CN108465209A - 腕关节全功能训练机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种腕关节全功能训练机器人，包括平台、设置于平台上的显示屏和PC主机、以及可实现左/右手手腕关节康复训练的粗大功能运动装置和精细功能运动装置，粗大功能运动装置包括依次连接的前臂运动装置、腕关节上下摆动装置和腕关节左右旋转装置，其中，腕关节左右旋转装置与腕关节上下摆动装置可拆卸连接。本发明结构简单，操作方便、快捷，康复训练模式多，能够对手指、腕关节部位进行康复训练，且康复效果好。

Description

腕关节全功能训练机器人
技术领域
本发明涉及一种腕关节全功能训练机器人。
背景技术
手是人类最灵巧的身体部分，作为手和身体连接的腕关节，需要很强的灵活性来协助双手部实现其功能。腕关节是由8块形状各异而不规则的腕骨组成：舟状骨、月状骨、三角骨、豆骨、大多角骨、小多角骨、头状骨和钩骨。它们彼此互相交错接触，有韧带互相连接，活动幅度不等。腕关节联合体是由桡骨末端、尺骨末端以及两排腕骨组成，桡尺骨末端关节是由尺骨和桡骨的C形凹槽构成的，最佳的关节接触和稳定性大约出现在手腕旋前和旋后、桡偏和尺偏、掌屈和背屈的中立位(三个活动自由度的中立位在同一位置)。任何角度偏离或在活动范围末端的压力都会引起许多腕关节的问题，例如活动范围受限制，腕关节不稳定、手腕疼痛和抓握力减弱等。很多损伤都会导致腕关节疼痛，例如：腕关节肌腱炎，扭伤，腕管综合征关节炎手腕腱鞘囊肿舟状骨骨折等。
现有的手指、手腕部康复器械大多以患者被动训练为主，训练模式单一，不能为患者提供主动训练平台，且现有手指、手腕关节康复设备缺少患者训练运动数据检测，无法准确掌握患者训练过程中手指、手腕关节训练的状态变化以使训练效果最优化。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种结构简单，操作方便、快捷，康复训练模式多，能够对手指、腕关节部位进行精细功能运动和粗大功能运动实现康复训练的腕关节全功能训练机器人。
本发明通过以下技术方案实现：
腕关节全功能训练机器人，包括平台、设置于平台上的显示屏和PC主机、以及可实现左/右手腕关节康复训练的粗大功能运动装置和精细功能运动装置，粗大功能运动装置包括依次连接的前臂运动装置、腕关节上下摆动装置和腕关节左右旋转装置，其中，腕关节左右旋转装置与腕关节上下摆动装置可拆卸连接。
进一步地，所述前臂运动装置包括前臂旋转电机、联轴器、齿轮和前臂托，前臂托的齿圈座上设置有圆弧形齿条，前臂旋转电机通过联轴器带动齿轮与齿条啮合从而驱动前臂托转动。
进一步地，所述前臂运动装置还包括便于所述前臂托转动的滚轮。
进一步地，所述腕关节上下摆动装置包括两组摆动装置，两组摆动装置间隔对称设置于所述前臂运动装置上，每一组摆动装置均包括尺偏/桡偏电机、减速机、联轴器、锥齿轮以及侧摆臂，侧摆臂上端与锥齿轮连接，下端与所述腕关节左右旋转装置可拆卸连接，尺偏/桡偏电机通过减速机、联轴器带动锥齿轮啮合从而驱动侧摆臂上下摆动。
进一步地，所述腕关节左右旋转装置包括圆弧形导轨、与圆弧形导轨滑动连接的滑轮支架以及设置于滑轮支架上的手柄，滑轮支架上设置有直线导轨，手柄与直线导轨滑动连接。
进一步地，所述精细功能运动装置包括依次连接的操作工具、联轴器和阻尼器，操作工具通过联轴器与阻尼器连接。
进一步地，所述操作工具包括开关工具、旋钮工具、手柄工具中的一种。
进一步地，所述设置平台上设置有拱形支架，所述显示屏和PC主机设置于拱形支架上端，所述精细功能运动装置通过设置于平台上的光轴滑入或滑出拱形支架。
进一步地，所述精细功能运动装置和所述粗大功能运动装置均设置有角度传感器。
进一步地，还包括电刺激装置。
本发明有益效果：1、本发明可实现左手或者右手手指、腕关节康复训练。
2、本发明可根据患者手部实际情况选择粗大功能运动装置或者精心运动装置进行手指、腕关节康复训练。
3、本发明康复训练模式多，且可主被动模式结合康复训练，康复训练效果好。
4、本发明可检测训练运动数据，准确掌握患者训练过程中手指、手腕关节训练的状态变化以使训练效果最优化。
附图说明
图1为本发明腕关节全功能训练机器人结构示意图；
图2为本发明腕关节全功能训练机器人粗大功能运动装置工作状态示意图；
图3为本发明腕关节全功能训练机器人精细功能运动装置工作使用状态示意图；
图4为本发明腕关节全功能训练机器人粗大功能运动装置结构示意图一；
图5为本发明腕关节全功能训练机器人粗大功能运动装置结构示意图二；
图6为本发明腕关节全功能训练机器人粗大功能运动装置结构示意图三；
图7为本发明腕关节全功能训练机器人精细功能运动装置结构示意图。
其中，1-平台，2-显示屏和PC主机，3-粗大功能运动装置，31-前臂运动装置，311-前臂旋转电机，312-联轴器，313-齿轮，314-前臂托，315-圆弧形齿条，316-滚轮，317-角度传感器，32-腕关节上下摆动装置，321-尺偏/桡偏电机，322-减速机，323-联轴器，324-锥齿轮，325-侧摆臂，326-螺丝，33-腕关节左右旋转装置，331-圆弧形导轨，332-滑轮支架，333-手柄，334-角度传感器，4-精细功能运动装置，41-操作工具，42-联轴器，43-阻尼器，44-联轴器，45-角度传感器，5-拱形支架，6-精细支架，7-光轴，8-胶头螺丝。
具体实施方式
如图1至7所示，腕关节全功能训练机器人，包括可升降平台1、设置于平台1上的显示屏和PC主机2、以及可实现左/右手腕关节康复训练的粗大功能运动装置3和精细功能运动装置4，粗大功能运动装置3包括依次连接的前臂运动装置31、腕关节上下摆动装置32和腕关节左右旋转装置33，其中，腕关节左右旋转装置33通过螺丝与腕关节上下摆动装置32可拆卸连接。本发明可通过粗大功能运动装置3或精细功能运动装置4实现左/右手手指、手腕康复训练，且康复训练效果好。
本实施例中，前臂运动装置31包括前臂旋转电机311、联轴器312、齿轮313、前臂托314、滚轮316和角度传感器317，前臂托314的齿圈座上设置有圆弧形齿条315，前臂旋转电机311通过联轴器312带动齿轮313与齿条315啮合从而驱动前臂托314转动，滚轮316设置有三个，便于前臂托314更加稳定地转动，联轴器312通过齿轮装置带动角度传感器317转动。通过齿轮313与齿条315啮合带动前臂运动装置31、腕关节上下摆动装置32和腕关节左右旋转装置33一起实现前臂旋前/旋后运动，同时在滚轮316作用下前臂托314在轨迹内摆动，运动更加稳定、康复训练效果更加好。
本实施例中，腕关节上下摆动装置32包括两组摆动装置和角度传感器326，两组摆动装置间隔对称设置于前臂运动装置31上，每一组摆动装置均包括尺偏/桡偏电机321、减速机322、联轴器323、锥齿轮324以及侧摆臂325，侧摆臂325上端与锥齿轮324连接，下端通过螺丝326与腕关节左右旋转装置33可拆卸连接，尺偏/桡偏电机321通过减速机322、联轴器323带动锥齿轮324啮合从而驱动侧摆臂325上下摆动。通过锥齿轮324带动侧摆臂325上下摆动，运动更加稳定、康复训练效果更加好。联轴器323通过齿轮装置带动角度传感器326转动。
本实施例中，腕关节左右旋转装置33包括圆弧形导轨331、与圆弧形导轨331滑动连接的滑轮支架332、设置于滑轮支架332上的手柄333以及角度传感器334，滑轮支架332上设置有直线导轨，手柄333与直线导轨滑动连接。通过手握手柄333带动滑轮支架332在圆弧形导轨331内滑行，运动更加稳定，康复训练效果更加好。圆弧形导轨331设置有齿条，齿条与齿轮啮合从而带动角度传感器334转动。
本实施例中，精细功能运动装置4包括依次连接的操作工具41、两个联轴器、阻尼器43和角度传感器45，操作工具41通过其中一个联轴器42与阻尼器43一端连接，阻尼器43另一端通过另一个联轴器44与角度传感器45连接，操作工具41包括开关工具411、旋钮工具412、手柄工具413中的一种。
本实施例中，操作工具41设置有U型槽并可通过螺丝锁紧。该设置使得操作工具41与联轴器42实现快速拆卸。
本实施例中，平台1上设置有拱形支架5，显示屏和PC主机2设置于拱形支架5上端，精细功能运动装置4通过精细支架6与设置于平台1上的光轴7滑动连接从而滑入或滑出拱形支架5。精细功能运动装置4通过胶头螺丝8拆装。
本发明可以通过粗大功能运动装置或精细功能运动装置对腕关节进行康复训练：
一、粗大功能运动装置3包含三组运动
1、前臂运动装置31实现前臂旋前/旋后运动：此运动为被动运动，手掌握住手柄333，手臂放在前臂托314上面，固定好。前臂旋转电机311转动，通过联轴器312把运动传递到齿轮313，齿轮313与齿条315啮合，从而带动前臂托314及后面的手柄333向左或向右的摆动，最后实现手臂左右转动。齿轮313与齿条315啮合，齿轮313将运动传递到齿条315，齿条315和齿圈座连接在一起，三个滚轮316将齿圈座固定在一个类似弧形轨道的轨迹内，从而使前臂托314在轨迹内摆动，产生前臂旋前/旋后运动。
2、腕关节上下摆动装置32实现尺偏/桡偏运动：此运动为被动运动，手掌握住手柄333，手臂放在前臂托314上面，固定好。尺偏/桡偏电机321转动，通过锥齿轮324把运动传递到侧摆臂325，最终传递到手柄333，故手柄333会产生向上或者向下的摆动，进而带动手腕上下摆动。
3、腕关节左右旋转装置33实现掌屈/背屈运动：此运动为主动运动，手掌握住手柄333，手臂放在前臂托314上面，固定好。手臂不动，手掌握住手柄333左右摆动，摆动轨迹通过圆弧形导轨331限定。
本发明实现旋前和旋后、桡偏和尺偏、掌屈和背屈的三个运动装置的活动中心相交于一个点上面(即三个活动自由度的中立位与我们的骨骼中立位在同一位置)，与我们的骨骼构造是完全符合，从而达到最优的康复训练效果。
二、精细功能运动装置运动4
使用精细功能运动装置4时，先松开螺丝326，将腕关节左右旋转装置33从侧摆臂325上拆下，紧接着松开胶头螺丝8将精细功能运动装置4移出拱形支架5至适当位置后紧固胶头螺丝8，最后开始实施精细功能运动装置4运动，精细功能运动装置4运动：通过开关工具41，旋钮工具42和手柄工具43分别模拟手指捏类似钥匙和瓶盖的物体和手掌握类似手柄的物体的旋转运动。阻尼器43用来调节旋转阻力，调整训练难度，确保训练效果。
使用方式：手臂放在粗大功能运动装置3的前臂托314上面，固定好，手指捏住/握住训练工具(开关，旋钮和手柄工具)，然后开始训练。
本发明中粗大功能运动装置和精细功能运动装置涉及的角度传感器317、326、334、45用来测量旋转角度，然后将信号传输到单片机进行处理，单片机将处理好的型号传到上位机用于游戏互动，同时角度传感器还可实时监测手腕关节的活动角度，准确掌握患者训练过程中手指、手腕关节训练的状态变化以确保安全性使训练效果最优化。
本发明可配置电刺激装置使用。
以上对发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。

Claims (10)

1.腕关节全功能训练机器人，其特征在于：包括平台、设置于平台上的显示屏和PC主机、以及可实现左/右手手腕关节康复训练的粗大功能运动装置和精细功能运动装置，粗大功能运动装置包括依次连接的前臂运动装置、腕关节上下摆动装置和腕关节左右旋转装置，其中，腕关节左右旋转装置与腕关节上下摆动装置可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述前臂运动装置包括前臂旋转电机、联轴器、齿轮和前臂托，前臂托的齿圈座上设置有圆弧形齿条，前臂旋转电机通过联轴器带动齿轮与齿条啮合从而驱动前臂托转动。
3.根据权利要求2所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述前臂运动装置还包括便于所述前臂托转动的滚轮。
4.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述腕关节上下摆动装置包括两组摆动装置，两组摆动装置间隔对称设置于所述前臂运动装置上，每一组摆动装置均包括尺偏/桡偏电机、减速机、联轴器、锥齿轮以及侧摆臂，侧摆臂上端与锥齿轮连接，下端与所述腕关节左右旋转装置可拆卸连接，尺偏/桡偏电机通过减速机、联轴器带动锥齿轮啮合从而驱动侧摆臂上下摆动。
5.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述腕关节左右旋转装置包括圆弧形导轨、与圆弧形导轨滑动连接的滑轮支架以及设置于滑轮支架上的手柄，滑轮支架上设置有直线导轨，手柄与直线导轨滑动连接。
6.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述精细功能运动装置包括依次连接的操作工具、联轴器和阻尼器，操作工具通过联轴器与阻尼器连接。
7.根据权利要求6所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述操作工具包括开关工具、旋钮工具、手柄工具中的一种。
8.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述设置平台上设置有拱形支架，所述显示屏和PC主机设置于拱形支架上端，所述精细功能运动装置通过设置于平台上的光轴滑入或滑出拱形支架。
9.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：所述精细功能运动装置和所述粗大功能运动装置均设置有角度传感器。
10.根据权利要求1所述的腕关节全功能训练机器人，其特征在于：还包括电刺激装置。
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