CN110123585B - 一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构，包括腕部执行模块、限位组件、驱动模块以及支撑模块；腕部执行模块包括用于手握的手持部件，手持部件至少有两个可被固定的位置，分别对应不同的训练动作；腕部执行模块的固定端与驱动模块的运动输出端固定连接；限位组件包括第一限位机构和第二限位机构，且不同时处于限位状态；支撑模块固定在驱动模块的一侧，支撑模块包括用于支撑手臂的臂托，臂托的中心与腕部执行模块的转动中心近似为一条直线。本发明通过调整手柄的初始位置，实现了同一机构单个驱动电机对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作的康复训练。

Description

一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构

技术领域

本发明涉及医疗康复设备领域，尤其是一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构。

背景技术

随着科技的进步，时代的发展，在对老年人及脑卒中患者的康复护理工作逐渐被更加智能更加方便的康复机器人取代。上肢康复机器人作为重要的上肢康复护理工具之一，人们在上肢康复机器人方面的研究十分常见，其中多数集中在上肢肩部及肘部康复训练，在对腕部康复训练方面并不很多，分析其原因可能是因为，腕部自由度较多且腕部动作相对不够明显，被动训练模式下腕部与设备间的旋转重合度难以控制。因此，在对腕部训练机构的设计上多数采用主动训练方式，被动训练方式中内收/外收动作往往会被人舍弃，少部分兼顾到腕部各自由度的训练，但设计的结构较为庞大，忽略了机械臂自身重量对训练效果的负面影响。

比如发明专利：可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼(专利号ZL201110076865.2)，该发明包括固定在底座上的支撑杆和外骨骼训练装置，其中外骨骼训练装置由肩部内收/外展关节、屈/伸关节、旋内/旋外关节、肘部屈/伸关节、旋内/旋外关节以及腕部内收/外展关节和屈/伸关节总共七个旋转关节串联而成，该发明具有更多的运动自由度，但每个旋转关节均采用电机直接驱动关节，大大增加了外骨骼的重量，导致运动惯量较大、稳定性差，也使外骨骼带动患者训练的运动空间受到限制。

发明专利：一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂(CN106038175A)，该机械臂包括底座、电动升降柱、T型支撑架、主固定座、外骨骼机械臂系统。底座放置于地面上，电动升降柱与底座固定连接，电动升降柱与T型支撑架为固定连接，主固定座安装于支撑架上，外骨骼机械臂系统通过主固定座与驱动电机连接；驱动电机均安装在主固定座上。该发明实现上肢的3个单一自由度康复动作：肩前屈后伸，肩内收外展，肘屈伸；可以实现肩肘关节处三个自由度的复合运动，但对于腕部康复训练方面并不实用。

基于当下面临的问题，本领域技术人员设计研发了一种舒适性和安全性更高、结构简单，成本较低的用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构。该机构实现了同一机构单个驱动电机对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作的训练，进一步的轻巧的结构设计减轻了患者训练的心理负担。半包围的开环臂托设计配合医用绑带将使用者的手臂中心与臂托的弧形中心近似重合，通过创造标准腕部训练初始条件，以实现更加符合人体腕部生理学运动的训练动作，从而提高训练过程的舒适度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构，以解决现有上肢康复训练过程中腕部康复训练不足、运动柔性差、装置稳定性差、结构庞大等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构，包括腕部执行模块、驱动模块、限位组件和支撑模块；

所述腕部执行模块包括用于手握的手持部件；所述手持部件被固定在第一位置或第二位置时，分别用于不同的训练动作；

所述腕部执行模块的固定端与所述驱动模块的运动输出端固定连接；所述驱动模块驱动所述腕部执行模块运动；

所述限位组件设置在所述驱动模块与所述腕部执行模块之间；所述限位组件包括第一限位机构和第二限位机构；所述第一限位机构和所述第二限位机构不同时处于限位状态；

所述支撑模块固定在所述驱动模块的一侧，所述支撑模块包括用于支撑手臂的臂托，所述臂托的中心与所述腕部执行模块的转动中心近似为一条直线。

进一步地，所述腕部执行模块还包括连接件和定位部件，所述手持部件与所述连接件的自由端转动连接；所述定位部件设置在所述自由端，用于固定所述手持部件处于所述第一位置或所述第二位置；所述连接件的固定端与所述驱动模块的运动输出端固定。

进一步地，所述连接件为直角连板。

进一步地，所述手持部件包括手柄支架和手柄，所述手柄支架的一端与所述连接件的自由端转动连接，所述手柄固定在所述手柄支架的另一端。

进一步地，所述定位部件包括固定在所述连接件上的自锁型弹簧定位销和设置在所述手柄支架上的定位孔；拔出所述弹簧定位销，转动所述手柄支架至所述第一位置或所述第二位置对应的定位孔后，恢复所述弹簧定位销，将所述手柄支架固定在所述第一位置或所述第二位置。

进一步地，所述第一限位机构和所述第二限位机构均包括限位导槽和限位销，所述限位销一端位于所述限位导槽内，另一端与所述腕部执行模块固定连接；所述第一限位机构的限位销与所述第二限位机构的限位销不同时位于所述限位导槽内。

进一步地，所述限位销为互斥弹簧定位销组。

进一步地，所述第一限位机构的限位导槽和所述第二限位机构的限位导槽对称分布在限位块上，所述限位块固定在所述驱动模块上。

进一步地，所述驱动模块包括驱动部件和传动部件，所述传动部件的运动输出端与所述腕部执行模块的固定端固定连接。

进一步地，所述传动部件包括相互啮合的主动斜齿锥齿轮和从动斜齿锥齿轮，所述从动斜齿锥齿轮的输出轴与所述腕部执行模块的固定端固定连接。

本发明的目的在于通过调整手柄的初始位置，实现了同一机构单个驱动电机对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作的训练；本发明不仅能够满足同一机构单个驱动电机对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作的训练要求，提高使用率，而且设置在固定支架侧面的限位块配合互斥弹簧销钉组的使用能够实现对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作训练范围的控制。

本发明有益效果是：本发明通过调整手柄的初始位置，实现了同一机构单个驱动电机对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作的训练，进一步的轻巧的结构设计减轻了患者训练的心理负担。半包围的开环臂托设计配合医用绑带将使用者的手臂中心与臂托的弧形中心近似重合，通过创造标准腕部训练初始条件，以实现更加符合人体腕部生理学运动的训练动作，从而提高训练过程的舒适度。

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本发明的一个较佳实施例的整体模块结构示意图；

图2本发明的一个较佳实施例的整体结构示意图；

图3本发明的一个较佳实施例的驱动模块结构示意图；

图4本发明的一个较佳实施例的限位块结构示意图；

图5本发明的一个较佳实施例的执行模块结构示意图；

图6本发明的一个较佳实施例的腕部掌屈/背屈初始位置结构示意图；

图7本发明的一个较佳实施例的手柄支架结构示意图。

附图中，100-腕部执行模块，101-手柄，102-法兰转轴，103-自锁型弹簧定位销，104-手柄支架，1041-螺纹过孔，1042-KM5螺纹孔，1043-定位销孔，1044-凸轴，105-直角连板，106-互斥弹簧定位销组，107-限位块，1071-Ⅰ型限位导槽，1072-Ⅱ型限位导槽，1073-机轴过孔，1074-KM3螺纹孔，108-紧定螺钉；

200-驱动模块，201-电机，202-减速箱，203-电机支架，204-驱动器，205-梯形齿轮箱，206-驱动器连接板，207-主动斜齿锥齿轮，208-从动斜齿锥齿轮，209-固定支架，210-输出轴；

300-支撑模块，301-支撑杆，302-连接器，303-臂托垫块，304-臂托。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，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。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构包括腕部执行模块100，驱动模块200以及支撑模块300。

如图2所示，腕部执行模块100包括手柄101、法兰转轴102、自锁型弹簧定位销103、手柄支架104、直角连板105、互斥弹簧定位销组106、限位块107、紧定螺钉108；

驱动模块200包括电机201、减速箱202、电机支架203、驱动器204、梯形齿轮箱205、驱动器连接板206、主动斜齿锥齿轮207、从动斜齿锥齿轮208、固定支架209、输出轴210；

支撑模块300包括支撑杆301、连接器302、臂托垫块303、臂托304。

如图4所示，限位块107包括Ⅰ型限位导槽1071、Ⅱ型限位导槽1072、机轴过孔1073、KM3螺纹孔1074。

如图7所示，手柄支架104包括螺纹过孔1041、KM5螺纹孔1042、定位销孔1043、凸轴1044。

如图2、图3、图4所示，腕部执行模块100的直角连板105与输出轴210配合并通过紧定螺钉108固定位置，直角连板105与输出轴210合为一体且随输出轴210转动；互斥弹簧定位销组106对称分布在输出轴210两侧，其销钉端分别位于设置在限位块107上的Ⅰ型限位导槽1071和Ⅱ型限位导槽1072内部，互斥弹簧定位销组106处于相反工作状态，且销钉端限定在Ⅰ型限位导槽1071和Ⅱ型限位导槽1072内移动，限位块107位于固定支架209侧面通过螺钉固定连接，Ⅰ型限位导槽1071设有一定弧度，用于实现腕部内收/外收动作，Ⅱ型限位导槽1072设有一定弧度，用于实现腕部掌屈/背屈动作，设置在限位块107上的机轴过孔1073用于通过输出轴210，4个KM3螺纹孔1074均匀分布在机轴过孔1073周边，用于将限位块107固定在固定支架209上；手柄支架104通过法兰转轴102与直角连板105自由端连接，手柄支架104与直角连板105可以相对转动。

如图2、图7所示，4个定位销孔1043均分在手柄支架104旋转中心周边，且其中两个对角定位销孔1043中心轴线连线位于手柄支架104对称平面上，手柄101与手柄支架104通过螺钉连接；

如图3所示，电机201与减速箱202连接并通过螺钉固定在电机支架203上，所述电机支架203通过螺栓连接固定在固定架209上；一对啮合的主动斜齿锥齿轮207和从动斜齿锥齿轮208位于梯形齿轮箱205内部，其中主动斜齿锥齿轮207与电机201的驱动轴配合，从动斜齿锥齿轮208与输出轴210配合，梯形齿轮箱205底部通过螺钉与固定支架209固定连接，顶端与驱动器204连接板螺钉连接，驱动器204位于驱动器连接板206顶部且通过螺钉固定连接。

如图2所示，支撑杆301与固定支架209通过螺钉固定连接，连接器302设置在支撑杆301偏中部通过螺纹连接方式实现拆装，臂托垫块303位于支撑杆301与臂托304之间并通过长螺钉固定连接，臂托304的圆弧中心与手柄101的旋转中心近似重合用于提高腕部内翻/外翻训练动作的舒适度。

如上所述，电机201通过一对啮合的主动斜齿锥齿轮207和从动斜齿锥齿轮208作用于直角连板105，直角连板105自由端连接可旋转的手柄支架104，手柄101内嵌于手柄支架104；支撑杆301与固定驱动装置的固定支架209连接，且支撑杆301上设有臂托304及连接器302；限位块107置于输出轴210位置且与设置的直角连板105的互斥弹簧定位销组106相互配合。因此，通过调整手柄101的初始位置，实现了同一机构单个驱动电机对腕部外收/内收及掌屈/背屈两种动作的康复训练。

如图6所示，本发明用于腕部掌屈/背屈动作训练时，拔出自锁型弹簧定位销103，旋转手柄支架104至与直角连板105连接边平行，恢复自锁型弹簧定位销103，销钉端与设置在手柄支架104上的定位销孔1043配合，手柄支架104与直角连板105保持相对位置不变，调整互斥弹簧定位销组106的工作状态为Ⅱ型限位导槽1072对应的弹簧定位销处于工作位置，确认只有销钉端在Ⅱ型限位导槽1072限定范围内运动，用于防止腕部掌屈/背屈动作运动过度。

用于腕部训练动作方式切换时，拔出自锁型弹簧定位销103，旋转手柄支架104至与直角连板105连接边垂直(或平行)，恢复自锁型弹簧定位销103，销钉端与设置在手柄支架104上的定位销孔1043配合，手柄支架104与直角连板105保持相对位置不变，调整互斥弹簧定位销组106的工作状态2为Ⅰ型限位导槽1071对应的弹簧定位销处于工作位置(或Ⅱ型限位导槽1072对应的弹簧定位销处于工作位置)，确认销钉端在Ⅰ型限位导槽1071限定范围内运动(或确认只有销钉端在Ⅱ型限位导槽1072限定范围内运动)，完成腕部训练动作切换。

用于腕部外收/内收动作训练时，拔出自锁型弹簧定位销103，旋转手柄支架104至与直角连板105连接边垂直，恢复自锁型弹簧定位销103，销钉端与设置在手柄支架104上的定位销孔1043配合，手柄支架104与直角连板105保持相对位置不变，调整互斥弹簧定位销组106的工作状态为Ⅰ型限位导槽1071对应的弹簧定位销处于工作位置，销钉端在Ⅰ型限位导槽1071限定范围内运动，用于防止腕部内收/外收动作运动过度。

限位块107上设有一对限位弧形导槽(即Ⅰ型限位导槽1071，Ⅱ型限位导槽1072)，限位弧形导槽位置不局限于对称分布；Ⅰ型限位导槽1071弧度不超过60°，即腕部外收/内收动作极限夹角，用于防止腕部内收/外收动作运动过度；Ⅱ型限位导槽1072弧度不超过120°，即腕部掌屈/背屈动作极限夹角，用于防止腕部掌屈/背屈动作运动过度。

腕部执行模块100在运动过程中，设置在支撑杆301部分的臂托304圆弧中心与手柄101旋转中心近似在一条直线，训练中使用者的前臂通过医用绑带固定在臂托304圆弧内部，手臂中心与圆弧中心近似重合，有利于提高训练过程的舒适度。

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 (6)

1.一种用于上肢康复机械臂的腕部康复训练机构，其特征在于，包括腕部执行模块、驱动模块、限位组件和支撑模块；

所述腕部执行模块包括用于手握的手持部件；所述手持部件被固定在第一位置或第二位置时，分别用于不同的训练动作；

所述腕部执行模块的固定端与所述驱动模块的运动输出端固定连接；所述驱动模块驱动所述腕部执行模块运动；

所述限位组件设置在所述驱动模块与所述腕部执行模块之间；所述限位组件包括第一限位机构和第二限位机构；所述第一限位机构和所述第二限位机构不同时处于限位状态；

所述支撑模块固定在所述驱动模块的一侧，所述支撑模块包括用于支撑手臂的臂托，所述臂托的中心与所述腕部执行模块的转动中心近似为一条直线；

所述第一限位机构和所述第二限位机构均包括限位导槽和限位销，所述限位销一端位于所述限位导槽内，另一端与所述腕部执行模块固定连接；所述第一限位机构的限位销与所述第二限位机构的限位销不同时位于所述限位导槽内；

所述限位销为互斥弹簧定位销组；

所述腕部执行模块还包括连接件和定位部件，所述手持部件与所述连接件的自由端转动连接；所述定位部件设置在所述自由端，用于固定所述手持部件处于所述第一位置或所述第二位置；所述连接件的固定端与所述驱动模块的运动输出端固定；

所述第一限位机构的限位导槽和所述第二限位机构的限位导槽对称分布在限位块上，所述限位块固定在所述驱动模块上。

2.如权利要求1所述的腕部康复训练机构，其特征在于，所述连接件为直角连板。

3.如权利要求1或2所述的腕部康复训练机构，其特征在于，所述手持部件包括手柄支架和手柄，所述手柄支架的一端与所述连接件的自由端转动连接，所述手柄固定在所述手柄支架的另一端。

4.如权利要求3所述的腕部康复训练机构，其特征在于，所述定位部件包括固定在所述连接件上的自锁型弹簧定位销和设置在所述手柄支架上的定位孔；拔出所述弹簧定位销，转动所述手柄支架至所述第一位置或所述第二位置对应的定位孔后，恢复所述弹簧定位销，将所述手柄支架固定在所述第一位置或所述第二位置。

5.如权利要求1所述的腕部康复训练机构，其特征在于，所述驱动模块包括驱动部件和传动部件，所述传动部件的运动输出端与所述腕部执行模块的固定端固定连接。

6.如权利要求5所述的腕部康复训练机构，其特征在于，所述传动部件包括相互啮合的主动斜齿锥齿轮和从动斜齿锥齿轮，所述从动斜齿锥齿轮的输出轴与所述腕部执行模块的固定端固定连接。

Images