CN111281742A - 一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,肩关节模块、肘关节模块、腕关节模块以及手指关节模块;同时,还包括肩肘连接部件用以连接肩关节模块和肘关节模块,肘腕连接部件用以连接肘关节模块和腕关节模块,腕指连接部件用以连接腕关节模块和手指关节模块;通过使用模块连接部件对不同模块进行连接。本发明通过不同的关节模块的组合,能够根据瘫痪患者的偏瘫程度,制定出针对性的康复训练疗法,其具有可重复性、灵活性、康复轨迹可规划性、康复运动多样性、减少人力财力消耗以及达到良好的康复效果等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,属于医疗机器人技术领域。
背景技术
目前,我国是中风病的高发地区,中风病率在每10万人口中约550例。此外,随着社会及城市建设的发展,交通事故、斗殴及建筑工地事故等导致的脑外伤日趋增多,成为肢体瘫痪的另一常见原因。
对于中风和脑外伤患者,尽早介入康复训练不仅能够维持关节活动度,防止关节萎缩,而且能够明显提高患者活动功能的最终康复程度。传统的康复治疗不仅对康复医师的要求很高,而且消耗人力物力,给病人带来巨大经济负担的同时,训练效果往往会有较大的误差。
而现有的康复机器人,虽然在人力以及康复训练的效果上有很大的改善,但大多数的康复机器人都是不可重构的,对于不同的患者不能够达到自适应性。
发明内容
目的:为了克服现有康复机器人自适应性不足的问题,本发明提供一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,包括:肩关节模块、肘关节模块、腕关节模块、手指关节模块,肩肘连接部件用以连接肩关节模块和肘关节模块,肘腕连接部件用以连接肘关节模块和腕关节模块,腕指连接部件用以连接腕关节模块和手指关节模块。
作为优选方案,所述肩关节模块中水平铝材支架、第一水平连杆依次连接,第一电机组件安装于水平铝材支架与第一水平连杆之间;所述第一水平连杆与第一竖直连杆、转动圆盘、连杆、齿轮箱依次连接,第二电机组件安装于第一竖直连杆与转动圆盘之间,第三电机组件安装于齿轮箱内;所述齿轮箱与肩关节内外旋转组件相连接;所述肩关节内外旋转组件包括滑块底座与滑块连接,滑轮固定于滑块中,在半圆环中滑动,滑块底座自由端连接有大臂固定挡板,齿轮箱中齿轮通过皮带与半圆环连接;所述半圆环自由端与肩肘连接部件一端转动连接。
作为优选方案,所述肘关节模块中第二半圆环自由端与肩肘连接部件另一端转动连接,第四电机组件安装于第二半圆环的末端,半圆环飞轮安装于第二半圆环侧面,第二滑块安装于第二半圆环的滑轨之中;第二齿轮、传动轴、第五电机固定板依次连接;所述第五电机组件安装于第五电机固定板内,所述第二滑块自由端与肘腕连接部件相连接,肘腕连接部件上设置有小臂固定挡板。
作为优选方案,所述肩肘连接部件包括:第一关节连轴、第二关节连轴,第一关节连轴、第二关节连轴前端分别穿过半圆环的两个自由端,第一关节连轴后端与第一关节固定板相连接,第二关节连轴后端与第二关节固定板,所述第一关节固定板自由端与装有第四电机组件的第二半圆环一端相连接,所述第二关节固定板自由端与第二半圆环另一端相连接。
作为优选方案,所述腕关节模块中第六电机固定板分别与第三滑块相连接,第三滑块与肘腕连接部件相连接;所述第六电机组件安装于第六电机固定板上;所述第六电机组件的减速器与腕指连接部件一端相连接;腕指连接部件另一端与手指关节模块或者握手。
作为优选方案,所述肘腕关节连接部件包括:关节滑轴,所述关节滑轴一端与第二滑块相连接,关节滑轴上设置有关节滑块,关节滑块上设置有小臂固定挡板;关节滑轴还设置有第三滑块。
作为优选方案,所述手指关节模块中第七电机组固定板与手背穿戴部件连接,第七电机组件安装于第七电机组固定板上;所述拇指穿戴部件、食指穿戴部件、中指穿戴部件、无名指穿戴部件、小指穿戴部件均安装于手背穿戴部件上;第七电机组件通过传动装置与拇指穿戴部件、食指穿戴部件、中指穿戴部件、无名指穿戴部件、小指穿戴部件相连接。
作为优选方案,所述腕指连接部件包括:关节滑轨,关节滑轨一端与第六电机组件的减速器相连接,关节滑轨上设置有凹槽,凹槽上设置有通孔,握手或者手背穿戴部件一端插入凹槽,通过螺丝插过通孔固定。
作为优选方案,还包括固定升降台,所述固定升降台与水平铝材支架一端相连接。
作为优选方案,电机组件包括电机驱动器以及谐波减速器。
有益效果:本发明提供的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,添加了可重构的灵活性,使不同部位受伤的患者能够有更加针对性的康复训练,同时也节省了经济成本。通过不同的关节模块的组合,能够根据瘫痪患者的偏瘫程度,制定出针对性的康复训练疗法,其具有可重复性、灵活性、康复轨迹可规划性、康复运动多样性、减少人力财力消耗以及达到良好的康复效果等优点。
与现有技术相比,本发明有益效果在于:
1、本发明是整体可重构的,其中,肘关节模块、腕关节模块以及手指关节模块均可拆卸且安装简便;每个关节模块均可独立运动,同时,各个关节模块之间通过不同的组合装配,实现多关节联合运动;
2、本发明采用轻质外骨骼结构,相比与传统的末端牵引式结构和普通材料外骨骼结构而言具有结构轻便、人体贴合强度强的优点;
3、本发明可适应不同身材及不同患病部位的患者,具有普遍的适应性以及灵活性;
4、本发明可以有效地节省人力物力及财力地消耗,为患者节约经济成本。
附图说明
图1为肩关节模块、肘关节模块、腕关节模块及手指关节模块联合结构示意图;
图2为肩关节模块的结构示意图;
图3为肘关节模块的结构示意图;
图4为腕关节模块的结构示意图;
图5为手指关节模块的结构示意图;
图6为肩肘连接部件的结构示意图;
图7为肘腕连接部件的结构示意图;
图8为腕指连接部件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示,一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,包括以下四个独立模块:肩关节模块、肘关节模块、腕关节模块以及手指关节模块;同时,还包括肩肘连接部件用以连接肩关节模块和肘关节模块,肘腕连接部件用以连接肘关节模块和腕关节模块,腕指连接部件用以连接腕关节模块和手指关节模块;通过使用模块连接部件对不同模块进行连接,包括以下六种组合方式进行康复训练:肩关节模块与肘关节模块联合康复运动,肘关节模块与腕关节模块联合康复运动,腕关节模块与手指关节模块联合康复运动,肩关节模块、肘关节模块及腕关节模块联合康复运动,肘关节模块、腕关节模块及手指关节模块联合康复运动,肩关节模块、肘关节模块、腕关节模块及手指关节模块联合康复运动。
如图2所示,所述肩关节模块中固定升降台101、水平铝材支架102、第一水平连杆104依次连接,第一电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)103安装于水平铝材支架102与第一水平连杆104之间;所述第一水平连杆104与第一竖直连杆105、转动圆盘107、连杆108、齿轮箱109依次连接,第二电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)106安装于第一竖直连杆105与转动圆盘107之间,第三电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)110安装于齿轮箱108内;所述齿轮箱108与肩关节内外旋转组件相连接;所述肩关节内外旋转组件包括滑块底座111与滑块112连接,滑轮113固定于滑块112中,在半圆环114中滑动,滑块底座111自由端连接有大臂固定挡板115,齿轮箱108中齿轮通过皮带与半圆环114连接。在康复训练过程中,将人体大臂通过绑带固定于大臂固定挡板115中,通过驱动第一电机组件103,带动第一水平连杆104转动,实现肩关节外展与内收的康复训练动作;通过驱动第二电机组件106,带动转动圆盘107旋转,实现肩关节外屈与内敛的康复训练动作;通过第三电机组件110,带动齿轮箱108中的齿轮旋转,而齿轮箱108中齿轮通过皮带与关节3半圆环114连接,从而带动关节3半圆环114转动,实现肩关节内外旋转的康复训练动作。所述半圆环114自由端与肩肘连接部件一端转动连接。
如图3所示,所述肘关节模块中第二半圆环203自由端与肩肘连接部件另一端转动连接,第四电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)201安装于第二半圆环203的末端,半圆环飞轮202安装于第二半圆环203侧面,第二滑块204安装于第二半圆环203的滑轨之中;第二齿轮205、传动轴206、第五电机固定板207依次连接;所述第五电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)208安装于第五电机固定板207内,所述第二滑块204自由端与肘腕连接部件相连接,肘腕连接部件上设置有小臂固定挡板302;在康复训练过程中,将人体大臂通过绑带固定于大臂固定挡板115中,将人体小臂通过绑带固定于小臂固定挡板302中,通过驱动第四电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)201带动第二半圆环203转动,实现肘关节外展与内收的康复训练动作;通过驱动第五电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)208带动传动轴206转动,而传动轴206又与第二齿轮205连接,可以减少摩擦,在第二半圆环203内设有滑轨,第二滑块204在第二半圆环203中滑轨滑动,从而实现肘关节的内旋与外旋的康复训练动作。
如图4所示,所述腕关节模块中第六电机固定板304分别与第三滑块303相连接,第三滑块303与肘腕连接部件相连接;所述第六电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)305安装于第六电机固定板304上;所述第六电机组件305的减速器与腕指连接部件一端相连接。;在康复训练过程中,将人体小臂通过绑带固定于小臂固定挡板302中,通过驱动第六电机组件(包括电机驱动器以及谐波减速器)305带动腕指连接部件另一端的手指关节模块或者握手307,实现腕关节的内屈与外伸的康复训练动作。
如图5所示,所述手指关节模块中第七电机组固定板403与手背穿戴部件401连接,第七电机组件(包括四个电机)402安装于第七电机组固定板403上;所述拇指穿戴部件404、食指穿戴部件405、中指穿戴部件406、无名指穿戴部件407、小指穿戴部件408均安装于手背穿戴部件401上,构成人体手爪状;第七电机组件通过传动装置与拇指穿戴部件404、食指穿戴部件405、中指穿戴部件406、无名指穿戴部件407、小指穿戴部件408相连接;在康复训练过程中,通过驱动第七电机组件(包括四个电机)402带动各个手指关节运动,实现手指关节的康复训练动作。
如图6所示,肩肘连接部件包括:第一关节连轴501、第二关节连轴502,第一关节连轴501、第二关节连轴502前端分别穿过半圆环114的两个自由端,第一关节连轴501后端与第一关节固定板503相连接,第二关节连轴502后端与第二关节固定板504,所述第一关节固定板503自由端与装有第四电机组件201的第二半圆环203一端相连接,所述第二关节固定板504自由端与第二半圆环203另一端相连接。实现肩关节模块与肘关节模块的连接;拆卸过程中,只需要将所述肩肘连接部件卸下即可。
如图7所示,肘腕关节连接部件包括:关节滑轴601,所述关节滑轴601一端与第二滑块204相连接,关节滑轴601上设置有关节滑块301,关节滑块301上设置有小臂固定挡板302;关节滑轴601还设置有第三滑块303。以此实现肘关节模块和腕关节模块的连接;拆卸过程中,只需要将所述肘腕连接部件卸下即可。
如图8所示,腕指连接部件包括:关节滑轨701,关节滑轨701一端与第六电机组件305的减速器相连接,关节滑轨701上设置有凹槽702,凹槽702上设置有通孔703,握手307或者手背穿戴部件401一端插入凹槽,通过螺丝插过通孔固定。即可实现腕关节模块和手指关节模块的连接;拆卸过程中,只要将紧拧螺钉卸下,将手指关节模块取出,然后再换上握手307即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,包括:肩关节模块、肘关节模块、腕关节模块、手指关节模块,其特征在于:肩肘连接部件用以连接肩关节模块和肘关节模块,肘腕连接部件用以连接肘关节模块和腕关节模块,腕指连接部件用以连接腕关节模块和手指关节模块。
2.根据权利要求1所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述肩关节模块中水平铝材支架、第一水平连杆依次连接,第一电机组件安装于水平铝材支架与第一水平连杆之间;所述第一水平连杆与第一竖直连杆、转动圆盘、连杆、齿轮箱依次连接,第二电机组件安装于第一竖直连杆与转动圆盘之间,第三电机组件安装于齿轮箱内;所述齿轮箱与肩关节内外旋转组件相连接;所述肩关节内外旋转组件包括滑块底座与滑块连接,滑轮固定于滑块中,在半圆环中滑动,滑块底座自由端连接有大臂固定挡板,齿轮箱中齿轮通过皮带与半圆环连接;所述半圆环自由端与肩肘连接部件一端转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述肘关节模块中第二半圆环自由端与肩肘连接部件另一端转动连接,第四电机组件安装于第二半圆环的末端,半圆环飞轮安装于第二半圆环侧面,第二滑块安装于第二半圆环的滑轨之中;第二齿轮、传动轴、第五电机固定板依次连接;所述第五电机组件安装于第五电机固定板内,所述第二滑块自由端与肘腕连接部件相连接,肘腕连接部件上设置有小臂固定挡板。
4.根据权利要求3所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述肩肘连接部件包括:第一关节连轴、第二关节连轴,第一关节连轴、第二关节连轴前端分别穿过半圆环的两个自由端,第一关节连轴后端与第一关节固定板相连接,第二关节连轴后端与第二关节固定板,所述第一关节固定板自由端与装有第四电机组件的第二半圆环一端相连接,所述第二关节固定板自由端与第二半圆环另一端相连接。
5.根据权利要求3所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述腕关节模块中第六电机固定板分别与第三滑块相连接,第三滑块与肘腕连接部件相连接;所述第六电机组件安装于第六电机固定板上;所述第六电机组件的减速器与腕指连接部件一端相连接;腕指连接部件另一端与手指关节模块或者握手。
6.根据权利要求5所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述肘腕关节连接部件包括:关节滑轴,所述关节滑轴一端与第二滑块相连接,关节滑轴上设置有关节滑块,关节滑块上设置有小臂固定挡板;关节滑轴还设置有第三滑块。
7.根据权利要求5所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述手指关节模块中第七电机组固定板与手背穿戴部件连接,第七电机组件安装于第七电机组固定板上;所述拇指穿戴部件、食指穿戴部件、中指穿戴部件、无名指穿戴部件、小指穿戴部件均安装于手背穿戴部件上;第七电机组件通过传动装置与拇指穿戴部件、食指穿戴部件、中指穿戴部件、无名指穿戴部件、小指穿戴部件相连接。
8.根据权利要求7所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:所述腕指连接部件包括:关节滑轨,关节滑轨一端与第六电机组件的减速器相连接,关节滑轨上设置有凹槽,凹槽上设置有通孔,握手或者手背穿戴部件一端插入凹槽,通过螺丝插过通孔固定。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:还包括固定升降台,所述固定升降台与水平铝材支架一端相连接。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的一种面向肩肘腕指关节的上肢可重构式机械康复装置,其特征在于:电机组件包括电机驱动器以及谐波减速器。
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