CN112137841A - 一种顺应性肩部康复外骨骼 - Google Patents
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Abstract
一种顺应性肩部康复外骨骼，在肩部康复的基础上还可用于独立肩锁以及肩胛康复，包括：基座、肩部自对准机构、肩部康复机构和连接件，肩部康复机构可以实现肩部外展/内收、前伸/后摆、内旋/外旋的等效锻炼，自对准机构在康复过程中保证肩部康复机构的旋转中心和人体肱骨旋转中心对齐，避免出现额外的力和力矩，引起不适，或造成二次伤害，同时自对准机构还可以切换成肩带康复机构，带动肩带进行前伸/后退、上抬/下压的锻炼，增加锻炼的形式，提高康复的效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种顺应性肩部康复外骨骼。
背景技术
随着我国人口老龄化的加剧，老年人在人口中占的比重越来越高，截止到2018年年末，我国60岁以上老年人口2.49亿人，占总人口的17.9％。到2025年，我国六十岁以上人口将达到3亿，成为超老年型国家。因为在70年代末期后，计划生育工作力度加大，我国人口老龄化进程将在2040年达到顶峰。人寿命的延长势必会导致生理衰退和四肢灵活性降低，并且伴随着脑血管疾病和神经系统疾病在老年人之间的频发，可能会出现偏瘫的症状，影响四肢的正常功能。随着老龄人口的增多，脑卒中患者的数量也将进一步增加，我国脑卒中发病率正以每年近9％的速率上升，因脑卒中导致偏瘫的人群也将随之迅速增多。人体的上肢是最为灵活、生活中运用最多的肢体，以灵活协调和技能性运动为主,偏瘫后不容易获得代偿,而肩部功能决定了上肢能否正常运动，且肩部结构复杂，恢复难度较大，因此对肩部的康复训练尤为重要。仅依靠传统的医师协助患者肩部进行运动康复的方式，远远不能满足庞大的患者数量带来的巨大需求，所以急需要专业的可穿戴式外骨骼设备协助患者康复，弥补这一巨大的需求空缺。
根据人体生理解剖学，人体肩部由锁骨、肩胛骨、肱骨组成；肩带则由锁骨、肩胛骨组成，包括肩胛胸关节，肩锁关节、胸锁关节。肩部运动形式如图2所示，肩部有六种基本运动形式表现为大臂的前伸/后摆，外展/内收，内旋/外旋。肩带主要有四种运动形式表现为肩膀的上抬/下压和前伸/后退，还伴随着肩带长度的变化。在康复过程中是通过外骨骼连接在手臂大臂上，带动肱骨运动实现对肩部的锻炼。因为肩部运动是肩胛骨，锁骨和肱骨三块骨骼的联合运动，所以肱骨运动时必然会引起肩带运动，从而导致肱骨旋转中心(CGH)位置改变。因此没有自对准机构的外骨骼的旋转中心和CGH就无法对齐，限制了外骨骼机器人的工作空间，引起患者的不适，甚至会产生额外的拉扯力造成二次损伤。
现有的肩部康复外骨骼几乎都没有涉及到对肩带的单独锻炼，即不通过肱骨的抬升和外展直接对锁骨和肩胛骨进行主动牵引和拉伸训练。依靠传统的方法外骨骼带动肱骨运动一定程度上可以起到锻炼肩带的效果，但因为外骨骼设置的肱骨的运动范围有限，对肩带进行锻炼的效果往往不够充分。由于偏瘫患者的肩袖往往失去了对肱骨的抑制功能，肱骨过度的抬升和外展可能会引起肩峰撞击或造成肩袖撕裂，从而导致肩峰下疼综合征，所以一般康复外骨骼需为使肱骨抬升和外展在安全范围内，无法充分地带动肩带运动。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种顺应性肩部康复外骨骼。
本发明提供了一种顺应性肩部康复外骨骼，在肩部康复的基础上还用于独立肩锁以及肩胛康复，具有这样的特征，包括：基座；肩部自对准机构，包括与基座连接的第一连杆、通过第一连杆与基座连接的第一转动关节、与第一转动关节连接的第二连杆、通过第二连杆与第一转动关节连接的第二转动关节、与第二转动关节连接的第三连杆以及通过第三连杆与第二转动关节连接的第三转动关节；以及肩部康复机构，与人体上臂连接，包括与第三转动关节连接的第四连杆、通过第四连杆与第三转动关节连接的第四转动关节、与第四转动关节连接的第五连杆、通过第五连杆与第四转动关节连接的第五转动关节、与第五转动关节连接的第六连杆、与第六连杆连接的第七连杆、设置于第六连杆和第七连杆之间并用于调节第七连杆长度的第七连杆长度调节运动副以及通过第七连杆与第七连杆长度调节运动副连接的环形转动关节，其中，第一转动关节以及第二转动关节均为进行主/被动自由度切换的转动关节，当第一转动关节以及第二转动关节设置为被动自由度时，肩部自对准机构为进行肩部康复的自动对准机构，当第一转动关节以及第二转动关节设置为主动自由度时，肩部自对准机构变换为用于康复肩带的肩带康复机构。
在本发明提供的顺应性肩部康复外骨骼中，具有这样的特征，还包括：绑带，绕过上臂固定于环形转动关节的两端。
在本发明提供的顺应性肩部康复外骨骼中，还可以具有这样的特征：其中，第一转动关节和第二转动关节的旋转轴垂直相交。
在本发明提供的顺应性肩部康复外骨骼中，还可以具有这样的特征：其中，第三转动关节为被动关节，其旋转轴与第二转动关节的旋转轴平行。
在本发明提供的顺应性肩部康复外骨骼中，还可以具有这样的特征：其中，第四转动关节、第五转动关节以及环形转动关节的旋转轴线交于肱骨旋转中心。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的顺应性肩部康复外骨骼，因为肩带的运动是基于肱骨旋转中心的位移，根据肩带运动的特点，设计了自对准机构，所以自对准机构可以顺应肩带的各种形式的运动，从而保证在康复过程中肩部康复机构的旋转中心和人体肱骨旋转中心始终保持对齐，此外，本发明还增加了对肩带的康复训练功能，更多形式的运动能够更有效刺激肢体受损肌肉和神经组织，促进受损神经自我修复，同时通过将自对准机构的第一转动关节和第二转动关节切换成主动自由度，可以在肱骨自然下垂的状态下牵引肩带进行锻炼，不会过度拉扯肱骨从而引发患者不适或肩峰下疼的症状。
因此，本发明的顺应性肩部康复外骨骼结构简单，能够在康复过程中是外骨骼肩部康复机构的旋转中心和人体肱骨旋转中心保持对齐，避免人机之间产生额外的力和力矩，引起患者不适或造成二次伤害，还能够使患者在康复过程得到更加舒适和安全的体验，增加的肩带锻炼功能，提高了康复训练的效果。
附图说明
图1是本发明的实施例中顺应性肩部康复外骨骼的结构示意图；
图2是本发明的实施例中与人体肩部运动对应的外骨骼穿戴示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明的实施例中顺应性肩部康复外骨骼的结构示意图。
如图1所示，本实施例的一种顺应性肩部康复外骨骼100，在肩部康复的基础上还可用于独立肩锁以及肩胛康复，包括：基座1、肩部自对准机构、肩部康复机构以及绑带16。
肩部自对准机构包括与基座1连接的第一连杆2、通过第一连杆2与基座1连接的第一转动关节3、与第一转动关节3连接的第二连杆4、通过第二连杆4与第一转动关节3连接的第二转动关节5、与第二转动关节5连接的第三连杆6以及通过第三连杆6与第二转动关节5连接的第三转动关节7。
本实施例中，第一转动关节3和第二转动关节5的旋转轴垂直相交，此外，第一转动关节3以及第二转动关节5均为进行主/被动自由度切换的转动关节，当第一转动关节3以及第二转动关节5设置为被动自由度时，肩部自对准机构为进行肩部康复的自动对准机构，当第一转动关节4以及第二转动关节5设置为主动自由度时，肩部自对准机构变换为用于康复肩带的肩带康复机构。
本实施例中，第三转动关节7为被动关节，其旋转轴与第二转动关节5的旋转轴平行。
肩部康复机构与人体上臂连接，包括与第三转动关节7连接的第四连杆8、通过第四连杆8与第三转动关节7连接的第四转动关节9、与第四转动关节9连接的第五连杆10、通过第五连杆10与第四转动关节9连接的第五转动关节11、与第五转动关节11连接的第六连杆12、与第六连杆12连接的第七连杆14、设置于第六连杆12和第七连杆14之间并用于调节第七连杆14长度的第七连杆长度调节运动副13以及通过第七连杆14与第七连杆长度调节运动副13连接的环形转动关节15。
本实施例中，第四转动关节9、第五转动关节11以及环形转动关节15的旋转轴线交于肱骨旋转中心。
绑带16绕过上臂固定于环形转动关节15的两端。
图2是本发明的实施例中与人体肩部运动对应的外骨骼穿戴示意图。
外骨骼进行穿戴方式如图2所示，使第一转动关节3的转动轴线和肩锁关节上抬/下压的旋转轴对齐，第二转动关节5转动轴和肩锁关节前伸/后退的旋转轴平行，第三转动关节7转动轴和肱骨外展/内收的旋转轴对齐，第四转动关节9的转动轴和肱骨前伸/后摆的旋转轴对齐，环形转动关节15的转动轴和肱骨内旋/外旋的旋转轴对齐。
当进行肩部康复锻炼时，第四转动关节9带动上臂做外展/内收运动，第五转动关节11带动上臂做前伸/后摆运动，环形转动关节15带动上臂做内旋/外旋运动。此时第一主动关节3和第二转动关节5设置为被动关节，第一转动关节3顺应肩带的上抬/下压，第二转动关节5顺应肩带前伸/后退，第三转动关节7顺应肩带长度的变化，通过第一转动关节3、第二转动关节5以及第三转动关节7对上臂运动过程中造成的肩带运动进行运动补偿，从而使肩部康复机构的旋转中心和人体肱骨旋转中心对齐。
当进行肩带康复锻炼时，调整第四转动关节9，第五转动关节11和环形转动关节15，使大臂处于自然下垂状态。而后将第一转动关节3和第二转动关节5设置成主动自由度，由第一转动关节3带动肩带做前伸/后退运动，第二转动关节5带动肩带做上抬/下压运动，第三转动关节7用于顺应肩带运动过程中肩带长度的变化。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的顺应性肩部康复外骨骼，因为肩带的运动是基于肱骨旋转中心的位移，根据肩带运动的特点，设计了自对准机构，所以自对准机构可以顺应肩带的各种形式的运动，从而保证在康复过程中肩部康复机构的旋转中心和人体肱骨旋转中心始终保持对齐，此外，本发明还增加了对肩带的康复训练功能，更多形式的运动能够更有效刺激肢体受损肌肉和神经组织，促进受损神经自我修复，同时通过将自对准机构的第一转动关节和第二转动关节切换成主动自由度，可以在肱骨自然下垂的状态下牵引肩带进行锻炼，不会过度拉扯肱骨从而引发患者不适或肩峰下疼的症状。
因此，本实施例的顺应性肩部康复外骨骼结构简单，能够在康复过程中是外骨骼肩部康复机构的旋转中心和人体肱骨旋转中心保持对齐，避免人机之间产生额外的力和力矩，引起患者不适或造成二次伤害，还能够使患者在康复过程得到更加舒适和安全的体验，增加的肩带锻炼功能，提高了康复训练的效果。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种顺应性肩部康复外骨骼，在肩部康复的基础上还用于独立肩锁以及肩胛康复，其特征在于，包括：
基座；
肩部自对准机构，包括与所述基座连接的第一连杆、通过所述第一连杆与所述基座连接的第一转动关节、与第一转动关节连接的第二连杆、通过所述第二连杆与所述第一转动关节连接的第二转动关节、与所述第二转动关节连接的第三连杆以及通过所述第三连杆与所述第二转动关节连接的第三转动关节；以及
肩部康复机构，与人体上臂连接，包括与所述第三转动关节连接的第四连杆、通过所述第四连杆与所述第三转动关节连接的第四转动关节、与所述第四转动关节连接的第五连杆、通过所述第五连杆与所述第四转动关节连接的第五转动关节、与所述第五转动关节连接的第六连杆、与所述第六连杆连接的第七连杆、设置于所述第六连杆和所述第七连杆之间并用于调节所述第七连杆长度的第七连杆长度调节运动副以及通过所述第七连杆与所述第七连杆长度调节运动副连接的环形转动关节，
其中，所述第一转动关节以及所述第二转动关节均为进行主/被动自由度切换的转动关节，当所述第一转动关节以及所述第二转动关节设置为被动自由度时，所述肩部自对准机构为进行肩部康复的自动对准机构，当所述第一转动关节以及所述第二转动关节设置为主动自由度时，所述肩部自对准机构变换为用于康复肩带的肩带康复机构。
2.根据权利要求1所述的顺应性肩部康复外骨骼，其特征在于，还包括：
绑带，绕过上臂固定于所述环形转动关节的两端。
3.根据权利要求1所述的顺应性肩部康复外骨骼，其特征在于：
其中，所述第一转动关节和所述第二转动关节的旋转轴垂直相交。
4.根据权利要求1所述的顺应性肩部康复外骨骼，其特征在于：
其中，所述第三转动关节为被动关节，其旋转轴与所述第二转动关节的旋转轴平行。
5.根据权利要求1所述的顺应性肩部康复外骨骼，其特征在于：
其中，所述第四转动关节、所述第五转动关节以及所述环形转动关节的旋转轴线交于肱骨旋转中心。
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