CN101181175B - 一种肘关节康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种肘关节康复训练装置，用于辅助人体肘关节的康复训练。该装置包括上臂连接杆，上臂支撑架，气动肌肉固定架，气动肌肉，双向拉杆，上下传动杆，前后传动杆，肘传动转轴，前臂支撑架和前臂连接杆。该装置用于模拟人体肘关节自由度，康复训练中能够提供较大的工作空间，使人体肘关节得到辅助训练；采用可穿戴式结构，结构简单，重量轻，能方便地穿着于患者身上，舒适性好，并且直接作用于患肢，因此训练的针对性强，效果好；采用气动肌肉驱动，具有良好的柔顺性和安全性，双气动肌肉驱动，可以达到主/被动运动协调的目的，通过控制气动肌肉的工作压力，达到控制驱动肘关节运动的力和运动的范围，保证训练的多样性和有效性。
Description
技术领域
本发明属于辅助医疗康复训练设备技术领域，具体涉及一种肘关节康复训练装置，该装置能够直接作用于患肢肘关节，可以进行单关节的康复训练。
技术背景
中风是中老年的常见病、多发病，是当今世界对人类危害最大的3种疾病之一。我国每年约有660万中风病患者，随着世界各国相继进入老龄化国家，中风患者势必越来越多。由中风产生的众多患者后遗症中尤以偏瘫居首位。中风所导致的偏瘫，常常对患者本人、家庭造成心理及其它方面的冲击。社会和家庭需要花费极大的代价来治疗和护理这些患者，造成社会资源的极大浪费。偏瘫上肢康复训练的传统治疗方法是治疗师手把手辅助患者进行训练，这种方法存在诸多问题，如：训练效率和训练强度难以保证、训练效果受到治疗师水平的影响、训练过程不具吸引力、患者参与治疗的主动性不够等。因此，寻求有效的康复手段，使患者能够在一定程度上恢复失去的功能，不仅有利于提高患者本身的生活质量，也可以减轻社会的总体负担。在偏瘫上肢康复训练中引入机器人技术，其优点在于，机器人不存在“疲倦”的问题，能够满足不同患者对训练强度的要求，从而把治疗师从繁重的训练任务中解放出来；机器人可以客观记录训练过程中患者患肢各种运动参数，供治疗师分析，以评价治疗的效果；还有，使用机器人技术可以通过多媒体技术为患者提供丰富多彩的训练内容，使患者能够积极参与治疗。
“基于气动肌肉的柔性外骨骼肘关节”(中国专利文献公开号为CN1961848A，公开日为2007年05月16日)采用两根气动肌肉来带动患者肘关节运动，转动关节上安装有扭矩传感器，用来获取运动参数。
但是，该已知基于气动肌肉的柔性外骨骼肘关节的缺点在于：1.其穿戴上以后，与人体关节位置固定，不能适应不同的人群；2.其转动关节与人体肘关节不重合，前臂的运动轨迹不重合，康复时会导致患肢受到强迫伤害；3.气动肌肉的弯曲安装，不利于准确的位置控制和力控制；4.结构没有考虑人体工程学的特点，容易导致康复事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种肘关节康复训练装置，该装置能对患者上肢肘关节进行主/被动康复训练，使用安全，穿戴舒适，便于患肢长时间进行运动功能的康复训练。
本发明提供的肘关节康复训练装置，其特征在于：上臂支撑架包括第一上臂支撑架和第二上臂支撑架，二者的一端均为圆弧形，另一端固定在上臂连接杆的中部；
双向拉杆为V字形，其中部通过第一转轴与上臂连接杆的下部相连，双向拉杆的中部和上下传动杆一端均与第一转轴通过止动螺钉锁紧；上下传动杆的另一端通过第六转轴与前后传动杆的一端连接；前后传动杆的另一端通过肘传动转轴与前臂连接杆相连，肘传动转轴为阶梯形转轴；
第一伸展气动肌肉固定架，第二伸展气动肌肉固定架，第一弯曲气动肌肉固定架，第二弯曲气动肌肉固定架均为
形，其底部装有滚动轴承；第一伸展气动肌肉固定架、第一弯曲气动肌肉固定架的底部分别通过第二、第三转轴与上臂连接杆上部连接；第二伸展气动肌肉固定架、第二弯曲气动肌肉固定架的底部分别通过第四、第五转轴与双向拉杆的两翼连接；
第一前臂支撑架和第二前臂支撑架的一端均为圆弧形，另一端均与前臂连接杆连接，前臂连接杆的一端外伸出一段，与前后传动杆通过肘传动转轴相连。
本发明肘关节康复训练装置根据康复医学理论和人机工程学数据来设计，能对患者上肢肘关节进行康复训练。本发明装置为一个单自由度的关节训练装置，它包络人体大臂和前臂的结构为圆弧形结构，可以有效的支撑人体大臂和前臂，保证穿戴的舒适性。其关节结构设计保证了康复训练装置的转动轴线与人体上肢肘关节转动轴线不重合时不会产生额外的作用力，可以保证很好的训练舒适性。本发明装置能穿着于患者身上，直接作用于肘关节，其关节转动角度为0～120°，训练的针对性强，效果好。采用人工气动肌肉驱动，重量轻，而且柔顺性好，无污染，噪声小，使用安全，两根气动肌肉可以实现主/被动运动，康复效果好。
附图说明
图1为本发明一种肘关节康复训练装置的右视图。
图2为本发明一种肘关节康复训练装置的左视图。
图3为本发明一种肘关节康复训练装置的俯视图。
图4为本发明中气动肌肉固定架的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明肘关节康复训练装置为单自由度，用来模拟人的上肢肘关节自由度。该上肢康复训练机器人装置包络人体上肢骨骼的结构为圆弧形，具有很好的可穿戴性。
如图1和图2所示，本发明所述的肘关节康复训练装置包括上臂连接杆1，上臂支撑架，气动肌肉固定架，气动肌肉，双向拉杆5，上下传动杆6，前后传动杆7，肘传动转轴8，前臂支撑架和前臂连接杆10。
上臂支撑架包括结构相同的第一上臂支撑架2.1和第二上臂支撑架2.2，采用两个支撑架支撑上臂，可以保证上臂的舒适性。如图3所示，第一上臂支撑架2.1的一端为圆弧形，用于支撑上臂部分，其另一端通过螺钉安装在上臂连接杆1的中部。圆弧形上臂支撑架可以很好的与人体上臂贴合，符合人体工程学特点。
双向拉杆5为V字形，中心对称线上钻有轴孔，通过第一转轴依次与上臂连接杆1和上下传动杆6连接。双向拉杆5与第一转轴通过止动螺钉锁紧。
第一伸展气动肌肉固定架3.1、第一弯曲气动肌肉固定架3.2分别通过第二、第三转轴与安装在上臂连接杆1顶部。第二伸展气动肌肉固定架3.3，第二弯曲气动肌肉固定架3.4分别通过第四、第五转轴安装在双向拉杆5的两翼。如图4所示，第一伸展气动肌肉固定架3.1为
形，两侧端钻有螺纹孔，底部装有滚动轴承，减小驱动时候的摩擦。其它三个气动肌肉固定架与第一伸展气动肌肉固定架3.1大小形状一致。
气动肌肉是一种柔性驱动器，当内部充入一定的气体压力时，其长度收缩，直径增大。伸展气动肌肉4.1的两端分别固定在第一伸展气动肌肉固定架3.1和第二伸展气动肌肉固定架3.3上。弯曲气动肌肉4.2的两端分别固定在第一弯曲气动肌肉固定架3.2和第二弯曲气动肌肉固定架3.4上。
如图2所示，上下传动杆6一端通过止动螺钉与第一转轴固定连接，另一端通过第六转轴与前后传动杆7的一端连接，二者可以相对转动。上下传动杆6的作用是将上部气动肌肉的转矩依次通过第一转轴、第六转轴传递到前后传动杆7。如图1所示，前后传动杆7另一端通过肘传动转轴8与前臂连接杆10相连，从而将上臂和下臂连接成为一个整体。肘传动转轴8为阶梯形转轴，起传动作用。
前臂支撑架包括第一前臂支撑架9.1和第二前臂支撑架9.2。如图3所示，第一前臂支撑架9.1支撑人体前臂部分为圆弧形，可以很好的与人体上臂贴合，符合人体工程学特点。第二前臂支撑架9.2形状与第一前臂支撑架9.1一致。第一前臂支撑架9.1和第二前臂支撑架9.2分别通过螺钉与前臂连接杆10的二端部连接。前臂连接杆10的一端外伸出一段，与前后传动杆7通过肘传动转轴8相连，该结构可以保证肘传动转轴8的中心线偏离人体肘关节的转动中心线，气动肌肉产生的拉力可以对人体肘关节产生转矩，从而辅助康复训练。
本发明的具体实施过程如下：该肘关节康复训练装置为单自由度的康复训练装置，与人体肘关节的自由度吻合。柔性驱动器气动肌肉用来模拟人体上肢肌肉的运动和力。当人体前臂处于伸展状态时，伸展气动肌肉4.1处于收缩状态，弯曲气动肌肉4.2处于伸长状态。当弯曲气动肌肉4.2内部压力增加，伸展气动肌肉4.1内部压力减小时，人体上肢前臂绕肘关节转轴转动，控制弯曲气动肌肉4.2内部的气体压力的大小和充气速度，可以控制肘关节的转动角度和转动加速度。肘关节的转动角度由弯曲气动肌肉4.2的长度和最终压力决定。当伸展气动肌肉4.1内部压力增大，弯曲气动肌肉4.2内部压力减小时，人体上肢前臂外伸。通过控制伸展气动肌肉4.1和弯曲气动肌肉4.2的内部压力，控制肘关节的伸展和弯曲运动。通过辅助的往复运动，可以逐渐恢复轴关节的运动神经功能，同时锻炼上肢控制肘关节运动的肌肉群。通过这样的训练过程，逐步实现患肢的康复。
本发明不仅局限于这一个实施例，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种肘关节康复训练装置，其特征在于：
上臂支撑架包括第一上臂支撑架(2.1)和第二上臂支撑架(2.2)，二者的一端均为圆弧形，另一端固定在上臂连接杆(1)的中部；
双向拉杆(5)为V字形，其中部通过第一转轴与上臂连接杆(1)的下部相连，双向拉杆(5)的中部和上下传动杆(6)一端均与第一转轴通过止动螺钉锁紧；上下传动杆(6)的另一端通过第六转轴与前后传动杆(7)的一端连接；前后传动杆(7)的另一端通过肘传动转轴(8)与前臂连接杆(10)相连，肘传动转轴(8)为阶梯形转轴；
第一伸展气动肌肉固定架(3.1)，第二伸展气动肌肉固定架(3.3)，第一弯曲气动肌肉固定架(3.2)，第二弯曲气动肌肉固定架(3.4)均为
形，其底部装有滚动轴承；第一伸展气动肌肉固定架(3.1)的底部通过第二转轴与上臂连接杆(1)上部连接，第一弯曲气动肌肉固定架(3.2)的底部通过第三转轴与上臂连接杆(1)上部连接；第二伸展气动肌肉固定架(3.3)的底部通过第四转轴与双向拉杆(5)的一个翼连接，第二弯曲气动肌肉固定架(3.4)的底部通过第五转轴与双向拉杆(5)的另一个翼连接；
第一前臂支撑架(9.1)和第二前臂支撑架(9.2)的一端均为圆弧形，另一端均与前臂连接杆(10)连接，前臂连接杆(10)的一端外伸出一段，与前后传动杆(7)通过肘传动转轴(8)相连。
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