CN110251364A - 一种上肢康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上肢康复训练机器人，包括工作台和支撑架；工作台上设置有第一导轨、第二导轨和第三导轨，第一导轨和第二导轨水平设置，且相互垂直；第三导轨竖直设置；在第一导轨上设有第一支架，第一支架能沿着第一导轨直线滑动；在第二导轨上设有第二支架，第二支架能沿着第二导轨直线滑动；在第三导轨上设有第三支架，第三支架能沿着第三导轨直线滑动；在第一支架连接L型第一连杆的一端，第二支架连接L型第二连杆的一端，第三支架连接L型第三连杆的一端；第一连杆、第二连杆和第三连杆单位另一端共同与手柄平台连接，手柄平台上有用于支撑前臂的前臂托架和手柄，手柄设置于所述手柄平台上，所述前臂托架能够在所述手柄上转动。

Description

一种上肢康复训练机器人

技术领域

本发明涉及康复医学工程技术领域，更具体地说，涉及一种上肢康复训练机器人。

背景技术

康复医学主要面向慢性病人及伤残者，强调功能上的康复，而且是强调体功能康复，使患者不但在身体上，而且在心理上和精神上得到康复。它的着眼点不仅在于保存伤残者的生命，而且还要尽量恢复其功能，提高生活素质，重返社会，过有意义的生活。由于脑血管病、脑外伤等病因导致上肢失去活动能力，上肢肌肉萎缩的患者，往往需要借助外力被动运动进行康复训练，从而帮助患者恢复上肢力量。运动治疗是通过被动运动疗法、主动运动疗法和抗阻力、运动疗法，对病人身体的功能障碍和功能低下起到预防、改善和恢复作用的一种特殊疗法。根据患者的功能障碍情况，有针对性地选取一些作业活动，对患者进行训练，以恢复患者的独立生活能力的治疗方法。主要用于日常生活能力的训练，关节活动训练，精细动作训练，肌力增强训练，耐力训练和认知功能训练等，增强患者上肢、手、眼协调能力，以达到生活自理，生存质量的提高。

由脑损伤(脑出血、脑栓塞、脑外伤、脑瘫等)、脊髓损伤(截瘫、四肢瘫)、中风、外周神经损伤等疾病致残率非常高。国内外研究表明，大脑的神经系统具有可塑性，伤残人士如果长期的不运动会导致大脑运动神经功能的萎缩，以后再治疗会更加困难。然而及早通过康复治疗，能够恢复受损后的运动神经功能，而且90％的中风患者可恢复其运动能力和生活自理能力，有些还能恢复工作能力。而这个的康复时间较长的过程，在经初期医院的治疗出院后的康复锻炼更为重要，对于瘫痪者而言，目的是通过训练增强瘫痪肢体本体感觉、刺激屈伸反射、放松痉挛肌肉、促发主动运动，同时牵张挛缩或粘连的肌腱和韧带，维持或恢复关节活动范围，延缓肌肉萎缩。

如果只是病人在医院里在医护人员的护理下进行康复训练的话，那么这个费用以及工作量是难以让普通老百姓承受的，主要体现在以下主要两个方面：

(1)医院康复医护人员目前很缺乏，而各种原因引起的肢体功能损伤患者数量众多以及我国随着我国老龄化社会的到来，老年人肢体功能问题更加突出。对于众多的肢体功能者，难以实现及时有效的一对一长期治疗，而且这个康复过程是漫长的，病人需要连续不断的康复训练，如果在医院康复护理的费用非常的高，普通的老百姓是很难支付这个费用的。

(2)医院护理人员的训练的力度、速度都凭经验来完成，对康复过程中不同阶段和时期进行不同力度的康复训练，不能明确进行定时定量的训练。特别是康复训练的前期是被动运动，到康复训练的后期必须做主动运动，如果有康复器的协助的话，康复的过程就会变得更加简单，而且能直观反映病情的康复情况。

所以，如果仅仅依靠住院通过医生或者护士的理疗的话，效果会大打折扣，而且这个费用更是让普通的老百姓承担不住，因此采用康复器来辅助康复训练，则可以有效地解决上述问题，第一，能给患肢提供长期的、精确的、量化的运动刺激；而且能建立一种具有实时反馈功能的训练环境，使患者易于了解与患肢的运动学、动力学及生理学有关的各种信息，进而提高康复训练的自信心，增强康复训练效果。第二，患者可以在家，自己通过康复器训练，而不必每天在医院里进行康复训练。

因此上肢主被动运动训练器械的研究凸显出来，针对这个特殊的用户群体，如何将更好的利用产品的人机工程学研究应用到肢体的康复器的设计中，显得尤为重要，目前国内外在这个方面的研究都还处于初级阶段，国外市面产品品种也很少，而且价格非常高，国内的同类产品各方面性能和设计都有待提高，而且对现有产品存在较多的问题，因此对上肢主被动康复器械的设计及人机工程研究具有重大的研究的意义。

但发明人发现现有的上肢康复训练辅具相功能简单，运动模式单一，训练动作种类比较少，运动幅度较小，操作枯燥，无法提高用户在使用设备时的兴趣，无法记录分析患者在训练中的表现。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种上肢康复训练机器人，以解决上肢康复训练机在使用时不灵活、运动模式单一、训练动作种类较少的问题。本发明将完成一款结构简单、造型美观、更符合人机工程学的设计，促进康复机器人朝着智能化、集成化、轻型化、微型化、舒适化及美观化的方向发展。

本发明是通过以下技术实现的：

一种上肢康复训练机器人，包括工作台和支撑架；

所述的工作台上设置有第一导轨、第二导轨和第三导轨，

所述的第一导轨和第二导轨水平设置，且相互垂直；所述的第三导轨竖直设置；在第一导轨上设有第一支架，所述的第一支架能沿着第一导轨直线滑动；在所述的第二导轨上设有第二支架，所述的第二支架能沿着第二导轨直线滑动；在第三导轨上设有第三支架，所述的第三支架能沿着第三导轨直线滑动；

在第一支架连接L型第一连杆的一端，第二支架连接L型第二连杆的一端，第三支架连接L型第三连杆的一端；第一连杆、第二连杆和第三连杆单位另一端共同与手柄平台连接，手柄平台上有用于支撑前臂的前臂托架和手柄，所述手柄设置于所述手柄平台上，所述前臂托架能够在所述手柄上转动。

进一步的，所述的第一支架与L型第一连杆之间、第二支架与L型第二连杆之间、第三支架与L型第三连杆之间均通过销轴铰接，可转动。

进一步的，所述的L型第一连杆、L型第二连杆和L型第三连杆的结构相同，均包括连杆段一和连杆段二；所述的连杆段一和连杆段二通过销轴铰接。

进一步的，所述的L型第一连杆、L型第二连杆、L型第三连杆各自与手柄平台之间用销轴铰接，可转动。

进一步的，所述的工作台上分别设置有能够驱动所述第一支架沿所述第一导轨滑动上滑动的驱动装置I、驱动第二支架沿所述第二导轨滑动的驱动装置II，驱动第三支架沿所述第三导轨滑动的驱动装置III。

进一步的，所述手柄平台上设置有用于获取数据的三维力传感器，手柄一端与三维力传感器连接。

进一步的，所述工作台上设置有用于与计算机连接的计算机接口。

进一步的，所述工作台上设置有电源开关。

进一步的，工作台上设置有急停按钮,所述的急停按钮与驱动装置I、驱动装置II、驱动装置III相连。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的上肢康复训练机器人，包括用于支撑前臂的前臂托架和手柄平台。其中，手柄和三维力传感器设置于手柄平台上，手柄一端与三维力传感器连接，前臂托架安装在手柄上，可绕手柄自由转动。应用本发明提供的上肢康复训练机器人时，患者可以将上肢前臂放置在前臂托架上，如需要可用绑带固定；患者手握手柄带动上肢移动，同时用户在操作过程中跟随上肢进行相应的转动。

如果第三支架的位置固定，第一支架、第二支架的均可移动，患者手握手柄带动上肢移动可在水平面内实现二维平面运动。第三支架的位置可控制手柄平台离地面的高度，适应患者不同身高，使患者在康复训练时感到舒适为宜。

如果第一支架的位置固定，第二支架、第三支架的均可移动，患者手握手柄带动上肢移动可在垂直地面的平面内实现二维平面运动。

如果第一支架、第二支架、第三支架的均可移动，患者手握手柄带动上肢移动可实现空间三维运动。

运动的轨迹可根据预设轨迹实现，或者通过用户主动进行，运动模式及训练动作多样，提高用户在使用设备时的兴趣，解决上肢康复训练机在使用时不灵活、运动模式单一的问题。显而易见，本发明通过在导轨上设置支架和连杆，手柄可随连杆移动，进而解决上肢康复训练机运动模式单一的问题。

前臂托架及手柄符合人体工程学设计，一般前臂托架的外侧包覆软性材料，用户进行康复训练时，上肢与前臂托架接触，操作设备更加便捷、舒适，其光洁的表面也便于清洗。在其他实施例中，也可以选择其他类型的前臂托架和手柄7，对具体的形式不作具体限定，均在本发明的保护范围内。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明一种康复训练机器人的结构示意图。

图2是图1的后视结构示意图。

附图中标记如下。

其中，1第一导轨，2第一支架，3第一连杆I，4销轴，5第一连杆II，6前臂托架，7手柄，8三维力传感器，9手柄平台，10第三连杆II，11第三导轨，12第三支架，13第三连杆I，14第二支架，15第二导轨，16工作台，17支撑架，18急停按钮，19第二连杆II,20第二连杆I,21计算机接口,22电源开关。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种上肢康复训练机器人。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种上肢康复训练机器人，包括工作台16；工作台16上分别设置有能够带动第一支架2沿第一导轨1滑动、第二支架14沿第二导轨15滑动、第三支架12沿第三导轨11的电机。

在工作台16上设置电机，电机通过传动装置带动第一支架2在第一导轨1上滑动，使得第一支架2能够在第一导轨1上灵活的运动，第一支架2带动连杆和手柄平台9沿第一导轨1方向水平往复运动。

具体的传动方式可以设计成：电机驱动一个丝杠旋转，丝杠带动一个丝杠螺母移动，第一支架安装在丝杠螺母上。

第二支架与第三支架的控制及运动与第一支架相同，具体的所述的第一导轨和第二导轨水平设置，且相互垂直；所述的第三导轨竖直设置；在第一导轨上设有第一支架，所述的第一支架能沿着第一导轨直线滑动；在所述的第二导轨上设有第二支架，所述的第二支架能沿着第二导轨直线滑动；在第三导轨上设有第三支架，所述的第三支架能沿着第三导轨直线滑动。

在第一支架连接L型第一连杆的一端，第二支架连接L型第二连杆的一端，第三支架连接L型第三连杆的一端；第一连杆、第二连杆和第三连杆单位另一端共同与手柄平台连接，手柄平台上有用于支撑前臂的前臂托架和手柄，所述手柄设置于所述手柄平台上，所述前臂托架能够在所述手柄上转动。

进一步的，所述的第一支架与L型第一连杆之间、第二支架与L型第二连杆之间、第三支架与L型第三连杆之间均通过销轴铰接，可转动。

进一步的，所述的L型第一连杆、L型第二连杆和L型第三连杆的结构相同，L型第一连杆包括第一连杆I3和第一连杆II5；第一连杆I3和第一连杆II5相互垂直，通过销轴连接在一起；

L型第二连杆包括第二连杆II19和第二连杆I20；第二连杆II19和第二连杆I20相互垂直，通过销轴连接在一起；

L型第三连杆包括第三连杆II10和第三连杆I13；第三连杆II10和第三连杆I13相互垂直，通过销轴连接在一起；

所述的L型第一连杆、L型第二连杆、L型第三连杆各自与手柄平台之间用销轴铰接，可转动。

第一支架与第二支架联动，第三支架固定，可实现手柄平台9在水平面内任意轨迹运动。第一支架、第二支架与第三支架联动，可实现手柄平台9在三维空间任意轨迹运动。

在其他实施例中，上述电机也可以通过其他动力设备代替，此处仅为较为优选的实施方案。通过电机提供动力，并能够提供多种运动模式，如动力或阻力模拟，虚拟质量模拟与牵引力模拟等模式，为上肢偏瘫用户提供更好的康复训练，用户可根据需要，设置电机提供一定的助力或者阻力，提供助力时，用户可通过电机带动较为轻便的进行训练，或者用户自行带动手柄平台9运动，但电机提供一定的助力使得训练变得轻松。电机提供阻力时，通过增加负载或其他形式提供阻力，用户在训练强度增加，具体的，可根据实际的情况自行进行设定。

为了满足不同用户的需求，在工作台16上设置第三导轨11，可通过操作器控制第三支架12沿第三导轨11升降，第三支架12带动连杆及手柄平台9运动，可控制手柄平台9离地面的高度，用户可根据自身的高度及使用舒适度自行调整手柄平台9的高度，有广泛的适用性。

工作台16上设置有用于获取数据的三维力传感器8。为了能够更好的对用户的训练情况及身体指标进行观测，在手柄平台9上设置传感器，通过传感器模拟并获取力反馈数据，实时记录用户康复训练过程中的数据。

工作台16上设置有用于与计算机连接的计算机接口21。一般计算机接口21设置在工作台16后部，康复训练机器人通过实时总线与上位计算机相连后能实时记录用户康复训练过程中的数据，并依据反馈数据实时控制整个运动平台，为用户提供直观的康复报告。

工作台16上设置有电源开关22。一般设置在工作台16的后部，控制整个训练机的开关。

在一种具体的实施例中，第一支架、第二支架、第三支架分别与工作台16内的第一导轨、第二导轨、第三导轨通过连接件固定，由工作台16内部的电机提供动力，使第一支架能在工作台16上灵活的纵向运动，使第二支架能在工作台16上灵活的横向运动，使第三支架能在工作台16上灵活的垂直运动。且电机都由驱动控制板控制，根据用户需要，可设置其提供一定的助力或阻力。

计算机接口21与外部计算机相连，从手柄平台9、工作台16内部的传感器获取实时数据，生成用户的康复训练报告。

工作台16上设置有2个急停按钮18，一旦患者发生诸如肌肉痉挛等不良症状，可及时停止训练。

因此采用康复器来辅助康复训练，则可以有效地解决上述问题，第一，能给患肢提供长期的、精确的、量化的运动刺激；而且能建立一种具有实时反馈功能的训练环境，使患者易于了解与患肢的运动学、动力学及生理学有关的各种信息，进而提高康复训练的自信心，增强康复训练效果。第二，患者可以在家，自己通过康复器训练，而不必每天在医院里进行康复训练。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种上肢康复训练机器人，其特征在于，包括工作台和支撑架；

所述的工作台上设置有第一导轨、第二导轨和第三导轨，

所述的第一导轨和第二导轨水平设置，且相互垂直；所述的第三导轨竖直设置；在第一导轨上设有第一支架，所述的第一支架能沿着第一导轨直线滑动；在所述的第二导轨上设有第二支架，所述的第二支架能沿着第二导轨直线滑动；在第三导轨上设有第三支架，所述的第三支架能沿着第三导轨直线滑动；

在第一支架连接L型第一连杆的一端，第二支架连接L型第二连杆的一端，第三支架连接L型第三连杆的一端；第一连杆、第二连杆和第三连杆单位另一端共同与手柄平台连接，手柄平台上有用于支撑前臂的前臂托架和手柄，所述手柄设置于所述手柄平台上，所述前臂托架能够在所述手柄上转动。

2.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述的第一支架与L型第一连杆之间、第二支架与L型第二连杆之间、第三支架与L型第三连杆之间均通过销轴铰接，可转动。

3.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述的L型第一连杆、L型第二连杆和L型第三连杆的结构相同，均各自包括连杆段一和连杆段二；所述的连杆段一和连杆段二通过销轴铰接。

4.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述的L型第一连杆、L型第二连杆、L型第三连杆各自与手柄平台之间用销轴铰接，可转动。

5.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述的工作台上分别设置有能够驱动所述第一支架沿所述第一导轨滑动上滑动的驱动装置I、驱动第二支架沿所述第二导轨滑动的驱动装置II，驱动第三支架沿所述第三导轨滑动的驱动装置III。

6.如权利要求5所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，工作台上设置有急停按钮,所述的急停按钮与驱动装置I、驱动装置II、驱动装置III相连。

7.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述手柄平台上设置有用于获取数据的三维力传感器，手柄一端与三维力传感器连接。

8.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述工作台上设置有用于与计算机连接的计算机接口。

9.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于，所述工作台上设置有电源开关。