气囊减重下肢训练装置.pdf

一种气囊减重下肢训练装置，包括机架、步行器、气囊支架、操作显示器、气囊、紧身短裤、鼓风机和控制系统。机架包含底板、两立柱和两扶手，机架后部连接有箱体。步行器设置在机架的底板上，气囊支架安装在机架的两立柱上，操作显示器连接在气囊支架上，紧身短裤可与气囊密封连接，鼓风机安装在机架后部的箱体内，控制系统设置在机架后部的箱体内并与操作显示器、鼓风机电连接。本发明装置结构简单、操作方便，可以使患者在舒适的减重环境下进行下肢康复训练，适用于脑卒中患者，肌肉萎缩、神经损伤、运动损伤等引起下肢运动障碍患者的康复训练。

1.  一种气囊减重下肢训练装置，其特征在于包括：
机架，包含底板、两立柱和两扶手，机架后部连接有箱体；
步行器，设置在机架的底板上并可独立运动：
气囊支架，安装在机架的两立柱上并可沿两立柱上下移动；
操作显示器，连接在气囊支架上可随气囊支架一起运动；
气囊，其上部设有圆形开口，下部为敞口；圆形开口处与气囊支架相连，下部敞口四周与机架的底板边缘密封相连：
紧身短裤，可与气囊的圆形开口密封连接，气囊与机架底板及紧身短裤密封连接后，气囊与机架底板及紧身短裤之间形成一个密闭的充气空间；
鼓风机，安装在机架后部的箱体内并可向气囊充气；
控制系统，设置在机架后部的箱体内并与操作显示器、鼓风机电连接。

2.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述紧身短裤的头部设有半边气密拉链，所述气囊的圆形开口上设有半边气密拉链，紧身短裤与气囊之间通过气密拉链密封连接。

3.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述机架的两立柱上分别设有上下延伸的滑动槽，所述气囊支架与该滑动槽嵌套滑动相连，气囊支架上设有锁定机构，可在任意滑动槽圆孔处将下部气囊支架锁紧。

4.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述气囊为软质框形体，在气囊的两侧和前部设有由透明材料形成的视窗：气囊内设有压力传感器，该压力传感器与控制系统相连并通过控制系统将气囊内的气压传输至操作显示器。

5.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述控制系统包括主控电路、传感器接口电路、电机驱动电路和电源模块，电源模块分别连接主控电路、传感器接口电路和电机驱动电路向它们提供电源：主控电路的输入连接操作显示器，输出连接电机驱动电路；传感器接口电路的输入连接传感器，输出连接操作显示器；电机驱动电路的输出连接鼓风机。

6.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述底板内 设有进气通道和出气通道，底板上设有进孔口和出气口分别与上述进气通道和出气通道连通；所述机架后部的箱体内设有进气管路和出气管路；进气管路的进口连接鼓风机的出气口，进气管路的出口连接上述进气通道；出气管路的出口连接上述出气通道。

7.  根据权利要求6所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀，该电磁控制阀与控制系统相连由控制系统控制其开关。

8.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述步行器内装有承重传感器，该承重传感器与控制系统相连并通过控制系统将人体施加在步行器上的重量传输至操作显示器。

9.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述操作显示器可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度和气囊减重程度。

10.  根据权利要求1所述的气囊减重下肢训练装置，其特征在于：所述紧身短裤是由氯丁橡胶制成的弹性密闭短裤。

气囊减重下肢训练装置
技术领域
本发明涉及一种健身器械，特别涉及一种气囊减重下肢训练装置。
背景技术
脑卒中是我国的常见病和多发病，全国每年新发脑卒中约200万人，其中约85％遗留有肢体，运动功能障碍，行走质量是康复训练的重要目标，70％以上患者通过早期开始介入步行训练可恢复步行能力。但是对于偏瘫患者、运动损伤患者等重症肢体活动能力差的患者，在下肢支撑体重困难的情况下，要进行独立行走训练是非常困难的，因此迫切需要能对患者在身体重量减负的情况下进行训练的康复训练设备。
不同程度地减少身体体重以减少下肢负荷的减重训练(partial weight support，PWS)是一种有效的康复治疗方法，以实现对支撑能力不足的患者进行早期各种步行训练。目前临床使用的减重方式有三种，悬吊式、水池式和斜床式。悬吊式如LOKOMAT康复训练机器人，患者在悬吊减重方式下肢功能进行训练，一方面悬吊操作较为复杂，悬吊处接触点压力集中，舒适性不够，另一方面减重量一般从患者身体重量的30％～40％开始，适合于下肢能负重达60％～70％以上患者：水池式借助水的浮力，使运动功能障碍者在水中进行辅助性或阻抗性等行走训练，当水深在人体剑突水平时，下肢承受的休重相当于陆地体重的29％，但是水池式行走训练时人体和水池系统外周使用扭矩原理，支撑力的高度和重心随着水位而变化，而且在水系统基础下大量粘性成分会细微地改变肌肉运动模式。斜床减重如意大利BTS下肢康复机器人和上海理工大学研制的多态康复训练评定系统适合于对早期运动缺陷疾病的病人依靠斜床做模拟踏步训练，斜床式减重很难适用70％以上的减重量，同时也不能进行真正的步行训练。
差动气压(DAP)技术的助力训练装置(气囊减重训练装置)作为一种崭新的减重方式，通过气压减重方式来协助人体站立、行走、跑步训练，避免了悬吊减重和斜床减重的多种缺陷。它利用下肢和上肢之间的差动气压来产生垂直向上的支撑 力，支撑力均匀分布在下肢，且与重心非常接近，甚至能在高达80％减重量时，平衡力和中性支撑力可以维持正常的生物力；利用支撑力与气压比例关系，能很快速地调节减重重量；当使用者失去平衡时，差动气压(DAP)技术的助力训练装置利用气囊外固定刚性结构可以辅助水平和侧向力，平衡使用者和防止运动过程中掉落；因此，差动气压(DAP)技术的助力训练装置非常适用于偏瘫患者、运动损伤患者、运动强度低的老年人行走训练甚至跑步训练，以增加患者下肢肌力，促进平衡、协调功能及步行能力改善。
发明内容
本发明的目的，就在于解决上述问题，提供一种气囊减重下肢训练装置。
本发明的目的是这样实现的：一种气囊减重下肢训练装置，其包括：
机架，包含底板、两立柱和两扶手，机架后部连接有箱体；
步行器，设置在机架的底板上并可独立运动；
气囊支架，安装在机架的两立柱上并可沿两立柱上下移动；
操作显示器，连接在气囊支架上可随气囊支架一起运动；
气囊，其上部设有圆形开口，下部为敞口；圆形开口处与气囊支架相连，下部敞口四周与机架的底板边缘密封相连；
紧身短裤，可与气囊的圆形开口密封连接，气囊与机架底板及紧身短裤密封连接后，气囊与机架底板及紧身短裤之间形成一个密闭的充气空间；
鼓风机，安装在机架后部的箱体内并可向气囊充气；
控制系统，设置在机架后部的箱体内并与操作显示器、鼓风机电连接。
所述紧身短裤的头部设有半边气密拉链，所述气囊的圆形开口上设有半边气密拉链，紧身短裤与气囊之间通过气密拉链密封连接。
所述机架的两立柱上分别设有上下延伸的滑动槽，所述气囊支架与该滑动槽嵌套滑动相连，气囊支架上设有锁定机构，可在任意滑动槽圆孔处将下部气囊支架锁紧。
所述气囊为软质框形体，在气囊的两侧和前部设有由透明材料形成的视窗；气囊内设有压力传感器，该压力传感器与控制系统相连并通过控制系统将气囊内的气压传输至操作显示器。
所述控制系统包括主控电路、传感器接口电路、电机驱动电路和电源模块，电 源模块分别连接主控电路、传感器接口电路和电机驱动电路向它们提供电源；主控电路的输入连接操作显示器，输出连接电机驱动电路；传感器接口电路的输入连接传感器，输出连接操作显示器：电机驱动电路的输出连接鼓风机。
所述底板内设有进气通道和出气通道，底板上设有进孔口和出气口分别与上述进气通道和出气通道连通；所述机架后部的箱体内设有进气管路和出气管路：进气管路的进口连接鼓风机的出气口，进气管路的出口连接上述进气通道；出气管路的出口连接上述出气通道。
所述进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀，该电磁控制阀与控制系统相连由控制系统控制其开关。
所述步行器内装有承重传感器，该承重传感器与控制系统相连并通过控制系统将人体施加在步行器上的重量传输至操作显示器。
所述操作显示器可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度和气囊减重程度。
所述紧身短裤是由氯丁橡胶制成的弹性密闭短裤。
本发明具有以下优点和特点：
一、采用气压式减重，可以使患者在步行训练时更好的左右、上下调整重心，训练时能模拟出正常的步态。
二、可对患者进行主动、被动训练运动功能评定，能实现人体运动学和生物力学多参数的检测，为临床制定康复治疗方案提供科学的实验数据，根据测定结果，医护人员可对患者提出具体的训练要求。
三、气囊支架的高度可调，可实现个性化减重步态训练。
附图说明
图1为本发明气囊减重下肢训练装置的总体结构示意图；
图2为本发明气囊减重下肢训练装置的部分结构示意图；
图3为本发明中气囊的结构示意图；
图4为本发明中紧身短裤的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，配合参见图2、图3、图4，本发明的气囊减重下肢训练装置包括 机架、步行器5、气囊支架6、操作显示器7、气囊8、紧身短裤9、鼓风机和控制系统(未图示出来)。机架包含底板1、两立柱2和两扶手3，机架后部连接有箱体4。步行器5设置在机架的底板1上并可独立运动。气囊支架6安装在机架的两立柱2上并可沿两立柱上下移动。操作显示器7连接在气囊支架6上可随气囊支架一起运动。
配合参见图3，本发明中的气囊8上部设有圆形开口81，下部为敝口；圆形开口处与气囊支架相连，下部敞口四周与机架的底板边缘密封相连。
配合参见图4，本发明中紧身短裤9可与气囊的圆形开口81密封连接，气囊与机架底板及紧身短裤密封连接后，气囊与机架底板及紧身短裤之间形成一个密闭的充气空间。
鼓风机安装在机架后部的箱体4内并可向气囊充气，控制系统设置在机架后部的箱体1内并与操作显示器、鼓风机电连接。
配合参见图4，本发明中的紧身短裤9的头部91设有半边气密拉链，气囊8的圆形开口上设有半边气密拉链，紧身短裤与气囊之间通过气密拉链密封连接。
本发明中的机架的两立柱2上分别设有上下延伸的滑动槽，气囊支架6与该滑动槽嵌套滑动相连，气囊支架上设有锁定机构，可在任意滑动槽圆孔处将下部气囊支架锁紧。
本发明中的气囊为软质框形体，具有囊壁无接缝、各向强度均衡以及高的耐磨性能，在气囊的两侧和前部设有由透明材料形成的视窗82；气囊内设有压力传感器(未图示出来)，该压力传感器与控制系统相连并通过控制系统将气囊内的气压传输至操作显示器。透明材料选用PVC。
本发明中的控制系统(未图示出来)包括主控电路、传感器接口电路、电机驱动电路和电源模块，电源模块分别连接主控电路、传感器接口电路和电机驱动电路向它们提供电源；主控电路的输入连接操作显示器，输出连接电机驱动电路；传感器接口电路的输入连接传感器，输出连接操作显示器；电机驱动电路的输出连接鼓风机。
本发明中的底板内设有进气通道和出气通道(未图示出来)，底板上设有进孔口和出气口(未图示出来)分别与上述进气通道和出气通道连通：机架后部的箱体内设有进气管路和出气管路(未图示出来)；进气管路的进口连接鼓风机的出气口，进气管路的出口连接上述进气通道：出气管路的出口连接上述出气通道。
在进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀(未图示出来)，该电磁控制阀与控制系统相连由控制系统控制其开关。
在步行器内装有承重传感器(未图示出来)，该承重传感器与控制系统相连并通过控制系统将人体施加在步行器上的重量传输至操作显示器。
本发明中的操作显示器6可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度和气囊减重程度。
本发明中的紧身短裤9是由氯丁橡胶制成的弹性密闭短裤。
本发明的工作过程原理如下：将气囊与底板密封连接并与气囊支架相连，让人穿上紧身短裤，把气囊支架降低到最低位置，让人站进气囊支架内并站在步行机上，将紧身短裤与气囊通过气密拉链密封连接。然后拉起提高气囊支架到达合适位置后用锁定机构将其锁紧，即可启动步行机进行步行训练。控制系统根据用户在操作显示器上设置的减重程度控制鼓风机充气或放气来调节气囊内的气压使人体的下肢呈现浮起的状态从而达到减重的效果。用户可以在显示装置上设置步行机的速度及倾斜角度。在气囊减重情况下，人还可用双手支撑在两扶手上(气囊夹在两扶手之间，人只有双下肢位于气囊内，两扶手和人的双手都在气囊外)，进一步减重，更加有效的进行康复步态训练。
气囊减重的原理是，设气囊内的压强(施加于人体下肢的压强)为P2，大气压强为P1，当气囊内的压强大于大气压强时，压强差为P：P2.Pl，产生一个作用于紧身短裤与气囊间的向上的举升力P×S(S是紧身短裤围绕在人身上的面积)，即相当于将人体施加在步行机上的重力减少了一个P×S值，达到减重的效果。对于一定的人来说，S是个定值。所以，人体所受到的举升力的大小与压强差P成正比，又因大气压强Pl为定值，故人体所受到的举升力的大小与气囊内的压强P2有线性关系，气囊内的压强越大，则举升力越大，减重的数值越大。