CN108451747B - 一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，包括：上臂固定部，固定在使用者的上臂；减速电机，固定在上臂固定部的一侧，用于产生运动；运动传输组件，用于传递减速电机产生的运动；以及前臂固定部，固定在使用者的前臂，与运动传输组件连接，在运动传输组件的带动下进行康复训练，其中，上臂固定部包括变径槽、调整臂托、固定臂托以及固定架，运动传输组件包括异形轴、同步带以及卷簧，前臂固定部包括旋转块、臂托支架、内外旋滑道以及臂托滑块，调整臂托的外侧设置在变径槽内，且在变径槽内上下滑动，固定臂托的外侧固定在变径槽的底端，与调整臂托一起固定使用者的上臂，卷簧固定设置在异形轴的最外侧的固定轴位上，用于储存或释放能量。

Description

一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置

技术领域

本发明涉及一种康复训练装置，具体涉及一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置。

背景技术

随着全球老龄化的加剧，到2020年，我国65岁及以上人口将到达2.48亿，占总人口的17％，其中，很大一部分脑卒中患者其上肢无法对上肢运动做出正确反映，导致上肢运动功能的丧失。虽然当今社会医疗技术的不断提高能够让患者在发病之后生还，但是其上肢运动障碍等后遗症仍然无法改变。

临床医学和医学理论已经证明，这类患者除了前期手术治疗和药物治疗外，正确、科学、合理的康复训练对于上肢运动功能的恢复起到十分重要的作用。运动治疗是主要的康复方法，主要解决患者肌肉乏力，不能做、站立、步行等问题。临床上，常用的运动物理康复治疗分为主动式与被动式，但是无论哪种方式都需要医疗人员徒手挥着借助医疗器械进行操作，对于医疗人员的技术不仅要求偏高，而且也耗时耗力，对于医疗人员同样是一项长期的艰苦工作。所以近些年来市面上出现了一种新型机器人，康复训练机器人。

国内外已经得到临床应用的外骨骼式上肢康复训练机器人基本都是走中大型设备的路线，比如技术比较成熟的三个产品美国Myomo公司的Myopro肘关节外骨骼。现有产品明显增大了患者视野范围内的设备体积，会不同程度的增加病人的心理压力，且不具备日常生活辅助功能。

与此同时，由于价格原因，难以普及，往往只有医院或康复中心才会购买这类中大型设备，这也限制了病人必须在规定时间地点做间断性的几组康复训练动作，难以实现病人的康复目标。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，用于辅助使用者进行上肢康复训练。

本发明提供了一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，具有这样的特征，包括：上臂固定部，固定在使用者的上臂；减速电机，固定在上臂固定部的一侧，用于产生运动；运动传输组件，用于传递减速电机产生的运动；以及前臂固定部，固定在使用者的前臂，与运动传输组件连接，在运动传输组件的带动下进行康复训练，其中，上臂固定部包括变径槽、调整臂托、固定臂托以及固定架，运动传输组件包括异形轴、同步带以及卷簧，前臂固定部包括旋转块、臂托支架、内外旋滑道以及臂托滑块，调整臂托的外侧设置在变径槽内，且在变径槽内上下滑动，固定臂托的外侧固定在变径槽的底端，与调整臂托一起固定使用者的上臂，固定架的外侧设置有同步带轮，下端设置有供异形轴穿过的通孔，异形轴具有四个固定轴位，四个固定轴位由内向外分别用于固定同步带、旋转块以及卷簧，臂托支架与旋转块的一端连接，内侧设置有凹槽，内外旋滑道设置凹槽内，臂托滑块安装在内外旋滑道的滑道内，且在滑动内上下滑动，卷簧固定设置在异形轴的最外侧的固定轴位上，用于储存或释放能量。

在本发明提供的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置中，还可以具有这样的特征，还包括：保护外壳，其中，该保护外壳设置在固定板的外侧，用于防护上臂固定部、运动传输组件避免外接碰撞。

在本发明提供的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置中，还可以具有这样的特征：其中，保护外壳的靠近异形轴的一侧设置有角度限位滑槽，角度限位滑槽与旋转块配合实现前臂固定部的机械定位。

在本发明提供的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置中，还可以具有这样的特征：其中，保护外壳的靠近异形轴的最外侧还设有卷簧弹力调节组件，该卷簧弹力调节组件为多个凹槽，用于调节卷簧的预紧力。

在本发明提供的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置中，还可以具有这样的特征：其中，减速电机由行星减速机构与直齿轮减速机构组成，减速电机的输入转矩为3mNM，输出转矩为3000mNM，传动比为1000，行星减速机构的减速比为10，直齿轮减速机构比为100。

在本发明提供的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置中，还可以具有这样的特征：其中，上臂固定部与前臂固定部之间的夹角为80°～120°。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，因为该康复训练装置具有上臂固定部、减速电机、运动传输组件以及前臂固定部，所以，本发明的康复训练装置的所占空间较小，重量较轻，直接佩戴在使用者的上肢上，允许使用者在不同阶段下，可以在不依靠专业医师或者在户外的情况下，自主进训练并辅助日常生活。

另外，上臂固定部还包括变径槽以及调整臂托，调整臂托安装在变径槽内且在变径槽内移动，这样的设置可以适应不同手臂长度的使用者。

此外，该康复训练装置中的前臂固定部中具有旋转块、内外旋滑道以及臂托滑块，旋转块与运动传输组件连接，在减速电机的驱动以及运动传输组件的传动下进行旋转以实现前臂的外展以及内收，臂托滑块固定在使用者的前臂并在内外旋滑道内进行滑动，因此，该自主训练不仅能够锻炼使用者上肢的外展和内收，还可以锻炼使用者前臂的内外旋，增加了使用者的锻炼项目，更有效得地帮助使用者恢复上肢运动。

不仅如此，运动传输连接组件中包括卷簧，当减速电机带动前臂进行外展时，卷簧进行储能，当减速电机带动前臂进行内收时，卷簧释放能量，前臂与上臂之间的夹角越大时，卷簧弹力越好，有助于减轻电机负担，从而可以选用小功率的减速电机，进而降低康复训练装置的重量以及体积。

附图说明

图1是本发明的实施例中穿戴式肘关节骨骼康复训练装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例中穿戴式肘关节骨骼康复训练装置的结构示意图；

图3是本发明的实施例中上臂固定部的后视图；

图4是本发明的实施例中上臂固定部的侧视图；

图5是本发明的实施例中异形轴的俯视图；

图6是本发明的实施例中异形轴的结构示意图；

图7是本发明的实施例中旋转块的结构示意图；以及

图8是本发明的实施例中保护外壳的底端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明穿戴式肘关节骨骼康复训练装置作具体阐述。

图1是本发明的实施例中穿戴式肘关节骨骼康复训练装置的结构示意图；图2是本发明的实施例中穿戴式肘关节骨骼康复训练装置的结构示意图。

如图1、2所示，2(a)为穿戴式肘关节骨骼康复训练装置的内部结构的外侧视图，2(b)为该内部结构的内侧视图，穿戴式肘关节骨骼康复训练装置100用于辅助使用者对其上肢进行康复训练，包括上臂固定部10、减速电机20、运动传输组件30、前臂固定部40以及保护外壳50。

图3是本发明的实施例中上臂固定部的后视图；图4是本发明的实施例中上臂固定部的侧视图。

如图3～4所示，上臂固定部10固定在使用者的上臂，包括上臂托支架11、变径槽12、调整臂托13、固定臂托14以及固定架15。

上臂托支架11构成为上臂固定部10的主体。

变径槽12设置在上臂托支架11的上端内侧，且其直径由上到下的依次减小。

调整臂托13的外侧与变径槽12卡合连接，具有弹性按压块131，内侧与使用者的手臂贴合。调整臂托131可以通过按压弹性按压块131使其在变径槽12内上下滑动，以适应不同手臂长度的使用者。

固定臂托14的外侧固定在上臂托支架11的下端，内侧与使用者的上臂贴合。固定臂托14与调整臂托13共用固定在使用者的上臂上。

如图1、2所示，固定板15通过螺钉与上臂固定架11的底端固定连接，上端为一横向延伸的轴承151，该轴承的两侧均通过紧定螺钉固定设有同步带轮152，下端设置有通孔。

减速电机20通过螺纹固定安装在上臂托支架11的上端的外侧，通过皮带21与轴承151内侧的同步带轮152连接，用于产生运动，并通过皮带将运动传输至轴承151。

减速电机20由行星减速机构与直齿轮减速机构组成，减速电机20的输入转矩为3mNM，输出转矩为3000mNM，传动比为1000，行星减速机构的减速比为10，直齿轮减速机构比为100。

运动传输组件30用于传输减速电机20产生的运动到前臂固定部40，包括异形轴31、同步带32以及卷簧33。

图5是本发明的实施例中异形轴的俯视图；图6是本发明的实施例中异形轴的结构示意图。

如图5、6所示，异形轴31上由内向外上设置有异形轴轴端311、同步带固定轴位312、旋转块固定轴位313、卷簧固定轴位314，异形轴轴端311穿过固定板15，同步带固定轴位312上设置有同步带轮152。

如图1、2所示，同步带32分别套设在同步带固定轴位312上的同步带轮152以及轴承151外侧的同步带轮152上。同步带固定轴位312在轴承151的带动下进行转动。

卷簧33固定在卷簧固定轴位314上，对卷簧33设置预紧力，使得上臂固定部10与前臂固定部40之间的夹角在80°～120°范围内。

前臂固定部40固定在使用者的前臂上，包括旋转块41、前臂托支架42、内外旋滑道43以及臂托滑块44。

图7是本发明的实施例中旋转块的结构示意图。

如图7所示，旋转块41的靠近异形轴31的一端设置有方孔411。旋转块41通过方孔411采用螺钉固定在旋转块固定轴位313上，在异形轴31的带动下进行旋转，进而实现使用者的前臂进行外展与内收。

如图1、2所示，前臂托支架42通过螺钉与旋转41的另一端固定连接，内侧设置有凹槽。

内外旋滑道43通过弹簧431安装在凹槽内，且可以在凹槽内进行滑动。

臂托滑块44外侧安装在内外旋滑道43的滑道内，且能在滑道内进行上下滑动，内侧贴合固定在使用者的前臂上，进而实现使用者的前臂的内外旋。

在本实施例中，内外旋滑道43以及臂托滑块44的个数均为两个，两个内外旋滑道43分别通过两个弹簧431呈一定间距的安装在凹槽内，两个臂托滑块44分别安装在两个内外旋滑道43的滑道内。

保护外壳50用于上臂固定部10、运动传输组件30避免外接碰撞。

图8是本发明的实施例中保护外壳的底端的结构示意图。

如图1、8所示，保护外壳50通过卡隽与固定板15连接，靠近异形轴31的一端为一中空圆柱形套筒，套设在异形轴31外，在异形轴31的旋转块固定轴位313处设置有角度限位滑槽51，该角度限位滑槽51与旋转块41相互配合，满足旋转块41的机械限位。

保护外壳50在卷簧固定轴位314处设置由多个凹槽组成的卷簧预紧力调节组件52，该卷簧预紧力调节组件52用于调节卷簧33的预紧力以适应不同肌力的使用者。

在本实施例中，穿戴式肘关节骨骼康复训练装置100的外观设计大多采用圆或圆弧设计。

穿戴式肘关节骨骼康复训练装置100的工作过程为：对卷簧33进行预紧，使得前臂固定部40与上臂固定部10之间的夹角为80°～120°，然后，减速电机20开始转动，带动轴承151运动，进而通过同步带32带动异形轴31转动，最终实现旋转块41转动，带动使用者的前臂进行外展或内收。当前臂外展时，卷簧33进行储能；当前臂进行内收时，卷簧33进行释放能量，减轻减速电机20的负担。前臂与上臂之间的夹角越大，卷簧33的能量越多，弹力越大，减速电机20的负担越小。

另外，使用者的前臂可以通过滑块臂托44在内外旋滑道43的滑道内的滑动实现前臂的内外旋。

实施例的作用与效果

根据上述实施例中的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，因为该康复训练装置具有上臂固定部、减速电机、运动传输组件以及前臂固定部，所以，本发明的康复训练装置的所占空间较小，重量较轻，直接佩戴在使用者的上肢上，允许使用者在不同阶段下，可以在不依靠专业医师或者在户外的情况下，自主进训练并辅助日常生活。

另外，上臂固定部还包括变径槽以及调整臂托，调整臂托安装在变径槽内且在变径槽内移动，这样的设置可以适应不同手臂长度的使用者。

此外，该康复训练装置中的前臂固定部中具有旋转块、内外旋滑道以及臂托滑块，旋转块与运动传输组件连接，在减速电机的驱动以及运动传输组件的传动下进行旋转以实现前臂的外展以及内收，臂托滑块固定在使用者的前臂并在内外旋滑道内进行滑动，因此，该自主训练不仅能够锻炼使用者上肢的外展和内收，还可以锻炼使用者前臂的内外旋，增加了使用者的锻炼项目，更有效得地帮助使用者恢复上肢运动。

不仅如此，运动传输连接组件中包括卷簧，当减速电机带动前臂进行外展时，卷簧进行储能，当减速电机带动前臂进行内收时，卷簧释放能量，前臂与上臂之间的夹角越大时，卷簧弹力越好，有助于减轻电机负担，从而可以选用小功率的减速电机，进而降低康复训练装置的重量以及体积。

另外，上述实施例中减速电机具有高传动比，高转矩输出，能够实现多种控制方式的肘关节训练器。

此外，保护外壳的角度限位滑槽与旋转块相互配合实现康复训练装置的机械限位，加强了康复训练装置的结构稳定性。

另外，内外旋滑道通过弹簧安装在前臂托支架的内侧凹槽内，是的内外旋滑道相对前臂托支架产生滑动，从而消除在肘关节运动过程中，外骨骼与人体上肢产生的相对滑动影响。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，用于辅助使用者进行上肢康复训练，其特征在于，包括：

上臂固定部，固定在所述使用者的上臂；

减速电机，固定在所述上臂固定部的一侧，用于提供动力；

运动传输组件，用于传递所述减速电机产生的运动；

保护外壳；以及

前臂固定部，固定在所述使用者的前臂，与所述运动传输组件连接，在所述运动传输组件的带动下产生肘关节运动，

其中，所述上臂固定部包括变径槽、调整臂托、固定臂托以及固定架，

所述运动传输组件包括异形轴、同步带以及卷簧，

所述前臂固定部包括旋转块、臂托支架、内外旋滑道以及臂托滑块，

所述调整臂托的外侧设置在所述变径槽内，且在所述变径槽内上下滑动，

所述固定臂托的外侧固定在所述变径槽的底端，与所述调整臂托一起固定所述使用者的上臂，

所述固定架的外侧设置有同步带轮，下端设置有供所述异形轴穿过的通孔，

所述异形轴具有三个固定轴位，三个所述固定轴位由内向外分别用于固定所述同步带、所述旋转块以及所述卷簧，

所述臂托支架与所述旋转块的一端连接，内侧设置有凹槽，

所述内外旋滑道设置在所述凹槽内，

所述内外旋滑道内设置有弹簧，

所述臂托滑块安装在所述内外旋滑道的滑道内，且在所述滑道内上下滑动，由所述弹簧约束所述臂托滑块的上下滑动，

所述卷簧固定设置在所述异形轴的最外侧的所述固定轴位上，用于储存或释放能量，

所述保护外壳设置在所述固定板的外侧，用于防护所述上臂固定部、所述运动传输组件避免外接碰撞，

所述保护外壳的靠近所述异形轴的最外侧还设有卷簧弹力调节组件，该卷簧弹力调节组件为多个凹槽，用于调节所述卷簧的预紧力,从而使得所述上臂固定部与所述前臂固定部之间的夹角为80°～120°。

2.根据权利要求1所述的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，其特征在于：

其中，所述保护外壳的靠近所述异形轴的一侧设置有角度限位滑槽，

所述角度限位滑槽与所述旋转块配合实现所述前臂固定部的机械定位。

3.根据权利要求1所述的穿戴式肘关节骨骼康复训练装置，其特征在于：

其中，所述减速电机由行星减速机构与直齿轮减速机构组成，

所述减速电机的输入转矩为3mNM，输出转矩为3000mNM，传动比为1000，所述行星减速机构的减速比为10，所述直齿轮减速机构比为100。

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