[发明专利]一种康复训练用智能跑步机

说明书

本发明公开了一种康复训练用智能跑步机，属于医疗康复设备领域，包括跑步机本体、悬吊装置、计算机、控制面板、摄像头、投影仪、计算机和机电控制、动作引导、数据采集等硬件模块。本发明基于行走台面可俯仰‑侧倾的跑步机，结合减重悬吊、虚拟现实、步态分析功能，实现患者在不同康复阶段半自主进行下肢相关康复训练与评估。在控制面板设置的康复训练模式下，悬吊装置自动调整减重量，跑台进入指定运转模式。患者经动作引导，完成相应的康复训练任务。在训练过程中，患者的动作信息通过相关传感器采集，经数据采集模块，由计算机分析得出患者的步态参数。再结合设置的康复训练模式、康复效果评估模型，得出对康复训练效果的量化评估。

技术领域

本发明属于医疗康复设备领域，涉及一种康复训练用智能跑步机，本发明还涉及一种人体减重悬吊装置。

背景技术

对于下肢功能障碍患者，大量临床研究证实，减重步行训练是进行康复治疗的重要手段之一。在进行减重步行训练时，患者需要根据自身康复情况卸载部分自重减少而对下肢产生的多余载荷。对于绳索式悬吊减重的解决方案，主要包括静平衡被动减重、配重块被动减重、弹簧被动减重、恒拉力被动减重、电控主动减重。其中，静平衡被动减重没有考虑步行训练中人体重心的竖直运动，不利于患者正常步态的恢复。配重块被动减重由于添加了配重块，改变了系统的惯性，不符合患者正常步态情景。弹簧被动减重可能导致在人体重心竖直运动过程中，减重力发生较大变化，而且不易调节给定减重力。恒拉力被动减重虽然可以通过恒拉力机构在重心竖直运动范围内提供给定的恒减重力，但是无法在减重过程中对人体运动产生的动载荷进行补偿。电控主动减重结合恰当的执行机构虽然可以解决恒力减重与动载荷补偿问题，但是没有解决患者在康复训练中，人体相对于跑步机的前后移动导致绳索方向与竖直方向倾斜导致的绳索拉力与等效竖直减重力不等的问题。

在“项升.悬吊式宇航员低重力模拟系统动力学建模及控制分析[D].哈尔滨工业大学,2015.”中提出了一种悬吊式宇航员低重力模拟系统，其中采用二维随动系统，使悬吊绳跟随人员移动，并沿竖直方向提供减重力，解决了上述问题。但是设备结构复杂，造价昂贵且需要单独人体位置测量系统，不利于在商业跑步机场景中应用。

现有智能跑步机除具备一般跑步机的功能外，还具有心率检测、血氧检测、足底压力检测、图像检测其中几项功能，各功能间相对独立，无法针对下肢功能障碍康复进行智能化的应用。

在申请号为201110315937.4的发明专利中公开了一种智能化跑步机，可以实时检测用户的心率与足底压力分布，并在自适应和心率两种模式下工作，使跑步机坡度、速度按照用户实时训练情况调节。但是上述发明只是针对健身领域，无法整合各类检测信息应用于康复，不能完全符合下肢功能康复的应用场景。在申请号201811637491.5的发明专利中公开的一种基于虚拟场景共享的跑步机及其健身方法，在申请号201711384448.8的发明专利中公开的一种基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统，虽然应用各类检测信息对跑步机进行了智能化的控制，但是也没有整合应用于下肢功能康复的应用场景。与实际需求的下肢功能康复的应用场景相比，上述两发明没有具体结合减重悬吊装置，无法在不同减重量、不同跑步机俯仰-侧倾角度和其动态变化条件下，采用引导-视觉-压力传感的多模态方式获取患者动作情况。

发明内容

本发明提供的康复训练用智能跑步机，是一种针对下肢功能障碍患者引导-训练-评估的集成化康复设备。通过功能集成化的设计提供了这类康复训练所需的专门化装备。

本发明采用的技术方案为：一种康复训练用智能跑步机，主要由连接坡道1、跑步机外框2、跑步机内框3、扶手吊架4、悬吊装置5、计算机6、控制面板7、摄像头8、投影仪9和附属于计算机6的机电控制模块、动作引导模块、数据采集模块等硬件模块组成；