CN106137677B - 一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，包括背部支架、座椅和两个结构相同的外骨骼单臂部件，所述座椅固定焊接在背部支架的下侧；两个单臂部件分别安装在背部支架的两侧；所述背部支架内侧固定设有两个肘关节牵引液压缸和两个肩关节牵引液压缸；液压缸的牵引运动会牵引钢丝绳，通过钢丝绳的牵引以牵引外骨骼肘关节与肩关节的转动；在康复装置的肘关节和肩关节与膝关节处安装有角度传感器，用以测量关节处的角度，根据测得的不同角度值由中央控制装置控制牵引液压缸的运动。本发明采用液压助力可以很好的实现与人体上肢肘关节与肩关节的运动，能实现帮助患者活动关节与手臂的基本功能，易穿戴、传动柔顺，且便于驱动，运动效果良好。

Description

一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械
技术领域
本发明属于医学辅助治疗研究领域，具体涉及一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械。
背景技术
随着社会生活水平的提高和现代医疗技术的进步，我国人均寿命不断提高，正在快速的步入老龄化社会。截止2010年，我国60岁以上的老年人口已超过1.78亿，达到总人口的13.26％。同时，65岁以上的老年人口约为1.19亿，占总人口的8.87％。另一方面，随着生活节奏的加快和生活压力的增大，心脑血管疾病以及神经系统疾病造成的中风偏瘫患者逐年增加。我国中风(脑卒中)发病率世界第一，其中约3/4的患者有不同程度的神经损伤和运动障碍。不断增长的老年人口和脑卒中遗症患者对康复治疗工作提出严峻挑战。
中枢神经系统具有高度的可塑性。通过对患者展开及时有效的康复训练，可以显著减少神经功能损伤，降低合并症的发生，同时可以重建运动功能，提高患者的生活自理能力。传统的康复治疗主要依靠康复医师对患者实施徒手康复训练，存在诸多局限：(1)不能精确的控制训练参数，治疗效果主要取决于医师的经验和水平；(2)医师一对一治疗，康复训练效率低，医师劳动强度大。
目前社会当中的康复器械的传动系统多为电机直接驱动，虽然其可以为人带来康复治疗的目的，但其具有刚度较大、柔性差、结构复杂、不易穿戴的缺点。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种液压助力的外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，以解决上诉缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种液压助力的外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，该机构具有安全、易穿戴、传动柔顺的特点。
本发明的技术方案是：一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，包括背部支架、座椅、中央控制装置和两个结构相同的单臂部件；
所述座椅固定焊接在背部支架的下侧；两个单臂部件分别安装在背部支架的两侧；所述背部支架内侧固定设有两个肘关节牵引液压缸和两个肩关节牵引液压缸；
所述单臂部件包括外骨骼小臂、肘关节、上臂内侧板、上臂外侧板和肩关节；所述上臂内侧板的一端通过肘关节与外骨骼小臂转动连接，另一端与上臂外侧板的一端可拆卸连接，上臂外侧板的另一端通过肩关节与所述背部支架连接，肘关节外侧设有肘关节角度传感器；左右两侧肩关节经肩关节牵引钢丝绳分别与对应的肩关节牵引液压缸的伸缩杆连接，左右两侧肘关节经肘关节牵引钢丝绳分别与对应的肘关节牵引液压缸的伸缩杆连接，肩关节的外侧设有肩关节角度传感器；
所述中央控制装置包括信息采集模块、肩关节控制模块和肘关节控制模块；所述信息采集模块分别与肩关节角度传感器和肘关节角度传感器电连接，用于接收肩关节转动角度信号和肘关节转动角度信号，并分别传递到肩关节控制模块和肘关节控制模块，所述肩关节控制模块与肩关节牵引液压缸电连接，用于根据肩关节转动角度信号控制肩关节牵引液压缸的工作；所述肘关节控制模块与肘关节牵引液压缸电连接，用于根据肘关节转动角度信号控制肘关节牵引液压缸的工作。
上述方案中，所述肘关节包括肘关节角度传感器、肘关节轴和肘关节传动装置；所述肘关节传动装置套在肘关节轴上并与外骨骼小臂固定焊接，肘关节传动装置上缠绕有肘关节牵引钢丝绳；所述肘关节角度传感器安装在外骨骼小臂与肘关节传动装置之间、且与外骨骼小臂固定连接。
上述方案中，所述肩关节包括肩关节固定装置、肩关节角度传感器、肩关节传动装置、连接板和直角板；
所述肩关节固定装置和肩关节传动装置依次套在肩关节轴上，所述肩关节角度传感器安装在肩关节固定装置与肩关节传动装置之间、且分别与肩关节固定装置和肩关节传动装置固定连接，肩关节固定装置与上臂外侧板的一端固定连接；肩关节传动装置上缠绕有肩关节牵引钢丝绳；所述连接板固定焊接在背部支架两侧，所述连接板上有肩部连接轴孔；直角板两侧有直角板轴孔，直角板与连接板通过肩部连接轴孔与直角板轴孔可拆卸连接。
进一步的，还包括两个平板走线板；两个所述平板走线板分别固定焊接在背部支架两侧的肩部连接板上，所述平板走线板上分别开有两个钢丝绳导线孔，所述背部支架上侧开有四个背部支架钢丝绳导线孔；
肩关节牵引钢丝绳依次穿过背部支架钢丝绳导线孔和肩部钢丝绳导线孔与肩关节传动装置连接；肘关节牵引钢丝绳依次穿过背部支架钢丝绳导线孔和肩部钢丝绳导线孔与肘关节传动装置连接。
上述方案中，还包括两根末端弯曲的背部固定杆；所述背部固定杆的竖直端分别固定焊接在背部支架上部两侧。
上述方案中，所述外骨骼小臂前端内侧固定安装有固定环。
进一步的，所述外骨骼小臂的内侧设有棉质缓冲材料。
上述方案中，所述上臂内侧板与上臂外侧板分别设有规格相同的螺纹孔，上臂内侧板与上臂外侧板通过螺栓连接。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所述外骨骼式肘关节与肩关节康复器械采用液压助力可以很好的实现与人体上肢肘关节与肩关节的运动，该器械能实现帮助患者活动关节与手臂的基本功能，具有穿戴方便、易于驱动的特点，运动效果良好，从而克服现有康复器械一些固有的穿戴麻烦、操作繁琐的缺点，更加适用于社会需求，本发明在帮助心脑血管疾病及神经系统疾病所造成的偏瘫患者的康复具有重要的作用。
附图说明
图1是本发明一实施方式的结构示意图；
图2是本发明一实施方式的背部支架的结构示意图；
图3是本发明一实施方式的外骨骼胳膊的结构示意图；
图4是本发明一实施方式的肩部结构示意图；
图5是本发明一实施方式的中央控制装置模块框架图。
图中：1、背部支架；2、背部支架钢丝绳导线孔；3、背部固定杆；4、上臂外侧板；5、上臂内侧板；6、外骨骼小臂；7、座椅；8、肩关节牵引钢丝绳；9、肩部连接轴孔；10、直角板；11、肘关节牵引钢丝绳；12、肘关节牵引液压缸；13、肩关节牵引液压缸；14、中央控制装置；14-1、信息采集模块；14-2、肩关节控制模块；14-3、肘关节控制模块；15、平板走线板；16、肩部钢丝绳导线孔；17、肩关节固定装置；18、肩关节轴；19、螺纹孔；20、固定环；21、肘关节角度传感器；22、肘关节轴；23、肘关节传动装置；24、螺栓；25、肩关节传动装置；26、肩关节角度传感器；27、直角板轴孔；28、连接板；29、直角板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明所述外骨骼式肘关节与肩关节康复器械的一种实施方式，所述外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，包括背部支架1、座椅7、中央控制装置14和两个结构相同的单臂部件。所述座椅7固定焊接在背部支架1的下侧；两个单臂部件中的肩关节分别安装在背部支架1的两侧；中央控制装置14固定安装在座椅7内侧。
如图2所示，所述背部支架1包括动力装置两个肘关节牵引液压缸12和两个肩关节牵引液压缸13；肘关节牵引液压缸12和肩关节牵引液压缸13固定连接在背部支架1的内侧，肘关节牵引液压缸12的伸缩端与肘关节牵引钢丝绳11连接，肩关节牵引液压缸13的伸缩端与肩关节牵引钢丝绳8连接。
优选的，所述背部支架1上部两侧还包括两根末端弯曲的背部固定杆3；所述背部固定杆3的竖直端分别固定焊接在背部支架1上部两侧，人坐在座椅7上时，起到固定人体背部的作用。
如图3所示，所述单臂部件包括外骨骼小臂6、肘关节、上臂内侧板5、上臂外侧板4和肩关节；所述上臂内侧板5的一端通过肘关节与外骨骼小臂6转动连接，另一端与上臂外侧板4的一端可拆卸连接，上臂外侧板4的另一端通过肩关节与所述背部支架1连接，肘关节外侧设有肘关节角度传感器21；左右两侧肩关节经肩关节牵引钢丝绳8分别与对应的肩关节牵引液压缸13的伸缩杆连接，左右两侧肘关节经肘关节牵引钢丝绳11分别与对应的肘关节牵引液压缸12的伸缩杆连接，肩关节的外侧设有肩关节角度传感器26。
所述肘关节包括肘关节角度传感器21、肘关节轴22和肘关节传动装置23；所述肘关节传动装置23套在肘关节轴22上并与外骨骼小臂6固定焊接，肘关节传动装置23上缠绕有肘关节牵引钢丝绳11，肘关节牵引钢丝绳11牵引肘关节传动装置23转动带动外骨骼小臂6的运动；所述肘关节角度传感器21安装在外骨骼小臂6与肘关节传动装置23之间、且与外骨骼小臂6固定连接，和外骨骼小臂6一起运动并检测肘关节的角度，将肘关节转动角度信号传递给中央控制装置14。
优选的，所述外骨骼小臂6前端内侧固定安装有固定环20，起到固定人体小臂的作用。所述外骨骼小臂6的内侧设有棉质缓冲材料。
优选的，所述上臂内侧板5与上臂外侧板4分别设有规格相同、距离相等的螺纹孔19，上臂内侧板5与上臂外侧板4通过螺栓连接，调整螺栓将上臂内侧板5与上臂外侧板4之间不同的螺纹孔连接可改变外骨骼上臂的长度。
如图4所示，所述肩关节包括平板走线板15、肩关节固定装置17、肩关节角度传感器26、肩关节传动装置25、连接板28和直角板29；
所述肩关节固定装置17和肩关节传动装置25依次套在肩关节轴18上，所述肩关节角度传感器26安装在肩关节固定装置17与肩关节传动装置25之间、且分别与肩关节固定装置17和肩关节传动装置25固定连接，肩关节固定装置17与上臂外侧板4的一端固定连接；肩关节角度传感器26与肩关节固定装置17会随着上臂的运动而一起摆动，并将检测到的肩关节转动角度信号传递给中央控制装置14；肩关节传动装置25上缠绕有肩关节牵引钢丝绳8，肩关节牵引钢丝绳8牵引肩关节传动装置25转动带动上臂外侧板4与上臂内侧板5的运动；所述连接板28固定焊接在背部支架1两侧，所述连接板28上有肩部连接轴孔9；直角板29两侧有直角板轴孔27，直角板29与连接板28通过肩部连接轴孔9与直角板轴孔27可拆卸连接，直角板29可以绕肩部连接板28转动。
优选的，所述背部支架1的两侧还设有两个所述平板走线板15；两个所述平板走线板15分别固定焊接在背部支架1两侧的肩部连接板28上，所述平板走线板15上分别开有两个钢丝绳导线孔16，所述背部支架1上侧还开有四个背部支架钢丝绳导线孔2，起到对钢丝绳导向的作用。肩关节牵引钢丝绳8依次穿过背部支架钢丝绳导线孔2和肩部钢丝绳导线孔16与肩关节传动装置25连接；肘关节牵引钢丝绳11依次穿过背部支架钢丝绳导线孔2和肩部钢丝绳导线孔16与肘关节传动装置23连接，实现对钢丝绳导向的作用。
如图5所示，所述中央控制装置14包括信息采集模块14-1、肩关节控制模块14-2和肘关节控制模块14-3；所述信息采集模块14-1分别与肩关节角度传感器26、肘关节角度传感器21、肩关节控制模块14-2和肘关节控制模块14-3电连接，用于接收肩关节转动角度信号和肘关节转动角度信号，并分别传递到肩关节控制模块14-2和肘关节控制模块14-3，所述肩关节控制模块14-2与肩关节牵引液压缸13电连接，用于对肩关节转动角度信号处理后，控制肩关节牵引液压缸13的工作；所述肘关节控制模块14-3与肘关节牵引液压缸12电连接，用于对肘关节转动角度信号处理后，控制肘关节牵引液压缸12的工作。
本发明的工作过程如下：
当穿戴者需要对肘关节、肩关节与膝关节做康复运动时，穿戴者坐在座椅7上，肩膀在背部固定杆3内侧，将背部支架1和人体背部柔性连接，外骨骼小臂6和人体小臂柔性连接，肘关节与人体肘关节柔性连接，上臂外侧板4与上臂内侧板5和人体上臂柔性连接，肩关节与人体肩关节柔性连接。
当开始做康复运动时，肘关节牵引液压缸12运动，肘关节牵引液压缸12收缩时，肘关节牵引液压缸12牵引肘关节牵引钢丝绳11，肘关节牵引钢丝绳11经背部支架钢丝绳导线孔2和肩部钢丝绳导线孔16的引导，绕在肘关节传动装置23上，对肘关节轴22产生辅助力矩，从而驱动人体肘关节的运动，当肘关节收缩到一定角度后，中央控制装置14根据收到的肘关节转动角度信号，控制肘关节牵引液压缸12伸展，肘关节依靠康复者自身力量做伸展运动；当肘关节伸展到一定角度后，中央控制装置14根据接收到的肘关节转动角度信号，控制肘关节牵引液压缸12收缩，人体肘关节依靠肘关节牵引液压缸12对肘关节牵引钢丝绳11的牵引力使人体肘关节收缩。
当肩关节牵引液压缸13运动时，牵引肩关节牵引钢丝绳8，肩关节牵引液压缸13收缩时，牵引肩关节钢丝绳8经过背部支架钢丝绳导线孔2和肩部钢丝绳导线孔16的引导，绕在肩关节传动装置25上，对肩关节轴18产生辅助力矩，从而驱动人体肩关节的运动，当肩关节伸展到一定角度后，中央控制装置14根据接收到的肩关节转动角度信号，控制肩关节牵引液压缸13伸展，肩关节依靠人体自身的力量做收缩运动；当肩关节收缩到一定角度后，中央控制装置14根据接受到的肩关节转动角度信号，控制肩关节牵引液压缸13收缩，人体肩关节依靠肩关节牵引液压缸13对肩关节牵引钢丝绳8的牵引力使人体肩关节伸展。
本发明借助肘关节牵引液压缸12与肩关节牵引液压缸13运动产生的力，对相应关节产生辅助力矩，在穿戴者进行上肢康复运动时，协助穿戴者上肢运动，实现提升穿戴人员的机能的目的。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，其特征在于，包括背部支架(1)、座椅(7)、中央控制装置(14)和两个结构相同的单臂部件；
所述座椅(7)固定焊接在背部支架(1)的下侧；两个单臂部件分别安装在背部支架(1)的两侧；所述背部支架(1)内侧固定设有两个肘关节牵引液压缸(12)和两个肩关节牵引液压缸(13)；
所述单臂部件包括外骨骼小臂(6)、肘关节、上臂内侧板(5)、上臂外侧板(4)和肩关节；
所述肘关节包括肘关节轴(22)和肘关节传动装置(23)；所述肘关节传动装置(23)套在肘关节轴(22)上并与外骨骼小臂(6)固定焊接，肘关节传动装置(23)上缠绕有肘关节牵引钢丝绳(11)；
所述肩关节包括肩关节固定装置(17)、肩关节传动装置(25)、连接板(28)和直角板(29)；所述肩关节固定装置(17)和肩关节传动装置(25)依次套在肩关节轴(18)上，肩关节固定装置(17)与上臂外侧板(4)的一端固定连接；肩关节传动装置(25)上缠绕有肩关节牵引钢丝绳(8)；所述连接板(28)固定焊接在背部支架(1)两侧，所述连接板(28)上有肩部连接轴孔(9)；直角板(29)设置有直角板轴孔(27)，直角板(29)与连接板(28)通过肩部连接轴孔(9)与直角板轴孔(27)可拆卸连接；
所述上臂内侧板(5)的一端通过肘关节与外骨骼小臂(6)转动连接，另一端与上臂外侧板(4)的一端可拆卸连接，上臂外侧板(4)的另一端通过肩关节与所述背部支架(1)连接，肘关节外侧设有肘关节角度传感器(21)，所述肘关节角度传感器(21)安装在外骨骼小臂(6)与肘关节传动装置(23)之间、且与外骨骼小臂(6)固定连接；左右两侧肩关节经肩关节牵引钢丝绳(8)分别与对应的肩关节牵引液压缸(13)的伸缩杆连接，左右两侧肘关节经肘关节牵引钢丝绳(11)分别与对应的肘关节牵引液压缸(12)的伸缩杆连接，肩关节的外侧设有肩关节角度传感器(26)，所述肩关节角度传感器(26)安装在肩关节固定装置(17)与肩关节传动装置(25)之间、且分别与肩关节固定装置(17)和肩关节传动装置(25)固定连接；
还包括两根末端弯曲的背部固定杆(3)；所述背部固定杆(3)的竖直端分别固定焊接在背部支架(1)上部两侧；
所述中央控制装置(14)包括信息采集模块(14-1)、肩关节控制模块(14-2)和肘关节控制模块(14-3)；所述信息采集模块(14-1)分别与肩关节角度传感器(26)和肘关节角度传感器(21)电连接，用于接收肩关节转动角度信号和肘关节转动角度信号，并分别传递到肩关节控制模块(14-2)和肘关节控制模块(14-3)，所述肩关节控制模块(14-2)与肩关节牵引液压缸(13)电连接，用于根据肩关节转动角度信号控制肩关节牵引液压缸(13)的工作；所述肘关节控制模块(14-3)与肘关节牵引液压缸(12)电连接，用于根据肘关节转动角度信号控制肘关节牵引液压缸(12)的工作。
2.根据权利要求1所述的外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，其特征在于，还包括两个平板走线板(15)；两个所述平板走线板(15)分别固定焊接在背部支架(1)两侧的连接板(28)上，所述平板走线板(15)上分别开有两个肩部钢丝绳导线孔(16)，所述背部支架(1)上侧开有四个背部支架钢丝绳导线孔(2)；
肩关节牵引钢丝绳(8)依次穿过背部支架钢丝绳导线孔(2)和肩部钢丝绳导线孔(16)与肩关节传动装置(25)连接；肘关节牵引钢丝绳(11)依次穿过背部支架钢丝绳导线孔(2)和肩部钢丝绳导线孔(16)与肘关节传动装置(23)连接。
3.根据权利要求1所述的外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，其特征在于，所述外骨骼小臂(6)前端内侧固定安装有固定环(20)。
4.根据权利要求3所述的外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，其特征在于，所述外骨骼小臂(6)的内侧设有棉质缓冲材料。
5.根据权利要求1所述的一种外骨骼式肘关节与肩关节康复器械，其特征在于，所述上臂内侧板(5)与上臂外侧板(4)分别设有规格相同的螺纹孔(19)，上臂内侧板(5)与上臂外侧板(4)通过螺栓连接。
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