CN112263434A - 一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置 - Google Patents

一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对肩关节进行康复的康复机械装置。水平面上，摆动气缸上的转动圆盘通过螺栓螺母配合连接U型槽支撑板，上臂放在U型槽上且肩关节位于转动圆盘中心处。垂直面上，固定在椅子后面支撑柱上面的工字型弧形轨道，靠伺服电机驱动实现小车在该轨道上运动，小车上电机的轴连接联轴器和卷线滚筒，其上的绳索连接气动人工肌肉。首先气动系统实现摆动气缸转动来完成水平面康复，然后由气动系统实现气动人工肌肉收缩及小车上电机实现绳索伸缩来完成垂直面康复，最后相结合实现复合康复，解决了肩关节康复模式单一的问题。

Description

一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置
技术领域
本发明涉及康复训练机械技术领域，特别是涉及一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置。
背景技术
近年来，由于脑卒中以及大脑中枢神经系统受到损伤等原因导致上肢患者越来越多，由于上肢作为人体生活当中重要的部分，因此，对于上肢的康复越来越受到关注。传统的康复训练方法是康复治疗师对患者进行一对一的、反复连续地被动训练，训练的效果主要取决于医生的经验能力，并且存在缺乏丰富经验的医师以及患者被动进行康复会存在康复的积极性不高等问题。随着科技的发展以及机械技术的不断完善，使用上肢康复机械来辅助患者进行上肢康复已成为了主流发展趋势。并且针对肩关节进行康复的康复训练机械是近年来迅速发展的一门新兴技术，是机械技术在医学领域的新应用。
由于肩关节是一种球窝关节，对于肩关节康复的研究是目前研究的难点和热点，目前存在的康复机械主要是对于肩关节的三个运动自由度进行康复，分别是前屈/后伸、内收/外展、内旋/外旋，其训练模式较为单一，无法满足上肢肩关节有运动障碍的病人在运动能力逐渐恢复的各个阶段的使用需要。
发明内容
本发明的目的是：提供一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，以解决现代技术中对于肩关节训练模式单一的不足，通过对于肩关节进行复合运动的康复训练，能够使得肩关节这个复杂的球窝关节能够更好地进行康复，促进患者脑功能和神经系统的重塑，从而最终实现患者肩关节的完全康复。
本发明所述的一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，由控制器、摆动气缸2、小车3、工字型弧形轨道4、支撑柱5、绳索6、气动人工肌肉7、气动人工肌肉控制气动回路和摆动气缸控制回路组成；小车3由电机3-1、联轴器3-2、卷线滚筒3-3、伺服电机3-4组成；摆动气缸2由转动圆盘2-1、颜色传感器2-2组成。
该平面运动康复机械装置包括气动控制回路和康复运动装置两部分，其中气动控制回路主要由空气压缩机，气动三联件，换向阀等元件组成；康复运动装置主要由摆动气缸、U型槽支撑板、工字型弧形轨道、小车、气动人工肌肉等组成。
本发明所述的一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，包括安装在摆动气缸上的颜色传感器，通过颜色传感器检测摆动气缸的转动角度，传入控制器后驱动小车上的伺服电机，带动小车在工字型弧形轨道上运动。
本发明的技术方案是：摆动气缸放置在水平面上，摆动气缸上面的转动圆盘在水平面上能够在一定范围内作往复回转运动，驱动转动圆盘和带有U型槽的支撑板，并把上臂放在支撑板的U型槽当中，使得肩关节能够位于摆动气缸的转动圆盘的正下面的中心位置。
进一步地，在垂直面上，座椅后面连接支撑柱，在支撑柱的上端连接工字型弧形轨道，靠伺服电机驱动的运动小车在工字型弧形轨道上，根据摆动气缸的转动，伺服电机驱动小车在工字型弧形轨道运动，小车的运动轨迹跟随着摆动气缸旋转角度，使得每次上臂下放刚好能放入下面U型槽内。在小车上面同样安装着电机，并且电机的电机轴上面连接着卷线滚筒，在其中间位置通过采用联轴器来进行连接，联轴器的主要功能是使电机与卷线滚筒共同旋转以传递扭矩。卷线滚筒的绳索连接着气动人工肌肉这种安全装置。同样地，绳索的伸缩也可以借助于采用气动控制系统来驱动气动人工肌肉实现伸缩运动来完成，并且气动人工肌肉可以保证绳索保持在自然放松且垂直地形式连接在患者的上臂。。
进一步地，由于绳索的牵引力会对上臂的肩关节造成二次伤害，因此需要采用一种安全保护装置。由于气动人工肌肉具有功率/质量比大，在力和长度特性上与人类肌肉类似等优点，相当于气动弹簧，且柔顺性突出。因此，基于气动人工肌肉的以上特点，利用它的缓冲，柔性以及可控制的优点，在这里采用气动人工肌肉作为安全保护装置，从而防止康复机械会对上臂的肩关节造成二次伤害。
本发明相对于现有技术取得了以下的技术成果：本发明可使得对患者肩关节进行水平面和垂直面相结合的复合康复形式，避免了对于肩关节康复训练模式的单一性，丰富了患者的康复训练方式，提高了患者对于康复的积极性，并且针对于这种复杂的球窝关节提出了一种新的全面的康复手段，对于实现肩关节康复更具有真实感，对患者的康复给与更大的信心，具有较高的适用性，有效提高了康复训练机械的利用效率。
附图说明
图1为本发明针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置的整体结构示意图；
图2为本发明中摆动气缸的结构示意图；
图3为本发明中在小车上安装的整体结构示意图；
图4为本发明中的工字型弧形导轨的结构示意图；
图5为本发明中支撑柱的结构示意图。
其中：
图1中：1.带有U型槽的支撑板，2.摆动气缸，3.小车，4.工字型弧形轨道，5.支撑柱，6.绳索，7.气动人工肌肉，8.气管，9. 两位三通电磁换向阀，10.油雾器，11.电气压力比例阀，12.排水空气过滤器，13.空气压缩机，14.电气压力比例阀，15.消音器；
图2中：2-1.转动圆盘，2-2.颜色传感器， 2-3.排水空气过滤器，2-4. 减压阀，2-5.压力表，2-6.油雾器，2-7.三位五通电磁换向阀，2-8.气管；
图3中：3-1.电机，3-2.联轴器，3-3.卷线装置，3-4.伺服电机；
图4中：4-1.限位板。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，以解决现代技术中存在肩关节训练模式单一的不足，通过对于肩关节进行复合运动的康复训练，能够使得肩关节这个复杂的球窝关节能够更好的进行康复，促进患者脑功能和神经系统的重塑，从而最终实现患者肩关节的康复。
为了使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，其中包括摆动气缸2，摆动气缸2放置在水平面上，摆动气缸2上面的转动圆盘2-1在水平面上能够在一定范围内作往复回转运动，并且在转动圆盘2-1上有多个内螺纹孔，通过螺栓和螺母的连接方式来连接着转动圆盘2-1和带有U型槽的支撑板1，并把上臂放在支撑板的U型槽1当中，使得肩关节能够位于摆动气缸2的转动圆盘2-1的正下面的中心位置。
如图2所示，所叙述的在摆动气缸2的转动圆盘2-1上面进行360°的颜色均匀分配，分别分为红白两种颜色，并且在摆动气缸平面上面安装一个颜色传感器2-2，这样可以通过颜色传感器2-2所接收到的信息来间接测得转动圆盘所转动的角度。从而能够把该测得的角度通过控制器等控制系统传递给小车3上的伺服电机3-4。
如图1所示，在垂直面上，座椅后面连接支撑柱5，在支撑柱5的上端连接工字型弧形轨道4，靠伺服电机3-4驱动的运动小车在工字型弧形轨道上，根据摆动气缸的转动，伺服电机驱动小车在工字型弧形轨道4上运动，工字型弧形轨道两端装有限位板4-1，防止小车掉落。小车3的运动轨迹跟随着摆动气缸旋转角度，使得每次上臂下放刚好能放入下面U型槽。如图3所示，在小车上面同样安装着电机3-1，并且电机3-1的电机轴上面连接着卷线滚筒3-3，在其中间位置通过采用联轴器3-2来进行连接，联轴器3-2的主要功能是使电机3-1与卷线滚筒3-3共同旋转以传递扭矩。卷线滚筒3-3的绳索6连接着气动人工肌肉7这种安全装置。同样地，绳索的伸缩也可以借助于采用气动控制系统来驱动气动人工肌肉7实现伸缩运动来完成，并且气动人工肌肉7可以保证绳索6保持在自然放松且垂直地形式连接在患者的上臂。
对于针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，其运动过程如下：
（1）水平康复训练
在水平面上，摆动气缸2的运动是通过气动控制系统来实现的，该气动控制系统是通过空气压缩机13来提供所需要的压缩空气，主要通过三位五通电磁换向阀2-7来控制摆动气功的转动。当两个电磁铁均不通电时，在两侧弹簧力的作用下，处于中位，摆动气缸2不运动；当左边的电磁铁通电时，左位接入，压缩空气经过气管2-8流入到摆动气缸2的左边进气口，从而使摆动气缸2的转动圆盘2-1进行运动，同时从右侧的排气口排除多余气体，通过换向阀2-7流入到大气中；同样的，当右边的电磁铁通电时，右位接入，压缩空气经过气管2-8流入摆动气缸2的右边进气口，从而使摆动气缸2的转动圆盘2-1进行运动，同时从左侧的排气口排除多余气体，通过换向阀2-7流入到大气中。这样，将摆动气缸2的转动圆盘2-1在水平面上的往复回转运动作为动力源，从而能够带动上臂的肩关节在水平面内作相同角度的回转运动，进而能够完成对肩关节进行水平面的康复训练。
（2）小车在轨道上的运动
在垂直面上，通过颜色传感器2-2测得转动圆盘2-1所转动的角度，把该角度通过控制器传递给小车3的伺服电机3-4上，从而使得小车3通过伺服电机驱动来实现在工字型弧形轨道4上运动，工字型弧形轨道两端有限位板4-1，防止小车掉落。
（3）垂直康复训练
小车上面电机3-1的转动带动卷线滚筒3-3进行相同角度的转动，进而实现绳索6的伸缩，而且在绳索6中间位置连接着气动人工肌肉7,当换向阀9的电磁铁通电时，压缩气体进过气管8会进入气动人工肌肉7的进气口，从而给气动人工肌肉7提供内部压力，从而产生拉伸力，并且由电气压力比例阀16来控制提供气动人工肌肉7的内部压力，从而可以控制拉伸力。当换向阀9再换向后，气动人工肌肉7内部的压缩空气会经过气管8通过换向阀9的出气口流入到大气当中，产生伸缩力，并且在换向阀9的出气口处同样连接着电气压力比例阀14来控制气动人工肌肉7的内部压力，从而可以控制伸缩力，并且在电气压力比例阀14的排气口处连接着消音器15。综上所述，可以通过气动人工肌肉7以及小车3上面电机3-1的转动带动卷线装置3-3转动相同角度，这两者的结合来实现绳索6的伸缩，进而能够完成对肩关节进行垂直面的康复训练。
(4)综合康复训练
在摆动气缸2转动的过程中，气动人工肌肉7充气拉伸，使上臂进行抬起运动；在抬起的同时，控制器驱动伺服电机运动，使小车3在工字型弧形轨道上运动，使上臂产生外摆运动；两者通过复合控制进行相互结合即可完成肩关节的复合康复训练。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，由控制器、摆动气缸2、小车3、工字型弧形轨道4、支撑柱5、绳索6、气动人工肌肉7、气动人工肌肉控制气动回路和摆动气缸控制回路组成；小车3由电机3-1、联轴器3-2、卷线滚筒3-3、伺服电机3-4组成；摆动气缸2由转动圆盘2-1、颜色传感器2-2组成；该平面运动康复机械装置的特征在于：
（1）水平康复训练
在水平面上，摆动气缸2的运动是通过气动控制系统来实现的，该气动控制系统是通过空气压缩机13来提供所需要的压缩空气，主要通过三位五通电磁换向阀2-7来控制摆动气功的转动，当两个电磁铁均不通电时，在两侧弹簧力的作用下，处于中位，摆动气缸2不运动；当左边的电磁铁通电时，左位接入，压缩空气经过气管2-8流入到摆动气缸2的左边进气口，从而使摆动气缸2的转动圆盘2-1进行运动，同时从右侧的排气口排除多余气体，通过换向阀2-7流入到大气中；同样的，当右边的电磁铁通电时，右位接入，压缩空气经过气管2-8流入摆动气缸2的右边进气口，从而使摆动气缸2的转动圆盘2-1进行运动，同时从左侧的排气口排除多余气体，通过换向阀2-7流入到大气中，这样，将摆动气缸2的转动圆盘2-1在水平面上的往复回转运动作为动力源，从而能够带动上臂的肩关节在水平面内作相同角度的回转运动，进而能够完成对肩关节进行水平面的康复训练；
（2）小车在轨道上的运动
在垂直面上，通过颜色传感器2-2测得转动圆盘2-1所转动的角度，把该角度通过控制器传递给小车3的伺服电机3-4上，从而使得小车3通过伺服电机驱动来实现在工字型弧形轨道4上运动，工字型弧形轨道两端有限位板4-1，防止小车掉落；
（3）垂直康复训练
小车上面电机3-1的转动带动卷线滚筒3-3进行相同角度的转动，进而实现绳索6的伸缩，而且在绳索6中间位置连接着气动人工肌肉7,当换向阀9的电磁铁通电时，压缩气体进过气管8会进入气动人工肌肉7的进气口，从而给气动人工肌肉7提供内部压力，从而产生拉伸力，并且由电气压力比例阀16来控制提供气动人工肌肉7的内部压力，从而可以控制拉伸力，当换向阀9再换向后，气动人工肌肉7内部的压缩空气会经过气管8通过换向阀9的出气口流入到大气当中，产生伸缩力，并且在换向阀9的出气口处同样连接着电气压力比例阀14来控制气动人工肌肉7的内部压力，从而可以控制伸缩力，并且在电气压力比例阀14 的排气口处连接着消音器15，综上所述，可以通过气动人工肌肉7以及小车3上面电机3-1的转动带动卷线装置3-3转动相同角度，这两者的结合来实现绳索6的伸缩，进而能够完成对肩关节进行垂直面的康复训练；
(4)综合康复训练
在摆动气缸2转动的过程中，气动人工肌肉7充气拉伸，使上臂进行抬起运动；在抬起的同时，控制器驱动伺服电机运动，使小车3在工字型弧形轨道上运动，使上臂产生外摆运动；两者通过复合控制进行相互结合即可完成肩关节的复合康复训练；
该装置通过控制器对摆动气缸2、小车3、气动人工肌肉7的运动控制，可使得对患者肩关节进行水平康复训练、垂直康复训练和复合康复训练三种形式。
2.根据权利要求1所述的针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，其特征在于：所叙述的在摆动气缸2的转动圆盘2-1上面进行360°的颜色均匀分配，分别分为红白两种颜色，并且在摆动气缸平面上安装一个颜色传感器2-2，这样可以通过颜色传感器2-2所接收到的信息来间接测得转动圆盘所转动的角度，从而能够把该测得的角度通过控制器等控制系统传递给伺服电机3-4驱动小车运动。
3.根据权利要求1所述的针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，其特征在于：座椅后面连接支撑柱5，在支撑柱5的上端连接工字型弧形轨道，靠伺服电机3-4驱动的运动小车在工字型弧形轨道上，工字型弧形轨道两端装有限位板4-1，防止小车掉落，根据摆动气缸的转动，伺服电机驱动小车在工字型弧形轨道运动，小车的运动轨迹跟随着摆动气缸旋转角度，使得每次上臂下放刚好能放入下面U型槽内，使得康复运动可以有条不紊的进行。
4.根据权利要求1所述的针对肩关节进行康复的平面运动康复机械装置，其特征在于：在所述的小车3上面同样安装着电机3-1，并且电机3-1的电机轴上面连接着卷线滚筒3-3，在其中间位置通过采用联轴器3-2来进行连接，联轴器3-2的主要功能是使电机3-1与卷线滚筒3-3共同旋转以传递扭矩，卷线滚筒3-3的绳索6连接着气动人工肌肉7这种安全装置，同样地，绳索的伸缩也可以借助于采用气动控制系统来驱动气动人工肌肉7实现伸缩运动来完成，并且气动人工肌肉7可以保证绳索6保持在自然放松且垂直地形式连接在患者的上臂。
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