CN105581891B - 一种肢体康复装置及利用该装置进行康复训练的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种肢体康复装置，包括旋转机构、伸缩机构与活动臂，并且彼此相连接，工作状态时，旋转机构中的旋转臂在旋转驱动装置的驱动下绕轴进行旋转运动，伸缩臂在伸缩驱动装置的驱动下进行伸缩运动，带动活动臂相对于旋转臂进行旋转，旋转臂、活动臂及伸缩臂构成三角结构。该肢体康复装置结构简单、稳定、成本低、控制精度高，使用方便，康复人员能够在多种环境中利用该康复装置进行被动训练、主动训练与助动训练。

Description

一种肢体康复装置及利用该装置进行康复训练的方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种肢体康复装置及利用该装置进行康复训练的方法。

背景技术

世界卫生组织调查结果显示：中国脑卒中发病率排名世界第一，比美国高出一倍。我国第三次国民死因调查结果表明，脑卒中已经升为中国第一位死因。近二十年监测结果显示，脑卒中年死亡人数逾200万，年增长速率达8.7％。

随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到更多人的关注，治疗、康复和服务于他们的产品技术和质量也在相应地提高。研究表明，运动康复训练可以有效的促进卒中患者的康复，传统的运动康复训练依靠治疗师帮助患者进行长时间的一对一治疗，随着卒中患者的增加，出现治疗师人数严重不足的社会问题，因此人们希望智能康复器械能够替代治疗师，辅助患者完成康复训练，帮助患者恢复健康。

康复器械是一种自动化医疗康复设备，其以医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效的康复训练，使患者的运动机能得到更好的恢复。它的研究贯穿了康复医学\生物力学\机械学\机械力学\电子学\材料学\计算机科学等诸多领域，已经成为一个研究热点。

目前，用于肢体康复训练的康复器械很多存在体积大、使用稳定性能差、价格高、使用不方便的问题，使得肢体康复器械难以面向患者家庭进行普及。

发明内容

本发明提供了一种新型结构的肢体康复装置，包括旋转机构、伸缩机构与活动臂；

旋转机构包括旋转驱动装置，以及与旋转驱动装置连接的旋转臂，在旋转驱动装置驱动下，旋转臂可绕固定轴进行旋转运动；旋转臂的两端中，靠近该固定轴的一端称为固定端，另一端称为旋转端；

伸缩机构包括伸缩驱动装置，以及与伸缩驱动装置连接的伸缩臂，在伸缩驱动装置驱动下伸缩臂进行伸缩运动；

在旋转臂上设置两个连接位置，靠近固定端的连接位置称为第一连接位置，另一个连接位置称为第二连接位置；

活动臂的一端固定连接肢体支撑部件，另一端与旋转臂在第二连接位置处连接，并且在第二连接位置活动臂可相对旋转臂进行旋转；活动臂的所述两端(即，连接肢体支撑部件的一端，以及连接旋转臂的一端)之间设置一个连接位置，称为第三连接位置；

伸缩机构的一端与旋转臂在第一连接位置处连接，另一端与活动臂在第三连接位置处连接，伸缩臂伸缩运动时带动活动臂相对于旋转臂进行旋转运动。

所述的伸缩机构与旋转臂在第一连接位置处连接，该连接方式不限，可以是铰接方式，也可以是套接方式，以实现伸缩机构相对于旋转臂进行旋转不受限制，位移受限。所述的套接方式可以采用在第一连接位置处设置连接轴，伸缩机构的连接部位套接在该连接轴上，能够绕该连接轴进行旋转。所述的铰接方式可以采用一个中间轴，该中间轴贯穿于伸缩机构的连接部位与旋转臂，使伸缩机构与旋转臂能够绕该中间轴旋转，并且伸缩机构能够相对旋转臂进行旋转。作为优选，所述中间轴的中部设置凸台，使所述伸缩机构的连接部位与旋转臂之间保持一定间隙。

所述的伸缩机构与活动臂在第三连接位置处连接，该连接方式不限，可以是铰接方式，也可以是套接方式，以实现伸缩机构相对于活动臂可进行旋转。所述的套接方式可以采用在第三连接位置处设置连接轴，伸缩机构的连接部位套接在该连接轴上，能够绕该连接轴进行旋转。所述的铰接方式可以采用一个中间轴，该中间轴贯穿于伸缩机构的连接部位与活动臂，使伸缩机构与活动臂能够绕该中间轴旋转，并且伸缩机构能够相对活动臂进行旋转。作为优选，所述中间轴的中部设置凸台，使所述伸缩机构的连接部位与活动臂之间保持一定间隙。

所述的旋转臂与活动臂在第二连接位置处连接，该连接方式不限，可以是铰接方式，也可以是套接方式，以实现活动臂相对于旋转臂可旋转。所述的套接方式可以采用在第二连接位置处设置连接轴，活动臂套接在该连接轴上，能够绕该连接轴进行旋转。所述的铰接方式可以采用一个中间轴，该中间轴贯穿于旋转臂与活动臂，使旋转臂与活动臂能够绕该中间轴旋转，并且活动臂能够相对于旋转臂进行旋转。作为优选，所述中间轴的中部设置凸台，使所述旋转臂与活动臂之间保持一定间隙。

所述的肢体支撑部件用于支撑上肢、下肢，包括手、手腕、手臂等，其结构不限。当用于上肢康复训练时，所述的肢体支撑部件优选设置把手，用于手臂握紧等。

所述的旋转驱动装置不限，可以是伺服旋转电机等。所述的伺服旋转电机包括一个作旋转运动的输出轴，所述旋转臂转动连接在该输出轴上，随该输出轴的转动而转动。

所述的伸缩驱动装置不限，可以是电机驱动装置或者液压驱动装置等。所述的电机器驱动装置可以是丝杠传动结构等。

作为优选，所述的肢体康复装置还包括安装机构，所述安装机构固定连接旋转驱动装置，所述安装机构用于将该肢体康复装置固定安装在安装面上。所述的安装机构结构不限，可以是一个U形结构槽，所述安装面固定夹设在该U形结构槽中。

综上所述，本发明的肢体康复装置具有如下有益效果：

(1)本发明的肢体康复装置包括旋转机构、伸缩机构与活动臂，并且彼此相连接，工作状态时，旋转机构中的旋转臂在旋转驱动装置的驱动下可绕固定轴进行旋转，伸缩臂在伸缩驱动装置的驱动下进行伸缩运动，带动活动臂相对于旋转臂进行旋转，旋转臂、活动臂及伸缩臂构成三角结构，符合三角稳定的机构原理，因此该肢体康复装置结构稳定；

(2)本发明的肢体康复装置活动灵活，利用该肢体康复装置进行康复训练时，康复人员的肢体在肢体支撑部件的支撑下能够进行三种康复训练模式，分别为被动训练、主动训练与助动训练。

被动训练模式适用于完全丧失运动能力的康复人员，其过程是：设定旋转驱动装置的参数(例如输出电压、输出电流等)，伸缩驱动装置的参数(例如输出电压、输出电流等)；旋转臂在旋转驱动装置的驱动下绕固定轴进行一定速率的旋转，伸缩臂在伸缩驱动装置的驱动下沿一定速率进行伸缩运动，带动活动臂相对于旋转臂进行旋转，从而带动康复人员的肢体沿着设定的康复训练动作轨迹进行运动。

主动训练模式适用于有部分运动能力、能够完成康复训练任务的康复人员，其过程是：康复人员的肢体主动对肢体支撑部件施加一定作用力，带动活动臂克服阻力进行位移发生变化，康复人员调整肢体施加的力，完成康复动作。

助动训练模式适用于有部分运动能力但不足以完成康复训练任务的康复人员，其过程如下：康复人员的肢体主动对肢体支撑部件施加一定作用力，带动活动臂的位移发生变化；肢体康复装置检测到康复人员的动作后，旋转臂在旋转驱动装置的驱动下绕固定轴进行旋转产生一定的助力，伸缩臂在伸缩驱动装置的驱动下进行伸缩运动产生一定的助力，帮助康复人员完成康复动作。

(3)本发明的肢体康复装置控制精度高，同时结构紧凑、体积小、整体重量轻，成本低、使用方便，适合于康复人员在室内、室外等多种环境中使用。

附图说明

图1是本发明实施例1中的肢体康复装置的装配示意图；

图2是本发明实施例1中的肢体康复装置的分解结构示意图；

图3是本发明实施例1中的肢体康复装置装配在桌面上时的使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

图1-3中的附图标记为：旋转机构10、活动臂20、伸缩机构30、桌面40、旋转臂11、旋转驱动装置12、旋转运动的输出轴121、安装机构13、中间轴21、凸台211、套筒212、把手22、肢体支撑部件23、伸缩臂31、伸缩驱动装置32。

实施例1：

本实施例中，肢体康复装置的装配结构示意图如图1所示，包括旋转机构10、活动臂20、伸缩机构30与安装机构13。

如图1与图2所示，旋转机构10包括旋转驱动装置12与旋转臂11。本实施例中，旋转驱动装置12是一个伺服旋转电机，该伺服旋转电机包括一个作旋转运动的输出轴121，旋转臂11转动连接在该输出轴121上，随该输出轴121的旋转而旋转。

伸缩机构30包括伸缩驱动装置32，以及与伸缩驱动装置32连接的伸缩臂31。本实施例中，伸缩驱动装置32包括驱动电机和滚珠丝杠，电机通过联轴器连接滚珠丝杠，伸缩臂31内固定的螺母与滚珠丝杠配合，电机通过该丝杠传动驱动伸缩臂31完成伸缩运动。

旋转臂11的两端中，靠近该输出轴121的一端称为固定端，另一端称为旋转端。在旋转臂11上设置两个连接位置，相对而言，靠近固定端的连接位置称为第一连接位置，另一个连接位置称为第二连接位置。

活动臂20的一端固定连接肢体支撑部件23，该肢体支撑部件23上设置把手22。活动臂20的另一端与旋转臂11在第二连接位置处以铰接的方式连接。具体地，所述活动臂20与旋转臂11之间是通过铰链机构来实现两者的铰接连接。其中，所述铰链机构包括一个贯穿于所述旋转臂11与活动臂20的中间轴21，以使旋转臂11与活动臂20皆可绕该中间轴21旋转。该中间轴21上设置一凸台211，该凸台使旋转臂11与活动臂20之间保持一定间隙，通过该铰接的连接方式，活动臂20可相对旋转臂11进行旋转。

活动臂20的所述两端，(即，设置肢体支撑部件23的一端，以及与旋转臂11连接的一端)之间设置一个连接位置，称为第三连接位置。

伸缩机构30的一端与旋转臂11在第一连接位置处以铰接的方式连接。具体地，所述伸缩机构30与旋转臂11之间是通过铰链机构来实现两者的铰接连接。该铰链机构类似上述活动臂20与旋转臂11之间的铰链机构。

伸缩机构30的另一端与活动臂20在第三连接位置处以铰接方式连接。具体地，该伸缩机构30的另一端与活动臂20之间是通过铰链机构来实现两者的铰接连接。该铰链机构类似上述活动臂20与旋转臂11之间的铰链机构。

当伸缩臂31在伸缩驱动装置32的驱动下进行伸缩运动时，带动活动臂20相对于旋转臂11进行旋转运动。

通过安装机构13将该三连杆上肢康复机器人100安装在一安装面上，以固定该三连杆上肢康复机器人100。具体地，本实施例中旋转机构10的旋转驱动装置12固定地设置在该安装机构13上。该安装机构13可安装在桌面40上使用，适合于用户在家庭等环境的使用。该安装机构13包括一个U形结构槽，桌面可以固定夹设在该U形结构槽中。

该肢体康复装置活动灵活，进行康复训练时，康复人员的肢体在肢体支撑部件的支撑下能够进行三种康复训练模式，分别为被动训练、主动训练与助动训练。

被动训练模式适用于完全丧失运动能力的康复人员，其过程是：设定伺服旋转电极的输出电压、输出电流等，使旋转臂在该伺服旋转电机器的驱动下绕固定轴进行一定速率的旋转，设定伸缩驱动装置中电机输出电压、输出电流等，使伸缩臂在该电机的驱动下沿一定速率进行伸缩运动，带动活动臂相对于旋转臂进行旋转，从而带动康复人员的肢体沿着一定轨迹进行运动。

主动训练模式适用于有部分运动能力、能够完成康复训练任务的康复人员，其过程是：创建一个目标位置；康复人员的肢体进行主动运动，使活动臂的位移发生变化，康复人员调整肢体施加的力，使活动臂到达目标位置。

助动训练模式适用于有部分运动能力但不足以完成康复训练任务的康复人员，其过程如下：

(1)创建一个目标位置；

(2)康复人员的肢体进行主动运动，使活动臂的位移发生变化；同时，设定伺服旋转电极的输出电压、输出电流等，使旋转臂在该伺服旋转电机器的驱动下绕固定轴进行一定速率的旋转；设定伸缩驱动装置中电机输出电压、输出电流等，使伸缩臂在该电机的驱动下沿一定速率进行伸缩运动，带动活动臂相对于旋转臂进行旋转，从而辅助康复人员的肢体向目标位置进行运动；

(3)康复人员调整肢体施加的力，使活动臂到达目标位置。

该肢体支撑部件可用于支撑上肢、下肢，包括手、手腕、手臂等。当用于上肢康复训练，例如手腕、手臂等康复训练时，康复人员的手可握紧把手，用于固定。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种肢体康复装置，其特征是：包括旋转机构、伸缩机构与活动臂；

旋转机构包括旋转驱动装置，以及与旋转驱动装置连接的旋转臂，在旋转驱动装置驱动下，旋转臂可绕固定轴进行旋转运动；旋转臂的两端中，靠近固定轴的一端称为固定端，另一端称为旋转端；

伸缩机构包括伸缩驱动装置，以及与伸缩驱动装置连接的伸缩臂，在伸缩驱动装置驱动下伸缩臂可进行伸缩运动；

在旋转臂上设置两个连接位置，靠近固定端的连接位置称为第一连接位置，另一个连接位置称为第二连接位置；

活动臂的一端固定连接肢体支撑部件，另一端与旋转臂在第二连接位置处连接，并且在第二连接位置活动臂相对于旋转臂可进行旋转；活动臂的所述两端之间设置一个连接位置，称为第三连接位置；

伸缩机构的一端与旋转臂在第一连接位置处连接，另一端与活动臂在第三连接位置处连接，伸缩臂伸缩运动时带动活动臂相对于旋转臂进行旋转运动。

2.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的伸缩机构与旋转臂在第一连接位置处的连接采用铰接方式，或者采用套接方式。

3.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的伸缩机构与活动臂在第三连接位置处的连接采用铰接方式，或者采用套接方式。

4.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的旋转臂与活动臂在第二连接位置处的连接采用铰接方式，或者采用套接方式。

5.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的肢体支撑部件用于支撑上肢、下肢，包括手、手腕、手臂。

6.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的旋转驱动装置是伺服旋转电机。

7.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的伸缩驱动装置是电机驱动装置，或者是液压驱动装置。

8.如权利要求1所述的肢体康复装置，其特征是：所述的肢体康复装置还包括用于将所述肢体康复装置固定安装在安装面上的安装机构，所述安装机构固定连接旋转驱动装置。

9.如权利要求8所述的肢体康复装置，其特征是：所述的安装机构是U形槽，所述安装面固定夹设在该U形槽中。