CN105434144A - 前臂扭转与手腕弯曲康复装置及其扭转、弯曲方法 - Google Patents

前臂扭转与手腕弯曲康复装置及其扭转、弯曲方法 Download PDF

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Abstract

前臂扭转与手腕弯曲康复装置及其扭转、弯曲方法，属于肌肉运动辅助装置领域。现有的前臂扭转康复装置存在结构复杂、重量大和成本高的问题。一种前臂扭转与手腕弯曲康复装置，包括穿戴部分(7)和控制—动力系统(3)，控制—动力系统(3)包括气源(5)、控制电路(6)和三个电磁气阀(4)。前臂扭转与手腕弯曲康复装置的扭转、弯曲方法，可伸长式气动肌肉(1-3)的驱动掌部支架(1)翻转运动，从而帮助佩戴者的手腕进行弯曲训练；可收缩气动肌肉驱动连杆A(2-8)和连杆B(2-9)偏转，进而驱动臂环A(2-6)扭转。本发明具有结构简单、成本低的优点，既可以进行前臂扭转康复训练也可进行手腕弯曲康复训练。

Description

前臂扭转与手腕弯曲康复装置及其扭转、弯曲方法
技术领域
本发明涉及一种前臂扭转与手腕弯曲康复装置及其扭转、弯曲方法。
背景技术
手臂承担了人们生活中的大多数工作，因此手臂特别是前臂与手腕成为了人体最重要也是最容易受伤的部位之一，如骨折、脱臼，拉伤等。在康复的过程中，在一定活动范围内安全、有效地给患者提供连续被动运动，可以刺激关节软骨愈合或重建，预防和治疗关节僵硬，达到治疗和康复的目的。同时随着世界各国近年来偏瘫、中风等手臂运动障碍患者的日益增多，手臂运动障碍不仅对这类患者本人和家庭造成了巨大的心理压力，而且由于这类患者的家庭和社会需要花费极大的资源来治疗和护理从而加重了家庭与社会负担。特别是前臂的扭转与康复因为其运动的复杂性往往需要治疗师人工辅助治疗，这进一步增加了治疗的社会成本和经济负担。而现有的康复设备无法实现前臂的被动扭转或者使用电机驱动结构复杂成本高昂。
因此设计一款既可以进行前臂扭转康复又可以帮助手腕弯曲康复同时又具有结构简单，成本适中的装置具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的前臂扭转康复装置存在结构复杂、重量大和成本高的问题，而提出一种前臂扭转与手腕弯曲康复装置及其扭转、弯曲方法。
一种前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其组成包括穿戴部分和控制—动力系统，控制—动力系统包括气源、控制电路和三个电磁气阀；
穿戴部分包括掌部支架和前臂支架，其中，掌部支架与前臂支架铰接；
掌部支架包括手掌握持的手柄、固定手掌的手掌支架和驱动掌部支架作弯曲运动的两根可伸长式气动肌肉，其中，手掌支架是拱形的，手柄安装于手掌支架的两个架腿之间；手掌支架的架腿上分别于朝向前臂支架一侧铰接支腿；两根可伸长式气动肌肉的一端安装在掌部支架的拱背部，另一端安装在前臂支架上，驱动掌部支架作弯曲运动；
前臂支架包括将其套装于人体前臂的臂环A和臂环B、连接臂环A和臂环B的连杆A和连杆B、驱动臂环A和臂环B作相对扭转运动的可收缩式气动肌肉A、可收缩式气动肌肉B、可收缩式气动肌肉C和可收缩式气动肌肉D，其中，臂环A和臂环B平行且同轴心设置，连杆A和连杆B的一端都转动的安装在臂环A上，另一端转动的安装在臂环B上，且连杆A和连杆B是相对设置的；可收缩式气动肌肉A和可收缩式气动肌肉B分别设置在连杆A两侧，且可收缩式气动肌肉A和可收缩式气动肌肉B的一端分别固定在连杆A上，另一端通过张力绳连接在臂环B上，可收缩式气动肌肉C和可收缩式气动肌肉D分别设置在连杆B两侧，可收缩式气动肌肉C和可收缩式气动肌肉D的一端固定在臂环A上，另一端通过张力绳连接在臂环B上；
两根可伸长式气动肌肉通过一个电磁气阀与气源连接，可收缩式气动肌肉A和可收缩式气动肌肉B通过一个电磁气阀与气源连接，可收缩式气动肌肉C和可收缩式气动肌肉D通过一个电磁气阀与气源连接，每个电磁气阀的信号接收端均与控制电路的信号发射端连接。
一种前臂扭转与手腕弯曲康复装置的扭转、弯曲方法，
步骤一、佩戴者的手臂依次经臂环B和臂环A伸入，并握住手柄；
步骤二、利用可伸长式气动肌肉与相对应的电磁气阀的连接，此电磁气阀与气源的连接，则电磁气阀的信号接收端均与控制电路的信号发射端连接，控制电路利用电磁气阀的开关控制可伸长式气动肌肉内的气压；当控制电路控制电磁气阀来增大可伸长式气动肌肉内的气压时，可伸长式气动肌肉因被驱动而伸长，因两根可伸长式气动肌肉均安装于手掌支架和臂环A之间，且两根可伸长式气动肌肉的一端安装在拱形掌部支架的拱背部，可伸长式气动肌肉的伸张驱动掌部支架以架脚末端的螺栓为轴进行翻转运动，从而帮助佩戴者的手腕进行被动弯曲训练；
步骤二、臂环A和臂环B通过两根相对设置的连杆A和连杆B连接，同时连杆A和连杆B两侧分别安装一根可收缩式气动肌肉；四根可收缩气动肌肉分别通过张力绳与臂环B连接；四根可收缩气动肌肉分别通过相对应的电磁气阀与气源连接，此电磁气阀与气源的连接，则电磁气阀的信号接收端均与控制电路的信号发射端连接，控制电路利用电磁气阀的开关控制四根可收缩气动肌肉内的气压；当控制电路控制电磁气阀来增大可收缩式气动肌肉内的气压时，可收缩气动肌肉因被驱动而收缩，从而驱动连杆A和连杆B偏转，进而驱动靠近腕部的臂环A扭转，具体为：
控制电路通过控制相应的电磁气阀控制四根可收缩式气动肌肉的内的压强，当可收缩式气动肌肉和可收缩式气动肌肉因内部压强增大而收缩，而可收缩式气动肌肉和收缩式气动肌肉不工作时，连杆A和连杆B发生逆时针方向旋转，同时臂环A做逆时针方向扭转；
当可收缩式气动肌肉和收缩式气动肌肉因内部压强增大而收缩，而可收缩式气动肌肉和可收缩式气动肌肉不工作时，连杆A和连杆B发生顺时针方向旋转，同时臂环A做顺时针方向扭转。
本发明的有益效果为：
本发明是在本发明中，1、采用了气动肌肉作为驱动器，使辅助装置简化了小臂康复装置的结构，减轻了重量，增加了灵活性，降低了成本，从而克服了现有装置结构复杂、重量大、成本高、灵活性差的缺点；2、本发明模仿人体前臂尺骨与挠骨的工作原理，将连杆的偏转运动转化为结构末端(靠近手腕处臂环)的扭转运动，符合人体小臂的运动规律从而简化装置的结构，使装置的运动更加符合小臂运动从而防止在康复过程中对小臂造成损伤；3、本发明前臂支架部分使用了多根气动肌肉作为驱动器并对其独立控制，使得康复装置能够向两个方向扭转相应的角度增强了装置的康复效果；4、本发明既可以进行前臂扭转康复亦可以进行手腕弯曲康复，还可以根据患者需要进行单项训练实现了设备的多功能化提高了设备利用率降低了使用成本；5、本发明将动力及装置与控制系统与穿戴设备分开减轻了穿戴设备的重量简化了结构从而方便了康复装置的使用，穿戴设备可以在一定范围内随意移动从而降低患者在使用时的疲劳感，改善了患者的使用体验。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图，
图2为图1中前臂支架和掌部支架连接部分结构示意图，
图3a为本发明涉及的掌部支架处于非工作状态的示意图，
图3b为本发明涉及的掌部支架处于弯曲状态的示意图,
图4为本发明涉及的前臂支架处于非工作状态的示意图，
图5a为本发明涉及的前臂支架俯视视角逆时针方向扭转时的俯视图；
图5b为本发明涉及的前臂支架俯视视角逆时针方向扭转时的斜视图，
图5c为本发明涉及的前臂支架俯视视角顺时针方向扭转时的俯视图；
图5d为本发明涉及的前臂支架俯视视角顺时针方向扭转时的斜视图；
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置，结合图1所示，其组成包括穿戴部分7和控制—动力系统3，控制—动力系统3包括气源5、控制电路6和三个电磁气阀4；
穿戴部分7包括掌部支架1和前臂支架2，其中，掌部支架1与前臂支架2铰接；
掌部支架1包括手掌握持的手柄1-1、固定手掌的手掌支架1-2和驱动掌部支架1作弯曲运动的两根可伸长式气动肌肉1-3，其中，手掌支架1-2是拱形的，手柄1-1安装于手掌支架1-2的两个架腿1-4之间；手掌支架1-2的架腿1-4上分别于朝向前臂支架2一侧铰接支腿1-5；两根可伸长式气动肌肉1-3的一端安装在掌部支架1的拱背部，另一端安装在前臂支架2上，驱动掌部支架1作弯曲运动；
前臂支架2包括将其套装于人体前臂的臂环A(图中件号为2-6)和臂环B(图中件号为2-7)、连接臂环A(图中件号为2-6)和臂环B(图中件号为2-7)的连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)、驱动臂环A(图中件号为2-6)和臂环B(图中件号为2-7)作相对扭转运动的可收缩式气动肌肉A(图中件号为10)、可收缩式气动肌肉B(图中件号为11)、可收缩式气动肌肉C(图中件号为12)和可收缩式气动肌肉D(图中件号为13)，其中，臂环A(图中件号为2-6)和臂环B(图中件号为2-7)平行且同轴心设置，连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)的一端都转动的安装在臂环A(图中件号为2-6)上，另一端转动的安装在臂环B(图中件号为2-7)上，且连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)是相对设置的；可收缩式气动肌肉A(图中件号为10)和可收缩式气动肌肉B(图中件号为11)分别设置在连杆A(图中件号为2-8)两侧，且可收缩式气动肌肉A(图中件号为10)和可收缩式气动肌肉B(图中件号为11)的一端分别固定在连杆A(图中件号为2-8)上，另一端通过张力绳2-5连接在臂环B(图中件号为2-7)上，可收缩式气动肌肉C(图中件号为12)和可收缩式气动肌肉D(图中件号为13)分别设置在连杆B(图中件号为2-9)两侧，可收缩式气动肌肉C(图中件号为12)和可收缩式气动肌肉D(图中件号为13)的一端固定在臂环A(图中件号为2-6)上，另一端通过张力绳2-5连接在臂环B(图中件号为2-7)上；
两根可伸长式气动肌肉1-3通过一个电磁气阀4与气源5连接，可收缩式气动肌肉A(图中件号为10)和可收缩式气动肌肉B(图中件号为11)通过一个电磁气阀4与气源5连接，可收缩式气动肌肉C(图中件号为12)和可收缩式气动肌肉D(图中件号为13)通过一个电磁气阀4与气源5连接，每个电磁气阀4的信号接收端均与控制电路6的信号发射端连接。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置，所述掌部支架1在拱背部的内壁上还设置一层柔性内衬1-7，掌部支架1的两根支腿1-5末端是分别通过螺栓1-6固定安装在前臂支架2上的。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置，所述臂环A(图中件号为2-6)内壁还设置柔性内衬A(图中件号为2-2)，臂环A(图中件号为2-6)与连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)的连接处还具有内陷的轴孔，轴孔内壁设有内螺纹。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置，所述连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)的中部均为条形杆件2-1，条形杆件2-1在臂环A(图中件号为2-6)一端的两侧分别设置限位座2-10，条形杆件2-1在臂环B(图中件号为2-7)一端的两侧分别设置限位孔2-11，条形杆件2-1的两末端处分别设置关节轴承2-12；套装弹簧2-3的限位螺栓2-4穿过关节轴承2-12后旋接于臂环A(图中件号为2-6)侧面的轴孔内。
具体实施方式五：
与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置，所述臂环B(图中件号为2-7)的内壁还设置柔性内衬B(图中件号为2-13)；设置与连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)的连接的固定螺栓2-14。
具体实施方式六：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置，所述臂环B(图中件号为2-7)的外壁还相对的设置一对外耳2-15，用于固定张力绳2-5。
具体实施方式七：
本实施方式的前臂扭转与手腕弯曲康复装置的扭转、弯曲方法，
步骤一、佩戴者的手臂依次经臂环B(图中件号为2-7)和臂环A(图中件号为2-6)伸入，并握住手柄1-1；
步骤二、利用可伸长式气动肌肉1-3与相对应的电磁气阀4的连接，此电磁气阀4与气源5的连接，则电磁气阀4的信号接收端均与控制电路6的信号发射端连接，控制电路6利用电磁气阀4的开关控制可伸长式气动肌肉1-3内的气压；当控制电路6控制电磁气阀4来增大可伸长式气动肌肉1-3内的气压时，可伸长式气动肌肉1-3因被驱动而伸长，因两根可伸长式气动肌肉1-3均安装于手掌支架1-2和臂环A(图中件号为2-6)之间，且两根可伸长式气动肌肉1-3的一端安装在拱形掌部支架1的拱背部，可伸长式气动肌肉1-3的伸张驱动掌部支架1以架脚1-4末端的螺栓1-6为轴进行翻转运动，从而帮助佩戴者的手腕进行被动弯曲训练，如图3所示所示；
步骤三、臂环A(图中件号为2-6)和臂环B(图中件号为2-7)通过两根相对设置的连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)连接，同时连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)两侧分别安装一根可收缩式气动肌肉；四根可收缩气动肌肉分别通过张力绳2-5与臂环B(图中件号为2-7)连接；四根可收缩气动肌肉分别通过相对应的电磁气阀4与气源5连接，此电磁气阀4与气源5的连接，则电磁气阀4的信号接收端均与控制电路6的信号发射端连接，控制电路6利用电磁气阀4的开关控制四根可收缩气动肌肉内的气压；当控制电路6控制电磁气阀4来增大可收缩式气动肌肉内的气压时，可收缩气动肌肉因被驱动而收缩，从而驱动连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)偏转，进而驱动靠近腕部的臂环A(图中件号为2-6)扭转，具体为：
如图5所示，控制电路6通过控制相应的电磁气阀4来控制四根可收缩式气动肌肉的内的压强，如图5a和5b所示，当可收缩式气动肌肉2-11和可收缩式气动肌肉2-12因内部压强增大而收缩，而可收缩式气动肌肉2-10和收缩式气动肌肉2-13不工作时，连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)发生逆时针方向旋转，同时臂环A(图中件号为2-6)做逆时针方向扭转；
如图5c和5d所示，当可收缩式气动肌肉2-10和收缩式气动肌肉2-13因内部压强增大而收缩，而可收缩式气动肌肉2-11和可收缩式气动肌肉2-12不工作时，连杆A(图中件号为2-8)和连杆B(图中件号为2-9)发生顺时针方向旋转，同时臂环A(图中件号为2-6)做顺时针方向扭转。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其特征在于：其组成包括穿戴部分(7)和控制—动力系统(3)，控制—动力系统(3)包括气源(5)、控制电路(6)和三个电磁气阀(4)；
穿戴部分(7)包括掌部支架(1)和前臂支架(2)，其中，掌部支架(1)与前臂支架(2)铰接；
掌部支架(1)包括手掌握持的手柄(1-1)、固定手掌的手掌支架(1-2)和驱动掌部支架(1)作弯曲运动的两根可伸长式气动肌肉(1-3)，其中，手掌支架(1-2)是拱形的，手柄(1-1)安装于手掌支架(1-2)的两个架腿(1-4)之间；手掌支架(1-2)的架腿(1-4)上分别于朝向前臂支架(2)一侧铰接支腿(1-5)；两根可伸长式气动肌肉(1-3)的一端安装在掌部支架(1)的拱背部，另一端安装在前臂支架(2)上，驱动掌部支架(1)作弯曲运动；
前臂支架(2)包括将其套装于人体前臂的臂环A(2-6)和臂环B(2-7)、连接臂环A(2-6)和臂环B(2-7)的连杆A(2-8)和连杆B(2-9)、驱动臂环A(2-6)和臂环B(2-7)作相对扭转运动的可收缩式气动肌肉A(10)、可收缩式气动肌肉B(11)、可收缩式气动肌肉C(12)和可收缩式气动肌肉D(13)，其中，臂环A(2-6)和臂环B(2-7)平行且同轴心设置，连杆A(2-8)和连杆B(2-9)的一端都转动的安装在臂环A(2-6)上，另一端转动的安装在臂环B(2-7)上，且连杆A(2-8)和连杆B(2-9)是相对设置的；可收缩式气动肌肉A(10)和可收缩式气动肌肉B(11)分别设置在连杆A(2-8)两侧，且可收缩式气动肌肉A(10)和可收缩式气动肌肉B(11)的一端分别固定在连杆A(2-8)上，另一端通过张力绳(2-5)连接在臂环B(2-7)上，可收缩式气动肌肉C(12)和可收缩式气动肌肉D(13)分别设置在连杆B(2-9)两侧，可收缩式气动肌肉C(12)和可收缩式气动肌肉D(13)的一端固定在臂环A(2-6)上，另一端通过张力绳(2-5)连接在臂环B(2-7)上；
两根可伸长式气动肌肉(1-3)通过一个电磁气阀(4)与气源(5)连接，可收缩式气动肌肉A(10)和可收缩式气动肌肉B(11)通过一个电磁气阀(4)与气源(5)连接，可收缩式气动肌肉C(12)和可收缩式气动肌肉D(13)通过一个电磁气阀(4)与气源(5)连接，每个电磁气阀(4)的信号接收端均与控制电路(6)的信号发射端连接。
2.根据权利要求1所述前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其特征在于：所述掌部支架(1)在拱背部的内壁上还设置一层柔性内衬(1-7)，掌部支架(1)的两根支腿(1-5)末端是分别通过螺栓(1-6)固定安装在前臂支架(2)上的。
3.根据权利要求1或2所述前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其特征在于：所述臂环A(2-6)内壁还设置柔性内衬A(2-2)，臂环A(2-6)与连杆A(2-8)和连杆B(2-9)的连接处还具有内陷的轴孔，轴孔内壁设有内螺纹。
4.根据权利要求3所述前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其特征在于：所述连杆A(2-8)和连杆B(2-9)的中部均为条形杆件(2-1)，条形杆件(2-1)在臂环A(2-6)一端的两侧分别设置限位座(2-10)，条形杆件(2-1)在臂环B(2-7)一端的两侧分别设置限位孔(2-11)，条形杆件(2-1)的两末端处分别设置关节轴承(2-12)；套装弹簧(2-3)的限位螺栓(2-4)穿过关节轴承(2-12)后旋接于臂环A(2-6)侧面的轴孔内。
5.根据权利要求1、2或4所述前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其特征在于：所述臂环B(2-7)的内壁还设置柔性内衬B(2-13)；设置与连杆A(2-8)和连杆B(2-9)的连接的固定螺栓(2-14)。
6.根据权利要求5所述前臂扭转与手腕弯曲康复装置，其特征在于：所述臂环B(2-7)的外壁还相对的设置一对外耳(2-15)，用于固定张力绳(2-5)。
7.一种上述任一权利要求所述前臂扭转与手腕弯曲康复装置的扭转、弯曲方法，其特征在于：
步骤一、佩戴者的手臂依次经臂环B(2-7)和臂环A(2-6)伸入，并握住手柄(1-1)；
步骤二、利用可伸长式气动肌肉(1-3)与相对应的电磁气阀(4)的连接，此电磁气阀(4)与气源(5)的连接，则电磁气阀(4)的信号接收端均与控制电路(6)的信号发射端连接，控制电路(6)利用电磁气阀(4)的开关控制可伸长式气动肌肉(1-3)内的气压；当控制电路(6)控制电磁气阀(4)来增大可伸长式气动肌肉(1-3)内的气压时，可伸长式气动肌肉(1-3)因被驱动而伸长，因两根可伸长式气动肌肉(1-3)均安装于手掌支架(1-2)和臂环A(2-6)之间，且两根可伸长式气动肌肉(1-3)的一端安装在拱形掌部支架(1)的拱背部，可伸长式气动肌肉(1-3)的伸张驱动掌部支架(1)以架脚(1-4)末端的螺栓(1-6)为轴进行翻转运动，从而帮助佩戴者的手腕进行被动弯曲训练；
步骤二、臂环A(2-6)和臂环B(2-7)通过两根相对设置的连杆A(2-8)和连杆B(2-9)连接，同时连杆A(2-8)和连杆B(2-9)两侧分别安装一根可收缩式气动肌肉；四根可收缩气动肌肉分别通过张力绳(2-5)与臂环B(2-7)连接；四根可收缩气动肌肉分别通过相对应的电磁气阀(4)与气源(5)连接，此电磁气阀(4)与气源(5)的连接，则电磁气阀(4)的信号接收端均与控制电路(6)的信号发射端连接，控制电路(6)利用电磁气阀(4)的开关控制四根可收缩气动肌肉内的气压；当控制电路(6)控制电磁气阀(4)来增大可收缩式气动肌肉内的气压时，可收缩气动肌肉因被驱动而收缩，从而驱动连杆A(2-8)和连杆B(2-9)偏转，进而驱动靠近腕部的臂环A(2-6)扭转，具体为：
控制电路(6)通过控制相应的电磁气阀(4)来控制四根可收缩式气动肌肉的内的压强，当可收缩式气动肌肉(2-11)和可收缩式气动肌肉(2-12)因内部压强增大而收缩，而可收缩式气动肌肉(2-10)和收缩式气动肌肉(2-13)不工作时，连杆A(2-8)和连杆B(2-9)发生逆时针方向旋转，同时臂环A(2-6)做逆时针方向扭转；
当可收缩式气动肌肉(2-10)和收缩式气动肌肉(2-13)因内部压强增大而收缩，而可收缩式气动肌肉(2-11)和可收缩式气动肌肉(2-12)不工作时，连杆A(2-8)和连杆B(2-9)发生顺时针方向旋转，同时臂环A(2-6)做顺时针方向扭转。
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