CN110327179A - 一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于手部抓握及腕部两自由度康复训练机构，包括手部执行组件、腕部内外旋组件、腕部屈伸组件、换向组件和支撑组件。手部执行组件包括直线推杆电机牵引钢丝绳，通过通用销轴连接腕部内外旋组件；腕部内外旋组件包括驱动电机转动一对啮合齿轮作用于四连杆，铆接腕部屈伸结构；腕部屈伸组件包括减速电机转动同步带轮，通过同步带作用于主旋转轴，主、从旋转轴通过插销连接不规则连接板；换向组件包括蜗轮蜗杆组合驱动换向轴，换向轴通过插销连接特制连接轴。本发明实现了手部与腕部同时训练，设置在U形支撑板背部的换向组件和支撑组件配合，实现了同一机械臂对使用者进行左/右手臂单独训练模式的切换。

Description

一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构。
背景技术
随着人口老龄化，偏瘫、截瘫的残疾人患者增多，对上肢康复器械的需求也在不断的增大。手部和腕部在日常生活中使用频率较高，在整条手臂中起着举足轻重的作用，因此，手部和腕部训练也成为了目前上肢康复训练机械臂设计所考虑的功能需求，此外上肢康复器械普遍存在可活动范围小，训练功能单一，肢体得不到全方面充分锻炼的局限性。手部抓握、腕部内外旋和腕部屈伸可以充分调动机体的内部潜能，促进神经功能的再现，改善瘫痪肢体的功能，以达到最大程度上的功能恢复。同时可以防止出现的并发症，从而减少运动障碍给患者活动带来的不利影响，使患者最大可能的达到生活自理。
传统康复机械臂以肘部屈伸训练和腕部屈伸训练较多，腕部内外旋训练较少，同时手部抓握训练一般都是单独康复机械手机器人训练，很少在同一机构实现手部抓握，腕部内外旋以及腕部屈伸训练。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于手部抓握及腕部两自由度康复训练机构。该发明通过采用较为简单的电机驱动齿轮和四连杆机构，实现患者在家庭中进行康复训练。手部直线推杆电机推杆伸长、收缩运动，牵引钢丝绳实现手部抓握训练，不规则连接板和U形支撑板以及主、从动旋转轴的配合运动，实现手部训练和腕部训练可以同时进行康复训练。此外的换向组件中的蜗轮和蜗杆之间的配合通过特制连接轴带动整个腕部内外旋组件和腕部屈伸组件在水平面绕换向轴中轴线180°换向，实现左/ 右手臂的切换训练。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于手部抓握及腕部两自由度康复训练机构,包括手部执行组件，腕部内外旋组件，腕部屈伸组件，换向组件，支撑组件；所述手部执行组件包括掌指横向轴连接掌指关节扭簧、掌指关节滑轮以及第一近端指间关节连杆一端，第一近端指间关节连杆另一端通过近端指间关节滑轮连接第二近端指间关节连杆一端和近端指间关节扭簧；第二近端指间关节连杆另一端和第一远端指间关节连杆一端通过销轴连接近端指间关节基座；远端指间关节滑轮连接第一远端指间关节连杆另一端、第二远端指间关节连杆一端和远端指间关节扭簧，第二远端指间关节连杆另一端通过销轴连接在远端指间关节基座；两个安装在掌板背部的直线推杆电机以及两根分别穿过推杆孔的钢丝绳，一个钢丝绳两端分别穿过食指、中指掌指关节滑轮，近端指间关节滑轮以及远端指间关节滑轮，另一个根钢丝绳两端分别穿过无名指、小拇指掌指关节滑轮，近端指间关节滑轮以及远端指间关节滑轮；前部旋转组件与手部执行组件通过通用销轴连接；所述腕部内外旋组件包括一个与基板相连的驱动电机以及设置在电机轴上的主动齿轮；从动齿轮与主动齿轮啮合，且通过铆钉与主动连杆相连一起并绕基板上的主动销轴旋转；从动连杆通过从动销轴与基座相连，上/下输出连杆通过关节插销与主动连杆和从动连杆相连，主动连杆和从动连杆保持相互平行状态；所述腕部屈伸组件包括通过减速电机支架与U形支撑板相连的减速电机以及设置在减速电机轴上的主动同步带轮；从动同步带轮与主动同步带轮通过同步带连接传动，并与不规则连接板绕带有过线孔的主、从动旋转轴中轴线旋转；不规则连接板与主、从动旋转轴通过插销连接；所述换向组件铆接于U形支撑板和圆形连接管之间，包括特制机箱，特制机箱中设置蜗轮蜗杆组合通过插销连接换向轴与特制连接轴，弹性挡圈设置在蜗轮的一侧，阻止蜗轮发生轴向位移；蜗杆的较长自由端设置一个方向罗盘；所述支撑组件包括设有两副前臂卡套的滑管外套在圆形连接管，圆形连接管上设置调节孔，通过插拔插销实现前臂卡套位置调整，适应不同训练者前长度；前臂卡套上设置两副绑带固定架，绑带穿过固定架孔与使用者前臂贴切，避免使用者前臂从前臂卡套中漏出同时拔插销时旋转滑管180°插入插销，配合换向组件实现左/右手臂单独训练。
用于康复护理训练时，直线推杆电机伸长、收缩推杆牵引钢丝绳，所述钢丝绳穿过食指、中指、无名指和小拇指的掌指滑轮、近端指间关节滑轮、远端指间关节滑轮系于远端指间关节滑轮一侧，电机驱动力通过推杆作用于钢丝绳，实现手部抓握康复训练。
所述腕部内外旋组件中，电机通过齿轮传递的方式将输出力矩通过从动齿轮传递到主动连杆，所述主动连杆与从动齿轮相连并随从动齿轮绕主动销轴旋转，上/下输出连杆通过关节插销连接主动连杆与从动连杆，从动连杆与主动连杆保持平行状态，设定上输出连杆绕主动销轴中心线旋转到达极限位时的旋转角度控制在±70°内，控制腕部内外旋训练在正常人腕部关节内外旋角度范围内，实现腕部内外旋训练，同时具有保护作用。
所述腕部屈伸组件中，主、从旋转轴的中心线与四连杆输出自由端与掌板背部销孔凸台连接处所在的中轴线在初始位置时共面，且位于连接处中轴线的正后方，实现机构腕部旋转中心与人体实际腕部旋转中心重合，不规则连接板末端圆形连接处设置夹角为10°的扇形凸台，U形支撑板末端圆形连接处设置夹角为120°的环形槽，连接处初始状态为扇形凸台位于环形槽两侧面关于中心线对称位置，限制连接处活动范围在±55°区间内，实现腕部屈伸训练，同时起保护作用。
所述换向组件，转动方向罗盘，蜗轮在蜗杆的作用下正向转动，带动手部执行组件、前部旋转组件、以及腕部屈伸组件绕换向轴中轴线水平方向旋转180 °，根据蜗轮蜗杆反向自锁特性，限制旋转后方向罗盘自主反方向的旋转，配合托板换向支撑机构可实现使用者进行左/右手臂单独训练模式的切换。
所述支撑组件中，绑上前臂绑带，避免前臂左右滑移，通过插拔插销调整前臂卡套的位置，以适应不同使用者前臂长度，同时拔插销时旋转滑管180°插入插销，配合换向组件，实现切换左/右手臂单独训练的效果。
本发明的有益效果是：
本发明通过采用较为简单的电机驱动齿轮和四连杆机构，实现患者在家庭中进行康复训练。手部直线推杆电机推杆伸长、收缩运动，牵引钢丝绳实现手部抓握训练，不规则连接板和U形支撑板以及主、从动旋转轴的配合运动，实现手部训练和腕部训练可以同时进行康复训练。此外的换向组件中的蜗轮和蜗杆之间的配合通过特制连接轴带动整个腕部内外旋组件和腕部屈伸组件在水平面绕换向轴中轴线180°换向，实现左/右手臂的切换训练。
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本发明整体模块结构示意图；
图2本发明换向前结构示意图；
图3本发明换向后结构示意图；
图4本发明手部执行组件单个手指结构示意图；
图5本发明腕部内外旋组件结构示意图；
图6本发明腕部屈伸组件结构示意图；
图7本发明腕部屈伸组件结构限位块局部放大结构示意图；
图8本发明换向组件结构示意图；
图9本发明支撑组件结构示意图。
具体实施方式
如图1-9所示，一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构，包括手部执行组件100、腕部内外旋组件200、腕部屈伸组件300、换向组件400、支撑组件500；
手部执行组件100包括远端指间关节基座101、销轴102、第二远端指间关节连杆103、远端指间关节扭簧104、第一远端指间关节连杆105、远端指间关节滑轮106、近端指间关节基座107、第一近端指间关节连杆108、近端指间关节扭簧109、第二近端指间关节连杆110、近端指间关节滑轮111、掌指横向轴112、掌指扭簧113、掌指关节滑轮114、钢丝绳115、直线推杆电机116、掌板117，掌指横向轴112连接掌指扭簧113、掌指关节滑轮114以及第一近端指间关节连杆108一端，第一近端指间关节连杆108另一端通过近端指间关节滑轮111连接第二近端指间关节连杆110一端和近端指间关节扭簧109；第二近端指间关节连杆110另一端和第一远端指间关节连杆105一端通过销轴 102连接近端指间关节基座107；远端指间关节滑轮106连接第一远端指间关节连杆105另一端、第二远端指间关节连杆103一端和远端指间关节扭簧104，第二远端指间关节连杆103另一端通过销轴102连接在远端指间关节基座101；掌板117背部安装两个直线推杆电机116，两个安装在掌板117背部的直线推杆电机116以及两根分别穿过推杆孔的钢丝绳115，一个钢丝绳115两端分别穿过食指和中指掌指关节滑轮114、近端指间关节滑轮111以及远端指间关节滑轮106，另一个根钢丝绳两端分别穿过无名指和小拇指掌指关节滑轮114、近端指间关节滑轮111以及远端指间关节滑轮106；
腕部内外旋组件200与手部执行组件100通过通用销轴201连接；腕部内外旋组件200包括通用销轴201、上输出连杆202、关节销钉203、从动连杆 204、主动连杆205、下输出连杆206、从动齿轮207、主动齿轮208、基板209、驱动电机210、驱动电机支架211、主动销轴212、从动销轴213，腕部内外旋组件200包括一个与基板209相连的驱动电机210以及设置在驱动电机210电机轴上的主动齿轮208；从动齿轮207与主动齿轮208啮合，且通过铆钉与主动连杆205相连一起并绕基板209上的主动销轴212旋转；从动连杆204通过从动销轴213与基座相连，上输出连杆202、下输出连杆206通过关节销钉203 主动连杆205和从动连杆204相连，主动连杆205和从动连杆204保持相互平行状态；
腕部屈伸组件300包括不规则连接板301、主动旋转轴302、从动同步带轮303、过线孔304、从动旋转轴305、U形支撑板306、减速电机支架307、减速电机308、主动同步带轮309，减速电机308通过减速电机支架307与U 形支撑板306相连，减速电机308转轴上设置主动同步带轮309；从动同步带轮303与主动同步带轮309通过同步带连接传动，并与不规则连接板301绕带有过线孔304的主动旋转轴302、从动旋转轴305中轴线旋转；不规则连接板 301与主动旋转轴302、从动旋转轴305通过插销连接；
换向组件400包括特制连接轴401、换向轴402、过线孔403、蜗轮404、特制机箱405、蜗杆406、方向罗盘407、弹性挡圈408，换向组件400铆接于 U形支撑板306和圆形连接管之间，特制机箱405中设置蜗轮404、蜗杆406 组合通过插销连接换向轴402与特制连接轴401，弹性挡圈408设置在蜗轮404 的一侧；蜗杆406的较长自由端设置一个方向罗盘407；
支撑组件500包括圆形连接板501、滑管502、前臂卡套503、铆钉504、插拔插销505、上前臂绑带固定板506、下前臂绑带固定板507，所述支撑组件 500包括两副前臂卡套503，所述两副前臂卡套503的滑管502外套在圆形连接管501上，滑管502和圆形连接管501上设有调节孔。
用于康复护理训练时，直线推杆电机伸长、收缩推杆牵引钢丝绳，钢丝绳穿过食指、中指、无名指和小拇指的掌指滑轮、近端指间关节滑轮、远端指间关节滑轮系于远端指间关节滑轮一侧，电机驱动力通过推杆作用于钢丝绳，实现手部抓握康复训练。
腕部内外旋组件中，电机通过齿轮传递的方式将输出力矩通过从动齿轮传递到主动连杆，主动连杆与从动齿轮相连并随从动齿轮绕主动销轴旋转，上/ 下输出连杆通过关节插销连接主动连杆与从动连杆，从动连杆与主动连杆保持平行状态，设定上输出连杆绕主动销轴中心线旋转到达极限位时的旋转角度控制在±70°内，控制腕部内外旋训练在正常人腕部关节内外旋角度范围内，实现腕部内外旋训练，同时具有保护作用。
腕部屈伸组件中，主、从旋转轴的中心线与四连杆输出自由端与掌板背部销孔凸台连接处所在的中轴线在初始位置时共面，且位于连接处中轴线的正后方，实现机构腕部旋转中心与人体实际腕部旋转中心重合，不规则连接板末端圆形连接处设置夹角为10°的扇形凸台，U形支撑板末端圆形连接处设置夹角为120°的环形槽，连接处初始状态为扇形凸台位于环形槽两侧面关于中心线对称位置，限制连接处活动范围在±55°区间内，实现腕部屈伸训练，同时起保护作用。
换向组件，转动方向罗盘，蜗轮在蜗杆的作用下正向转动，带动手部执行组件、前部旋转组件、以及腕部屈伸组件绕换向轴中轴线水平方向旋转180°，根据蜗轮蜗杆反向自锁特性，限制旋转后方向罗盘自主反方向的旋转，配合托板换向支撑机构可实现使用者进行左/右手臂单独训练模式的切换。
支撑组件中，绑上前臂绑带，避免前臂左右滑移，通过插拔插销调整前臂卡套的位置，以适应不同使用者前臂长度，同时拔插销时旋转滑管180°插入插销，配合换向组件，实现切换左/右手臂单独训练的效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。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 (4)

1.一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构，其特征在于：包括手部执行组件(100)、腕部内外旋组件(200)、腕部屈伸组件(300)、换向组件(400)、支撑组件(500)；
所述手部执行组件(100)包括远端指间关节基座(101)、销轴(102)、第二远端指间关节连杆(103)、远端指间关节扭簧(104)、第一远端指间关节连杆(105)、远端指间关节滑轮(106)、近端指间关节基座(107)、第一近端指间关节连杆(108)、近端指间关节扭簧(109)、第二近端指间关节连杆(110)、近端指间关节滑轮(111)、掌指横向轴(112)、掌指扭簧(113)、掌指关节滑轮(114)、钢丝绳(115)、直线推杆电机(116)、掌板(117)，所述掌指横向轴(112)连接掌指扭簧(113)、掌指关节滑轮(114)以及第一近端指间关节连杆(108)一端，第一近端指间关节连杆(108)另一端通过近端指间关节滑轮(111)连接第二近端指间关节连杆(110)一端和近端指间关节扭簧(109)；第二近端指间关节连杆(110)另一端和第一远端指间关节连杆(105)一端通过销轴(102)连接近端指间关节基座(107)；远端指间关节滑轮(106)连接第一远端指间关节连杆(105)另一端、第二远端指间关节连杆(103)一端和远端指间关节扭簧(104)，第二远端指间关节连杆(103)另一端通过销轴(102)连接在远端指间关节基座(101)；所述掌板(117)背部安装两个直线推杆电机(116)，两个安装在掌板(117)背部的直线推杆电机(116)以及两根分别穿过推杆孔的钢丝绳(115)，一个钢丝绳(115)两端分别穿过食指和中指掌指关节滑轮(114)、近端指间关节滑轮(111)以及远端指间关节滑轮(106)，另一个根钢丝绳两端分别穿过无名指和小拇指掌指关节滑轮(114)、近端指间关节滑轮(111)以及远端指间关节滑轮(106)；
腕部内外旋组件(200)与手部执行组件(100)通过通用销轴(201)连接；所述腕部内外旋组件(200)包括通用销轴(201)、上输出连杆(202)、关节销钉(203)、从动连杆(204)、主动连杆(205)、下输出连杆(206)、从动齿轮(207)、主动齿轮(208)、基板(209)、驱动电机(210)、驱动电机支架(211)、主动销轴(212)、从动销轴(213)，所述腕部内外旋组件(200)包括一个与基板(209)相连的驱动电机(210)以及设置在驱动电机(210)电机轴上的主动齿轮(208)；所述从动齿轮(207)与主动齿轮(208)啮合，且通过铆钉与主动连杆(205)相连一起并绕基板(209)上的主动销轴(212)旋转；从动连杆(204)通过从动销轴(213)与基座相连，上输出连杆(202)、下输出连杆(206)通过关节销钉(203)主动连杆(205)和从动连杆(204)相连，主动连杆(205)和从动连杆(204)保持相互平行状态；
所述腕部屈伸组件(300)包括不规则连接板(301)、主动旋转轴(302)、从动同步带轮(303)、过线孔(304)、从动旋转轴(305)、U形支撑板(306)、减速电机支架(307)、减速电机(308)、主动同步带轮(309)，所述减速电机(308)通过减速电机支架(307)与U形支撑板(306)相连，所述减速电机(308)转轴上设置主动同步带轮(309)；从动同步带轮(303)与主动同步带轮(309)通过同步带连接传动，并与不规则连接板(301)绕带有过线孔(304)的主动旋转轴(302)、从动旋转轴(305)中轴线旋转；不规则连接板(301)与主动旋转轴(302)、从动旋转轴(305)通过插销连接；
所述换向组件(400)包括特制连接轴(401)、换向轴(402)、过线孔(403)、蜗轮(404)、特制机箱(405)、蜗杆(406)、方向罗盘(407)、弹性挡圈(408)，所述换向组件(400)铆接于U形支撑板(306)和圆形连接管之间，特制机箱(405)中设置蜗轮(404)、蜗杆(406)组合通过插销连接换向轴(402)与特制连接轴(401)，弹性挡圈(408)设置在蜗轮(404)的一侧；蜗杆(406)的较长自由端设置一个方向罗盘(407)；
所述支撑组件(500)包括圆形连接板(501)、滑管(502)、前臂卡套(503)、铆钉(504)、插拔插销(505)、上前臂绑带固定板(506)、下前臂绑带固定板(507)，所述支撑组件(500)包括两副前臂卡套(503)，所述两副前臂卡套(503)的滑管(502)外套在圆形连接管(501)上，滑管(502)和圆形连接管(501)上设有调节孔。
2.如权利要求1所述的一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构，其特征在于：所述腕部内外旋组件(200)中，所述主动连杆(208)与从动齿轮(207)相连并随从动齿轮(207)绕主动销轴(212)旋转，设定上输出连杆(202)绕主动销轴(212)中心线旋转到达极限位时的旋转角度控制在±70°内。
3.如权利要求1所述的一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构，其特征在于：所述腕部屈伸组件(300)中，设置主动旋转轴(302)、从动旋转轴(305)的中心线与四连杆输出自由端与掌板(117)背部的销孔凸台连接处所在的中轴线在初始位置时共面，且位于连接处中轴线的正后方。
4.如权利要求1所述的一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构，其特征在于：所述腕部屈伸组件(300)中，不规则连接板(301)末端圆形连接处设置夹角为10°的扇形凸台，U形支撑板(306)末端圆形连接处设置夹角为120°的环形槽，连接处初始状态为扇形凸台位于环形槽两侧面关于中心线对称位置。
CN201910320852.1A 2019-04-21 2019-04-21 一种用于手部抓握及腕部两自由度的康复训练机构 Active CN110327179B (zh)

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