CN110812106B - 一种智能手部康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能手部康复训练装置，包括升降桌台，升降桌台设有能沿台面左右整体滑动的手部康复训练机构、用于设置训练模式和设定训练计划的人机交互一体机、以及用于控制手部康复训练机构工作以便主动带动或者辅助诱导用户训练的电控箱。该装置结构简单功能全面，利用该装置能够进行手腕关节肌力和关节活动度的训练，能够满足不同用户的需求，具有实用性强、操作简单方便的优点，更可以大大节省医院人力，增加用户训练积极性。
Description
技术领域
本发明涉及一种康复训练装置，具体地说是一种智能手部康复训练装置，可用于中风等病人手腕肌力和关节活动度的测试以及康复训练。
背景技术
在目前各种康复方法中，运动康复训练是使受损神经康复的最有效的方法之一，有些病人是在医护人员的帮助下完成康复训练，有些是利用康复设备，例如康复机器人辅助进行康复训练。现有的主/被动手腕康复器械大多针对腕部肌力训练设计，缺少考虑早期肌张力增高患者的手腕康复训练需求，使得康复训练无法及早开展。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种智能手部康复训练装置，该装置结构简单功能全面，利用该装置能够进行手腕关节肌力和关节活动度的训练，能够满足不同用户的需求，具有实用性强、操作简单方便的优点，更可以大大节省医院人力，增加用户训练积极性。
为了实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：一种智能手部康复训练装置，包括升降桌台，升降桌台设有能沿台面左右整体滑动的手部康复训练机构、用于设置训练模式和设定训练计划的人机交互一体机、以及用于控制手部康复训练机构工作以便主动带动或者辅助诱导用户训练的电控箱。
作为优选，上述的手部康复训练机构包括底座、固定在底座上的手臂托盘、L型的第一旋转支撑臂、T形的第二旋转支撑臂和手掌托盘。第一旋转支撑臂的第一端能绕竖直的旋转中心轴线相对于底座转动，第二旋转支撑臂的第一端能绕水平的旋转中心轴线相对于第一旋转支撑臂的第二端转动。手掌托盘能绕水平的旋转中心轴线相对于第二旋转支撑臂的第二端转动。
作为优选，上述第一旋转支撑臂与底座之间的旋转中心轴线、第二旋转支撑臂与第一旋转支撑臂之间的旋转中心轴线、以及手掌托盘与第二旋转支撑臂之间的旋转中心轴线相交构成旋转中心，旋转中心位于手腕转动关节处。
作为优选，上述的底座安装有旋转固定板，旋转固定板安装有第一旋转轴承座，第一旋转支撑臂的第一端安装在第一旋转轴承座上。旋转固定板上部安装有用于驱动第一旋转支撑臂转动的第一减速电机，在旋转固定板的下部设有第一减速电机驱动的第一皮带轮、用于带动第一旋转支撑臂绕第一旋转轴承座转动的第二皮带轮，在第一皮带轮和第二皮带轮之间通过第一同步带传动。
作为优选，上述第一旋转轴承座的内部具有第一旋转轴承、第二旋转轴承、竖直设置的第一旋转轴和用于限制第一旋转轴转动角度的机械限位块。第一旋转轴的上端与第一旋转支撑臂的第一端相连接，第一旋转轴的下端与第二皮带轮相连接。
作为优选，上述的底座固定安装有手臂托盘支撑架。在手臂托盘支撑架的内部装有能调节高度的手臂托盘伸缩杆，手臂托盘固定于手臂托盘伸缩杆上。在手臂托盘伸缩杆的内腔中设有压缩弹簧，在手臂托盘支撑架的外部设有固定手臂托盘伸缩杆的锁紧卡夹。
作为优选，上述的第一旋转支撑臂上安装有用于驱动第二旋转支撑臂转动的第二减速电机以及与第二减速电机相连接的第三皮带轮。在第一旋转支撑臂的第二端设有用于带动第二旋转支撑臂转动的第四皮带轮。第三皮带轮和第四皮带轮之间通过第二同步带传动。
作为优选，上述的第四皮带轮通过水平设置的第二旋转轴与第二旋转支撑臂的第一端相连接。第四皮带轮与第一旋转支撑臂的第二端连接处设计有限位槽，当第二旋转支撑臂旋转至极限位置时利用机械力将旋转角度锁定。
作为优选，上述的第二旋转支撑臂上安装有第三减速电机以及与第三减速电机相连接的第五皮带轮。在第二旋转支撑臂的第二端设有用于带动手掌托盘支架转动的第六皮带轮，手掌托盘通过固定自锁夹安装在手掌托盘支架上。第五皮带轮和第六皮带轮之间通过第三同步带传动。在第六皮带轮与第二旋转支撑臂的第二端连接处设计有限位槽，当手掌托盘支架旋转至极限位置时利用机械力将旋转角度锁定。
作为优选，上述的手部康复训练机构具有折叠功能，通过第二减速电机驱动第二旋转支撑臂旋转180度进行折叠可节省空间的占用，在使用时控制第二减速电机驱动第二旋转支撑臂旋转展开，便可开始训练。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明针对手腕各自由度的动作，采用电机力矩控制的方式，通过控制算法提供给患者不同的力量训练，以便于适应各种病期患者的训练；
2、本发明腕部旋转中心的独特设计，有效防止患者训练时产生手臂的迭代运动；
3、本发明手掌托盘采用分指式设计，可适用于肌力较高患者的使用；
4、本发明在旋转训练过程中，设计有位置机械限位，提高患者训练使用的安全性；
5、本发明通过互动游戏的训练，提高患者训练过程中的趣味性；
6、本发明具有微调功能，以适应不同身高、不同患肢的患者训练；
7、本发明的整体结构简便，装配容易，方便随时使用，更具有折叠功能，可减小空间的占用。
附图说明
图1是本发明实施例中的整体立体结构示意图；
图2是图1中手部康复训练机构的立体结构示意图；
图3是图2中手臂托盘支撑架的立体结构示意图；
图4是图2中旋转轴承座的立体结构示意图；
图5a是手部康复训练机构的展开状态示意图。
图5b是图5a的侧面结构示意图。
图6a是手部康复训练机构的折叠状态示意图。
图6b是图6a的侧面结构示意图。
图7是手部康复训练机构的手腕位置旋转中心示意图。
附图1-7中的标记：手部康复训练机构1、升降桌台2、人机交互一体机3、电控箱4、底座5、手臂托盘6、手掌托盘7、第一旋转支撑臂8、第二旋转支撑臂9、旋转固定板10、第一减速电机11、第二减速电机12、第一同步带13、第二同步带14、第三同步带15、第一旋转轴承座16、手臂托盘支撑架17、手掌托盘支架18、第一皮带轮19、第二皮带轮20、第三皮带轮21、第四皮带轮22、第五皮带轮23、第六皮带轮24、第三减速电机25、压缩弹簧26、手臂托盘伸缩杆27、锁紧卡夹28、第一旋转轴承29、第二旋转轴承30、第一旋转轴31、机械限位块32、固定自锁夹33、人机交互一体机支架34、升降桌腿35、滑轨36。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，本实施例的智能手部康复训练装置，包括升降桌台2，升降桌台2设有能沿台面左右整体滑动的手部康复训练机构1、用于设置训练模式和设定训练计划的人机交互一体机3、以及用于控制手部康复训练机构1工作以便主动带动或者辅助诱导用户训练的电控箱4。
升降桌台2由四个升降桌腿35支撑，通过调节升降桌腿35的高度控制桌面的高度，以便适应不同身高的患者使用。
人机交互一体机支架34采用三连杆旋转设计，在支架的最上端安装人机交互一体机3，下端固定于升降桌台2上，这样人机交互一体机3可在人机交互一体机支架34上可进行前后左右上下的调节，让患者的视觉体验更加充分。
滑轨36上固定手部康复训练机构1，通过在滑轨36上的移动，可将手部康复训练机构1放于台面的左侧或右侧，以适应不同患者的左右患肢的训练。
如图2所示，手部康复训练机构1包括底座5、固定在底座5上的手臂托盘6、L型的第一旋转支撑臂8、T形的第二旋转支撑臂9和手掌托盘7。
手掌托盘7通过手掌托盘支架18与第二旋转支撑臂9和第一旋转支撑臂8串联连接。第一旋转支撑臂8的第一端能绕竖直的旋转中心轴线相对于底座5转动，第二旋转支撑臂9的第一端能绕水平的旋转中心轴线相对于第一旋转支撑臂8的第二端转动。手掌托盘7能绕水平的旋转中心轴线相对于第二旋转支撑臂9的第二端转动。
第一旋转支撑臂8与底座5之间的旋转中心轴线、第二旋转支撑臂9与第一旋转支撑臂8之间的旋转中心轴线、以及手掌托盘7与第二旋转支撑臂9之间的旋转中心轴线相交构成旋转中心，旋转中心处于手腕转动关节处。腕部旋转中心的独特设计，能有效防止患者训练时产生手臂的迭代运动。
使用者位于该智能手部康复训练装置前，将手指张开平放于手掌托盘7上，手臂固定于手臂托盘6上，而后在人机交互一体机3上选择相应训练模式及设定训练计划，然后此智能手部康复训练装置将主动带动或者辅助诱导用户训练。
底座5安装有旋转固定板10，旋转固定板10安装有第一旋转轴承座16，第一旋转支撑臂8的第一端安装在第一旋转轴承座16上。旋转固定板10上部安装有用于驱动第一旋转支撑臂8转动的第一减速电机11。在旋转固定板10的下部设有第一减速电机11驱动的第一皮带轮19、用于带动第一旋转轴承座16上第一旋转支撑臂8转动的第二皮带轮20。在第一皮带轮19和第二皮带轮20之间通过第一同步带13传动。
如图4所示，第一旋转轴承座16的内部具有第一旋转轴承29、第二旋转轴承30、竖直设置的第一旋转轴31和用于限制第一旋转轴31转动角度的机械限位块32。第一旋转轴31的上端与第一旋转支撑臂8的第一端相连接，第一旋转轴31的下端与第二皮带轮20相连接。
当第一旋转支撑臂8旋转至极限位置时，机械限位块32利用机械力将旋转角度锁定，以便于保护使用者的安全，防止人体关节受到伤害。
底座5固定安装有手臂托盘支撑架17。如图3所示，在手臂托盘支撑架17的内部装有能调节高度的手臂托盘伸缩杆27，手臂托盘6固定于手臂托盘伸缩杆27上。在手臂托盘伸缩杆27的内腔中设有压缩弹簧26，在手臂托盘支撑架17的外部设有固定手臂托盘伸缩杆27的锁紧卡夹28。手臂托盘伸缩杆27可根据使用者的身高不同进行调节，这样可适应不同身高使用者的使用，可进一步提高训练时的舒适性。
在第一旋转支撑臂8上安装有用于驱动第二旋转支撑臂9转动的第二减速电机12。第一旋转支撑臂8上设有与第二减速电机12相连接的第三皮带轮21，在第一旋转支撑臂8的第二端设有用于带动第二旋转支撑臂9转动的第四皮带轮22。第三皮带轮21和第四皮带轮22之间通过第二同步带14传动。
第四皮带轮22通过第一旋转支撑臂8上水平设置的第二旋转轴与第二旋转支撑臂9的第一端相连接。第四皮带轮22与第一旋转支撑臂8的第二端连接处设计有限位槽，当旋转至极限位置时利用机械力将旋转角度锁定，以便于保护使用者的安全，防止人体关节受到伤害。
第二旋转支撑臂9上装有第三减速电机25，第二旋转支撑臂9设有与第三减速电机25相连接的第五皮带轮23，在第二旋转支撑臂9的第二端设有用于带动手掌托盘支架18转动的第六皮带轮24，第五皮带轮23和第六皮带轮24之间通过第三同步带15传动。在第六皮带轮24与第二旋转支撑臂9第二端连接处设计有限位槽，当旋转至极限位置时利用机械力将旋转角度锁定，以便于保护使用者的安全，防止人体关节受到伤害。
手部康复训练机构1具有折叠功能，空闲时通过第二减速电机12驱动第二旋转支撑臂9向折叠方向旋转180度折叠以节省空间占用，需要使用时第二减速电机12驱动第二旋转支撑臂9展开。
手掌托盘7通过固定自锁夹33安装在手掌托盘支架18上。手掌托盘支架18上开有滑动槽，可根据使用者手臂的长短将手掌托盘7进行前后的自由调节，调至合适位置时将固定自锁夹33锁死固定。
手掌托盘7采用分指式对称设计，可适用于使用者的左右手固定，并且可适用于肌力较高患者的使用。
电控箱4放置于升降桌台2的后方，通过电线与人机交互一体机3、手部康复训练机构1连接。使用时先通过人机交互一体机3设置训练模式及训练计划，电控箱4内的控制系统根据设定，控制第一减速电机11、第二减速电机12和第三减速电机25的工作，执行设定的训练模式及训练计划。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种智能手部康复训练装置，包括升降桌台(2)，其特征是：所述的升降桌台(2)设有能沿台面左右整体滑动的手部康复训练机构(1)、用于设置训练模式和设定训练计划的人机交互一体机(3)、以及用于控制手部康复训练机构(1)工作以便主动带动或者辅助诱导用户训练的电控箱(4)；
所述的手部康复训练机构(1)包括底座(5)、固定在底座(5)上的手臂托盘(6)、L型的第一旋转支撑臂(8)、T形的第二旋转支撑臂(9)和手掌托盘(7)；所述第一旋转支撑臂(8)的第一端能绕竖直的第一旋转中心轴线相对于底座(5)转动，第二旋转支撑臂(9)的第一端能绕水平的第二旋转中心轴线相对于第一旋转支撑臂(8)的第二端转动；所述的手掌托盘(7)能绕水平的第三旋转中心轴线相对于第二旋转支撑臂(9)的第二端转动；
所述第一旋转支撑臂(8)与底座(5)之间的第一旋转中心轴线、第二旋转支撑臂(9)与第一旋转支撑臂(8)之间的第二旋转中心轴线、以及手掌托盘(7)与第二旋转支撑臂(9)之间的第三旋转中心轴线相交构成旋转中心，所述的旋转中心位于手腕转动关节处；
所述的底座(5)安装有旋转固定板(10)，所述的旋转固定板(10)安装有第一旋转轴承座(16)，所述第一旋转支撑臂(8)的第一端安装在第一旋转轴承座(16)上；所述旋转固定板(10)上部安装有用于驱动第一旋转支撑臂(8)转动的第一减速电机(11)，在旋转固定板(10)的下部设有第一减速电机(11)驱动的第一皮带轮(19)、用于带动第一旋转支撑臂(8)绕第一旋转轴承座(16)转动的第二皮带轮(20)，在第一皮带轮(19)和第二皮带轮(20)之间通过第一同步带(13)传动；
所述的第一旋转支撑臂(8)上安装有用于驱动第二旋转支撑臂(9)转动的第二减速电机(12)以及与第二减速电机(12)相连接的第三皮带轮(21)；在第一旋转支撑臂(8)的第二端设有用于带动第二旋转支撑臂(9)转动的第四皮带轮(22)；所述的第三皮带轮(21)和第四皮带轮(22)之间通过第二同步带(14)传动；
所述的第四皮带轮(22)通过水平设置的第二旋转轴与第二旋转支撑臂(9)的第一端相连接；所述第四皮带轮(22)与第一旋转支撑臂(8)的第二端连接处设计有限位槽，当第二旋转支撑臂(9)旋转至极限位置时利用机械力将旋转角度锁定；
所述的第二旋转支撑臂(9)上安装有第三减速电机(25)以及与第三减速电机(25)相连接的第五皮带轮(23)；在第二旋转支撑臂(9)的第二端设有用于带动手掌托盘支架(18)转动的第六皮带轮(24)，所述的手掌托盘(7)通过固定自锁夹(33)安装在手掌托盘支架(18)上；所述的第五皮带轮(23)和第六皮带轮(24)之间通过第三同步带(15)传动；在第六皮带轮(24)与第二旋转支撑臂(9)的第二端连接处设计有限位槽，当手掌托盘支架(18)旋转至极限位置时利用机械力将旋转角度锁定。
2.如权利要求1所述的智能手部康复训练装置，其特征是：所述第一旋转轴承座(16)的内部具有第一旋转轴承(29)、第二旋转轴承(30)、竖直设置的第一旋转轴(31)和用于限制第一旋转轴(31)转动角度的机械限位块(32)；所述第一旋转轴(31)的上端与第一旋转支撑臂(8)的第一端相连接，第一旋转轴(31)的下端与第二皮带轮(20)相连接。
3.如权利要求1所述的智能手部康复训练装置，其特征是：所述的底座(5)固定安装有手臂托盘支撑架(17)；在手臂托盘支撑架(17)的内部装有能调节高度的手臂托盘伸缩杆(27)，所述的手臂托盘(6)固定于手臂托盘伸缩杆(27)上；在手臂托盘伸缩杆(27)的内腔中设有压缩弹簧(26)，在手臂托盘支撑架(17)的外部设有固定手臂托盘伸缩杆(27)的锁紧卡夹(28)。
4.如权利要求1所述的智能手部康复训练装置，其特征是：所述的手部康复训练机构(1)具有折叠功能，通过第二减速电机(12)驱动第二旋转支撑臂(9)旋转180度进行折叠可节省空间占用，需要使用时再控制第二减速电机(12)驱动第二旋转支撑臂(9)旋转展开。
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