CN106344347A - 一种主动式手臂康复器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动式手臂康复器，包括基座、手臂固定板、驱动手臂固定板作弯曲与伸直运动的弯曲驱动机构、驱动手臂固定板作往复转动的转动驱动机构、自主用力测量机构以及控制系统；所述自主用力测量机构包括手臂固定绑带、光电传感器、感应片、弹簧以及导向机构，所述导向机构包括导向座和导向杆，所述导向杆的上端设有上连接板，下端设有下连接板；所述手臂固定绑带的一端连接在所述上连接板上，另一端设有挂环，所述手臂固定板上设有挂钩；所述感应片连接在所述下连接板上。本发明的手臂康复机构能够配合患者的主动性训练，根据患者的主动性参与程度确定对患者的协助程度，从而充分发挥患者的主动性，提高患者恢复机能的速度和效果。
Description
技术领域
本发明涉及人体康复训练设备，具体涉及一种手臂康复器。
背景技术
对于肢体瘫痪的患者，通过康复训练有利于辅助患者重获瘫痪肢体的运动功能。传统方法是医师对患者进行手把手的训练，这存在效率低、患者不能自主安排训练时间、成本高、训练效果依赖于医师的经验水平等不足，采用肢体康复设备则能很好地解决该问题。
现有的肢体康复设备通常通过关节结构为肢体提供相关的动作训练，例如，对于手臂的训练，利用转动关节带动小臂绕肘关节转动，以训练小臂的弯曲和伸直的功能。现有的肢体康复设备有申请公布号CN 102727360 A的发明专利申请公开的“人体上肢康复机器人”、申请公布号为CN104352335 A的发明专利申请公开的“一种偏瘫康复理疗仪”以及申请公布号为CN 104983549 A的发明专利申请公开的“一种智能型上肢康复训练器”等。现有的肢体康复设备存在的不足在于：人体肢体都是在外力的协助下进行运动训练，是一种被动式训练过程，患者不能根据自身的康复情况在康复的不同阶段不同程度地主动参与康复训练，从而不利于患者机能的快速恢复。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种主动式手臂康复器，该手臂康复机构能够配合患者的主动性训练，根据患者的主动性参与程度确定对患者的协助程度，从而充分发挥患者的主动性，提高患者恢复机能的速度和效果。
本发明实现上述目的技术方案为：
一种主动式手臂康复器，包括基座、手臂固定板、驱动手臂固定板作弯曲与伸直运动的弯曲驱动机构、驱动手臂固定板作往复转动的转动驱动机构、自主用力测量机构以及控制系统，其中：
所述弯曲驱动机构包括弯曲驱动固定座、弯曲驱动电机以及弯曲驱动传动机构，其中，所述手臂固定板的一端通过第一转轴连接在弯曲驱动固定座上，所述弯曲驱动电机固定在弯曲驱动固定座上，所述弯曲驱动传动机构连接在弯曲驱动电机的主轴与手臂固定板的第一转轴之间；
所述转动驱动机构包括转动驱动电机和转动驱动传动机构，其中，所述转动驱动电机固定在基座上，所述弯曲驱动固定座通过第二转轴连接在基座上，所述转动驱动传动机构连接在转动驱动电机的主轴与弯曲驱动固定座的第二转轴之间；
所述自主用力测量机构包括手臂固定绑带、光电传感器、感应片、弹簧以及导向机构，其中，所述导向机构包括设在手臂固定板侧面上的导向座和匹配于导向座的导向孔中的导向杆，所述导向杆的上端设有上连接板，下端设有下连接板；所述手臂固定绑带的一端连接在所述上连接板上，另一端设有挂环，所述手臂固定板在与导向机构相对的一侧上设有挂钩，工作时所述挂环勾挂在所述挂钩上；所述光电传感器为多个，沿着竖向排列，该光电传感器设置在手臂固定板中与导向机构相同的一侧上；所述感应片连接在所述下连接板上，且位于所述光电传感器的感应通道对应处；所述弹簧套在导向杆上，该弹簧的上下两端分别作用在上连接板和下连接板上；
所述控制系统包括中央处理器，该中央处理器的信号输入端与所述光电传感器连接，信号输出端与所述弯曲驱动电机和转动驱动电机连接。
上述主动式手臂康复器的工作原理是：使用时，患者的小臂放在手臂固定板上，并通过手臂固定绑带固定。所述弯曲驱动机构的作用在于驱动手臂固定板作弯曲与伸直运动，从而训练小臂弯曲与伸直的能力，具体是通过弯曲驱动电机以及弯曲驱动传动机构带动手臂固定板绕第一转轴转动；所述转动驱动机构用于驱动手臂固定板绕其长度方向的轴线转动，从而训练小臂转动的能力，具体是通过转动驱动电机以及转动驱动传动机构带动手臂固定板绕第二转轴转动。
在进行小臂弯曲与伸直能力的训练时，患者可根据自己的能力自主施加一定的作用力，由自主用力测量机构和中央处理器共同检测和计算出自主作用力的大小，进而由中央处理器控制弯曲驱动电机输出的辅助驱动力，该辅助驱动力随患者自主用力的变化而变化，自主作用力越大，辅助驱动力就越小，从而尽可能地发挥患者的自主锻炼能力。具体地，当患者的小臂自主施加作用力使小臂弯曲时，手臂固定绑带会带动上连接板、导向杆、下连接板以及感应片一起运动，上连接板和下连接板对弹簧进行压缩，所述感应片进入到光电传感器的感应通道中，所述自主作用力越大，感应片的移动距离就越大，且两者呈线性关系(因为弹簧的变形符合胡克定律)；由于设置有多个光电传感器，感应片移动距离的大小由光电传感器检测，感应片到达不同的光电传感器处，相应地能确定感应片的移动距离；光电传感器将感应片的实时位置信号传送给中央处理器，中央处理器将该位置信号换算成所述自主力的大小，从而计算出弯曲驱动电机输出的辅助驱动力，通过控制弯曲驱动电机的输出功率的方式实现辅助驱动力的调节。在训练过程中，患者的自主力可以根据自身的能力随时施加、随时撤销以及随意增大和减小，不管患者的自主力如何变化，中央处理器都能实时计算自主力的大小，从而确定弯曲驱动电机输出的辅助驱动力，患者的主动训练和被动训练有机地结合在一起。当患者的自主力恢复到较好水平后，所述弯曲驱动电机还可以输出反向作用力，使得患者的自主力除了需要带动自身小臂以及手臂固定板的重力进行弯曲，还需要克服弯曲驱动电机的反向作用下，从而更有效地锻炼的患者的自主用力能力。
本发明的一个优选方案，其中，所述弯曲驱动传动机构由第一部分齿轮传动机构构成，该第一部分齿轮传动机构包括连接在弯曲驱动电机主轴上的第一主动部分齿轮和连接在第一转轴上的第一从动部分齿轮；所述转动驱动传动机构由第二部分齿轮传动机构构成，该第二部分齿轮传动机构包括连接在转动驱动电机主轴上的第二主动部分齿轮和连接在第二转轴上的第二从动部分齿轮。采用上述方案的好处在于：所述齿轮传动机构采用部分齿轮的形式能够更好地确保训练过程中患者的安全；训练过程中，弯曲驱动电机和转动驱动电机作往复转动，其转动的行程应当限定在设定的范围内，否则如果转动范围超过设定行程，就可能对患者手臂产生扭伤，甚至出现严重的安全事故；两个电机的转动行程通常由中央处理器来控制；而采用上述部分齿轮传动机构后，如果转动行程因意外超过设定范围，该部分齿轮传动机构就会失去动力传递效果，从而切断动力，确保患者手臂安全。
优选地，所述第一从动部分齿轮和第二从动部分齿轮为内齿轮，这使得结构更加紧凑，并让主动部分齿轮和从动部分齿轮可以同向转动。
本发明的一个优选方案，其中，所述光电传感器为三个，当感应片位于最下方的光电传感器处时，所述弯曲驱动电机施加正向辅助驱动力，当感应片位于中间的光电传感器处时，所述弯曲驱动电机施加的辅助驱动力为零，当感应片位于最上方的光电传感器处时，所述弯曲驱动电机施加反向辅助驱动力。该优选方案从结构上看，光电传感器数量较少，结构简单，从控制上来看，数据处理量少，便于控制。
本发明的一个优选方案，其中，所述手臂固定板上设有与小臂形状相匹配的定位槽，以便于小臂的固定。
本发明的一个优选方案，其中，所述导向杆为两个，每个导向杆上设有一个弹簧，使得受力均衡，自主力的测量结果更加准确。
本发明的一个优选方案，其中，所述自主用力测量机构的数量为两个或者多个，这些自主用力测量机构沿着手臂固定板的长度方向排列。其目的在于，根据杠杆原理，自主用力测量机构距离第一转轴的距离不同，患者要带动手臂固定板向上弯曲转动所需的力也不同，距离越近，所需的力越大，通过设置两个以上的自主用力测量机构，可以根据患者的自主力的大小选择合适的自主用力测量机构进行工作，适用性更好。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、不但能够实现普通的被动式训练，而且还能够配合患者的主动性训练，根据患者的主动性参与程度确定对患者的协助程度，从而充分发挥患者的主动性，提高患者恢复机能的速度和效果。
2、训练过程中患者的自主力可以根据自身的能力随时施加、随时撤销以及随意增大和减小，不管患者的自主力如何变化，中央处理器都能实时计算自主力的大小，从而确定弯曲驱动电机输出的辅助驱动力，患者的主动训练和被动训练有机地结合在一起。
3、当患者的自主力恢复到较好水平后，所述弯曲驱动电机还可以输出反向作用力，使得患者的自主力除了需要带动自身小臂以及手臂固定板的重力进行弯曲，还需要克服弯曲驱动电机的反向作用下，从而更有效地锻炼的患者的自主用力能力。
附图说明
图1和图2为本发明的主动式手臂康复器的一个具体实施方式的立体结构示意图。
图3为图2中自主用力测量机构部分的局部放大图。
图4和图5为图1和图2所示实施方式中弯曲驱动机构和转动驱动机构的爆炸图，其中，图4的爆炸部位为第一部分齿轮传动机构对应处，图5的爆炸部位为第二部分齿轮传动机构对应处。
图6为本发明的主动式手臂康复器中控制系统的原理框图。
图7为本发明的主动式手臂康复器的第二个具体实施方式的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，本发明的主动式手臂康复器包括基座8、手臂固定板1、驱动手臂固定板1作弯曲与伸直运动的弯曲驱动机构、驱动手臂固定板1作往复转动的转动驱动机构、自主用力测量机构以及控制系统。
如图1-图5所示，所述弯曲驱动机构包括弯曲驱动固定座5、弯曲驱动电机2以及弯曲驱动传动机构，其中，所述手臂固定板1的一端通过第一转轴4连接在弯曲驱动固定座5上，所述弯曲驱动电机2固定在弯曲驱动固定座5上，所述弯曲驱动传动机构连接在弯曲驱动电机2的主轴与手臂固定板1的第一转轴4之间。
如图1-图5所示，所述转动驱动机构包括转动驱动电机6和转动驱动传动机构，其中，所述转动驱动电机6固定在基座8上，所述弯曲驱动固定座5通过第二转轴10连接在基座8上，所述转动驱动传动机构连接在转动驱动电机6的主轴与弯曲驱动固定座5的第二转轴10之间。
如图1-图3所示，所述自主用力测量机构包括手臂固定绑带9、光电传感器12、感应片13、弹簧18以及导向机构，其中，所述导向机构包括设在手臂固定板1侧面上的导向座15和匹配于导向座15的导向孔中的导向杆14，所述导向杆14的上端设有上连接板16，下端设有下连接板17；所述手臂固定绑带9的一端连接在所述上连接板16上，另一端设有挂环11，所述手臂固定板1在与导向机构相对的一侧上设有挂钩19，工作时所述挂环11勾挂在所述挂钩19上；所述光电传感器12为多个，沿着竖向排列，该光电传感器12设置在手臂固定板1中与导向机构相同的一侧上；所述感应片13连接在所述下连接板17上，且位于所述光电传感器12的感应通道12-1对应处；所述弹簧18套在导向杆14上，该弹簧18的上下两端分别作用在上连接板16和下连接板17上。
如图6所示，所述控制系统包括中央处理器、存储器以及驱动电路，该中央处理器的信号输入端与所述光电传感器12连接，信号输出端通过驱动电路与所述弯曲驱动电机2和转动驱动电机6连接。
如图4和图5所示，所述弯曲驱动传动机构由第一部分齿轮传动机构3构成，该第一部分齿轮传动机构3包括连接在弯曲驱动电机2主轴上的第一主动部分齿轮3-1和连接在第一转轴4上的第一从动部分齿轮3-2；所述转动驱动传动机构由第二部分齿轮传动机构7构成，该第二部分齿轮传动机构7包括连接在转动驱动电机6主轴上的第二主动部分齿轮7-1和连接在第二转轴10上的第二从动部分齿轮7-2。所述第一从动部分齿轮3-2和第二从动部分齿轮7-2为内齿轮。采用上述结构的好处在于：所述齿轮传动机构采用部分齿轮的形式能够更好地确保训练过程中患者的安全；训练过程中，弯曲驱动电机2和转动驱动电机6作往复转动，其转动的行程应当限定在设定的范围内，否则如果转动范围超过设定行程，就可能对患者手臂产生扭伤，甚至出现严重的安全事故；两个电机的转动行程通常由中央处理器来控制；而采用上述部分齿轮传动机构后，如果转动行程因意外超过设定范围，该部分齿轮传动机构就会失去动力传递效果，从而切断动力，确保患者手臂安全。
如图1-图3所示，所述光电传感器12为三个，当感应片13位于最下方的光电传感器12处时，所述弯曲驱动电机2施加正向辅助驱动力，当感应片13位于中间的光电传感器12处时，所述弯曲驱动电机2施加的辅助驱动力为零，当感应片13位于最上方的光电传感器12处时，所述弯曲驱动电机2施加反向辅助驱动力；而当当感应片13位于最下方的光电传感器12的下方时，此时患者没有主动用力，手臂弯曲的力全部依靠所述弯曲驱动电机2施加的正向辅助驱动力。
如图1和图2所示，所述手臂固定板1上设有与小臂形状相匹配的定位槽1-1，以便于小臂的固定。
如图1和图2所示，所述导向杆14为两个，每个导向杆14上设有一个弹簧18，使得受力均衡，自主力的测量结果更加准确。
下面结合附图对上述主动式手臂康复器的工作原理作进一步的描述：
参见图1-图6，使用时，患者的小臂放在手臂固定板1上，并通过手臂固定绑带9固定。所述弯曲驱动机构的作用在于驱动手臂固定板1作弯曲与伸直运动，从而训练小臂弯曲与伸直的能力，具体是通过弯曲驱动电机2以及弯曲驱动传动机构带动手臂固定板1绕第一转轴4转动；所述转动驱动机构用于驱动手臂固定板1绕其长度方向的轴线转动，从而训练小臂转动的能力，具体是通过转动驱动电机6以及转动驱动传动机构带动手臂固定板1绕第二转轴10转动。
在进行小臂弯曲与伸直能力的训练时，患者可根据自己的能力自主施加一定的作用力，由自主用力测量机构和中央处理器共同检测和计算出自主作用力的大小，进而由中央处理器控制弯曲驱动电机2输出的辅助驱动力，该辅助驱动力随患者自主用力的变化而变化，自主作用力越大，辅助驱动力就越小，从而尽可能地发挥患者的自主锻炼能力。具体地，当患者的小臂自主施加作用力使小臂弯曲时，手臂固定绑带9会带动上连接板16、导向杆14、下连接板17以及感应片13一起运动，上连接板16和下连接板17对弹簧18进行压缩，所述感应片13进入到光电传感器12的感应通道12-1中，所述自主作用力越大，感应片13的移动距离就越大，且两者呈线性关系(因为弹簧18的变形符合胡克定律)；由于设置有多个光电传感器12，感应片13移动距离的大小由光电传感器12检测，感应片13到达不同的光电传感器12处，相应地能确定感应片13的移动距离；光电传感器12将感应片13的实时位置信号传送给中央处理器，中央处理器将该位置信号换算成所述自主力的大小，从而计算出弯曲驱动电机2输出的辅助驱动力，通过控制弯曲驱动电机2的输出功率的方式实现辅助驱动力的调节。在训练过程中，患者的自主力可以根据自身的能力随时施加、随时撤销以及随意增大和减小，不管患者的自主力如何变化，中央处理器都能实时计算自主力的大小，从而确定弯曲驱动电机2输出的辅助驱动力，患者的主动训练和被动训练有机地结合在一起。当患者的自主力恢复到较好水平后，所述弯曲驱动电机2还可以输出反向作用力，使得患者的自主力除了需要带动自身小臂以及手臂固定板1的重力进行弯曲，还需要克服弯曲驱动电机2的反向作用下，从而更有效地锻炼的患者的自主用力能力。
实施例2
如图7所示，本实施例与实施例1相比的不同之处在于，本实施例中，所述自主用力测量机构的数量为三个，这些自主用力测量机构沿着手臂固定板1的长度方向排列。其目的在于，根据杠杆原理，自主用力测量机构距离第一转轴4的距离不同，患者要带动手臂固定板1向上弯曲转动所需的力也不同，距离越近，所需的力越大，通过设置两个以上的自主用力测量机构，可以根据患者的自主力的大小选择合适的自主用力测量机构进行工作，适用性更好。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种主动式手臂康复器，其特征在于，包括基座、手臂固定板、驱动手臂固定板作弯曲与伸直运动的弯曲驱动机构、驱动手臂固定板作往复转动的转动驱动机构、自主用力测量机构以及控制系统，其中：
所述弯曲驱动机构包括弯曲驱动固定座、弯曲驱动电机以及弯曲驱动传动机构，其中，所述手臂固定板的一端通过第一转轴连接在弯曲驱动固定座上，所述弯曲驱动电机固定在弯曲驱动固定座上，所述弯曲驱动传动机构连接在弯曲驱动电机的主轴与手臂固定板的第一转轴之间；
所述转动驱动机构包括转动驱动电机和转动驱动传动机构，其中，所述转动驱动电机固定在基座上，所述弯曲驱动固定座通过第二转轴连接在基座上，所述转动驱动传动机构连接在转动驱动电机的主轴与弯曲驱动固定座的第二转轴之间；
所述自主用力测量机构包括手臂固定绑带、光电传感器、感应片、弹簧以及导向机构，其中，所述导向机构包括设在手臂固定板侧面上的导向座和匹配于导向座的导向孔中的导向杆，所述导向杆的上端设有上连接板，下端设有下连接板；所述手臂固定绑带的一端连接在所述上连接板上，另一端设有挂环，所述手臂固定板在与导向机构相对的一侧上设有挂钩，工作时所述挂环勾挂在所述挂钩上；所述光电传感器为多个，沿着竖向排列，该光电传感器设置在手臂固定板中与导向机构相同的一侧上；所述感应片连接在所述下连接板上，且位于所述光电传感器的感应通道对应处；所述弹簧套在导向杆上，该弹簧的上下两端分别作用在上连接板和下连接板上；
所述控制系统包括中央处理器，该中央处理器的信号输入端与所述光电传感器连接，信号输出端与所述弯曲驱动电机和转动驱动电机连接。
2.根据权利要求1所述的主动式手臂康复器，其特征在于，所述弯曲驱动传动机构由第一部分齿轮传动机构构成，该第一部分齿轮传动机构包括连接在弯曲驱动电机主轴上的第一主动部分齿轮和连接在第一转轴上的第一从动部分齿轮；所述转动驱动传动机构由第二部分齿轮传动机构构成，该第二部分齿轮传动机构包括连接在转动驱动电机主轴上的第二主动部分齿轮和连接在第二转轴上的第二从动部分齿轮。
3.根据权利要求2所述的主动式手臂康复器，其特征在于，所述第一从动部分齿轮和第二从动部分齿轮为内齿轮。
4.根据权利要求1所述的主动式手臂康复器，其特征在于，所述光电传感器为三个，当感应片位于最下方的光电传感器处时，所述弯曲驱动电机施加正向辅助驱动力，当感应片位于中间的光电传感器处时，所述弯曲驱动电机施加的辅助驱动力为零，当感应片位于最上方的光电传感器处时，所述弯曲驱动电机施加反向辅助驱动力。
5.根据权利要求1所述的主动式手臂康复器，其特征在于，所述手臂固定板上设有与小臂形状相匹配的定位槽。
6.根据权利要求1所述的主动式手臂康复器，其特征在于，所述导向杆为两个，每个导向杆上设有一个弹簧。
7.根据权利要求1所述的主动式手臂康复器，其特征在于，所述自主用力测量机构的数量为两个或者多个，这些自主用力测量机构沿着手臂固定板的长度方向排列。
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2016
- 2016-10-10 CN CN201610882119.5A patent/CN106344347B/zh active Active
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