CN110269783A - 肩关节功能智能恢复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肩关节功能智能恢复机器人，包括底座，底座上设置有旋转支架，旋转支架的顶部设置有支撑平台，支撑平台的一端连接有升降机构；支撑平台上设置有x轴驱动机构和x轴移动块，x轴移动块与x轴驱动机构相连，x轴移动块上设置有y轴驱动机构和y轴移动块，y轴移动块与y轴驱动机构相连；y轴移动块上设置有z轴移动块和z轴驱动机构，z轴移动块与z轴驱动机构相连；z轴移动块上设置有定位槽，定位槽内设置有手臂定位组件。本装置的运动部件均采用电动设备驱动，使用时不需要医务人员及病人出力，使用省力方便，且能够带动手臂作多种轨迹的运动，有利于肩关节的恢复。本装置可由控制器控制，能通过网络传送数据和异地控制治疗。

Description

肩关节功能智能恢复机器人
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种肩关节功能智能恢复机器人。
背景技术
肩关节受伤后需要通过一定的活动和锻炼来促进恢复，申请号为CN201820782395.9的实用新型专利公开了一种有助肩关节恢复功能的装置，使用时病人脚踩脚踏板，脚踏板通过传动机构带动辅助康复机构转动，辅助康复机构带动手臂转动，起到锻炼肩关节的作用。由于需要人工提供动力，使用时比较费力，部分病人可能因为意外导致肩关节、腿部等同时受伤，就无法使用该装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自动化的肩关节功能智能恢复机器人，使用省力，且动作变化更多，有利于提高肩关节的康复速度。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：肩关节功能智能恢复机器人，包括底座，所述底座上设置有竖直的旋转支架，所述旋转支架的顶部设置有支撑平台，所述支撑平台的一端与旋转支架铰接，且支撑平台连接有升降机构；所述支撑平台的上表面设置有x轴驱动机构和x轴移动块，所述x轴移动块与x轴驱动机构相连，所述x轴移动块上表面设置有y轴驱动机构和y轴移动块，所述y轴移动块与y轴驱动机构相连，且x轴移动块的移动方向垂直于y轴移动块的移动方向；所述y轴移动块上设置有z轴移动块和z轴驱动机构，所述z轴移动块与z轴驱动机构相连；所述z轴移动块上设置有横截面呈弧形的定位槽，所述定位槽内设置有手臂定位组件。
进一步地，所述z轴移动块上表面设置有第一电机，所述第一电机连接有第一转轴，所述第一转轴上设置有第一齿轮，所述定位槽的下表面设置有弧形的第二齿轮，所第二齿轮与第一齿轮啮合；所述定位槽的下表面设置有沿周向延伸的防脱槽，所述防脱槽内设置有防脱滑块，所述防脱滑块与z轴移动块固定连接。
进一步地，所述手臂定位组件为气压紧固垫。
进一步地，所述x轴驱动机构、y轴驱动机构以及z轴驱动机构均包括相互连接的第二电机和丝杆，x轴移动块的丝杆与x轴移动块螺纹配合，x轴移动块与支撑平台滑动配合；y轴驱动机构的丝杆与y轴移动块螺纹配合，y轴移动块与x轴移动块滑动配合；z轴驱动机构的丝杆与z轴移动块螺纹配合，z轴移动块与z轴移动块滑动配合。
进一步地，所述旋转支架包括竖直的第二转轴，所述第二转轴连接有驱动第二转轴转动的第三电机。
进一步地，所述升降机构包括水平的支撑架，所述支撑架的一端与第二转轴固定连接，支撑架上设置有第四电机和升降丝杆，所述升降丝杆外套有与升降丝杆螺纹配合的驱动套，所述驱动套与第四电机传动连接；所述支撑平台的下表面设置有滑槽，所述升降丝杆的上端位于滑槽内并与滑槽滑动配合。
进一步地，所述升降丝杆的上端设置有滚轮，所述滚轮位于滑槽内。
进一步地，所述驱动套的外壁设置有第三齿轮，第四电机的主轴上设置有第四齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮啮合。
进一步地，所述手臂定位组件的外部设置有第一定位扣，所述定位槽上设置有第二定位扣，所述第一定位扣与第二定位扣相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置的运动部件均采用电动设备驱动，使用时不需要病人出力，使用省力方便。此外，旋转支架能够带动支撑平台水平转动，升降机构能够带动支撑平台竖直转动，x轴驱动机构、y轴驱动机构以及z轴驱动机构能够带动定位槽朝着各个方向直线运动，各种运动组合，可以带动手臂作组合运动，有利于肩关节的恢复。
附图说明
图1是本发明的主视示意图；
图2是图1中A部分的放大示意图；
图3是支撑平台上的侧视示意图；
图4是图3中B部分的放大示意图。
附图标记：1—底座；2—旋转支架；3—支撑平台；4—x轴驱动机构；5—x轴移动块；6—y轴驱动机构；7—y轴移动块；8—z轴移动块；9—z轴驱动机构；10—定位槽；11—手臂定位组件；12—第一电机；13—第一转轴；14—第一齿轮；15—第二齿轮；16—防脱槽；17—防脱滑块；18—第三电机；19—支撑架；20—第四电机；21—升降丝杆；22—驱动套；23—滚轮；24—第三齿轮；25—第四齿轮；26—第一定位扣；27—第二定位扣。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的肩关节功能智能恢复机器人，如图1至图4所示，包括底座1，所述底座1上设置有竖直的旋转支架2，所述旋转支架2的顶部设置有支撑平台3，所述支撑平台3的一端与旋转支架2铰接，且支撑平台3连接有升降机构；所述支撑平台3的上表面设置有x轴驱动机构4和x轴移动块5，所述x轴移动块5与x轴驱动机构4相连，所述x轴移动块5上表面设置有y轴驱动机构6和y轴移动块7，所述y轴移动块7与y轴驱动机构6相连，且x轴移动块5的移动方向垂直于y轴移动块7的移动方向；所述y轴移动块7上设置有z轴移动块8和z轴驱动机构9，所述z轴移动块8与z轴驱动机构9相连；所述z轴移动块8上设置有横截面呈弧形的定位槽10，所述定位槽10内设置有手臂定位组件11。
定位槽10与手臂定位组件11用于固定手臂，定位槽10的长度约等于人体手臂长度，手臂定位组件11采用比较柔软的材质，以提高手臂的舒适性，使用时，患者将手臂整体放入定位槽10内，手臂靠近肩关节的部分通过手臂定位组件11进行固定。z轴驱动机构9用于推动z轴移动块8在竖直方向上直线移动，y轴驱动机构6用于推动y轴移动块7沿y轴直线运动，x轴驱动机构4用于推动x轴驱动机构4沿x轴直线运动，x轴可以是平行于支撑平台3的任意方向，y轴与x轴垂直即可。定位槽10安装在z轴移动块8上，会随着z轴移动块8同步运动，z轴移动块8会随着y轴移动块7同步移动，y轴移动块7会随着x轴移动块5同步移动，x轴移动块5会随着支撑平台3同步移动，支撑平台3会随着旋转支架2水平转动，会在升降机构的作用下竖直转动，因此，旋转支架2带动支撑平台3水平转动时，可将定位槽10输送至合适的角度，升降机构推动支撑平台3竖直转动，使得定位槽10与水平面的角度合适，以便于更加舒适地放置手臂。x轴移动块5、y轴移动块7以及z轴移动块8的运动相结合，能够合成各种轨迹的运动，使得定位槽10带动手臂做各种运动，如手臂上下转动、左右转动等动作，有利于肩关节的快速恢复。
定位槽10可以固定安装在z轴移动块8上，如通过螺钉安装等，为了增加手臂的运动方式，进一步地提高肩关节的恢复速度，所述z轴移动块8上表面设置有第一电机12，所述第一电机12连接有第一转轴13，第一转轴13通过安装座可转动地安装在z轴移动块8上，所述第一转轴13上设置有第一齿轮14，所述定位槽10的下表面设置有弧形的第二齿轮15，第二齿轮15为半齿轮，即呈半圆环形的齿轮，固定在定位槽10外壁，定位槽10可采用金属材质，如不锈钢等，第二齿轮15与第一齿轮14啮合。为了保证传动的稳定，第一齿轮14为两个，第二齿轮15也为两个，分别设置在定位槽10的两端。第一电机12正转一定的角度，带动第一齿轮14转动，第一齿轮14带动第二齿轮15转动，第二齿轮15带动定位槽10转动，从而带动定位槽10内的手臂绕手臂中心线转动，然后第一电机12反转一定的角度，带动手臂绕手臂中心线朝着另一个方向转动，循环上述过程若干次，即可锻炼肩关节。为了使定位槽10保持稳定，第二齿轮15与第一齿轮14稳定地啮合并顺利地传递动力，所述定位槽10的下表面设置有沿周向延伸的防脱槽16，所述防脱槽16内设置有防脱滑块17，所述防脱滑块17与z轴移动块8固定连接。防脱槽16可以采用燕尾槽或者槽底宽度大于槽口宽度的T形槽，防脱滑块17的形状与防脱槽16适配，防脱滑块17与防脱槽16滑动配合，且防脱滑块17可通过拉杆与z轴移动块8相连，工作时，防脱滑块17拉住定位槽10，起到对定位槽10进行定位的作用。
手臂定位组件11可采用现有各种医用的手臂定位装置，如采用环形的布带将固定在定位槽10内，优选的，所述手臂定位组件11为气压紧固垫，气压紧固垫为由气压进行紧固的环形垫，其结构和原理与现有血压测试仪的袖带类似，能够将不同尺寸的手臂裹紧，气压紧固垫与定位槽10固定连接即可将手臂固定在定位槽10内。这种气压紧固垫操作方便，可以快速地取出和固定手臂，且比较柔软，提高手臂的舒适性，能够适应不同大小的手臂，可用于各种人群。
x轴驱动机构4、y轴驱动机构6以及z轴驱动机构9可采用气缸、直线电机等能够驱动部件往复直线运动的驱动机构，优选的，所述x轴驱动机构4、y轴驱动机构6以及z轴驱动机构9均包括相互连接的第二电机和丝杆，x轴移动块5的丝杆与x轴移动块5螺纹配合，x轴移动块5与支撑平台3滑动配合；y轴驱动机构6的丝杆与y轴移动块7螺纹配合，y轴移动块7与x轴移动块5滑动配合；z轴驱动机构9的丝杆与z轴移动块8螺纹配合，z轴移动块8与z轴移动块8滑动配合。电机、丝杆与滑块组成的驱动机构的运动精度高，便于保证每次治疗重复运动的轨迹，便于精确采集数据，依据数据自动调节运动数据。
旋转支架2可采用由多根杆件拼接而成的架体，为了简化结构，减轻重量，优选的，所述旋转支架2包括竖直的第二转轴，所述第二转轴连接有驱动第二转轴转动的第三电机18。第二转轴的下端设置有轴承，轴承通过轴承座安装在底座1上，确保第二转轴能够顺畅转动。第三电机18固定安装在底座1上，可通过齿轮组等与第二转轴相连，用于带动第二转轴，第二转轴不仅能够正转，还能够反转。
所述升降机构包括水平的支撑架19，支撑架19可以是一根横梁，也可以是框架结构或者板材，所述支撑架19的一端与第二转轴固定连接，如通过螺钉相连，支撑架19上设置有第四电机20和升降丝杆21，所述升降丝杆21外套有与升降丝杆21螺纹配合的驱动套22，所述驱动套22与第四电机20传动连接；所述支撑平台3的下表面设置有滑槽，所述升降丝杆21的上端位于滑槽内并与滑槽滑动配合。驱动套22可转动地与支撑架19配合，使驱动套22具有绕其中心线转动的自由度，不具有轴向移动的自由度，而升降丝杆21具有轴向移动的自由度，不具有绕其中心线转动的自由度。第四电机20带动驱动套22转动，在螺纹的作用下，升降丝杆21会轴向移动，即上下移动，从而推动支撑平台3竖直转动至合适的角度。由于在支撑平台3下表面设置了滑槽，升降丝杆21的上端位于滑槽内并与滑槽滑动配合，升降丝杆21推动支撑平台3转动的同时与支撑平台3相对滑动，保证升降丝杆21始终处于竖直状态。升降丝杆21的上端可以设置为方形，利用滑槽对升降丝杆21的上端进行限位，限制升降丝杆21绕其中心线转动的自由度。滑槽也可以设置为燕尾形，升降丝杆21的上端也为燕尾形，可防止升降丝杆21的上端从滑槽中脱离，提高升降丝杆21与支撑平台3的连接稳定性。
为了减小升降丝杆21与支撑平台3之间的摩擦力，减缓磨损，所述升降丝杆21的上端设置有滚轮23，所述滚轮23位于滑槽内。升降丝杆21推动支撑平台3转动时，滚轮23滚动，滚动摩擦较小，可减缓磨损。
驱动套22与第四电机20之间可通过皮带传动，优选的，所述驱动套22的外壁设置有第三齿轮24，第四电机20的主轴上设置有第四齿轮25，所述第三齿轮24与第四齿轮25啮合。齿轮传动效率高，稳定性好，且能够传递正转和反转的运动。
为了增强手臂定位组件11与定位槽10之间的连接强度，手臂定位组件11的外部设置有第一定位扣26，所述定位槽10上设置有第二定位扣27，所述第一定位扣26与第二定位扣27相连。可在定位槽10的边缘开设通孔，将第二定位扣27的一端穿过通孔并打结，第二定位扣27的另一端通过魔术贴或者纽扣等与第一定位扣26相连。
本装置的运动方式多样，定位槽10的水平位置以及与水平面的角度可调，患者可以根据需要带动手臂作各种运动，有利于提高肩关节的恢复速度。此外，上述各个电机可采用控制器进行控制，使装置实现自动运行，操作省力，同时，还可以利用控制器采集和记录运动数据，将治疗肩关节疾病数字化，为医务人员判断病情，确定治疗康复方案，提供科学数据，还可以将数据网络远传，实现异地会诊治疗，共享专家资源功能。

Claims (9)

1.肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)上设置有竖直的旋转支架(2)，所述旋转支架(2)的顶部设置有支撑平台(3)，所述支撑平台(3)的一端与旋转支架(2)铰接，且支撑平台(3)连接有升降机构；所述支撑平台(3)的上表面设置有x轴驱动机构(4)和x轴移动块(5)，所述x轴移动块(5)与x轴驱动机构(4)相连，所述x轴移动块(5)上表面设置有y轴驱动机构(6)和y轴移动块(7)，所述y轴移动块(7)与y轴驱动机构(6)相连，且x轴移动块(5)的移动方向垂直于y轴移动块(7)的移动方向；所述y轴移动块(7)上设置有z轴移动块(8)和z轴驱动机构(9)，所述z轴移动块(8)与z轴驱动机构(9)相连；所述z轴移动块(8)上设置有横截面呈弧形的定位槽(10)，所述定位槽(10)内设置有手臂定位组件(11)。
2.根据权利要求1所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述z轴移动块(8)上表面设置有第一电机(12)，所述第一电机(12)连接有第一转轴(13)，所述第一转轴(13)上设置有第一齿轮(14)，所述定位槽(10)的下表面设置有弧形的第二齿轮(15)，所第二齿轮(15)与第一齿轮(14)啮合；所述定位槽(10)的下表面设置有沿周向延伸的防脱槽(16)，所述防脱槽(16)内设置有防脱滑块(17)，所述防脱滑块(17)与z轴移动块(8)固定连接。
3.根据权利要求1所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述x轴驱动机构(4)、y轴驱动机构(6)以及z轴驱动机构(9)均包括相互连接的第二电机和丝杆，x轴移动块(5)的丝杆与x轴移动块(5)螺纹配合，x轴移动块(5)与支撑平台(3)滑动配合；y轴驱动机构(6)的丝杆与y轴移动块(7)螺纹配合，y轴移动块(7)与x轴移动块(5)滑动配合；z轴驱动机构(9)的丝杆与z轴移动块(8)螺纹配合，z轴移动块(8)与z轴移动块(8)滑动配合。
4.根据权利要求1所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述旋转支架(2)包括竖直的第二转轴，所述第二转轴连接有驱动第二转轴转动的第三电机(18)。
5.根据权利要求4所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述升降机构包括水平的支撑架(19)，所述支撑架(19)的一端与第二转轴固定连接，支撑架(19)上设置有第四电机(20)和升降丝杆(21)，所述升降丝杆(21)外套有与升降丝杆(21)螺纹配合的驱动套(22)，所述驱动套(22)与第四电机(20)传动连接；所述支撑平台(3)的下表面设置有滑槽，所述升降丝杆(21)的上端位于滑槽内并与滑槽滑动配合。
6.根据权利要求5所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述升降丝杆(21)的上端设置有滚轮(23)，所述滚轮(23)位于滑槽内。
7.根据权利要求5所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述驱动套(22)的外壁设置有第三齿轮(24)，第四电机(20)的主轴上设置有第四齿轮(25)，所述第三齿轮(24)与第四齿轮(25)啮合。
8.根据权利要求1所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述手臂定位组件(11)的外部设置有第一定位扣(26)，所述定位槽(10)上设置有第二定位扣(27)，所述第一定位扣(26)与第二定位扣(27)相连。
9.根据权利要求1所述的肩关节功能智能恢复机器人，其特征在于，所述手臂定位组件(11)为气压紧固垫。
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