一种膝关节训练装置的制作方法

本实用新型属于医疗康复器械技术领域，涉及一种膝关节训练装置。

背景技术：

以往的膝关节锻炼器，只是进行膝关节的屈伸锻炼，没有考虑到旋转中心匹配不良导致的膝关节在活动过程中出现关节表面产生异常的表面速度，迫使关节面某些部分紧压，而另一部分分离，增加了表面的摩擦和机械性摩损，这增加了患者的疼痛，不利于膝关节功能恢复。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种膝关节训练装置，避免了因为旋转中心匹配不良导致的膝关节在活动过程中出现的表面的摩擦和机械性摩损问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种膝关节训练装置，包括支撑架、动力装置、两块股骨固定板和两块胫骨固定板，动力装置设置安装在支撑架上，两块股骨固定板通过固定板连接架连接，其中一块股骨固定板与支撑架固定连接；

两块胫骨固定板位于两块股骨固定板之间，胫骨固定板与股骨固定板通过连接杆连接，连接杆贯穿了胫骨固定板与股骨固定板；其中一块胫骨固定板通过传动杆与动力装置连接；

在两块股骨固定板上均开有弧形槽，弧形槽作为导轨，在连接杆的两端安装有滚轮，滚轮与弧形槽形成导轨滑轮机构。

进一步，两块股骨固定板各设置于患者大腿一侧，两块胫骨固定板各设置于患者小腿一侧。

进一步，动力装置包括电机和传动齿轮组，电机通过传动齿轮组与传动杆连接。

进一步，股骨固定板与胫骨固定板均为扇形板。

进一步，在其中一块股骨固定板的圆心端开有圆孔，传动杆一端穿过圆孔伸至胫骨固定板处，并与胫骨固定板连接。

进一步，在两块股骨固定板的一侧直角边上设有固定连接孔，该侧直角边与患者的大腿接触；

在两块胫骨固定板的一侧直角边上设有固定连接孔，该侧直角边与患者的小腿接触。

进一步，弧形槽的内侧预加工有凹槽，滚轮卡在凹槽内。

进一步，连接杆为两根。

进一步，胫骨固定板包括左侧板和右侧板，股骨固定板包括第一侧板和第二侧板，左侧板和右侧板位于一侧，右侧板与第二侧板位于一侧；

第二侧板与传动杆连接，位于第二侧板与右侧板之间的传动杆和连接杆对应的一段长度相同。

进一步，电控装置包括中央控制器和为中央控制器供电的电源，中央控制器包括cpu、角度传感器和驱动电路，角度传感器安装在胫骨固定板上，角度传感器与cpu连接，cpu通过驱动电路与动力装置连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的膝关节训练装置，包括支撑架、动力装置、两块股骨固定板和两块胫骨固定板，两块胫骨固定板位于两块股骨固定板之间，胫骨固定板与股骨固定板之间通过连接杆连接，连接杆贯穿胫骨固定板和股骨固定板，可以将胫骨固定板支撑在股骨固定板之间；股骨固定板上开有一弧形槽，在连接杆末端安装滚轮，滚轮与弧形槽形成导轨滑轮机构，通过滚轮使胫骨固定板与股骨固定板之间可以进行相对的同心圆旋转运动，安装时使股骨固定板与患者大腿固定，胫骨固定板与患者小腿固定，将装置的旋转中心与患者的膝关节旋转中心调试一致，胫骨固定板转动带动膝关节活动，从而避免因为旋转中心匹配不良导致的膝关节在活动过程中出现的表面的摩擦和机械性摩损问题，减轻患者的额疼痛，有利于膝关节恢复，达到膝关节功能锻炼的目的。

进一步，在胫骨固定板和股骨固定板的一侧直角边上开有固定连接孔，使该装置能够与患者的大腿及小腿连接稳定。

进一步，连接杆设计为两根，可以更好地支撑胫骨固定板，同时导向更稳定，受力分布比较均匀。

进一步，连接杆和传动杆位于股骨固定板和胫骨固定板之间的长度相同，保证四块板之间的相对平行。

进一步，电控装置包括中央控制器和电源，中央控制器包括cpu、角度传感器和驱动电路，角度传感器与cpu连接，cpu通过驱动电路与步进电机连接。步进电机为主要执行器件，用于带动传动齿轮，为膝关节提供旋转动力；用户可以通过中央控制器的显示屏输入需要设定的转动角度与速度，cpu在接收到命令后输出控制信号，通过驱动电路控制步进电机转动，同时角度传感器采集当前实际的转角与设定值进行比较，形成反馈控制机制。

附图说明

图1为本实用新型的膝关节训练装置的立体结构图；

图2为本实用新型的膝关节训练装置与患者腿安装好的结构侧视图；

图3为图2的另一种状态对应的结构示意图；

图4为膝关节活动过程的模拟图；

图5为电控装置的原理框图。

其中：1为电机；2为传动齿轮组；3为传动杆；4为固定板连接架；5为支撑架；6为股骨固定板；61为第一侧板；62为第二侧板；7为胫骨固定板；71为左侧板；72为右侧板；8为连接杆；9为滚轮；10为弧形槽；11为固定连接孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型公开的一种膝关节训练装置，包括支撑架5、动力装置、两块股骨固定板6和两块胫骨固定板7；动力装置设置安装在支撑架5上，两块股骨固定板6通过固定板连接架4连接，其中一块股骨固定板6与支撑架5固定连接；两块胫骨固定板7位于两块股骨固定板6之间，两块胫骨固定板7通过连接杆8连接，其中一块胫骨固定板7通过传动杆3与动力装置连接；在两块股骨固定板6上均开有弧形槽10，弧形槽10作为导轨，在连接杆8的两端安装有滚轮9，滚轮9与弧形槽10形成导轨滑轮机构，胫骨固定板7相对股骨固定板6做同心圆旋转运动。

弧形槽10的内侧预加工有凹槽，滚轮9正好卡在凹槽中。连接杆8与滚轮9采用过盈配合，使得连接杆8的位置固定，同时可以起到支撑作用，将两块胫骨固定板7支撑在两块股骨固定板6之间。

胫骨固定板7包括左侧板71和右侧板72，股骨固定板6包括第一侧板61和第二侧板62，左侧板71和右侧板72位于一侧，右侧板72与第二侧板62位于一侧。第二侧板62与传动杆3连接，位于第二侧板62与右侧板72之间的传动杆3和连接杆8对应的一段长度相同，使胫骨固定板7与股骨固定板6之间保留一定的间隙，且保持相对平行。

膝关节的旋转中心不是固定的，随着膝关节的屈伸活动是在不断变化的，但其不同的旋转中心连在一起形成一个半径较小的近圆形，我们找出这个圆的中心，它是相对最接近膝关节所有旋转中心的点，可以认为它是膝关节的旋转中心。需要进行膝关节锻炼的患者膝关节一般屈伸活动都是受限的，我们通过健侧膝关节在3个不同屈伸角度下拍片，通过测量矢状位旋转中心，将其连成一条弧线，在不同部位做此弧线的切线，再做切线的垂线，垂线的交点即为膝关节旋转中心，通过镜像原理确认出该膝关节训练装置的旋转中心，安装膝关节训练装置使其旋转中心与找出的患者的膝关节旋转中心一致。

如图4所示，y轴为胫骨中心线，x轴为胫骨平台关节直线，随着膝屈曲角度不同，正常膝关节瞬时中心(o1、o2、o3)的轨迹是环形的，将o1、o2和o3连城一条弧线，在该弧线不同部位做此弧线的切线，再做切线的垂线，垂线的交点即为膝关节旋转中心，通过镜像原理确认出该膝关节训练装置的旋转中心。

股骨固定板6与胫骨固定板7均为扇形板，扇形板包括弧形边和直角边，直角边与患者的腿接触。

如图2和3所示，两块股骨固定板6各设置于患者大腿一侧，两块胫骨固定板7各设置于患者小腿一侧，在两块股骨固定板6的一侧直角边上设有固定连接孔11，在两块胫骨固定板7的一侧直角边上设有固定连接孔11。患者的腿从固定板连接架4下方穿过，大腿放置在两块股骨固定板6之间，小腿放置在两块胫骨固定板7之间，然后在固定连接孔11内装入固定钢钉，在患者大腿的股骨处及小腿的胫骨处提前预安装有钢针，通过固定螺钉与钢针连接，这样使得股骨固定板6与患者大腿固定连接好，胫骨固定板7于患者小腿连接好。

动力装置包括电机1和传动齿轮组2，电机1通过传动齿轮组2与传动杆3连接，传动杆3一端与一个齿轮连接，另一端创谷股骨固定板6于胫骨固定板7连接，传动杆3与传动齿轮键连接，传动杆3与胫骨固定板7过盈配合，保证传动杆3与胫骨固定板7不发生相对转动，传动杆3转动就能够调动胫骨固定板7转动。电机1具体采用步进电机，其转角精确可控。

如图5所示，电控装置包括中央控制器和电源及供电电路，电源通过供电电路与中央控制器连接，为中央控制器供电。中央控制器包括cpu、角度传感器和驱动电路，角度传感器安装在胫骨固定板上，角度传感器与cpu连接，cpu通过驱动电路与步进电机连接。中央控制器采用液晶触摸显示屏，其上还设置有功能按键。通过功能按键开启和关闭电控装置，角度传感器用于检测胫骨固定板转动的角度。

步进电机为主要执行器件，用于带动传动齿轮，为膝关节提供旋转动力；触摸液晶屏与功能按键为用户操作的输入端，用户可以输入需要设定的转动角度与速度以及定时操作，同时也可实时显示当前系统的状态，如实际转角、当前时间和电量等信息。cpu为系统的主控制器，控制系统中的各组件。用户通过屏幕与功能按键设定转角与速度，然后cpu在接收到命令后输出控制信号，通过驱动电路控制步进电机转动，同时角度传感器采集当前实际的转角与设定值进行比较，形成反馈控制机制。当机械运动幅度超过用户设定值时或用户操作不当时将触发声光报警提醒用户。

如图1所示，用户根据需要设定不同的活动角度，启动电机1，电机1带动传动齿轮组2，传动齿轮组2带动传动杆3转动，从而带动胫骨固定板7运动；胫骨固定板7与股骨固定板6之间通过2根连接杆8连接，股骨固定板6上开有一弧形槽10，通过滚轮9使胫骨固定板7与股骨固定板6之间可以进行相对的同心圆旋转运动，从而形成膝关节的活动，达到膝关节功能锻炼的目的。

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