施力，灵活运动各处。

为加强背部受力带的受力强度，设置在背部的受力带上，还可同时设置有两条肩带，以分散受力。

请参阅图3～图7，一种人体姿态变化的数控辅助运动方法，包括如下步骤：

S1、起重带下降：六个伺服电机3分别将悬挂于其绞盘5下方的起重带6下降至人身上对应的受力带8处，将起重带6尾端的挂钩7与受力带8连接好；

S2、坐立：连接颈部后方受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下上升，将人的上身拉伸为直立状态，而另外四个起重带6不动，即此时人处于坐立状态；

S3、吊起：连接颈部后方受力带的起重带6、连接大腿根部后方受力带的起重带6、连接膝盖上部后方受力带的起重带6在相应伺服电机3的作用下均上升，使连接大腿根部后方受力带的起重带6的位置最低，连接膝盖上方部位受力带的起重带6的位置次之，连接颈部后方受力带的起重带6位置最高，以使人体舒适地以半躺姿态吊起；

S4、移出：支架2在动力或人力的作用下往一侧运动，将人体从装置本体1上方移至轮椅上方；

S5、置放：所有起重带6同时下降，连接大腿根部后方受力带的起重带6首先下降至人的臀部贴近轮椅的可坐处，当人臀部贴紧轮椅时，另外四个起重带6也下降到了合适位置，此时人即可手握轮椅两侧，将挂钩7与受力带8脱离，即可自己推动轮椅进行相应活动。

进一步地，伺服电机3的运动由单片机根据预先设定的程序进行控制。单片机控制伺服电机的运动，并具备施教功能，因为使用人群身高、体重、床的高度等各自不同，使用前开启施教功能，通过按钮手动控制或者语音控制，来微调起吊的所需最佳的各自高度，并自动记录运动轨迹，储存为动作程序，再次使用时则直接调取动作程序，方便快捷。

请参阅图8，该图为患者进行康复训练的示意图，患者可以应用其进行四肢的各种康复训练。

例如如下步骤：

A1、起重带下降：伺服电机(3)分别将悬挂于其绞盘(5)下方的起重带(6)下降至受力带(8)附近，将起重带(6)尾端的挂钩(7)与受力带(8)连接好；

A2、康复运动：连接手腕受力带的起重带(6)、连接脚踝受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下拉直上升，将人的四肢拉离装置主体表面；

四肢处于不同的水平高度。

A3、连接手腕受力带的起重带(6)、连接脚踝受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下下降，将人的四肢放回至装置主体表面。

A4、重复A2和A3动作，直至运动量达到要求。

运动方法还可以为以下步骤：

B1、起重带下降：伺服电机(3)分别将悬挂于其绞盘(5)下方的起重带(6)下降至受力带(8)附近，将起重带(6)尾端的挂钩(7)与受力带(8)连接好；

B2、抬起一侧身体：连接一侧手腕受力带的起重带(6)、连接同一侧脚踝受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下拉直上升，将人的左手左腿、或者右手右腿拉离装置主体表面；

B3、翻身：步骤B2所述的相应伺服电机(3)向身体未被抬起的一侧移动，带动被抬起的左手左腿、或者右手右腿向另一侧移动，直至被抬起的肢体重新落在装置主体表面。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种人体姿态变化的数控辅助运动装置，其特征在于，包括单片机、带有供人平躺的平面的装置主体(1)、活动设于装置主体(1)外的由多根杆件组成的长方体状的支架(2)、设于支架(2)顶部杆件上的伺服电机(3)、与伺服电机(3)配套的调节速度的减速箱(4)和绞盘(5)、缠绕于绞盘(5)的起重带(6)、与起重带(6)连接的挂钩(7)，所述挂钩(7)与人体衣服上的受力带(8)连接；

所述支架(2)顶部杆件在同一水平面内包括两根横杆和与之垂直的两根纵杆，伺服电机(3)设置在与人体长度方向平行的两根纵杆上；

每个伺服电机(3)通过起重带(6)和挂钩(7)独立控制一条受力带的位置和高度。

2.根据权利要求1所述的数控辅助运动装置，其特征在于，受力带(8)为缝制在衣服表面的涤纶带，在自由端留出5-10公分的长度与挂钩连接。

3.根据权利要求1所述的数控辅助运动装置，其特征在于，

人体衣服上的受力带分别设置在颈部后方、大腿根部后方和膝盖上部后方；在装置将人体吊起的状态下，以连接颈部后方受力带的起重带为前，以连接大腿根部后方受力带的起重带为中，以连接膝盖上部后方受力带的起重带为后，前中后三组起重带的长度比例为1:(1.8-3)：(1.3-1.7)。

4.根据权利要求1所述的数控辅助运动装置，其特征在于，装置主体(1)与支架(2)往复运动的导向结构为横截面为T型的导轨和与其配合的凹槽，所述导轨和凹槽分别设置在装置主体(1)与支架(2)的接触面上。

5.根据权利要求1所述的数控辅助运动装置，其特征在于，人体衣服上的受力带分别设置在背部、腰部后方、手腕处后方和脚踝处后方。

6.根据权利要求5所述的数控辅助运动装置，其特征在于，所述设置在背部的受力带上，设置有两条肩带。

7.利用权利要求1-6任一项所述的一种人体姿态变化的数控辅助运动装置的运动方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、起重带下降：伺服电机(3)分别将悬挂于其绞盘(5)下方的起重带(6)下降至受力带(8)附近，将起重带(6)尾端的挂钩(7)与受力带(8)连接好；

S2、坐立：连接颈部后方受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下拉直上升，将人的上身拉伸为直立状态，而其余起重带(6)不动，即此时人处于半坐立状态；

S3、吊起：连接颈部后方受力带的起重带(6)、连接大腿根部后方受力带的起重带(6)、连接膝盖上部后方受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下上升；使连接大腿根部后方受力带的起重带(6)的位置最低，连接膝盖上方部位受力带的起重带(6)的位置次之，连接颈部后方受力带的起重带(6)位置最高，以使人体舒适；

S4、移出：支架(2)在动力或人力的作用下往一侧运动，将人体从装置本体(1)上方移至轮椅上方；

S5、置放：所有起重带(6)同时下降，连接大腿根部后方受力带的起重带(6)首先下降至人的臀部贴近轮椅的可坐处，当人臀部贴紧轮椅时，其余起重带(6)也下降到合适位置，此时人即可手握轮椅两侧，将挂钩(7)与受力带(8)脱离。

8.根据权利要求5所述的运动方法，其特征在于，伺服电机(3)的运动由单片机控制，单片机自动记录伺服电机(3)的运动轨迹，储存为动作程序，再次使用时则直接调取程序。

9.利用权利要求1-6任一项所述的一种人体姿态变化的数控辅助运动装置的运动方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1、起重带下降：伺服电机(3)分别将悬挂于其绞盘(5)下方的起重带(6)下降至受力带(8)附近，将起重带(6)尾端的挂钩(7)与受力带(8)连接好；

A2、康复运动：连接手腕受力带的起重带(6)、连接脚踝受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下拉直上升，将人的四肢拉离装置主体表面；

四肢处于不同的水平高度；

A3、接手腕受力带的起重带(6)、连接脚踝受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下下降，将人的四肢放回至装置主体表面；

A4、重复A2和A3，直至运动量达到要求。

10.利用权利要求1-6任一项所述的一种人体姿态变化的数控辅助运动装置的运动方法，其特征在于，包括如下步骤：

B1、起重带下降：伺服电机(3)分别将悬挂于其绞盘(5)下方的起重带(6)下降至受力带(8)附近，将起重带(6)尾端的挂钩(7)与受力带(8)连接好；

B2、抬起一侧身体：连接一侧手腕受力带的起重带(6)、连接同一侧脚踝受力带的起重带(6)在相应伺服电机(3)的作用下拉直上升，将人的左手左腿、或者右手右腿拉离装置主体表面；

B3、翻身：步骤B2所述的相应伺服电机(3)向身体未被抬起的一侧移动，带动被抬起的左手左腿、或者右手右腿向另一侧移动，直至被抬起的肢体重新落在装置主体表面。