CN103976852B - 一种肘部康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肘部康复训练装置，包括气动肌肉、第三臂杆、第二臂杆、第一套筒、第二套筒、第一臂杆、第一传动带、滑轮组、连接杆、第一滑轮、第二传动带、第一套圈及第二套圈，滑轮组包括同轴连接的第二滑轮及第三滑轮，连接杆的两端分别固定于第一套圈的内侧及第二套圈的内侧，连接杆上设有挡块。本发明传动结构简单、重量轻，可用于任意患者肢体功能的恢复。

Description

一种肘部康复训练装置

技术领域

本发明属于辅助医疗康复训练设备技术领域，涉及一种训练装置，具体涉及一种肘部康复训练装置。

背景技术

2006年第二次全国残疾人抽样调查结果表明我国是残疾人数最多的国家：现有各类残疾人总数已达8296万，占全国总人口的比例超过6％，其中肢体残疾人数超过2412万人。此外，我国现幸存中风病人700万，其中450万病人不同程度丧失劳动力和生活不能自理，致残率高达75％，而且我国每年约增加200万中风病患者，每年中风病人死亡120万。肢体残疾常常对患者本人、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，造成社会成本的极大浪费。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。

目前国内外研究表明，大脑的神经系统具有可塑性，大脑运动神经功能的萎缩源于长期的不运动，然而通过治疗，能够恢复受损后的运动神经功能，而且90％的中风患者可恢复其步行能力和生活自理能力，有些还能恢复工作能力。此外，中风病患者的功能恢复常与病程有关。如果中风以后的三个月内能采取有效的康复措施，那么患者功能恢复效果好。三个月以后因挛缩形成，中风损伤的恢复过程会变慢，但患者运动功能恢复的潜力不应忽视，只要坚持康复训练，仍可有不同程度的改善。目前对于中风造成的后遗症，如偏瘫等的治疗，主要是运动康复训练，而且在挛缩发生以前进行康复训练，可以取得更好的效果，恢复得也更快。所以对于中风病患者，应在早期介入康复训练，此时患者处于软瘫期，这一阶段的训练可以降低致残率，提高功能恢复的几率和效果。

目前国内外的康复训练主要由专业的医护人员完成，存在以下主要问题：

(1)训练的力度、速度都凭经验来完成，对康复训练效果的评估不利；

(2)康复医护人员目前很缺乏，而中风患者数量众多，难以实现及时有效的一对一长期治疗；

(3)康复训练受到不同医护人员自身的影响，治疗效果难以得到保证；

(4)康复过程不具有吸引力，不利于心理治疗；

(5)康复的效果难以量化，不利于改进康复过程。

所以，单纯的依靠医护人员来进行康复训练，难以保证康复的及时性和有效性。而采用机器人来辅助康复训练，则可以有效地解决上述问题，其优点主要体现在以下几个方面：一方面，能给患肢提供长期的、精确的、量化的运动刺激；能建立一种具有实时反馈功能的训练环境，使患者易于了解与患肢的运动学、动力学及生理学有关的各种信息，进而提高康复训练的自信心，增强康复训练效果。另一方面，康复机器人可看成是康复医师的“第三只手”，从而摆脱康复医师与患者“一对一”的训练模式，使社区和家庭康复医疗成为可能。

因此，康复训练机器人的研制及其产品化，对于提高患者的健康质量、减轻社会负担具有重要的实际意义。各种原因导致肢体运动障碍的患者很多，随着生活水平的提高，对康复治疗的需求也会越来越大，康复机器人将有很好的市场前景。康复训练机器人成果的转化可能会带动一个新兴的机器人产业的发展，这将对国民经济的发展发挥重要作用。

尽管通过机械装置辅助康复训练具有明显的优势，并且已经取得了比较好的效果，但现有的康复训练装置仍然存在着许多不足。首先，现有的康复装置通常采用电动传动的方式，驱动方式柔性差，安全性较低；其次，现有的康复装置的传动结构复杂，体积较大，患者从生理上和心理上难以接受机器康复装置训练的模式；再次，现有的穿戴式的康复装置通常比较重，增大了对患者肢体的压迫，存在安全隐患，不利于患者康复；最后，现有的普通康复装置训练模式单一，通常只能实现手臂固定转速的屈伸或扭转，无法针对不同的康复训练期提供有效的训练。目前上肢康复训练装置结构基本上可以分成两类，一类是末端引导式，一类是外骨骼式。外骨骼式的康复机器人具有能完全确定患肢的形位以及通过合理的结构设计避免过度拉伸而伤害患肢的优点，因而目前已经成为设计具有人体工程学特点的康复训练装置的首选结构。目前国内在康复装置的结构设计方面已有部分实验性样机，然而在运动的柔顺性、可穿戴性以及安全性方面还存在一定的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种肘部康复训练装置，该装置传动结构简单、重量轻、柔韧性好，可用于任意患者肢体功能的恢复。

为达到上述目的，本发明所述的肘部康复训练装置包括气动肌肉、第三臂杆、第二臂杆、第一套筒、第二套筒、第一臂杆、第一传动带、滑轮组、连接杆、第一滑轮、第二传动带、第一套圈及第二套圈，滑轮组及气动肌肉固定在第三臂杆上，滑轮组包括同轴连接的第二滑轮及第三滑轮，第一臂杆的一端固定于第二臂杆的一侧，第一套筒及第二套筒固定于第二臂杆的另一侧，第一套圈与第一套筒活动连接，第二套圈与第二套筒活动连接，第一套圈与第一套筒之间以及第二套圈与第二套筒之间均设有扭簧，第一套圈上设有环形凹槽，第一滑轮与第一臂杆的另一端相连接，第一传动带的一端固定于气动肌肉上，第一传动带的另一端经第二滑轮固定于第三臂杆上，第二传动带的一端固定于第三滑轮上，第二传动带的另一端经第一滑轮固定于第一套圈上的环形凹槽内，连接杆的两端分别固定于第一套圈的内侧及第二套圈的内侧，连接杆上设有挡块。

所述第二滑轮与第三滑轮的角速度相同。

所述第一套圈与第一套筒之间通过滚动轴承相连接。

所述第二套圈与第二套筒之间通过滚动轴承相连接。

还包括弹簧，第一传动带的另一端经第二滑轮及弹簧后固定于第三臂杆的侧面。

所述气动肌肉、第三臂杆、第二臂杆、第二滑轮、第三滑轮及用户的小臂质量之间的关系为：

$\frac{F}{x}>16.333(3.05+m)---\left(1\right)$

其中，F为气动肌肉所需提供的最小力、X为第二滑轮的直径与第三滑轮的直径之间的比值，L为气动肌肉的收缩量，为第一套圈及第二套圈与连接杆扭转角度,m为患者的小臂质量，Θ为第三臂杆与第二臂杆所在直线所夹的锐角。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的肘部康复训练装置包括气动肌肉、第一传动带、第二传动带、滑轮组、第一套圈及第二套圈，第一套圈及第二套圈之间通过连接杆相连接，连接杆上设有挡块，使用时，患者将小臂穿过第一套圈及第二套圈，气动肌肉通过第一传动带带动滑轮组内的第二滑轮转动，第二滑轮带动第三滑轮转动，第三滑轮通过第二传动带带动第一套圈及第二套圈转动及旋转，第一套圈及第二套圈带动患者的小臂扭转及屈伸，传动方式简单，安全可靠，有效的降低了肘部康复训练装置的重量。同时可以根据患者小臂的恢复情况调整第二滑轮与第三滑轮的尺寸，适用于各种恢复期的患者。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明未安装第一传动带9及第二传动带10时的结构示意图。

其中，1为第三臂杆、2为第三滑轮、3为第二滑轮、4为气动肌肉、5为第一臂杆、6为第二臂杆、71为第一套圈、72为第二套圈、8为第一滑轮、9为第一传动带、10为第二传动带、11为连接杆、12为挡块、131为第一套筒、132为第二套筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明所述的肘部康复训练装置包括气动肌肉4、第三臂杆1、第二臂杆6、第一套筒131、第二套筒132、第一臂杆5、第一传动带9、滑轮组、连接杆11、第一滑轮8、第二传动带10、第一套圈71及第二套圈72，滑轮组及气动肌肉4固定在第三臂杆1上，滑轮组包括同轴连接的第二滑轮3及第三滑轮2，第一臂杆5的一端固定于第二臂杆6的一侧，第一套筒131及第二套筒132固定于第二臂杆6的另一侧，第一套圈71与第一套筒131活动连接，第二套圈72与第二套筒132活动连接，第一套圈71与第一套筒131之间以及第二套圈72与第二套筒132之间均设有扭簧，第一套圈71上设有环形凹槽，第一滑轮8与第一臂杆5的另一端相连接，第一传动带9的一端固定于气动肌肉4上，第一传动带9的另一端经第二滑轮3固定于第三臂杆1上，第二传动带10的一端固定于第三滑轮2上，第二传动带10的另一端经第一滑轮8固定于第一套圈71上的环形凹槽内，连接杆11的两端分别固定于第一套圈71的内侧及第二套圈72的内侧，连接杆11上设有挡块12，第二滑轮3与第三滑轮2的角速度相同，第一套圈71与第一套筒131之间通过滚动轴承相连接，第二套圈72与第二套筒132之间通过滚动轴承相连接，第一传动带9的另一端经第二滑轮3及弹簧后固定于第三臂杆1的侧面。

所述气动肌肉4、第三臂杆1、第二臂杆6、第二滑轮3、第三滑轮2及用户的小臂质量之间的关系为：

$\frac{F}{x}>16.333(3.05+m)---\left(1\right)$

其中，F为气动肌肉4所需提供的最小力(单位:N)、X为第二滑轮3的直径与第三滑轮2的直径之间的比值(X>1)，L为气动肌肉4的收缩量(单位:cm)，为第一套圈71及第二套圈72与连接杆11扭转角度,(单位:°),m为患者的小臂质量(单位:kg)，Θ为第三臂杆1与第二臂杆6所在直线所夹的锐角(单位:°)。

公式(1)为气动肌肉4所需要能提供的力与第二滑轮3的直径与第三滑轮2的直径比之商与小臂质量的关系，气动肌肉4所需要能提供的力(N)是3.05与小臂质量(kg)之和乘以16.333倍的半径比。

公式(2)为在以气动肌肉4最大收缩量为50mm时，第二滑轮3的直径与第三滑轮2的直径比与小臂屈伸的最大角度的关系。

公式(3)为气动肌肉4收缩量与第二滑轮3的直径与第三滑轮2的直径比之积与第一套圈及第二套圈相对于连接杆的扭转角度和屈伸角度的关系，气动肌肉4收缩量与第二滑轮3的直径与第三滑轮2的直径比之积小于等于87.965mm时处于扭转状态，气动肌肉4收缩量与半径比之积为小臂扭转角度的0.9774倍。当气动肌肉4收缩量与第二滑轮3的直径与第三滑轮2的直径比之积大于87.965mm时处于屈伸状态。

本发明的具体工作过程为：

将患者的小臂固定在第一套圈71及第二套圈72上，气动肌肉4收缩时，气动肌肉4通过第一传动带9带动第二滑轮3转动，第二滑轮3的角速度与第三滑轮2的角速度相同，第二滑轮3的转动带动第三滑轮2转动，第二传动带10的一端固定于第三滑轮2上，从而使第二传动带10向第三滑轮2上缠绕，进而通过第二传动带10带动第一套圈71转动，由于患者的小臂固定在第一套圈71及第二套圈72上，因此第一套圈71及第二套圈72的转动带动小臂扭转，当第一套圈71与第二套圈72转动到一定角度时，挡块12受到第二臂杆6的限位，从而使第一套圈71与第二套圈72不能转动，第二传动带10带动第二臂杆6、第一套圈71、第二套圈72及患者的小臂绕着第二臂杆6与第三臂杆1之间的连接轴旋转，从而实现患者小臂的扭转，当气动肌肉4在放松的过程中，第二臂杆6、第一套圈71、第二套圈72及患者的小臂在重力的作用下绕着第二臂杆6与第三臂杆1之间的连接轴反方向旋转，当第二臂杆6恢复到原始状态时，第二臂杆6不在旋转，气动肌肉4继续放松，第一套圈71及第二套圈72在扭簧的作用下反方向转动，当气动肌肉4停止放松时，第一套圈71及第二套圈72恢复的原始状态，从而实现患者小臂的康复训练。

Claims (6)

1.一种肘部康复训练装置，包括气动肌肉(4)、第三臂杆(1)、第二臂杆(6)、第一套筒(131)、第二套筒(132)、第一臂杆(5)、第一传动带(9)、滑轮组、连接杆(11)、第一滑轮(8)、第二传动带(10)、第一套圈(71)及第二套圈(72)，气动肌肉(4)固定在第三臂杆(1)上，其特征在于，滑轮组固定在第三臂杆(1)上，滑轮组包括同轴连接的第二滑轮(3)及第三滑轮(2)，第一臂杆(5)的一端固定于第二臂杆(6)的一侧，第一套筒(131)及第二套筒(132)固定于第二臂杆(6)的另一侧，第一套圈(71)与第一套筒(131)活动连接，第二套圈(72)与第二套筒(132)活动连接，第一套圈(71)与第一套筒(131)之间以及第二套圈(72)与第二套筒(132)之间均设有扭簧，第一套圈(71)上设有环形凹槽，第一滑轮(8)与第一臂杆(5)的另一端相连接，第一传动带(9)的一端固定于气动肌肉(4)上，第一传动带(9)的另一端经第二滑轮(3)固定于第三臂杆(1)上，第二传动带(10)的一端固定于第三滑轮(2)上，第二传动带(10)的另一端经第一滑轮(8)固定于第一套圈(71)上的环形凹槽内，连接杆(11)的两端分别固定于第一套圈(71)的内侧及第二套圈(72)的内侧，连接杆(11)上设有挡块(12)。

2.根据权利要求1所述的肘部康复训练装置，其特征在于，所述第二滑轮(3)与第三滑轮(2)的角速度相同。

3.根据权利要求1所述的肘部康复训练装置，其特征在于，所述第一套圈(71)与第一套筒(131)之间通过滚动轴承相连接。

4.根据权利要求1所述的肘部康复训练装置，其特征在于，所述第二套圈(72)与第二套筒(132)之间通过滚动轴承相连接。

5.根据权利要求1所述的肘部康复训练装置，其特征在于，还包括弹簧，第一传动带(9)的另一端经第二滑轮(3)及弹簧后固定于第三臂杆(1)的侧面。

6.根据权利要求1所述的肘部康复训练装置，其特征在于，所述气动肌肉(4)、第三臂杆(1)、第二臂杆(6)、第二滑轮(3)、第三滑轮(2)及用户的小臂质量之间的关系为：

$\frac{F}{x}>16.333(3.05+m)---\left(1\right)$

其中，F为气动肌肉(4)所需提供的最小力、X为第二滑轮(3)的直径与第三滑轮(2)的直径之间的比值，L为气动肌肉(4)的收缩量，为第一套圈(71)及第二套圈(72)与连接杆(11)扭转角度,m为患者的小臂质量，Θ为第三臂杆(1)与第二臂杆(6)所在直线所夹的锐角。