CN111297637A - 一种用于上肢康复的手臂托架装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于上肢康复的手臂托架装置，解决了现有技术中康复设备的手臂支撑机构柔性交互差的问题，具有增强使用者舒适感，鼓励使用者主动训练的有益效果，具体方案如下：一种用于上肢康复的手臂托架装置，包括用于支撑手臂的臂托；手柄，手柄与臂托间隔设定的距离，手柄被设置为用于使用者的握持；支架，臂托通过伸缩件与支架连接，以调整臂托相对于手柄的距离，且臂托相对于手柄的角度能够被调整，手柄与支架固连。

Description

一种用于上肢康复的手臂托架装置

背景技术

对于脑卒中导致的偏瘫使用者通过大量重复性的功能训练可以在一定程度上恢复肢体运动功能。使用康复机辅助康复训练可以节省大量的人力物力，并且能够对使用者的康复水平进行实时量化的评估。研究证明在康复训练中单关节单独训练比多关节同时训练更为有效，为减小非训练关节对训练关节的干扰作用，在康复机器人中需设计固定装置在一定程度上固定非训练关节。发明人发现在现有上肢康复机中，多数固定装置采用半圆柱壳结构托住人体前臂并利用扎带束紧实现固定，往往不具备足够的自由度，彻底的固定无法做到人机柔性交互，严重影响到康复训练效果，同时增加了使用者的不舒适感。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的是提供一种用于上肢康复的手臂托架装置，能够使得使用者与机械柔性交互，增强使用者的舒适感，鼓励使用者主动训练，有效防止二次损伤。

本发明的第二目的是提供一种康复训练设备，包括一种能够柔性交互的手臂托架装置。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种用于上肢康复的手臂托架装置，包括：

用于支撑手臂的臂托；

手柄，手柄与臂托间隔设定的距离，手柄被设置为用于使用者的握持；

支架，臂托通过伸缩件与支架连接，以调整臂托相对于手柄的距离，且臂托相对于手柄的角度能够被调整，手柄与支架固连。

如上所述的手臂托架装置，提供足够的自由度，不是直接将使用者的手臂捆绑于机械，而是由臂托支撑手臂，使用者的手可主动握持手柄，增强使用者的主动使用意志，而非完全被动训练，通过伸缩件的伸缩，可调整臂托相对于手柄的距离，方便使用者调整训练姿态，也满足不同身高使用者的使用需求，且臂托相对于手柄角度能够被调整，进一步方便使用者在使用过程中不断调整训练姿态。

如上所述的手臂托架装置，为了进一步实现使用者与机械的柔性接触，还包括充气手柄套，充气手柄套能够围绕所述手柄可拆卸设置，这样使用者可握持手柄或握持充气手柄套进行训练，充气手柄套内可通入压力变化的气体，能够起到给使用者手部按摩刺激的作用，促进手部血液流通、神经和肌肉的康复，所述充气手柄套与气压传感器连接。

如上所述的手臂托架装置中，所述支架可转动安装于连接轴，这样可以带动臂托实现转动，便于使用者姿态的调整。

如上所述的手臂托架装置中，所述气压传感器通过托架安装于所述的支架，托架安装于支架的侧部，方便对气压传感器的检修，托架为环形，托架通过螺栓固定于支架。

如上所述的手臂托架装置，还包括基座，基座与支架之间固定有压力传感器，压力传感器用于检测使用者作用力大小，优选地，压力传感器为三维力传感器，用于采集使用者在X、Y、Z三向使用力的大小。

如上所述的手臂托架装置中，所述气压传感器、压力传感器分别与控制器连接，控制器与安装于支架的振动马达连接。

进一步，为了对使用者手臂的固定，且臂托开有用于绑带穿过的绑带孔，绑带孔的尺寸与绑带相匹配。

如上所述的手臂托架装置中，所述伸缩件包括拉杆套和拉杆，拉杆套一端与所述的支架侧部连接，拉杆一端可滑动安装于拉杆套内，拉杆的另一端与所述臂托连接。

如上所述的手臂托架装置，还包括角度调节件，角度调节件包括调整螺栓，所述支架开有若干用于安装调整螺栓的凹槽，通过调整调整螺栓相对凹槽的高度，即可实现臂托现对于手柄的角度调整。

如上所述的手臂托架装置，为了方便使用者的使用，所述支架包括两段，其中一段与所述的手柄连接，另一段相对于该段倾斜设置。

第二方面，本发明还提供了一种康复训练设备，包括所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，这样康复训练设备配有单独的手部训练装置，便于使用者的柔性训练。

上述本发明的有益效果如下：

1)通过手臂托架装置的设置，实现使用者与机械的柔性接触，相比牢固捆绑，能够有效防止二次损伤，为使用者提供较多的自由度，增加使用者使用舒适感，让使用者自己主动参与康复训练，康复训练效果比较好。

2)通过伸缩件的设置，实现臂托相对于支架的距离可调，提供臂托在一个方向上的移动，满足不同使用者的使用需求，且臂托相对于支架的角度可调，再配合支架可转动设置，方便使用者在康复训练中不断改变上肢位置，实现柔性交互。

3)通过充气手柄套的设置，可通过冲入压力变化的气体，能够起到给使用者手部按摩刺激的作用，促进手部血液流通、神经和肌肉的康复。

4)通过气压传感器和三维力传感器的设置，可在使用者握力达到设定值时通过振动马达产生振动，就像游戏机制，对使用者训练给予一定的鼓励。

5)通过拉杆与拉杆套的设置，便于调整臂托相对于手柄的距离，且配合调整螺栓，便于对臂托相对于手柄角度的调整。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的手臂托架装置的立体图一。

图2是本发明根据一个或多个实施方式的手臂托架装置的立体图二。

图3是本发明根据一个或多个实施方式的手臂托架装置中部分结构示意图。

图4是本发明根据一个或多个实施方式的手臂托架装置中部分结构侧视图。

图5是本发明根据一个或多个实施方式的臂托示意图。

图6是本发明根据一个或多个实施方式的手臂托架装置的正视图。

图7是本发明根据一个或多个实施方式的连接套结构示意图。

图8是本发明根据一个或多个实施方式的连接轴结构示意图。

图9是本发明根据一个或多个实施方式的手柄结构示意图。

图10是本发明根据一个或多个实施方式的支架结构示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意

其中：1基座，2三维力传感器，3信号线，4气压传感器，5托架，6气管I，7气管II，8充气手柄套，9手柄封头，10臂托，11支架，12拉杆，13拉杆套，14连接套，15手柄，16臂托支座，17振动马达，18紧固螺栓，19连接轴，20圆法兰衬套轴承，21橡胶头，22调整螺栓，23臂托支座安装孔，24绑带孔25第一凹槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于上肢康复的手臂托架装置。

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1和图6所示，一种用于上肢康复的手臂托架装置，包括支架11、臂托10和手柄15，常态下，手柄15与臂托10之间有设定的距离，臂托10通过伸缩件活动安装于支架11，支架11通过连接轴19、连接套14安装于基座1，这样支架11相对于基座1实现转动，且支架11与基座1上表面具有设定的距离，在基座1与连接轴19之间设置力传感器。

具体地，力传感器为三维力传感器2，三维力传感器2的一端通过紧固螺栓18固定于基座1，三维力传感器2的另一端与连接套14固定连接，参考图7所示，连接套14为中空筒体，筒体一端为法兰端，这样连接套14的法兰端与圆法兰衬套轴承20的法兰端固定连接，连接套14的一端(与法兰端相对)有过孔，用螺钉固定安装在三维力传感器2的顶端凸台。

参考图3和图8所示，连接轴19用于与支架11的连接的一端为圆台端，圆台端尺寸大于连接轴轴端尺寸，连接轴19的轴端通过过盈配合安装在圆法兰衬套轴承20的轴承孔中，连接轴19在圆法兰衬套轴承20中能够自由转动，且连接轴19圆台端与支架11固连，这样支架11通过连接轴19能够相对于连接套14实现自由转动，手柄15下端与支架11固定连接，充气手柄套8可拆卸套于手柄15，手柄封头9固定安装在手柄15顶端，可以防止充气手柄套8滑出。

参考图9所示，手柄15底端尺寸大于手柄15中部的尺寸用于方便与支架11的连接，手柄15远离支架11的端部可活动设置手柄封头9，手柄封头9的尺寸大于手柄的尺寸，避免充气手柄套8在使用过程中从手柄15脱出，且充气手柄套8常态下为环形，能够套在手柄15周向，充气手柄套安装于手柄15后，在手柄15端部安装手柄封头9，使用时对充气手柄套8进行充气，手柄15一端设置螺纹，手柄封头9一侧面具有螺纹孔，或者，手柄封头设置卡扣，用于扣合在手柄15端部，实现手柄与手柄封头9的可拆卸连接。

需要解释的是，参考图10所示，支架11第一表面(图1中支架11的上表面)开有第一凹槽25用于放置手柄15，手柄15底端尺寸与第一凹槽的尺寸相适应，支架11第二表面(图1中支架11的下表面)开有第二凹槽用于容纳连接轴19的顶部。

参考图2所示，为了更好地激励使用者，在支架11下表面设置振动马达17，三维力传感器2、振动马达17、气压传感器4分别与控制器单独连接，控制器可安装于基座表面，或者设置在其他地方，控制器优选PLC控制器或工控机或其他控制器，控制器带显示屏，当气压传感器检测到压力大于设定数值后，或者，三维力传感器检测到使用力大于设定数值后，控制器控制振动马达17振动，激励使用者，本实施例中，两个传感器通过数据采集仪与控制器连接。

参考图1所示，托架5固定安装在支架11侧部，气压传感器4通过托架5安装，一些示例中，托架5为环形，气压传感器4一端通过气管I6与充气手柄套8连接，可以测量充气手柄套8中的气压，气压传感器4另一端通过信号线3将采集到的的气压值传给数据采集仪，再传送给控制器，气管II7一端与充气手柄套8固定连接，另一端与充气装置连接，可以改变充气手柄套8中的气压大小，容易理解，充气装置可为充气罐或其他充气设备。

需要说明的是，本申请中三维力传感器2与基座1上下设置，这里仅表示当手柄呈竖直状态时，三维力传感器2与基座1二者上下设置，当然，基座1也可倾斜安装于一些康复设备，这里不做限定。

臂托10通过伸缩件与支架11连接，伸缩件设于支架11的两侧，本实施例中，伸缩件包括拉杆套13和设于拉杆套13内的拉杆12，具体地，拉杆套13一端通过销钉与支架11连接，拉杆套13可以绕销钉转动，拉杆12一端安装在拉杆套13中，可以在拉杆套13中往复滑动，拉杆12另一端通过销钉与臂托支座16连接。参考图5所示，臂托支座16通过臂托支座安装孔23与臂托10固定连接，这样通过拉杆12的伸长缩短，就可以改变臂托10与手柄15之间的距离，满足不同的训练姿态，使用者可根据自己的意志进行调整；在使用时可以将绑带穿过绑带孔24将使用者前臂固定在臂托10上，这样保证在训练时有效固定前臂。

容易理解的是，在另一些示例中，伸缩件可替换为气压缸或液压缸，气压缸或液压缸的伸缩杆与臂托连接，缸体与支架侧部连接，气压缸或液压缸沿着支架长度方向设置时，气压缸或液压缸的伸缩杆推出后，可实现臂托10相对于支架11的移动，这样的机构同样可以实现伸缩，但机构相对复杂。

参考图4所示，支架11开有多个凹槽，调整螺栓22安装在支架11的凹槽中，调整螺栓22的数量与凹槽的数量一致，或者调整螺栓22的数量少于凹槽的数量，橡胶头21安装在调整螺栓22顶端，橡胶头21与臂托10的底面接触，通过调节调整螺栓22相对于凹槽的伸出长度，如距离连接轴19最远的调整螺栓高度最高，这样可以调节臂托10与支架11之间的角度，通过角度调节件和伸缩件的设置，臂托10与手柄15之间的距离和角度都可以调整，相应地，臂托10带着安装在其上的其它零件通过圆法兰衬套轴承20自由转动，方便使用者在康复训练中不断改变上肢位置，达到柔性交互，增强使用者的舒适感，保障使用者顺利完成上肢康复训练。

其中，调整螺栓还可以更换成其他可调整高度的部件，如相对于支架可拆卸的垫板，只要能实现臂托10相对于支架11的高度调整，都是可以的。

参考图4所示，为适应使用者把握手柄操作时前臂支撑更加舒适，支架11包括两段，一段为圆形，该段与连接轴连接，另一段相对于该段倾斜向下设置，即支架11带有凹槽的部分向下倾斜，与水平的一段呈10-15°夹角，且这两段为一体结构，第一凹槽和第二凹槽均设于支架11与连接轴连接的一段，第一凹槽和第二凹槽上下设置，第一凹槽内开有螺纹孔用于与手柄15的连接，同时，第一凹槽与第二凹槽开有多个过孔，用于支架11与连接轴19的连接。

为了臂托10能与手臂能够良好的贴合，参考图5所示，臂托10形状呈弧形，为了进一步与手臂形状相适应，且臂托10朝向手柄5的一端尺寸小于另一端尺寸，臂托的长度方向与手柄中心轴线相互垂直设置，在使用时，臂托10与具有设定宽度的绑带配合使用，起到支撑、固定使用者手臂的作用。臂托10的弧形侧壁设置绑带孔24，将绑带从绑带孔24中穿过进而实现固定使用者手臂。

使用者在进行上肢康复训练时，可以使用手柄15进行训练，也可以在手柄15套上充气手柄套8进行训练。通过调整充气手柄套8中的气压大小，可改变使用者手握的舒适感。当使用者手握充气手柄套8时，通过气管II7连接充气装置，在设定气压范围内间歇性地改变充气手柄套8中的气压大小，起到给使用者手部按摩刺激的作用，促进手部血液流通、神经和肌肉的康复。当充气手柄套8中的气压固定时，使用者在康复训练过程中手握的力量逐步增强时，充气手柄套8中的气压会相应升高，气压增大至设定数值时，气压传感器4会将气压变化值转变为电信号传输给数据采集仪和控制器，控制振动马达17产生振动，给使用者一个刺激信号，刺激使用者上肢神经，反馈调节神经活动，形成一个良性的奖励反馈机制，有助于上肢神经传导恢复，表明使用者手部力量和神经控制能力开始增强，可以提升使用者康复信心。

另外，使用者在手握手柄15或充气手柄套8进行康复训练时，三维力传感器2可以采集使用者在X、Y、Z三向使用力的大小，三维力传感器2将这3个参数传输给数据采集仪和控制器，这样可配合使用者进行助力或阻抗训练，当使用者完成某一个训练目标时，控制振动马达17产生振动，表明使用者完成一个任务，给使用者一个刺激信号，刺激使用者上肢神经，反馈调节神经活动，形成一个良性的奖励反馈机制，有助于上肢神经传导恢复，可以提升使用者康复信心。

具体地，三维力传感器采集X、Y、Z三向力信号，用于记录使用者在康复训练过程中上肢用力的情况，这三个力信号与训练过程动作轨迹(即手臂托架运动轨迹，可以是水平运动、垂直运动或三维空间运动)及训练时间这三个参数相结合，可以作为使用人的康复训练状态数据记录下来。在一些示例中，在充气手柄套中气压为设定值时，使用人在训练过程中手握力量的变化可以反映为充气手柄套中气压的变化，这样气压的变化与训练动作轨迹、训练时间这三个参数相结合，作为使用人的康复训练状态数据记录下来。

具体地，控制器带有计时器，计时器记录使用者完成训练动作轨迹的时间，控制器具有显示屏，可通过编程在显示屏显示训练轨迹和训练时间，如A点到B点的轨迹，通过不同点到点之间，形成不同的训练动作轨迹，使用者根据不同的训练动作轨迹，来控制自己手臂的动作，训练动作轨迹由使用者转动支架11和控制伸缩件的伸缩运动完成，由此，力-气压-训练动作轨迹-训练时间的变化状态可以作为使用者康复训练治疗的依据。

容易理解的是，如果使用者手部抓握力量不足，可以使用绑带把手轻轻固定在手柄15上。

在本发明另一实施例中，提供了一种康复训练设备，包括所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，这样康复训练设备配有单独的手部训练装置，便于使用者的柔性训练，且手臂托架装置通过基座安装于康复训练设备的相应位置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，包括：

用于支撑手臂的臂托；

手柄，手柄与臂托间隔设定的距离，手柄被设置为用于使用者的握持；

支架，臂托通过伸缩件与支架连接，以调整臂托相对于手柄的距离，且臂托相对于手柄的角度能够被调整，手柄与支架固连。

2.根据权利要求1所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，还包括充气手柄套，充气手柄套能够围绕所述手柄可拆卸设置，所述充气手柄套与气压传感器连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，所述支架可转动安装于连接轴。

4.根据权利要求2所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，所述气压传感器通过托架安装于所述的支架。

5.根据权利要求2所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，还包括基座，基座与支架之间固定有压力传感器，所述气压传感器、压力传感器分别与控制器连接，控制器与安装于支架的振动马达连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，所述臂托开有用于绑带穿过的绑带孔。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，所述伸缩件包括拉杆套和拉杆，拉杆套一端与所述的支架侧部连接，拉杆一端可滑动安装于拉杆套内，拉杆的另一端与所述臂托连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，还包括角度调节件，角度调节件包括调整螺栓，所述支架开有若干用于安装调整螺栓的凹槽。

9.根据权利要求1所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置，其特征在于，所述支架包括两段，其中一段与所述的手柄连接，另一段相对于该段倾斜设置。

10.一种康复训练设备，其特征在于，包括权利要求1-2、4-6、8-9中任一项所述的一种用于上肢康复的手臂托架装置。

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