CN110897833A - 一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼 - Google Patents

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Abstract

一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，它涉及一种康复训练外骨骼。本发明为了解决现有的闭环式的腕关节康复外骨骼在穿戴时不方便的问题，钢丝传动存在的滞后、松弛、安装维护不方便等问题，以及外骨骼无法使用于不同患者的问题。本发明的腕部自旋组件(2)安装在基座组件(1)上并沿基座组件(1)在圆周方向转动，腕部屈伸组件(3)安装在腕部自旋组件(2)的右侧，腕部偏挠组件(4)安装在腕部屈伸组件(3)的末端，手柄组件(5)安装在腕部偏挠组件(4)上并调整患者腕部的偏挠，前臂护板组件(6)安装在基座组件(1)和腕部屈伸组件(3)上。本发明用于腕关节康复训练。

Description

一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼
技术领域
本发明涉及一种训练外骨骼，具体涉及一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼。
背景技术
腕部损伤后，腕关节长期的制动缺乏运动，会导致肌肉和肌腱粘连挛缩，从而出现腕关节肿胀、疼痛、活动受限、肌力下降等并发症。腕部康复医疗的方法有很多，比如药物治疗法、外界刺激法，康复训练法等。但想真正恢复腕关节正常的运动功能还必须依靠康复训练。现阶段的康复训练主要依靠康复医师，但它也暴露出很多问题，耗费时间而且成本高昂，训练效果取决于康复医疗师的治疗水平及医师的主观意识、心情、体力等因素，还有就是患者的主观参与度不高。因此一款可以帮助患者完成自主康复的腕关节康复外骨骼机器人便应运而生。
腕关节有三个自由度，腕屈伸、尺偏挠以及腕部的自旋运动。对于腕部的自旋运动多采用圆环包络手臂的形式，圆环处安装一个轴承，手臂穿过圆环实现旋转运动。但是这种机构对于腕关节运动不便的患者来说很难穿戴，圆环狭小很可能对患者在穿戴式造成二次伤害。现有的上肢外骨骼传动方式钢丝绳传动机构应用较多，但钢丝绳传动在换向时存在滞后，长时间使用后会出现松弛等现象，而且安装维护不方便。还有就是现在的外骨骼都是固定尺寸的，对于不同的患者适用性不强。
综上所述，现有的闭环式的腕关节康复外骨骼在穿戴时不方便的问题，钢丝传动存在的滞后、松弛、安装维护不方便等问题，以及外骨骼无法使用于不同患者的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的闭环式的腕关节康复外骨骼在穿戴时不方便的问题，钢丝传动存在的滞后、松弛、安装维护不方便等问题，以及外骨骼无法使用于不同患者的问题。进而提供一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼。
本发明的技术方案是：一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼包括基座组件、腕部自旋组件、腕部屈伸组件、腕部偏挠组件、手柄组件和前臂护板组件，腕部自旋组件安装在基座组件上并沿基座组件在圆周方向转动，腕部屈伸组件安装在腕部自旋组件的右侧，腕部偏挠组件安装在腕部屈伸组件的末端，手柄组件安装在腕部偏挠组件上并调整患者腕部的偏挠，前臂护板组件安装在基座组件和腕部屈伸组件上。
进一步地，基座组件包括基座本体、第一双沿弧形滑轨和第二双沿弧形滑轨，基座本体包括底座和开环本体，开环本体固定安装在底座上，第一双沿弧形滑轨和第二双沿弧形滑轨分别安装在开环本体的左右两端。
更进一步地，第一双沿弧形滑轨的内侧设有内齿。
进一步地，腕部自旋组件包括自旋电机、承载滑座、自旋齿轮、偏心轴承和同心轴承，承载滑座安装在基座本体上，自旋电机安装在承载滑座的外端，自旋电机的输出轴上安装有自旋齿轮，自旋齿轮与基座组件的第一双沿弧形滑轨的内齿相啮合，一组偏心轴承安装在承载滑座左侧的内壁上，且一组偏心轴承与第一双沿弧形滑轨的外沿转动连接，另外一组偏心轴承和一组同心轴承由下至上依次安装在承载滑座右侧的内壁上，且另外一组偏心轴承和一组同心轴承分别与第二双沿弧形滑轨的内沿和外沿转动连接。
进一步地，腕部屈伸组件包括腕屈伸连接板、电机支架、腕屈伸电机、腕屈伸运动板、键、第一伞齿轮、轴、第二伞齿轮和限位螺栓；腕屈伸连接板与承载滑座的右侧端面连接，电机支架安装在腕屈伸连接板上，腕屈伸电机水平安装在电机支架上，第一伞齿轮安装在腕屈伸电机的输出轴上，腕屈伸运动板通过轴和键转动安装在腕屈伸连接板的末端，第二伞齿轮套装在轴上，且第二伞齿轮与第一伞齿轮相啮合，限位螺栓固定在腕屈伸连接板上。
进一步地，腕部屈伸组件还包括轴承端盖，轴承端盖安装在轴上下两端的腕屈伸运动板上。
进一步地，腕部偏挠组件包括尺偏挠电机、电机固定板、密封板、电机齿轮、不完全齿轮、连接块、连接轴和连接板，电机固定板竖直安装在腕屈伸运动板的端部，尺偏挠电机水平安装在电机固定板上，尺偏挠电机的输出轴穿过电机固定板后与电机齿轮连接，密封板与电机固定板平行安装，不完全齿轮通过连接轴转动安装在电机固定板和密封板上，不完全齿轮与电机齿轮相啮合，连接板通过连接块与不完全齿轮连接。
优选地，连接板为
Figure BDA0002343350900000021
形连接板。
进一步地，手柄组件包括握持件、手柄连接和六维力传感器，六维力传感器表面有三个螺栓孔通过螺栓和手柄连接件相连接，握持件和手柄连接件通过外侧一圈螺栓相连接。进一步地，前臂护板组件包括直线导轨、导轨滑块和前臂护板，直线导轨安装在承载滑座上，导轨滑块滑动安装在直线导轨上并通过螺栓锁定导轨滑块的位置，前臂护板固定安装在导轨滑块上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明可实现腕关节全部的三个自由度，包括腕部自旋运动、腕部屈伸运动以及腕部尺偏挠运动；本发明各个自由度的运动范围大，都能够达到人类腕关节正常运动的极限位置，完成正常的腕部康复训练。
2、本发明在结构上具有限位装置，因人的腕关节活动范围有限，限位装置可保护患者在康复训练时不会因摆动范围过大对患者造成二次伤害。
3、本发明的腕部自旋运动是开环形式的，方便了患者在训练时的使用，将手臂直接搭在前臂护板上即可，省去了穿过封闭圆圈的麻烦，减少了外骨骼对患者造成二次伤害的可能性，穿戴方便。
4、本发明的传动方式全部采用齿轮啮合的传递方式，传动平稳精度高，可靠性好寿命长，有效的避免了现有钢丝传动存在的滞后、松弛、安装维护不方便等问题。
5、本发明的前臂护板可调节，可改变前臂护板与手柄之间的距离，以适应不同臂长患者的需求，增加患者康复训练时的舒适度。
6、本发明可应用于患者康复过程中的全部三个阶段，包括初期患者手腕无法自主运动，外骨骼可带动患者进行运动；中期患者有一定的运动能力，外骨骼起到辅助运动的作用；以及后期患者能够正常运动，外骨骼起到增加患者肌肉力量的作用。
7、本发明不仅可用于腕关节损伤的患者，也可用于腕关节中风患者，帮助其康复训练。
附图说明
图1是本发明的整体结构轴侧图；图2是基座组件的结构示意图。图3是图1的主视图。图4是图1另一个角度的结构示意图。图5是图1的右视图。图6是手柄组件的结构示意图。图7是图1的左视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼包括基座组件1、腕部自旋组件2、腕部屈伸组件3、腕部偏挠组件4、手柄组件5和前臂护板组件6，腕部自旋组件2安装在基座组件1上并沿基座组件1在圆周方向转动，腕部屈伸组件3安装在腕部自旋组件2的右侧，腕部偏挠组件4安装在腕部屈伸组件3的末端，手柄组件5安装在腕部偏挠组件4上并调整患者腕部的偏挠，前臂护板组件6安装在基座组件1和腕部屈伸组件3上。
具体实施方式二：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的基座组件1包括基座本体101、第一双沿弧形滑轨102和第二双沿弧形滑轨103，基座本体101包括底座101-1和开环本体101-2，开环本体101-2固定安装在底座101-1上，第一双沿弧形滑轨102和第二双沿弧形滑轨103分别安装在开环本体101-2的左右两端。如此设置，便于为腕部自旋组件2和前臂护板组件6提供牢固支撑。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式的第一双沿弧形滑轨102和第二双沿弧形滑轨103的弧形滑轨为225度，即满足腕部自旋运动所需角度，两个弧形滑轨通过螺栓和基座本体固定在一起。
具体实施方式三：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的第一双沿弧形滑轨102的内侧设有内齿。如此设置，便于与自旋齿轮203连接，实现腕部自旋组件2在圆周方向上的摆动。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的腕部自旋组件2包括自旋电机201、承载滑座202、自旋齿轮203、偏心轴承204和同心轴承205，承载滑座202安装在基座本体101上，自旋电机201安装在承载滑座202的外端，自旋电机201的输出轴上安装有自旋齿轮203，自旋齿轮203与基座组件1的第一双沿弧形滑轨102的内齿相啮合，一组偏心轴承204安装在承载滑座202左侧的内壁上，且一组偏心轴承204与第一双沿弧形滑轨102的外沿转动连接，另外一组偏心轴承204和一组同心轴承205由下至上依次安装在承载滑座202右侧的内壁上，且另外一组偏心轴承204和一组同心轴承205分别与第二双沿弧形滑轨103的内沿和外沿转动连接。如此设置，带齿弧形滑轨固定在支撑底座上，腕部自旋电机固定在承载滑座上，承载滑座与弧形滑轨配合完成腕部自旋运动。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
本实施方式的承载滑座202为倒凹槽形，便于为前臂护板组件6的安装提供可靠平台。
本实施方式的偏心轴承204和同心轴承205固定在承载滑座202上，和双沿弧形滑轨相配合，实现支撑腕部自旋组件和运动的作用。同心轴承205可实现承载滑座202与弧形滑轨103之间的定位，偏心轴承204通过调节偏心轴可以实现承载滑座202和第一双沿弧形滑轨102、第二双沿弧形滑轨103之间的配合。
具体实施方式五：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的腕部屈伸组件3包括腕屈伸连接板301、电机支架302、腕屈伸电机303、腕屈伸运动板304、键305、第一伞齿轮306、轴307和第二伞齿轮309，腕屈伸连接板301与承载滑座202的右侧端面连接，电机支架302安装在腕屈伸连接板301上，腕屈伸电机303水平安装在电机支架302上，第一伞齿轮306安装在腕屈伸电机303的输出轴上，腕屈伸运动板304通过轴307和键305转动安装在腕屈伸连接板301的末端，第二伞齿轮309套装在轴307上，且第二伞齿轮309与第一伞齿轮306相啮合。如此设置，通过腕屈伸电机303和第二伞齿轮309向第一伞齿轮306传递动力，在键305的作用下，带动腕屈伸运动板304伸展。限位螺栓310固定在腕屈伸连接板301上，防止腕屈伸动作过大对患者造成二次伤害。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的腕部屈伸组件3还包括轴承端盖308，轴承端盖308安装在轴307上下两端的腕屈伸运动板304上。如此设置，便于保证患者的安全，防止轴上部刮伤患者手部。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的腕部偏挠组件4包括尺偏挠电机401、电机固定板402、密封板403、电机齿轮404、不完全齿轮405、连接块406、连接轴407和连接板408，电机固定板402竖直安装在腕屈伸运动板304的端部，尺偏挠电机401水平安装在电机固定板402上，尺偏挠电机401的输出轴穿过电机固定板402后与电机齿轮404连接，密封板403与电机固定板402平行安装，不完全齿轮405通过连接轴407转动安装在电机固定板402和密封板403上，不完全齿轮405与电机齿轮404相啮合，连接板408通过连接块406与不完全齿轮405连接。如此设置，便于患者对腕部偏挠进行康复训练。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
本实施方式的不完全齿轮405为90度且内部为扇形孔，既满足了尺偏挠运动过程的角度需求，也减轻了机构的重量，使整个装置趋于轻量化。
具体实施方式八：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的连接板408为
Figure BDA0002343350900000051
形连接板。如此设置，便于安装手柄组件，使患者在康复训练时进行握持。其它组成和连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。
具体实施方式九：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的手柄组件5包括握持件501、手柄连接502和六维力传感器503，六维力传感器503表面有三个螺栓孔通过螺栓和手柄连接件502相连接，握持件501和手柄连接件502通过外侧一圈螺栓相连接。如此设置，为患者提供握持，同时力六维力传感器503可以测量患者在三个转动方向的力矩，用于患者后期增强肌肉力量的康复训练。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
具体实施方式十：结合图1至图5和图7说明本实施方式，本实施方式的前臂护板组件6包括直线导轨601、导轨滑块602和前臂护板603，直线导轨601安装在承载滑座202上，导轨滑块602滑动安装在直线导轨601上并通过螺栓锁定导轨滑块602的位置，前臂护板603固定安装在导轨滑块602上。如此设置，导轨滑块602可在直线导轨601上滑动，用来调节前臂和手握手柄之间的距离，适应不同臂长患者，增强患者训练时的舒适度，其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
结合图1至图7说明本发明的工作原理：
本发明通过将带齿弧形滑轨固定在支撑底座上，腕部自旋电机固定在承载滑座上，承载滑座与弧形滑轨配合完成腕部自旋运动；前臂支撑板和承载滑座相连接，它们上面固定一个带有可调节滑动的前臂护板；前臂支撑板与腕屈伸运动组件相连接，通过伸锥齿轮传动组件完成运动；腕屈伸运动组件与尺偏挠齿轮运动组件相连接，通过尺偏挠齿轮传动组件完成运动；手柄固定组件与尺偏挠齿轮运动组件末端相连接；患者在训练时将前臂放在前臂护板上，手握手柄即可开始康复训练，前臂护板和手柄之间距离可调节，满足不同患者的需求。

Claims (10)

1.一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：它包括基座组件(1)、腕部自旋组件(2)、腕部屈伸组件(3)、腕部偏挠组件(4)、手柄组件(5)和前臂护板组件(6)，腕部自旋组件(2)安装在基座组件(1)上并沿基座组件(1)在圆周方向转动，腕部屈伸组件(3)安装在腕部自旋组件(2)的右侧，腕部偏挠组件(4)安装在腕部屈伸组件(3)的末端，手柄组件(5)安装在腕部偏挠组件(4)上并调整患者腕部的偏挠，前臂护板组件(6)安装在基座组件(1)和腕部屈伸组件(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：基座组件(1)包括基座本体(101)、第一双沿弧形滑轨(102)和第二双沿弧形滑轨(103)，基座本体(101)包括底座(101-1)和开环本体(101-2)，开环本体(101-2)固定安装在底座(101-1)上，第一双沿弧形滑轨(102)和第二双沿弧形滑轨(103)分别安装在开环本体(101-2)的左右两端。
3.根据权利要求2所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：第一双沿弧形滑轨(102)的内侧设有内齿。
4.根据权利要求3所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：腕部自旋组件(2)包括自旋电机(201)、承载滑座(202)、自旋齿轮(203)、偏心轴承(204)和同心轴承(205)，承载滑座(202)安装在基座本体(101)上，自旋电机(201)安装在承载滑座(202)的外端，自旋电机(201)的输出轴上安装有自旋齿轮(203)，自旋齿轮(203)与基座组件(1)的第一双沿弧形滑轨(102)的内齿相啮合，一组偏心轴承(204)安装在承载滑座(202)左侧的内壁上，且一组偏心轴承(204)与第一双沿弧形滑轨(102)的外沿转动连接，另外一组偏心轴承(204)和一组同心轴承(205)由下至上依次安装在承载滑座(202)右侧的内壁上，且另外一组偏心轴承(204)和一组同心轴承(205)分别与第二双沿弧形滑轨(103)的内沿和外沿转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：腕部屈伸组件(3)包括腕屈伸连接板(301)、电机支架(302)、腕屈伸电机(303)、腕屈伸运动板(304)、键(305)、第一伞齿轮(306)、轴(307)、第二伞齿轮(309)和限位螺栓(310)；
腕屈伸连接板(301)与承载滑座(202)的右侧端面连接，电机支架(302)安装在腕屈伸连接板(301)上，腕屈伸电机(303)水平安装在电机支架(302)上，第一伞齿轮(306)安装在腕屈伸电机(303)的输出轴上，腕屈伸运动板(304)通过轴(307)和键(305)转动安装在腕屈伸连接板(301)的末端，第二伞齿轮(309)套装在轴(307)上，且第二伞齿轮(309)与第一伞齿轮(306)相啮合，限位螺栓(310)固定在腕屈伸连接板(301)上。
6.根据权利要求5所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：腕部屈伸组件(3)还包括轴承端盖(308)，轴承端盖(308)安装在轴(307)上下两端的腕屈伸运动板(304)上。
7.根据权利要求6所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：腕部偏挠组件(4)包括尺偏挠电机(401)、电机固定板(402)、密封板(403)、电机齿轮(404)、不完全齿轮(405)、连接块(406)、连接轴(407)和连接板(408)，
电机固定板(402)竖直安装在腕屈伸运动板(304)的端部，尺偏挠电机(401)水平安装在电机固定板(402)上，尺偏挠电机(401)的输出轴穿过电机固定板(402)后与电机齿轮(404)连接，密封板(403)与电机固定板(402)平行安装，不完全齿轮(405)通过连接轴(407)转动安装在电机固定板(402)和密封板(403)上，不完全齿轮(405)与电机齿轮(404)相啮合，连接板(408)通过连接块(406)与不完全齿轮(405)连接。
8.根据权利要求7所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：连接板(408)为
Figure FDA0002343350890000021
形连接板。
9.根据权利要求8所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：手柄组件(5)包括握持件(501)、手柄连接(502)和六维力传感器(503)，六维力传感器(503)表面有三个螺栓孔通过螺栓和手柄连接件(502)相连接，握持件(501)和手柄连接件(502)通过外侧一圈螺栓相连接。
10.根据权利要求1或9所述的一种开环式可调节腕关节康复训练外骨骼，其特征在于：前臂护板组件(6)包括直线导轨(601)、导轨滑块(602)和前臂护板(603)，直线导轨(601)安装在承载滑座(202)上，导轨滑块(602)滑动安装在直线导轨(601)上并通过螺栓锁定导轨滑块(602)的位置，前臂护板(603)固定安装在导轨滑块(602)上。
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