CN109078302B - 一种上肢主动式多关节力量训练仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上肢主动式多关节力量训练仪，涉及医疗康复训练器械领域，包括可升降基座系统、肩部位移追踪系统、上臂水平面力量训练系统、第I关节、上臂抬升面力量训练系统、肘关节、前臂力量训练系统、腕部力量训练系统、手部握力训练系统。所述上臂水平面力量训练系统和所述上臂抬升面力量训练系统为肩部提供多自由度阻力训练及多种训练模式，实现肩部肌群的全方位锻炼。所述前臂力量训练系统实现所述肘关节在抬升面内屈曲运动训练，所述腕部力量训练系统实现腕关节屈曲运动训练，所述手部握力训练系统实现手部抓握力训练。本训练仪可获得运动位移、速度参数，测得的运动数据可作为上肢功能康复的评价指标。

Description

一种上肢主动式多关节力量训练仪

技术领域

本发明涉及医疗康复训练器械领域，尤其涉及一种用于偏瘫患者上肢康复的主动式多关节力量训练仪。

背景技术

对于肌力为3-4级的偏瘫恢复期患者，其在上肢运动方面的表现为，可克服自身手臂重力，但无法对抗额外负载。对于这一偏瘫患者群体，实现上肢完全康复本质上是实现：1)力量性恢复，即恢复肌力，使其可对抗除手臂以外的负载；2)神经性恢复，即恢复患者对运动的自主控制能力。通常神经性恢复是在力量性恢复的基础上，配合运动速度、位移检测，通过与预设值对比进行评估实现。

目前，国内外上肢康复训练仪在用于治疗和康复训练中，从训练模式角度可分为主被动一体式康复训练仪和患者主动运动式康复训练仪。主被动一体式康复训练仪可提供助力运动和阻力运动，对于肌力3-4级偏瘫恢复期患者而言，存在功能冗余问题；且这类训练仪通常采用电、液、气三种驱动方式，存在安全性问题、训练仪占用空间大、结构笨重等问题。相对于主被动一体式康复训练仪，患者主动运动式康复训练仪采用患者驱动方式实现阻力训练，在使用安全性、训练仪轻便性、可获得性上有一定优势。

但现有主动式康复训练仪仍存在诸多缺点和不足。瑞士Hocoma公司的ArmeoSpring主动式训练仪可实现上肢七自由度运动以及肩部抬升方向、肘关节屈曲、手部的力量性康复训练，但其不能实现肩关节水平外展内收方向、腕关节的力量性恢复和神经性恢复；同时，其结构设计上未考虑盂肱关节处人机相容性问题，在人机关节不一致时，易使患者躯体产生代偿运动，将导致肩关节训练不完全，甚至导致关节二次受损，极大降低康复训练效果。

中国发明专利公开号：CN104784889A，名称：一种上肢康复训练器，主要由底座、立柱、横梁、左右摆动架、大臂上下摆动架、小臂上下摆动架、弹性拉力装置、手部支架、握力传感器组成。中国实用新型专利公开号：CN201949284U，名称：上肢康复机器人，主要由上肢支杆、肩支杆、上臂支架、上臂支杆、上肘支杆、下肘支杆、上臂调节器、前臂调节器、角度传感器、压力传感器组成。二者均可实现患者通过自身肌力调节手臂架的运动速度与方向，进行肩关节在竖直平面内的力量性恢复和神经性恢复训练，但并未考虑肩关节水平外展内收方向、腕关节的力量性恢复和神经性恢复训练及运动中的人机相容性，不能实现上肢肌群的全方位康复。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的不足，设计一种上肢主动式多关节力量训练仪，能同时提供肩关节抬升方向、水平外展内收方向、肘关节屈曲运动、前臂内旋外旋、腕关节屈曲运动、手部抓握运动的康复训练；增加人机相容性设计，提升训练仪舒适性；结构轻便，易于调整，使用操作安全有效。

为实现上述目的，本发明提供了一种上肢主动式多关节力量训练仪，包括可升降基座系统、肩部位移追踪系统、上臂水平面力量训练系统、第I关节、上臂抬升面力量训练系统、肘关节、前臂力量训练系统、腕部力量训练系统、手部握力训练系统；其中，所述肩部位移追踪系统包括水平位移追踪单元和竖直位移追踪单元；所述可升降基座系统与所述水平位移追踪单元装配连接，所述上臂水平面力量训练系统与所述水平位移追踪单元装配连接，所述第I关节与所述上臂水平面力量训练系统通过轴承连接，所述竖直位移追踪单元与所述上臂水平面力量训练系统固定连接；所述肘关节与所述上臂水平面力量训练系统通过轴承连接，所述前臂力量训练系统与所述肘关节通过轴承连接，所述腕部力量训练系统与所述前臂力量训练系统装配连接，所述手部握力训练系统与所述前臂力量训练系统装配连接。

进一步地，所述水平位移追踪单元包括第一支撑板、第一直线轨道、第一滑块组、第二直线轨道、第二滑块组、第一连接板、第二连接板、第一外壳；所述第一直线轨道包括两条平行且等长的直线导轨，所述第一直线轨道固定在所述第一支撑板一侧；所述第一滑块组包括四个滑块，在所述第一直线轨道的两条直线导轨上各分布两个所述滑块；所述第一滑块组另一侧与所述第一连接板一侧固定；所述第一连接板另一侧固定有所述第二直线轨道；所述第二直线轨道包括两条平行且等长的直线导轨，其放置方向与所述第一直线轨道正交；所述第二滑块组包括四个滑块，在所述第二直线轨道的两条直线导轨上各分布两个所述滑块；所述第二滑块组另一侧与所述第二连接板一侧固定；所述第一外壳与所述第一支撑板固定连接。

进一步地，所述竖直位移追踪单元包括第一螺纹杆、固定托架、直线导轨滑块组、滑动托架、第一传感器支撑架、第二传感器支撑架、位移传感器；所述固定托架与所述第一螺纹杆通过第三连接板固定，所述直线导轨滑块组固定于所述固定托架上；所述滑动托架与所述直线导轨滑块组的滑块固定连接，使得所述滑动托架可随所述直线导轨滑块组沿直线导轨移动，用以配合抬升方向盂肱关节中心的位移追踪；所述位移传感器通过所述第一传感器支撑架，与所述滑动托架固定连接；所述位移传感器的磁栅尺固定于所述第二传感器支撑架内，所述第二传感器支撑架固定于所述固定托架下方。

进一步地，所述上臂水平面力量训练系统包括上法兰盘、支撑套筒、石墨轴承、旋转套筒、第一轴承、固定销、调节把手、内法兰盘、垫片、双向旋转阻尼器、交叉滚子轴承、旋转轴、第一角度编码器、编码器支撑架；所述上法兰盘与所述支撑套筒固定连接，所述支撑套筒通过所述石墨轴承和所述第一轴承与所述旋转套筒连接；所述旋转套筒与所述内法兰盘固定连接，所述内法兰盘一侧与所述编码器支撑架固定连接，一侧与所述双向旋转阻尼器固定连接；所述旋转轴与所述双向旋转阻尼器内圈固定，所述旋转轴末端与所述第一角度编码器旋转末端固定连接；所述旋转轴与所述旋转套筒之间通过所述交叉滚子轴承及若干螺钉固定；所述双向旋转阻尼器通过阻尼器固定螺栓串联，通过若干螺母固定，所述各双向旋转阻尼器之间通过所述垫片压紧。

进一步地，所述第I关节主要包括关节连接法兰、上横梁、第一外侧板、第二外侧板、第一内侧板、第二内侧板、限位块；所述关节连接法兰上端与所述上臂水平面力量训练系统的所述旋转轴固定连接，下端与所述上横梁固定连接；所述上横梁矩形末端与所述第一外侧板固定连接；所述第一内侧板呈倒L型，上端与所述上横梁下面固定，所述第一内侧板外侧设有肩关节对准槽，作为肩关节竖直高度调整基准；所述第一外侧板与所述第一内侧板内侧均有槽，分别用于放置所述第二外侧板、所述第二内侧板，且通过若干螺钉固定连接；所述第二外侧板上端分布有螺纹孔，用于与所述第一外侧板连接；所述第二内侧板上端分布有螺纹孔，用于与所述第一内侧板连接。

进一步地，所述上臂抬升面力量训练系统包括抬升轴、上臂固定支杆、上臂调节支杆、上臂阻力调节系统、支架、尼龙绳、大滑轮、滑轮支座、小滑轮、支撑架；所述抬升轴与所述第二外侧板、所述第二内侧板转动连接；所述上臂固定支杆与所述抬升轴固定连接；所述上臂调节支杆可在所述上臂固定支杆内伸缩；两个所述抬升轴通过两个所述支撑架相对固定，与两个所述支撑架旋转连接；所述上臂阻力调节系统通过所述支架与所述上臂固定支杆固定连接，伸出的所述尼龙绳绕过固定于所述抬升轴上的所述大滑轮，套在所述小滑轮上；所述小滑轮通过所述滑轮支座与所述上臂固定支杆固定；所述抬升轴上设有限位槽，所述第二内侧板中的限位块可在所述限位槽中运动；所述竖直位移追踪单元通过所述螺纹杆与所述支撑架固定连接；所述上臂阻力调节系统包括第一调节旋钮、第二支撑板、丝杠螺母、螺母弹簧衔接座、支撑导向轮、导向槽、弹簧、弹簧固定接头；所述丝杠螺母一端穿过所述第二支撑板上的孔，与所述第一调节旋钮固定，另一端与所述螺母弹簧衔接座固定连接；所述螺母弹簧衔接座另一侧设有圆形凸台，所述圆形凸台外径与所述弹簧内径相同，用于支撑所述弹簧；所述螺母弹簧衔接座两侧固定有所述支撑导向轮，所述支撑导向轮可沿所述第二支撑板上的导向槽移动；所述弹簧一端与所述螺母弹簧衔接座固定连接，另一端与所述弹簧固定接头凸台端固定连接；所述弹簧固定接头圆环部分连接所述尼龙绳；所述第二外侧板下部分布有两圆形通孔，用于放置所述抬升轴，所述第二内侧板下部分布有两圆形通孔，用于放置所述抬升轴，所述第二内侧板上分布有两个所述限位块，用于限制所述抬升轴旋转角度。

进一步地，所述肘关节包括上臂末端固定支架、前臂固定支架、连接基座、第二角度编码器、第三角度编码器，实现肘部屈伸运动；所述上臂末端固定支架与所述上臂调节支杆末端旋转连接，外侧安装有所述第二角度编码器，检测上臂旋转角度；所述上臂末端固定支架、所述前臂固定支架通过所述连接基座固定连接；所述前臂固定支架分布有前臂固定支架上固定端、前臂固定支架下固定端，所述前臂固定支架下固定端外侧固定有所述第三角度编码器，检测肘关节屈伸角度。

进一步地，所述前臂力量训练系统包括前臂阻力调节系统、直线导轨、第一滑块、第四连接板、第二螺纹杆、前臂托架、前臂旋转系统；所述前臂阻力调节系统与所述前臂固定支架下端旋转连接，伸出的所述尼龙绳与所述前臂固定支架上端连接；所述前臂阻力调节系统上方固定有所述直线导轨，所述第一滑块可在所述直线导轨中滑动；所述第二螺纹杆通过所述第四连接板与所述第一滑块固定连接；所述第二螺纹杆末端固定有所述前臂托架；所述前臂旋转系统包括弯轨、第二滑块、若干带螺杆轴承；所述弯轨呈工字形半圆环，与所述前臂托架固定连接，所述第二滑块卡在所述弯轨工字形上半部分，所述第二滑块与所述弯轨接触的五个面上均通过若干所述带螺杆轴承形成滚动接触，其中所述带螺杆轴承均固定于所述第二滑块内；所述前臂阻力调节系统同所述上臂阻力调节系统。

进一步地，所述腕部力量训练系统包括第二外壳、扭簧、固定轴、套筒、旋转托架、固定板、第二调节旋钮、第一底座、第四角度编码器；所述第二外壳与所述前臂托架固定连接，所述旋转托架与所述第二外壳旋转连接；所述旋转托架旋转中心下方固定有所述固定轴，所述固定轴两侧对称分布一对旋向相反的所述扭簧；所述旋转托架下方设有T型挡块，所述扭簧工作臂位于所述挡块两侧，所述扭簧固定于所述第一底座上；两所述扭簧内设有所述套筒，所述套筒固定于所述第一底座上，用于支撑所述扭簧；所述固定轴穿过所述第一底座，与所述第四角度编码器末端连接，检测腕部旋转角度；所述第二外壳上设有限位槽，用于限制所述旋转托架的运动；所述旋转托架末端下方设有T型滑槽，上端用于放置所述手部握力训练系统；所述滑槽内有一所述固定板，通过两所述第二调节旋钮调节所述手部握力训练系统相对于腕关节的位置，以适应不同尺寸患肢。

进一步地，所述手部握力训练系统包括上外壳、调节套筒、握柄、伸缩基座、光轴、压缩弹簧、第二底座、下外壳；所述上外壳与所述旋转托架固定连接；所述调节套筒套入所述上外壳孔中，上端设有与所述上外壳孔外径相同的凸台，所述调节套筒只允许在所述上外壳内旋转，所述调节套筒末端设有凹槽；所述握柄可套入所述调节套筒内，所述握柄末端设有凸起，只允许在所述调节套筒凹槽内上下移动，可随所述调节套筒一起旋转；所述下外壳与所述上外壳固定连接，所述下外壳内固定有所述第二底座，所述第二底座内设有螺纹孔，所述伸缩基座与所述第二底座螺旋连接；所述伸缩基座设有凸起，与所述调节套筒凹槽配合，并随所述调节套筒旋转而旋转，实现相对所述第二底座的上下移动；所述伸缩基座与所述光轴一端紧配合，所述光轴另一端伸入所述握柄内，实现所述伸缩基座移动导向；所述伸缩基座、所述握柄内同时设有凹槽放置所述压缩弹簧。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的一种上肢主动式多关节力量训练仪采用了人机相容性设计，该设计包括肩关节水平方向位移追踪单元和竖直方向位移追踪单元，改善运动中盂肱关节中心位移产生的人机关节不一致问题；

2、本发明提供的一种上肢主动式多关节力量训练仪提供了上肢多自由度力量训练单元，该系统包括上臂水平面力量训练系统、上臂抬升面力量训练系统、前臂力量训练系统、腕部力量训练系统、手部握力训练系统。可根据患者需求调节各力量训练单元平衡位置，实现上肢单自由度力量训练和多自由度复合力量训练，实现上肢肌群的全方位锻炼；

3、本发明提供的一种上肢主动式多关节力量训练仪提供了数据采集系统，该系统由数据采集硬件和方便人机交互的软件组成。其中，角度编码器可直接测量上肢旋转角度，间接实现上肢运动速度的测量。该训练仪所测得的运动数据可作为肩关节功能康复的评价指标；

4、本发明提供的一种上肢主动式多关节力量训练仪无需外界提供动力，依靠患者自主运动，安全性能高。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的整体示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的肩部位移追踪系统—水平方向位移追踪单元示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的肩部位移追踪系统—竖直方向位移追踪单元示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的肩部位移追踪系统—竖直方向位移追踪原理图；

图5是本发明的一个较佳实施例的上臂水平面力量训练系统示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的第I关节示意图；

图7是本发明的一个较佳实施例的上臂抬升面力量训练系统、肘关节示意图；

图8是本发明的一个较佳实施例的上臂抬升面力量训练系统示意图；

图9是本发明的一个较佳实施例的上臂抬升面力量训练系统的阻力调节系统示意图；

图10是本发明的一个较佳实施例的前臂力量训练系统示意图；

图11是本发明的一个较佳实施例的前臂旋转运动系统示意图；

图12是本发明的一个较佳实施例的腕部力量训练系统爆炸图；

图13是本发明的一个较佳实施例的腕部力量训练系统示意图；

图14是本发明的一个较佳实施例的手部握力训练系统爆炸图；

图15是本发明的一个较佳实施例的手部握力训练系统示意图。

其中：1-可升降基座系统，2-肩部位移追踪系统，201-第一支撑板，202-第一滑块组，203-第一直线轨道，204-第一连接板，205-第二连接板，206-第一外壳，207-第二直线轨道，208-第二滑块组，209-第一螺纹杆，210-第三连接板，211-固定托架，212-第一传感器支撑架，213-位移传感器，214-第二传感器支撑架，215-直线导轨滑块组，216-滑动托架，217-上臂抬升到某一角度时盂肱关节在竖直方向的位置，218-人体盂肱关节在竖直方向的初始位置，219-训练仪抬升轴，220-训练仪上臂，221-人体上臂，222-上臂抬升到某一角度时滑动托架的位置，223-滑动托架初始位置，3-上臂水平面力量训练系统，301-上法兰盘，302-第一角度编码器，303-编码器支撑架，304-支撑套筒，305-石墨轴承，306-旋转套筒，307-第一轴承，308-固定销，309-调节把手，310-第二轴承，311-内法兰盘，312-螺母，313-垫片，314-阻尼器固定螺栓，315-双向旋转阻尼器，316-交叉滚子轴承，317-旋转轴，4-第I关节，401-关节连接法兰，402-上横梁，403-第一外侧板，404-第二外侧板，405-第一内侧板，406-第二内侧板，407-限位块，5-上臂抬升面力量训练系统，501-上臂阻力调节系统，502-支架，503-尼龙绳，504-大滑轮，505-抬升轴，506-上臂固定支杆，507-限位槽，508-上臂调节支杆，509-滑轮支座，510-小滑轮，511-支撑架，512-第二角度编码器，5011-第一调节旋钮，5012-丝杠螺母，5013-螺母弹簧衔接座，5014-支撑导向轮，5015-导向槽，5016-弹簧，5017-弹簧固定接头，5018-第二支撑板，6-肘关节，601-上臂末端固定支架，602-前臂固定支架，603-连接基座，604-第三角度编码器，6021-前臂固定支架上固定端，6022-前臂固定支架下固定端，7-前臂力量训练系统，701-前臂阻力调节系统，702-直线导轨，703-第一滑块，704-第四连接板，705-第二螺纹杆，706-前臂托架，707-前臂旋转系统，7071-弯轨，7072-第二滑块，7073-带螺杆轴承，8-腕部力量训练系统，801-第二外壳，802-扭簧，803-固定轴，804-套筒，805-第一底座，806-第四角度编码器，807-旋转托架，808-固定板，809-第二调节旋钮，9-手部握力训练系统，901-下外壳，902-第二底座，903-伸缩基座，904-光轴，905-握柄，906-调节套筒，907-上外壳，908-压缩弹簧。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，一种上肢主动式多关节力量训练仪，包括可升降基座系统1、肩部位移追踪系统2、上臂水平面力量训练系统3、第I关节4、上臂抬升面力量训练系统5、肘关节6、前臂力量训练系统7、腕部力量训练系统8、手部握力训练系统9。

如图2所示，肩部位移追踪系统2的水平位移追踪单元包括第一支撑板201、第一滑块组202、第一直线轨道203、第一连接板204、第二连接板205、第二直线轨道207、第二滑块组208、第一外壳206。第一支撑板201一侧固定有两等长第一直线轨道203，两第一直线轨道203相互平行且与第一支撑板201一边平行；第一滑块组202由四个滑块组成，且每条第一直线轨道203上分布有两个滑块，所述第一滑块组202可沿第一直线轨道203方向移动。所述第一滑块组202另一侧与第一连接板204一侧固定，使得第一连接板204可相对于第一支撑板沿第一直线轨道203方向平动。所述第一连接板204另一侧固定有两等长第二直线轨道207，两第二直线轨道207平行放置，且与第一支撑板上的第一直线轨道203垂直。所述第二滑块组208由四个滑块组成，且两第二直线轨道207上分别分布有两个滑块，第二滑块组208可沿第二直线轨道207方向移动。所述第二滑块组208另一侧与第二连接板205一侧固定，使得第二连接板205可相对于第一连接板204沿第二直线轨道207方向平动。第二连接板205另一侧与上臂水平面力量训练系统3的上法兰盘301固定连接。

如图3所示，肩部位移追踪系统2的竖直方向位移追踪单元包括第一螺纹杆209、第三连接板210、固定托架211、直线导轨滑块组215、滑动托架216、第一传感器支撑架212、第二传感器支撑架214、位移传感器213。固定托架211与第一螺纹杆209通过第三连接板210固定，直线导轨滑块组215固定于固定托架211上；滑动托架216与直线导轨滑块组215固定连接，使得滑动托架216可随滑块组沿直线导轨移动，用以配合抬升方向盂肱关节中心的位移追踪。位移传感器213通过第一传感器支撑架212，与滑动托架216固定连接；位移传感器213的磁栅尺部分固定于第二传感器支撑架214内，第二传感器支撑架214固定于固定托架211下方。

如图4所示，上臂抬升初始位置时，人体盂肱关节在竖直方向的初始位置218位于训练仪抬升轴219上方；滑动托架初始位置223与人体上臂221固定连接，且可沿训练仪上臂220滑动。当上臂抬升到某一角度时盂肱关节在竖直方向的位置217相对于人体盂肱关节在竖直方向的初始位置218上移，通过上臂抬升到某一角度时滑动托架的位置222带动训练仪上臂220转动，由于人体上臂221与上臂抬升到某一角度时滑动托架的位置222距离固定，上臂抬升到某一角度时滑动托架的位置222将沿训练仪上臂220滑动，以适应人体运动，改善人体盂肱关节上移带来的人机不一致问题。

如图5所示，上臂水平面力量训练系统3包括上法兰盘301、支撑套筒304、石墨轴承305、旋转套筒306、固定销308、调节把手309、内法兰盘311、垫片313、双向旋转阻尼器315、交叉滚子轴承316、旋转轴317。上法兰盘301与支撑套筒304固定连接，支撑套筒304通过石墨轴承305和第一轴承307与旋转套筒306连接，故旋转套筒306可在支撑套筒304内转动。旋转套筒306与内法兰盘311固定连接，内法兰盘311一侧与编码器支撑架303固定连接，一侧与双向旋转阻尼器315固定连接。旋转轴317与双向旋转阻尼器315内圈固定，旋转轴317末端与第一角度编码器302旋转末端固定连接。所述旋转轴317与旋转套筒306之间通过交叉滚子轴承316及若干螺钉固定。若干双向旋转阻尼器315通过阻尼器固定螺栓314串联，通过若干螺母312固定，各双向旋转阻尼器315之间通过垫片313压紧。阻力训练初始位置通过调节把手309调节，调节把手309转动旋转套筒306，可带动双向旋转阻尼器315外圈转动；双向阻尼器内外圈发生相对运动，将产生阻碍运动的转矩，此阻力矩驱动双向旋转阻尼器内圈随动，驱动旋转轴317转动，旋转轴317与上肢训练机构连接，因此将带动整个上肢训练机构沿调节把手309转动方向旋转，直至双向旋转阻尼器315内外圈无相对运动。最后通过两固定销308将旋转套筒306相对于支撑套筒304固定，达到调节初始位置的目的。初始位置调节完毕后，在阻力训练过程中，当旋转轴317转动，双向旋转阻尼器315内外圈发生相对运动，产生阻力矩，实现阻力训练。

如图6所示，第I关节4包括关节连接法兰401、上横梁402、第一外侧板403、第二外侧板404、第一内侧板405、第二内侧板406、限位块407。关节连接法兰401上端与上臂水平面力量训练系统3的旋转轴317固定连接，下端与上横梁402固定连接。上横梁402矩形末端与第一外侧板403固定连接。第一内侧板405呈倒“L”型，上端与上横梁402下面固定，第一内侧板405外侧设有肩关节对准槽，作为肩关节竖直高度调整基准。第一外侧板403与第一内侧板405内侧均有槽，分别用于放置第二外侧板404、第二内侧板406，且通过若干螺钉固定连接。第二外侧板404上端分布有螺纹孔，用于与第一外侧板403连接，下部分布有两圆形通孔，用于放置抬升轴505。第二内侧板406上端分布有螺纹孔，用于与第一内侧板405连接，下部分布有两圆形通孔，用于放置抬升轴505。所述第二内侧板406上分布有两限位块407，用于限制抬升轴505旋转角度。

如图7、图8所示，上臂抬升面力量训练系统5包括抬升轴505、上臂固定支杆506、上臂调节支杆508、上臂阻力调节系统501、支架502、尼龙绳503、大滑轮504、滑轮支座509、小滑轮510、支撑架511。所述抬升轴505与第二外侧板404、第二内侧板406转动连接。上臂固定支杆506与抬升轴505固定连接；上臂调节支杆508可在上臂固定支杆506内伸缩。两抬升轴505通过两支撑架511相对固定。上臂阻力调节系统501通过支架502与上臂固定支杆506固定连接，伸出的尼龙绳503绕过固定于抬升轴505上的大滑轮504，套在小滑轮510上。小滑轮510通过滑轮支座509与上臂固定支杆506固定。所述抬升轴505上设有限位槽507，第二内侧板406中的限位块407可在所述限位槽507中运动。

如图9所示，所述上臂阻力调节系统501主要包括第一调节旋钮5011、第二支撑板5018、丝杠螺母5012、螺母弹簧衔接座5013、支撑导向轮5014、导向槽5015、弹簧5016、弹簧固定接头5017。丝杠螺母5012一端穿过第二支撑板5018上的孔，与第一调节旋钮5011固定，另一端与螺母弹簧衔接座5013固定连接；螺母弹簧衔接座5013另一侧设有圆形凸台，圆形凸台外径与弹簧5016内径相同，用于支撑弹簧。所述螺母弹簧衔接座5013两侧固定有支撑导向轮5014，支撑导向轮5014可沿第二支撑板上的导向槽5015移动。弹簧5016一端与螺母弹簧衔接座5013固定连接，另一端与弹簧固定接头5017凸台端固定连接。弹簧固定接头5017圆环部分连接尼龙绳503。

如图7、图8、图10所示，所述肘关节6包括上臂末端固定支架601、前臂固定支架602、连接基座603、第二角度编码器512、第三角度编码器604，实现肘部屈伸运动。上臂末端固定支架601与上臂调节支杆508末端旋转连接，外侧安装有第二角度编码器512，检测上臂旋转角度。上臂末端固定支架601、前臂固定支架602通过连接基座603固定连接。前臂固定支架602分布有前臂固定支架上固定端6021、前臂固定支架下固定端6022，前臂固定支架下固定端6022外侧固定有第三角度编码器604，检测肘关节屈伸角度。

如图11所示，所述前臂力量训练系统7包括前臂阻力调节系统701、直线导轨702、第一滑块703、第四连接板704、第二螺纹杆705、前臂托架706、前臂旋转系统707。前臂阻力调节系统701与前臂固定支架下固定端6022旋转连接，伸出的尼龙绳503与前臂固定支架上固定端6021连接。前臂阻力调节系统701调节方式与上臂阻力调节系统501调节方式相同。前臂阻力调节系统701上方固定有直线导轨702，第一滑块703可在直线导轨702中滑动。第二螺纹杆705通过第四连接板704与第一滑块703固定连接；第二螺纹杆705末端固定有前臂托架706。前臂旋转系统707包括弯轨7071、第二滑块7072、带螺杆轴承7073。弯轨7071呈“工”字形半圆环，与前臂托架706固定连接，第二滑块7072卡在弯轨7071“工”字形上半部分，第二滑块7072与弯轨7071接触的五个面上均通过若干带螺杆轴承7073形成滚动接触，其中带螺杆轴承7073均固定于第二滑块7072内。

如图12、图13所示，所述腕部力量训练系统8包括第二外壳801、扭簧802、固定轴803、套筒804、旋转托架807、固定板808、第二调节旋钮809、第一底座805、第四角度编码器806。第二外壳801与第二滑块7072固定连接，旋转托架807与第二外壳801旋转连接；旋转托架807旋转中心下方固定有固定轴803，固定轴803两侧对称分布一对旋向相反的扭簧802；旋转托架807下方设有T型挡块，扭簧802工作臂位于挡块两侧，扭簧802固定臂固定于第一底座805上。两扭簧802内设有套筒804，套筒804固定于第一底座805上，用于支撑扭簧802。固定轴803穿过第一底座805，与第四角度编码器806连接，检测腕部旋转角度。第二外壳801上设有限位槽，用于限制旋转托架807的运动。旋转托架807末端下方设有T型滑槽，上端用于放置手部握力训练系统9，下方滑槽内有一固定板808，通过两第二调节旋钮809调节手部握力训练系统9相对于腕关节的位置，以适应不同尺寸患肢。往任意方向转动旋转托架807，总会使一侧扭簧802工作臂在T型挡块作用下转动，实现腕部力量训练。

如图14、图15，所述手部握力训练系统9包括上外壳907、调节套筒906、握柄905、伸缩基座903、光轴904、压缩弹簧908、第二底座902、下外壳901。上外壳907与旋转托架807固定连接；上外壳907侧面设有孔，调节套筒906套入上外壳907孔中；调节套筒906上端设有与上外壳907孔外径相同的凸台，使调节套筒906上端置于上外壳907孔外；调节套筒906只允许在上外壳907内旋转，调节套筒末端设有凹槽。握柄905可套入调节套筒906内，握柄905末端设有凸起，只允许在调节套筒906凹槽内上下移动，可随调节套筒906一起旋转。下外壳901与上外壳907固定连接，下外壳901内固定有第二底座902，第二底座902内设有螺纹孔，伸缩基座903与第二底座902螺旋连接；伸缩基座903外侧设有凸起，与调节套筒906凹槽配合，并随调节套筒906旋转而旋转，实现伸缩基座903相对第二底座902的上下移动；伸缩基座903与光轴904一端紧配合，光轴904另一端伸入握柄内，实现伸缩基座903移动导向；伸缩基座903、握柄905内同时设有凹槽放置压缩弹簧908。旋转调节套筒906，通过调节套筒906凹槽、伸缩基座903外侧凸起，带动伸缩基座903相对于第二底座902旋转，改变伸缩基座903与握柄905的距离，即可改变压缩弹簧908初始压缩量，从而改变握力训练难度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种上肢主动式多关节力量训练仪，其特征在于，包括可升降基座系统、肩部位移追踪系统、上臂水平面力量训练系统、第I关节、上臂抬升面力量训练系统、肘关节、前臂力量训练系统、腕部力量训练系统、手部握力训练系统；其中，所述肩部位移追踪系统包括水平位移追踪单元和竖直位移追踪单元；所述可升降基座系统与所述水平位移追踪单元装配连接，所述上臂水平面力量训练系统与所述水平位移追踪单元装配连接，所述第I关节与所述上臂水平面力量训练系统通过轴承连接，所述竖直位移追踪单元与所述上臂水平面力量训练系统固定连接；所述肘关节与所述上臂水平面力量训练系统通过轴承连接，所述前臂力量训练系统与所述肘关节通过轴承连接，所述腕部力量训练系统与所述前臂力量训练系统装配连接，所述手部握力训练系统与所述前臂力量训练系统装配连接；

所述水平位移追踪单元包括第一支撑板、第一直线轨道、第一滑块组、第二直线轨道、第二滑块组、第一连接板、第二连接板、第一外壳；所述第一直线轨道包括两条平行且等长的直线导轨，所述第一直线轨道固定在所述第一支撑板一侧；所述第一滑块组包括四个滑块，在所述第一直线轨道的两条直线导轨上各分布两个所述滑块；所述第一滑块组另一侧与所述第一连接板一侧固定；所述第一连接板另一侧固定有所述第二直线轨道；所述第二直线轨道包括两条平行且等长的直线导轨，其放置方向与所述第一直线轨道正交；所述第二滑块组包括四个滑块，在所述第二直线轨道的两条直线导轨上各分布两个所述滑块；所述第二滑块组另一侧与所述第二连接板一侧固定；所述第一外壳与所述第一支撑板固定连接；

所述竖直位移追踪单元包括第一螺纹杆、固定托架、直线导轨滑块组、滑动托架、第一传感器支撑架、第二传感器支撑架、位移传感器；所述固定托架与所述第一螺纹杆通过第三连接板固定，所述直线导轨滑块组固定于所述固定托架上；所述滑动托架与所述直线导轨滑块组的滑块固定连接，使得所述滑动托架可随所述直线导轨滑块组沿直线导轨移动，用以配合抬升方向盂肱关节中心的位移追踪；所述位移传感器通过所述第一传感器支撑架，与所述滑动托架固定连接；所述位移传感器的磁栅尺固定于所述第二传感器支撑架内，所述第二传感器支撑架固定于所述固定托架下方；

所述上臂水平面力量训练系统包括上法兰盘、支撑套筒、石墨轴承、旋转套筒、第一轴承、固定销、调节把手、内法兰盘、垫片、双向旋转阻尼器、交叉滚子轴承、旋转轴、第一角度编码器、编码器支撑架；所述上法兰盘与所述支撑套筒固定连接，所述支撑套筒通过所述石墨轴承和所述第一轴承与所述旋转套筒连接；所述旋转套筒与所述内法兰盘固定连接，所述内法兰盘一侧与所述编码器支撑架固定连接，一侧与所述双向旋转阻尼器固定连接；所述旋转轴与所述双向旋转阻尼器内圈固定，所述旋转轴末端与所述第一角度编码器旋转末端固定连接；所述旋转轴与所述旋转套筒之间通过所述交叉滚子轴承及若干螺钉固定；所述双向旋转阻尼器通过阻尼器固定螺栓串联，通过若干螺母固定，所述各双向旋转阻尼器之间通过所述垫片压紧；

所述第I关节主要包括关节连接法兰、上横梁、第一外侧板、第二外侧板、第一内侧板、第二内侧板、限位块；所述关节连接法兰上端与所述上臂水平面力量训练系统的所述旋转轴固定连接，下端与所述上横梁固定连接；所述上横梁矩形末端与所述第一外侧板固定连接；所述第一内侧板呈倒L型，上端与所述上横梁下面固定，所述第一内侧板外侧设有肩关节对准槽，作为肩关节竖直高度调整基准；所述第一外侧板与所述第一内侧板内侧均有槽，分别用于放置所述第二外侧板、所述第二内侧板，且通过若干螺钉固定连接；所述第二外侧板上端分布有螺纹孔，用于与所述第一外侧板连接；所述第二内侧板上端分布有螺纹孔，用于与所述第一内侧板连接；

所述上臂抬升面力量训练系统包括抬升轴、上臂固定支杆、上臂调节支杆、上臂阻力调节系统、支架、尼龙绳、大滑轮、滑轮支座、小滑轮、支撑架；所述抬升轴与所述第二外侧板、所述第二内侧板转动连接；所述上臂固定支杆与所述抬升轴固定连接；所述上臂调节支杆可在所述上臂固定支杆内伸缩；两个所述抬升轴通过两个所述支撑架相对固定，与两个所述支撑架旋转连接；所述上臂阻力调节系统通过所述支架与所述上臂固定支杆固定连接，伸出的所述尼龙绳绕过固定于所述抬升轴上的所述大滑轮，套在所述小滑轮上；所述小滑轮通过所述滑轮支座与所述上臂固定支杆固定；所述抬升轴上设有限位槽，所述第二内侧板中的限位块可在所述限位槽中运动；所述竖直位移追踪单元通过所述螺纹杆与所述支撑架固定连接；所述上臂阻力调节系统包括第一调节旋钮、第二支撑板、丝杠螺母、螺母弹簧衔接座、支撑导向轮、导向槽、弹簧、弹簧固定接头；所述丝杠螺母一端穿过所述第二支撑板上的孔，与所述第一调节旋钮固定，另一端与所述螺母弹簧衔接座固定连接；所述螺母弹簧衔接座另一侧设有圆形凸台，所述圆形凸台外径与所述弹簧内径相同，用于支撑所述弹簧；所述螺母弹簧衔接座两侧固定有所述支撑导向轮，所述支撑导向轮可沿所述第二支撑板上的导向槽移动；所述弹簧一端与所述螺母弹簧衔接座固定连接，另一端与所述弹簧固定接头凸台端固定连接；所述弹簧固定接头圆环部分连接所述尼龙绳；所述第二外侧板下部分布有两圆形通孔，用于放置所述抬升轴，所述第二内侧板下部分布有两圆形通孔，用于放置所述抬升轴，所述第二内侧板上分布有两个所述限位块，用于限制所述抬升轴旋转角度。

2.如权利要求1所述的上肢主动式多关节力量训练仪，其特征在于，所述肘关节包括上臂末端固定支架、前臂固定支架、连接基座、第二角度编码器、第三角度编码器，实现肘部屈伸运动；所述上臂末端固定支架与所述上臂调节支杆末端旋转连接，外侧安装有所述第二角度编码器，检测上臂旋转角度；所述上臂末端固定支架、所述前臂固定支架通过所述连接基座固定连接；所述前臂固定支架分布有前臂固定支架上固定端、前臂固定支架下固定端，所述前臂固定支架下固定端外侧固定有所述第三角度编码器，检测肘关节屈伸角度。

3.如权利要求2所述的上肢主动式多关节力量训练仪，其特征在于，所述前臂力量训练系统包括前臂阻力调节系统、直线导轨、第一滑块、第四连接板、第二螺纹杆、前臂托架、前臂旋转系统；所述前臂阻力调节系统与所述前臂固定支架下端旋转连接，伸出的所述尼龙绳与所述前臂固定支架上端连接；所述前臂阻力调节系统上方固定有所述直线导轨，所述第一滑块可在所述直线导轨中滑动；所述第二螺纹杆通过所述第四连接板与所述第一滑块固定连接；所述第二螺纹杆末端固定有所述前臂托架；所述前臂旋转系统包括弯轨、第二滑块、若干带螺杆轴承；所述弯轨呈工字形半圆环，与所述前臂托架固定连接，所述第二滑块卡在所述弯轨工字形上半部分，所述第二滑块与所述弯轨接触的五个面上均通过若干所述带螺杆轴承形成滚动接触，其中所述带螺杆轴承均固定于所述第二滑块内；所述前臂阻力调节系统同所述上臂阻力调节系统。

4.如权利要求3所述的上肢主动式多关节力量训练仪，其特征在于，所述腕部力量训练系统包括第二外壳、扭簧、固定轴、套筒、旋转托架、固定板、第二调节旋钮、第一底座、第四角度编码器；所述第二外壳与所述前臂托架固定连接，所述旋转托架与所述第二外壳旋转连接；所述旋转托架旋转中心下方固定有所述固定轴，所述固定轴两侧对称分布一对旋向相反的所述扭簧；所述旋转托架下方设有T型挡块，所述扭簧工作臂位于所述挡块两侧，所述扭簧固定于所述第一底座上；两所述扭簧内设有所述套筒，所述套筒固定于所述第一底座上，用于支撑所述扭簧；所述固定轴穿过所述第一底座，与所述第四角度编码器末端连接，检测腕部旋转角度；所述第二外壳上设有限位槽，用于限制所述旋转托架的运动；所述旋转托架末端下方设有T型滑槽，上端用于放置所述手部握力训练系统；所述滑槽内有一所述固定板，通过两所述第二调节旋钮调节所述手部握力训练系统相对于腕关节的位置，以适应不同尺寸患肢。

5.如权利要求4所述的上肢主动式多关节力量训练仪，其特征在于，所述手部握力训练系统包括上外壳、调节套筒、握柄、伸缩基座、光轴、压缩弹簧、第二底座、下外壳；所述上外壳与所述旋转托架固定连接；所述调节套筒套入所述上外壳孔中，上端设有与所述上外壳孔外径相同的凸台，所述调节套筒只允许在所述上外壳内旋转，所述调节套筒末端设有凹槽；所述握柄可套入所述调节套筒内，所述握柄末端设有凸起，只允许在所述调节套筒凹槽内上下移动，可随所述调节套筒一起旋转；所述下外壳与所述上外壳固定连接，所述下外壳内固定有所述第二底座，所述第二底座内设有螺纹孔，所述伸缩基座与所述第二底座螺旋连接；所述伸缩基座设有凸起，与所述调节套筒凹槽配合，并随所述调节套筒旋转而旋转，实现相对所述第二底座的上下移动；所述伸缩基座与所述光轴一端紧配合，所述光轴另一端伸入所述握柄内，实现所述伸缩基座移动导向；所述伸缩基座、所述握柄内同时设有凹槽放置所述压缩弹簧。

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