专利名称：摆动油缸-比例调速阀式等速肌力康复运动装置的制作方法技术领域：本实用新型涉及机械装置设计与制造技术领域，具体的是一种身体康复装置，尤其是一种摆动油缸-比例调速阀式等速肌力康复运动装置。各种运动系统伤病后的病人需要对身体的肌肉功能进行有针对性的康复训练，而这种训练常常需要依靠相应的器械来进行。此外，肌肉功能检查和评价也是康复医学中一项最基本的内容传统的肌肉功能检查包括等长肌力和等张肌力检查；等速肌力测试和训练技术(简称等速技术)是一项新的肌肉功能评价和训练技术。大量的研究表明，等速肌力测试具有较好的精确性和可重复性，等速肌力训练在临床上对各种运动系统伤病的康复训练有着重要的意义，是增强肌力、改善肢体运动功能的一种有效的训练方法。 目前，等速器械分为两大类一类以等速肌力测试为主，通常都配有计算机系统，
除可进行等速肌力测试外，还能进行等速肌力训练，这类器械价格比较昂贵。另一类以等速
肌力训练为主，不带有计算机系统，单用于肌力训练，这类器械价格相对较低，但不能获得
客观的肌力测试数据资料。 人体关节肌腱的主动锻炼一般采用重锤滑轮加载的方式，其产生的阻力矩是恒定 的。但是，由于关节在各运动角度所产生的最大肌力矩是不同的，因此，设定的阻力矩不能 超过康复者关节的最小肌力矩，致使关节得不到充分的锻炼。 理想的肌力康复训练应能使康复者的肌腱在关节运动时的所有角度都能发挥最 大的收縮力，从而得到充分的锻炼，达到好的康复效果。这种训练要求加载装置在关节做主 动发力运动时，在任何角度都能提供实时的顺应性阻力，这种顺应性阻力的大小应与关节 肌力矩始终相等，它的外在表现是关节加速度为零，为等速运动。这种康复运动被康复医学 界称为等速关节肌力康复运动，并被认为是最有效、最科学的肌力康复训练方法。


本实用新型的目的在于，提供一种在医生的指导下、在主动进行的康复训练中能 控制人体关节等速运动的机械装置，该机械装置还能用于连续测定关节位置、关节速度和 关节力矩。该装置应该在计算机控制系统的支持下运行，本实用新型仅涉及等速运动机械 装置，不包含计算机控制系统。 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为 —种摆动油缸-比例调速阀式等速肌力康复运动装置，含有可调摆杆、摆轴、摆动 油缸、四个内置单向阀、比例调速阀、大皮带轮、小皮带轮、轮座、编码器连接体以及集成土央， 其特征是，还设有光电编码器和压力变送器； 可调摆杆采用可伸縮的套管结构，由旋纽进行固定，可调摆杆的一端设有搭扣，另 一端设有方孔，方孔套在摆轴的方头上与摆轴连接，传递扭矩和转动；摆轴的中部设有平 键，将可调摆杆的扭矩和转动传递到摆动活塞上；与键槽相邻的两个轴段为起支承作用的滑动轴颈，其上开有槽，槽内嵌入防渗漏密封圈； 摆动活塞紧固在摆轴上，紧固螺钉穿过平键拧入摆轴；摆动活塞与摆轴结合的部 位开有键槽，平键嵌入键槽以传递扭矩；在摆轴的中部固定有一个大皮带轮以将摆轴的转 动通过齿形同步皮带传递到小皮带轮；小皮带轮套装在轮座上，轮座与集成块固定连接； 小皮带轮外端的孔中插有光电编码器的转轴，并用平头紧定螺钉顶紧转轴，使之与小皮带 轮一起转动； 光电编码器以其定位凸台插入编码器连接体的小端孔中进行定位，并以螺钉固 定于编码器连接体上；编码器连接体大端有大孔，大孔与小端孔同轴，与轮座相配，确保编 码器连接体与轮座同轴，保证光电编码器与小皮带轮同轴，使光电编码器的转轴能灵活转 动； 摆动油缸位于底座中部，油缸的两端各设一个油缸盖，盖内垫有"0"型密封圈，油
缸盖的内平面形成油缸的侧平面，油缸盖的中心有孔，摆轴的轴颈置于孔中，由"O"型密封
圈密封；摆动油缸内设有隔离块，隔离块将摆动油缸分割成高压和低压两个腔； 四个单向阀内置，分别设置于底座和集成块中；比例电磁铁是比例调速阀的组成
部分，与比例调速阀设置在一起；底座和集成块内设有将各个阀与摆动油缸连接起来的油
液通路，底座下部设有安装孔，底座和集成块通过安装孔安装在机座上，外加罩壳，成为不
含计算机控制系统的比例调速阀式等速肌力康复运动装置。 所述可调摆杆的搭扣为尼龙搭扣软带或皮带。 所述的光电编码器设有分辨力高于2000脉冲/转的转轴。 所述的单向阀为钢珠_弹簧_锥面座结构的单向阀。 所述滑动轴颈上的槽内设置有密封圈。 所述的小皮带轮通过其内孔中的尼龙套装在轮座上。 在摆轴的中部采用锥头紧定螺钉固定大皮带轮。 本实用新型是一种运用自动稳定油液流量的调速阀实现等速运动的装置，当康复 训练者的肢体绕关节做主动的旋转运动时，通过与肢体固定的可调摆杆带动摆轴转动，使 固联于其上的摆动活塞转动；假如摆动活塞顺时针转动使摆动油缸的左腔容积减小(右腔 容积则相应增大，见附图l)，充盈左腔中的液态油被挤压，经第一单向阀进入比例调速阀， 比例调速阀由减压阀与节流阀串联组成，由节流阀调节流过比例调速阀的油液流量；由减 压阀自动调整油在阀口的流动阻力，起稳定流量的作用。节流阀的开口度受到流经比例电 磁铁的电流的控制，电流的大小与过流量的大小成正比例。由于比例调速阀的性能好，其阀 口的调节非常灵敏、迅速而精确；加上减压阀对流量的稳定作用，比例调速阀的油液流量可 得到精确的控制，从而使关节的角速度受到精确控制。高压油流出调速阀后压力急骤降低， 成为低压油，然后通过第二单向阀流至摆动油缸的右腔。当关节反向转动时，摆动轴带动摆 动活塞反方向转动，过程与上述类似，所不同的是油的流动方向相反，由摆动油缸的右腔向 左腔挤压，经第三单向阀流过比例调速阀，然后通过第四单向阀流至摆动油缸左腔。四个单 向阀在油路中起整流的作用(见附图3)，保证油液流经比例调速阀的方向始终不变。 本实用新型的可调摆杆与人体康复关节的肢体相连接，与关节的转动同步转动。 可调摆杆转动时通过皮带轮使编码器轴转动，编码器发出的脉冲讯号通过电路接口进入计 算机控制系统，得到瞬时的关节角位置和角速度；大皮带轮带小皮带轮传动的增速作用可以提高测量的灵敏度和分辨力。压力变送器通过孔道与受挤压的液态油联通，测量油的压 力，并以电流信号通过电路接口传入计算机，可以得到瞬时的关节肌力矩。关节角位置、相 应于各角位置的角速度以及肌力矩，这三个参数对评价关节肌力康复状况具有重要的科学 意义。 本实用新型所述的等速肌力康复运动的"等速"有如下特性监测关节的角速度， 将其与康复医生设定的速度作比较①如果关节的角速度高于设定速度，说明肌力矩高于 阻力矩，可减小控制系统输入比例调速阀的电流，于是，阀口减小，液态油流动的阻力增加， 关节运动抗力增大，使关节速度下降到设定值。②如果关节的角速度低于设定速度，说明肌 力矩低于阻力矩，可加大控制系统输入比例调速阀的电流，使阀口开大，液态油流动的阻力 减小，关节运动抗力下降，使速度上升到设定值。③关节的角速度一旦达到要求值，电流便 相对稳定下来，比例调速阀内的减压阀就会起自动调节作用以稳定油液流量，从而稳定关 节角速度。假如减压阀对速度稳定的调节精度不够高，则由控制系统微调电流，以微调节流 阀的开口来保证速度稳定的调节精度。 以上过程是连续的，保证受康复训练的关节在任何角位置都以要求的速度转动， 达到"等速"的效果。本实用新型的力学本质是阀口过油的阻力时刻受到调节，产生与关 节肌力矩相等的阻抗力矩。
本发明的积极效果是 (1)提供了一种等速肌力康复训练机械装置，它以可调的阀口过油阻力来产生与 关节肌力矩相等的顺应性阻抗力矩，能产生的阻力矩范围大，不仅适合伤病人员肌力的恢 复训练，而且也适合竞技运动员增强肌力的训练。 (2)结构简单，零部件不到30件，用单片机即可控制，如增加与微机的通讯，则可 记录和显示训练的生理数据。 (3)制造成本低，全部制造费用(以2008年的物价计算)可控制在7000元以内， 易于推广应用。


附图1为本实用新型摆动油缸
比例调速阀式等速肌力康复运动装置的结构示意
附图2为图1中A-A方向的结构剖视附图3为本实用新型摆动油缸-比例调速阀式等速肌力康复运动装置的工作原理 图中的标号分别为 1、旋纽， 4、密封圈， 7、安装孔， 10、摆轴， 13、集成块， 16、尼龙套， 19、编码器连接体，
2、可调摆杆， 3、大皮带轮，
5、平键， 6、底座，
8、"0"型密封圈，9、油缸盖，
11 、比例调速阀，12、比例电磁铁，
14、压力变送器，15、轮座，
17、小皮带轮， 18、平头紧定螺钉，
20、光电编码器，21、第一单向阀，[0039] 22、第四单向阀， 23、第二单向阀，24、第三单向阀， 25、隔离块， 26、摆动油缸， 27、摆动活塞，[0041] 28、齿形同步皮带，29、锥头紧定螺钉。


以下结合附图给出本实用新型摆动油缸_比例调速阀式等速肌力康复运动装置
的
。 参见附图l。 —种摆动油缸-比例调速阀式等速肌力康复运动装置，包含可调摆杆2、摆轴10、摆动油缸26(包含底座6)、四个内置单向阀、比例调速阀11、大皮带轮3、小皮带轮17、轮座15、编码器连接体19、集成块13，以及光电编码器20和压力变送器14。[0045] 可调摆杆2(见附图1)采用二节可伸縮的套管结构，可根据被训练者肢体的长度进行相应调节，调整后以旋纽1固定；可调摆杆2的一端设有用尼龙软带或皮带构成的搭扣，用于将可调摆杆2与被训练者的肢体进行固定，可调摆杆2的另一端设有方孔，套在摆轴10的方头上与摆轴IO连接，用以传递扭矩和转动；当被训练者的肢体摆动，关节转动时，可调摆杆2能随之转动。 可调摆杆2通过方孔与摆轴10连接，所以，当可调摆杆2转动时，摆轴10随之同步转动。摆轴10的中部设置有平键5，用以将可调摆杆2的扭矩和转动传递到摆动活塞27(的摆动叶片)上；与键槽相邻的两个轴段为起支承作用的滑动轴颈，其上开有槽，设置有密封圈4 ;摆动活塞27(的摆动叶片)与摆轴10分体制造，通过两条螺钉紧固在摆轴10上，螺钉穿过平键5的孔拧入摆轴10 ;摆动活塞27(的摆动叶片)与摆轴10的结合部有相同的半径，能紧贴摆轴10表面，在结合部开有键槽，平键5嵌入其中以传递扭矩；摆轴10的中段用锥头紧定螺钉29固定一个大皮带轮3，用以将摆轴10的转动通过齿形同步皮带28传递到小皮带轮17。 小皮带轮17的内孔镶有一个尼龙套16，小皮带轮17通过尼龙套16安装在轮座15上，可灵活地转动；轮座15用螺钉固定在集成块13的侧平面；小皮带轮17外端与尼龙套同轴的孔中插入光电编码器20的转轴，用平头紧定螺钉18顶紧转轴，使之与小皮带轮一起转动。 采用专业厂生产的、分辨力高于2000脉冲/转的光电编码器20，光电编码器20以其定位凸台插入编码器连接体19的小端孔中进行定位，并采用螺钉固定在编码器连接体19上；编码器连接体19大端有大孔，大孔与小端孔同轴，与轮座15相配，确保编码器连接体19与轮座15同轴，也保证光电编码器20与小皮带轮17同轴，使光电编码器20的转轴能灵活转动。 摆动油缸26(见附图2)位于铸铁制成的底座6中部，两端各有一个油缸端盖20，盖内垫有"O"型密封圈8，油缸盖9的内平面形成油缸的侧平面，油缸盖9的中心有孔，与摆轴轴颈相配合起滑动轴承的作用，摆轴10的支承轴颈置于孔中，由"O"型密封圈8密封，防止油的渗透；摆动油缸26内设有扇形的隔离块25，其外径与摆动油缸26的内径相同，其内径与摆轴10的外径相同，通过螺钉固定在缸壁上，将摆动油缸26分成高压和低压两个腔。[0050] 第一单向阀21、第二单向阀23、第三单向阀24和第四单向阀22为钢珠-弹簧-锥面座结构的单向阀，分别设置于底座6和集成块13中，锥面座加工于底座6和集成块13内，钢珠和弹簧设置在锥面座的大端，以螺塞形式顶住并将孔密封。 比例调速阀11采用市场有供应的专业厂商生产的产品，用螺钉固定在集成块13的表面；比例电磁铁12是比例调速阀11的组成部分，应与比例调速阀11安装在一起；底座6和集成块13内设有由钻孔加工形成的油液流动的通路，它们是整个装置的"血管"系统，将各个阀与油缸19连接起来。 四个单向阀在油路中起整流作用(见附图2)。在康复训练中，当关节作伸展转动和曲屈转动时，受摆动活塞27推挤的油液流出和流回摆动油缸26的方向恰好相反，但比例调速阀11的入油口是不允许油液反向流动的，单向阀整流回路的作用就是保证油液流经比例调速阀11的方向始终不变。 以上所述的所有元件和零件，除可调摆杆2外，均安装于集成块13的里面或表面。底座6的下部设有安装孔7，底座6和集成块13通过安装孔7可安装在任何机座上，外加罩
壳，成为不含计算机控制系统的比例调速阀式等速肌力康复运动装置。[0054] 参见附图3。 在底座6和集成块13中设有第一单向阀21、第二单向阀23、第三单向阀24和第四单向阀22和比例调速阀11 ，油液的流动阻力以一个比例调速阀11阀口的开度来调节，阀口的开度受输入比例电磁铁12电流大小的控制。以四个内置的钢珠-弹簧-锥面座结构的单向阀对油液的流动方向起整流作用，保证流经比例调速阀ll阀口的油流方向不变。以压力变送器14检测受挤油液的压力，间接测定关节的肌力矩，受推挤的油液通过底座6和集成块13内的通路进入压力变送器14。 在康复训练中，训练者的肢体绕关节做主动的伸展转动和曲屈转动，通过与肢体固定的可调摆杆2带动摆轴10移动，使与之嵌接的摆动活塞27作轴向移动，并推挤摆动油缸26中的油液；假如摆动活塞27向左移动使摆动油缸26左腔容积减小(右腔容积则相应增大)，充盈左腔中的液态油被挤压，经第一单向阀21进入比例调速阀ll，比例调速阀11阀口的通流面积受到流经比例电磁铁12电流的控制，是不允许油液反向流动的当电流大时，比例调速阀11的开口大，油的流动阻力小；当电流小时，比例调速阀11的开口小，油的流动阻力大。由于比例调速阀11的性能好，其阀口的调节非常灵敏、迅速而精确；高压油流出阀口时，压力急骤降低，成为低压油，然后通过第二单向阀23流至油缸的右腔。当关节反向转动时，摆轴IO带动摆动活塞27反方向转动，过程与上述类似，所不同的是油的流动方向相反，由摆动油缸26的右腔向左腔挤压，经第三单向阀24流经比例调速阀ll，然后通过第四单向阀22流至摆动油缸26的左腔。单向阀整流回路的作用就是保证油液流经比例调速阀11的方向始终不变。