CN113274245B - 一种自适应手部康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种自适应手部康复训练装置，涉及康复医疗设备领域，包括，机架，设有弧形滑槽，弧形滑槽内滑动连接有滑块，驱动机构通过连杆机构连接滑块，以带动滑块沿弧形滑槽往复滑动；夹持机构，包括相对呈间隔设置、通过弹性件连接的一对夹持板，一个夹持板第一端铰接机架，第二端铰接滑块，夹持机构能够在滑块驱动下绕第一端往复转动；其中，沿夹持板第一端到第二端方向上，夹持板能够进行弹性形变；通过设置可调的一对夹持板适应不同的手部，并在驱动机构作用下使得夹持机构绕销轴转动，主动带动位于夹持机构内的手部进行活动训练，结合弹性夹持板使得夹持板形状适应训练过程中手部的弯曲形变。

Description

一种自适应手部康复训练装置

技术领域

本公开涉及康复医疗设备领域，特别涉及一种自适应手部康复训练装置。

背景技术

手部运动功能障碍患者的康复训练对其康复过程至关重要，由于人口老龄化加剧(如脑卒中患者)及其其它意外事故的多发性，手部运动功能障碍患者增加，且康复训练医师数量短缺，若无法及时有效的康复训练治疗，直接影响恢复效果。

发明人发现，陪护人员虽然能够辅助患者进行手部的康复训练，但是对于陪护人员不能全程看护的情况下，患者的手部康复训练会受到延误。目前的小体积手部康复训练设备多为病患主动训练设备，患者需要主动施力进行康复训练，不适合一些具有运动功能障碍的患者使用；而大型的康复设备不便在患者卧床场景下使用；并且，在医疗设施内的训练设备多为公共使用，训练设备对不同患者的适应性不佳，导致训练效果较差。

发明内容

本公开的目的是提供一种自适应手部康复训练装置，通过设置可调的一对夹持板适应不同的手部，并在驱动机构作用下使得夹持机构绕销轴转动，主动带动位于夹持机构内的手部进行活动训练，结合弹性夹持板使得夹持板形状适应训练过程中手部的弯曲形变。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种自适应手部康复训练装置，包括：

机架，设有弧形滑槽，弧形滑槽内滑动连接有滑块，驱动机构通过连杆机构连接滑块，以带动滑块沿弧形滑槽往复滑动；

夹持机构，包括相对呈间隔设置、通过弹性件连接的一对夹持板，一个夹持板第一端铰接机架，第二端铰接滑块，夹持机构能够在滑块驱动下绕第一端往复转动；

其中，沿夹持板第一端到第二端方向上，夹持板能够进行弹性形变。

进一步地，所述夹持板包括滚轴和弹性连杆，多个滚轴的一端沿弹性连杆轴向依次转动连接一根弹性连杆，多个滚轴的另一端沿弹性连杆轴向依次转动连接另一根弹性连杆，形成滚道结构，相邻滚轴间隔设置且对应线平行。

进一步地，沿弹性连杆轴向，弹性连杆轴向侧面依次间隔设有凹槽；夹持板产生弹性形变时，凹槽开口间距变化，弹性连杆轴线方向行能够伸长和弯曲。

进一步地，连接滑块的夹持板为主动夹持板，主动夹持板通过两组弹性件连接另一夹持板为从动夹持板，主动夹持板带动从动夹持板同步动作。

进一步地，沿垂直夹持机构转动轴线的方向上，同一组弹性件对应的多个弹性件依次间隔布置在夹持板上，两组弹性件间隔布置，两组弹性件之间、两个夹持板之间共同形成用于容纳手部的夹持部。

进一步地，所述弧形滑槽的轨迹线为圆弧线，弧形滑槽的轨迹线圆心与夹持板铰接机架处共线；机架上靠近夹持机构位置设有手臂支板。

进一步地，所述机架包括支撑板和壳体，驱动机构和连杆机构位于支撑板的同一侧，夹持机构位于支撑板的另一侧；壳体配合支撑板形成腔体，驱动机构和连杆机构均位于腔体内。

进一步地，所述连杆机构为曲柄摇杆机构，其对应的曲柄杆件连接驱动机构，其对应的摇杆杆件和连杆杆件的铰接位置连接滑块。

进一步地，所述摇杆杆件一端铰接机架，另一端与连杆杆件、滑块转动连接。

进一步地，所述曲柄杆件为轴向长度可调的伸缩杆，曲柄杆件一端连接用于输出转矩的驱动机构末端，另一端铰接连杆杆件远离摇杆杆件的一端。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)夹持机构的两个夹持板之间形成夹持部，夹持部的间距由弹性件调整，在夹持机构本身转动的同时，带动位于夹持部内的手部进行往复摆动，实现对手部的康复训练，通过间距的变化能够适应不同手部，满足不同病患的使用需求；

(2)在夹持机构容纳手部进行转动康复训练时，通过夹持板的弹性形变能够适应手部的弯曲，适应手部的生理曲度；在手部康复训练过程中，夹持板本身能够进行一定幅度的弯曲和伸长，对于带动手部的活动范围进行调整，夹持机构整体弯曲幅度逐渐增大时，适应手部弯曲，避免幅度过大对手部产生的损伤；

(3)夹持板的两侧是由弹性连杆形成的，弹性连杆能够适应轴向的伸长，满足弯曲时的长度变化需求；弹性连杆的侧壁上还设有多个凹槽，弹性连杆发生弯曲时，凹槽开口的间距发生适应性变化，方便弹性连杆的弯曲；

(4)对于连杆机构采用能够输出往复摆动动作的曲柄摇杆机构，驱动滑块能够沿弧形滑槽往复滑动，满足手部康复训练时的动作轨迹需求，主动驱动手部进行康复训练；曲柄摇杆机构的曲柄杆件能够进行轴向长度的调节，改变曲柄杆件的回转半径，从而摇杆杆件带动滑块摆动的角度范围，满足不同手部所对应的不同训练角度的需求。

附图说明

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

图1为本公开实施例1中手部康复训练装置的结构示意图；

图2为本公开实施例1中连杆机构配合驱动机构的结构示意图；

图3为图2中I处的局部放大示意图；

图4为本公开实施例1中夹持机构带动手部向上摆动时的示意图；

图5为本公开实施例1中夹持机构夹持手部时的示意图；

图6为本公开实施例1中夹持机构带动手部向下摆动时的示意图。

图中，1、底座，2、支撑板，3、弧形滑槽，4、弹性连杆，5、弹性件，6、滚轴，7、外壳，8、手臂支板，9、手臂支杆，10、螺栓，11、电机支座，12、伺服电机，13、螺母，14、摇杆杆件，15、连杆杆件，16、曲柄杆件，17、伸缩杆，18、联轴器，19、手臂，20、夹持板。

具体实施方式

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提出了一种自适应手部康复训练装置。

包括夹持机构、机架、驱动机构和连杆机构，机架作为整体的支撑和稳定结构，夹持机构、驱动机构和连杆机构均与机架连接，夹持机构用于放置手部，夹持机构一端通过销轴转动连接机架，另一端通过滑块滑动连接机架上预设的弧形滑槽3；驱动机构通过连杆机构连接夹持机构，并能够通过驱动滑块在弧形滑槽3内的位置带动夹持机构整体绕销轴转动，从而带动位于夹持机构内的手部绕位于夹持机构外的关节进行往复摆动，达到拉伸手部肌肉、活动手部关节的目的。

在本实施例中，自适应手部康复训练装置的工作过程为：夹持机构用于夹持待训练的手部，驱动机构输出转矩带动连杆机构动作，从而使连杆机构带动滑块在弧形滑槽3内往复滑动，滑块电动夹持机构的一端沿弧形滑槽3往复移动，进而带动夹持机构整体绕另一端销轴往复摆动，带动手部进行往复弯曲动作。

对于机架，其包括底座1、支撑板2和外壳7，支撑板2垂直安装在底座1上，外壳7安装在支撑板2的一侧，外壳7配合支撑板2形成空腔，驱动机构、连杆机构安装在空腔内，夹持机构安装在支撑板2上远离外壳7的一侧；

所述底座1上设有螺栓孔，每个所述螺栓孔均配合有相应的螺栓10，通过螺栓10配合将机架固定在外部结构上。

支撑板2上开设有用于导向和限位的弧形滑槽3，弧形滑槽3内滑动配合有滑块；夹持机构的一端通过销轴铰接在支撑板2上，另一端转动连接在滑块一侧面上，滑块的另一侧面转动连接连杆机构的输出末端。

连杆机构在驱动机构作用下输出往复摆动动作，滑块获取连杆结构输出末端的驱动力，能够沿弧形滑槽3进行往复滑动，从而带动夹持机构的一端沿弧形滑槽3轨迹方向移动，进而使得夹持结构整体相对于销轴所在轴线转动。

在使用时，为了方便使用者手臂19的稳定安置，在靠近夹持机构的位置还设有手臂支板8，手臂支板8安装在机架的支撑板2上；手臂支板8连接有手臂支杆9，所述手臂支杆9一端连接手臂支板8，另一端连接支撑板2，形成对手臂支板8的斜撑结构。

需要指出的是，所述夹持机构为双层板件结构，在沿垂直于销轴方向上，夹持机构能够实现伸长和弯曲，从而适应手部的结构，在带动手部活动的同时，适应手部的弯曲，提高夹持机构作用于手部推动力的舒适性。

如图1所示，夹持机构包括第一夹持板20、第二夹持板20和弹性件5，第一夹持板20和第二夹持板20相对且间隔布置，二者之间通过多个弹性件5连接，第一夹持板20和第二夹持板20在弹性件5的约束下改变其间距大小；一方面能够适应不同厚度的手部，对放入其中的不同厚度的手部能够实现稳定的夹持；另一方面，在夹持机构动作时，手部对夹持机构的部分位置产生阻挡时，其间距能够适应性的增减。

具体的，第一夹持板20和第二夹持板20可以采用相同的结构，夹持板20包括弹性连杆4、滚轴6，多个滚轴6轴线平行并依次间隔布置，所有滚轴6位于同侧的一端均依次转动连接在一个弹性连杆4上，另一端均依次转动连接在另一个弹性连杆4上，共同形成一个类输送辊道结构；两个夹持板20呈相对布置，且均为类输送辊道结构，其之间形成容纳手部的夹持部，手部能够在滚轴6的导向作用下进入夹持部内。

滚轴6的两端分别通过转动结构连接弹性连杆4，滚轴6能够在外力作用下绕其轴线自转，其外圆周面为光滑面，用于接触待训练的手部；滚轴6的轴向与手部的宽度相对应，因此，滚轴6的轴向长度大于待训练的手部的宽度，使其形成的夹持部能够完全容纳手部。

对于滚轴6的数目，根据所对应康复训练的最大手部长度进行配置，在本实施例中，如图1所示，采用9根滚轴6依次间隔布置，形成夹持板20结构，将待训练的手部容纳在两个夹持板20之间。

区别于图1中所示的夹持板20状态，如图4-图6所示，对于弹性连杆4，其整体为一字型杆件结构，多个滚轴6沿其轴线方向依次间隔布置，并均与其转动连接，起到固定滚轴6形成夹持板20的目的；弹性连杆4可以选用弹性材料，为了适应训练过程中手部的弯曲，弹性连杆4能够沿其轴向上进行弹性形变，以增加轴向长度；同样的，在手部发生弯曲时，接触手部的滚轴6会推动弹性连杆4产生位移，从而使得弹性连杆4的轴线发生弯曲，配合轴向长度方向上的长度增加，使得弹性连杆4能够随手部的结构产生适应性结构变化。

为了适应弹性连杆4的弯曲，所述弹性连杆4外周面沿轴向依次设有多个凹槽，使得弹性连杆4外圆周面在轴线方向上形成凹槽、凸起依次排布的结构；在弹性连杆4发生弯曲时，使得弯曲位置的凹槽开口缩小，方便弹性连杆4产生形变，适应手部的弯曲。

对于凹槽的具体位置，在本实施例中，同一弹性杆对应的两个相邻滚轴6之间设置凹槽；以图4中所示的方位为例，当弹性连杆4的右端向上弯曲时，处于弹性连杆4上方的凹槽开口缩小、处于弹性连杆4下方的凹槽开口扩大，同时，弹性连杆4的轴向产生一定长度的伸长，适应弹性连杆4发生的弯曲；

当弹性连杆4右端向下弯曲时，处于弹性连杆4上方的凹槽开口扩大、处于弹性连杆4下方的凹槽开口锁销，同时，弹性连杆4的轴向产生一定长度的伸长，适应弹性连杆4发生的弯曲。

夹持板20的两侧是由弹性连杆形成的，弹性连杆能够适应轴向的伸长，满足弯曲时的长度变化需求；弹性连杆的侧壁上还设有多个凹槽，弹性连杆发生弯曲时，凹槽开口的间距发生适应性变化，方便弹性连杆的弯曲。

当然，可以理解的是，对于同一夹持板20的两个弹性连杆4而言，由于其之间连接有多根滚轴6，两个弹性连杆4的动作经过滚轴6的传递，因此，同一夹持板20的两个弹性连杆4为同步形变。

可以理解的是，两个夹持板20之间设置的弹性件5安装在弹性连杆4上，处于相对位置的不同夹持板20上的弹性连杆4之间连接有多个弹性件5，多个弹性件5支撑并约束两个夹持板20的间距；在本实施例中，两个夹持板20对应四根弹性连杆4，一对弹性连杆4之间设置一组多个弹性件5，另一对弹性连杆4之间设置另一组多个弹性件5。

在其中一个夹持板20因手部弯曲作用使得弹性连杆4发生弯曲时，另一个夹持板20对应的弹性连杆4也会在弹性件5的作用下发生弯曲。

对于弹性件5，在本实施例中，可以采用弹簧，利用弹簧的弹性力对两个夹持板20的间距进行约束，在两个夹持板20的间距缩小时，弹簧通过弹性力推动使其间距呈增大趋势；在两个夹持板20的间距扩大时，弹簧通过弹性力牵拉使其间距呈缩小趋势。使得两个夹持板20的间距适应性变化。

需要特别指出的是，两个夹持板20对应的弹性连杆4的长度可以相同，也可以不同，根据所需的夹持状态对其长度进行调整。

其中一个夹持板20连接滑块和销轴，另一个夹持板20通过弹性件5连接夹持板20但不与滑块、销轴直接连接，即，一个夹持板20作为整个夹持机构的主动件，另一个夹持板20作为从动件，滑块带动主动夹持板20绕销轴转动的同时，从动夹持板20随之进行移动，并同时相对于销轴轴线转动。

如图5、图6所示，位于下方的一个夹持板20为主动夹持板20，位于上方的夹持板20为从动夹持板20，主动夹持板20一端通过销轴铰接在机架上，另一端转动连接滑块；滑块能够在机架预设的滑槽内滑动。

对于弧形滑槽3的结构，为轨迹线呈圆弧线的长条通孔结构，弧形滑槽3贯穿机架支撑板2。

以夹持机构销轴铰接位置为基准点，夹持机构处于初始位置时，主动夹持板20所在平面，整体与基准点等高，滑块处于弧形滑槽3的中段；随着滑块沿滑槽的运动，能够移动到路径的两端，其中一端对应夹持机构转动的第一极限位置，另一端对应夹持机构转动的第二极限位置，也对应夹持机构带动手部活动的两个极限位置。

所述弧形滑槽3的轨迹长度根据所对应训练的手部的最大活动范围进行确定，以图4中所示的方位为例，在手部以手心朝下、手背朝上放入夹持机构时，弧形滑槽3的顶部极限位置对应手部上翻的极限位置，弧形滑槽3的底部极限位置对应手部下弯的极限位置。

对于连杆机构和驱动机构，驱动机构为固定在机架上、并位于壳体形成的空腔内的转矩输出机构，可以选用电动机、液压马达等器件，在本实施例中，优选为能够稳定输出转矩的伺服电机，伺服电机通过电机支座11安装在机架上；连杆机构为四杆机构，依据所需的轨迹，在本实施例中选用曲柄摇杆机构。

对于曲柄摇杆机构，其对应的曲柄杆件16一端通过联轴器18连接伺服电机12输出端，另一端铰接曲柄摇杆机构的连杆，连杆的另一端铰接对应的摇杆杆件14，摇杆杆件14远离连杆的一端通过销轴配合螺母13铰接在支撑架上，支撑板2作为整个曲柄摇杆机构的机架杆；摇杆杆件14与连杆铰接位置处，与配合弧形滑槽3的滑块转动连接，在摇杆机构和连杆机构的共同作用下，带动滑块沿弧形滑槽3滑动。

对于连杆机构的动作过程：由伺服电机12末端输出转矩，带动曲柄杆件16绕伺服电机12输出末端轴线转动，曲柄杆件16远离伺服电机12的一端通过连杆杆件15牵引摇杆杆件14往复摆动，连杆杆件15和摇杆杆件14在运动的同时，共同带动滑块移动。

可以理解的是，所述曲柄杆件16的一端铰接支撑板2的位置与弧形滑槽3轨迹线的圆心共线，即曲柄杆件16铰接滑块位置到另一端铰接支撑板2位置的间距与弧形滑槽3轨迹线的半径相等。

在实际手部训练中，往往对夹持机构的摆动角度有不同的需求，因此，需要对滑块的移动轨迹长度进行调整，在本实施例中，通过连杆机构的结构进行调整，适当增加滑块移动轨迹的长度或缩短滑块移动轨迹的长度。

具体的，所述连杆机构的曲柄杆件16为长度可调的伸缩杆17，曲柄杆件16能够沿轴线进行伸长，伸长后使得摇杆杆件14的摆动角度增大，从而使得滑块的移动轨迹长度增加，提高夹持机构的摆动角度范围；

曲柄杆件16能够沿轴线进行缩短，缩短后使得摇杆杆件14的摆动角度缩小，从而使得滑块的移动轨迹减小，减小夹持机构的摆动角度范围。

可以理解的是，对于具有伸缩功能的曲柄杆件16，其可以采用套筒同轴滑动配合滑杆的结构，并配合有相应的锁定件，在套筒和滑杆调整位置使得曲柄杆件16的轴向长度发生变化，在调整长度至满足需求后，通过锁定件对其配合位置进行锁定，从而锁定曲柄杆件16的轴向长度。

对于连杆机构采用能够输出往复摆动动作的曲柄摇杆机构，驱动滑块能够沿弧形滑槽往复滑动，满足手部康复训练时的动作轨迹需求，主动驱动手部进行康复训练；曲柄摇杆机构的曲柄杆件能够进行轴向长度的调节，改变曲柄杆件的回转半径，从而摇杆杆件带动滑块摆动的角度范围，满足不同手部所对应的不同训练角度的需求。

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

Claims (8)

1.一种自适应手部康复训练装置，其特征在于，包括：

机架，设有弧形滑槽，弧形滑槽内滑动连接有滑块，驱动机构通过连杆机构连接滑块，以带动滑块沿弧形滑槽往复滑动；

夹持机构，包括相对呈间隔设置、通过弹性件连接的一对夹持板，一个夹持板第一端铰接机架，第二端铰接滑块，夹持机构能够在滑块驱动下绕第一端往复转动；其中，沿夹持板第一端到第二端方向上，夹持板能够进行弹性形变；

所述夹持板包括滚轴和弹性连杆，多个滚轴的一端沿弹性连杆轴向依次转动连接一根弹性连杆，多个滚轴的另一端沿弹性连杆轴向依次转动连接另一根弹性连杆，形成辊道结构，相邻滚轴间隔设置且对应线平行；

沿弹性连杆轴向，弹性连杆轴向侧面依次间隔设有凹槽；夹持板产生弹性形变时，凹槽开口间距变化，弹性连杆轴线方向行能够伸长和弯曲。

2.如权利要求1所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，连接滑块的夹持板为主动夹持板，主动夹持板通过两组弹性件连接另一夹持板为从动夹持板，主动夹持板带动从动夹持板同步动作。

3.如权利要求1所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，沿垂直夹持机构转动轴线的方向上，同一组弹性件对应的多个弹性件依次间隔布置在夹持板上，两组弹性件间隔布置，两组弹性件之间、两个夹持板之间共同形成用于容纳手部的夹持部。

4.如权利要求1所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，所述弧形滑槽的轨迹线为圆弧线，弧形滑槽的轨迹线圆心与夹持板铰接机架处共线；机架上靠近夹持机构位置设有手臂支板。

5.如权利要求1所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，所述机架包括支撑板和壳体，驱动机构和连杆机构位于支撑板的同一侧，夹持机构位于支撑板的另一侧；壳体配合支撑板形成腔体，驱动机构和连杆机构均位于腔体内。

6.如权利要求1所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，所述连杆机构为曲柄摇杆机构，其对应的曲柄杆件连接驱动机构，其对应的摇杆杆件和连杆杆件的铰接位置连接滑块。

7.如权利要求6所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，所述摇杆杆件一端铰接机架，另一端与连杆杆件、滑块转动连接。

8.如权利要求6或7所述的自适应手部康复训练装置，其特征在于，所述曲柄杆件为轴向长度可调的伸缩杆，曲柄杆件一端连接用于输出转矩的驱动机构末端，另一端铰接连杆杆件远离摇杆杆件的一端。

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